摘要：超材料是一种人工合成材料,其结构经过精心设计和精密控制,表现出不同于自然材料的特殊性能,这些具有独特功能的超材料在光学、电磁学、声学、力学等领域具有重要的应用价值.然而,传统的超材料设计通常依赖于人工经验,导致设计周期长,缺乏灵活性和可调性,难以实现大规模快速设计与量产.高效设计与性能调控超材料已成为CAD、机械工程和材料科学的重要研究方向.近年来,随着人工智能算法的快速发展,智能算法在超材料设计领域中的应用越来越广泛,展现出高效优化、生成多样性结构、缩短设计周期等优势.文中对超材料的智能设计研究进展进行综述,首先介绍超材料的基本概念和发展历史;然后从实际需求出发,阐述了超材料的应用领域与设计问题;提出了智能算法的核心问题是数据的表示与数据集的构建,针对这2方面进行详细的阐述与对比分析;还介绍了智能优化算法的框架;最后总结超材料设计领域所面临的高质量数据集匮乏、多目标优化难题、高分辨率超材料的高效计算等挑战,并展望了该领域未来的发展趋势即面向多样化功能需求的“可表达”“可编辑”“可分析”“可优化”和“可制造”的研究.

摘要：爱因斯坦探针(Einstein Probe,EP)和增强型X射线时变与偏振探测天文台(enhanced X-ray Timing and Polarimetry,eXTP)是近期提出的两种聚焦型X射线天文望远镜。EP卫星搭载的深度后随X射线望远镜(Follow-up X-ray Telescope,FXT)和eXTP卫星搭载的能谱测量X射线聚焦望远镜阵列(Spectroscopy Focusing Array,SFA)分别使用了pnCCD和SDD探测器。pnCCD和SDD前期电子学联调和标定在中国科学院高能物理研究所标定大厅进行,所用的X射线靶源是标定装置的重要部件。本文介绍了一种X射线二次多靶源装置的设计,该装置可以为联调和标定工作提供软X射线光源。装置利用X光机电子打靶所产生的韧致辐射光子二次打靶放出二次靶材的荧光线,生成能谱成分简单、信噪比高的X射线光源。通过Geant4模拟对该装置的准直管口径、X光机管高压和装置内壁材料等参数进行了分析,然后对SDD和pnCCD进行了能谱测量,同时利用pnCCD的成像功能对光源的光斑大小进行了测试。结果显示:该装置可以满足联调需求,能够广泛应用于软X射线探测器的前期电子学联调和测试。

摘要：在"太极计划"中由卫星抖动引起的光程倾斜(tilt-to-length,TTL)耦合噪声是影响激光干涉测量精度的第二大噪声源,为保证测量精度,该噪声要≤±25μm/rad@±300μrad。基于费马原理设计了由双凸透镜组成的成像系统,仿真分析了该成像系统对于TTL耦合噪声的抑制效果,搭建物理实验平台验证了该成像系统抑制TTL耦合噪声的有效性。仿真结果表明:加入双凸透镜成像系统后,TTL耦合噪声≤±10μm/rad@±300μrad;实验结果表明:加入双凸透镜成像系统后,TTL耦合噪声≤±15μm/rad@±300μrad,均满足"太极计划"对光程倾斜耦合噪声抑制水平的要求,且整个干涉光路易于调控、测量精度高。通过搭建物理实验平台验证了TTL耦合噪声的抑制效果,为"太极计划"激光干涉测量奠定了物理实验基础。

摘要：光合作用将太阳能储存在化学反应中,是绿色高效的能量转换途径。模拟自然光合作用系统活性中心的结构和功能,实现小分子物质(H_(2)O、CO_(2)、N_(2)等)中惰性化学键的活化转化,对于解决能源和环境等问题具有重要意义。本文综述了人工光合作用在水分解、二氧化碳及氮气还原领域取得的重要进展,分析了相关光化学转换体系的设计思路和工作原理,并对人工光合作用面临的挑战和未来发展方向进行讨论。

摘要：在河水与海水的交界处实现渗透能提取与捕获是解决未来能源危机的重要方式之一.渗透能因为储量大,容易获取以及绿色可持续的优势受到广泛关注.反向电渗析技术是一种能够有效捕获渗透能的方法之一,目前已经得到了深入的研究与发展.离子交换膜是反向电渗析技术转换渗透能的关键组件,其性能的优异程度决定能量转换效率的高低.常见的膜材料主要是高分子聚合物及其改性化合物,最近一些二维材料如石墨烯、氧化石墨烯、二硫化钼、各种框架材料及其改性复合物因优异的选择性离子传输、纳米级通道、丰富的表面功能基团以及可修饰性成为捕获渗透能的重要膜材料.本文综合评述了二维材料作为离子传输通道的类型以及相应的传输机理;例举了二维材料及其复合物的设计方案和在渗透能转换方面的具体应用;最后提出了目前二维材料在渗透能转换领域中面临的挑战以及未来的发展方向.

摘要：超快激光可以用来产生和调控拓扑量子材料中的拓扑相变和自旋极化电流,这些光诱导产生的新奇物性源于材料中受到体系对称性保护的线性色散能带结构的简并节点.作为一种同时具有两重和三重简并节点的拓扑半金属,磷化钼(MoP)是一类非常独特的拓扑半金属体系.本文初步探索了三重简并拓扑半金属晶体MoP中产生自旋极化电流和奇异光学响应的机理,设计并搭建了以圆偏振光产生并调控光电流的实验装置.首先采用该装置成功在拓扑绝缘体Bi2Se3中产生了光电流,与国际上已报道的实验结果对比效果很好,证明了实验装置的可行性和可靠性;进而对MoP进行了同样的光电流产生与调控实验.采用400 nm的圆偏振超快激光脉冲,在样品不同位置成功观测到了电流信号,分析认为其为热电流,不是与三重简并拓扑特性相关的光电流.这为未来进一步产生和调控光电流提供了重要的研究基础,对于研究普遍的拓扑量子材料的光电流效应具有可借鉴的意义.

摘要：肿瘤标志物的超敏特异性检测对肿瘤患者的早期诊断和治疗以及增加其存活率具有重要的意义。作为新一代的纳米荧光探针,稀土掺杂上转换纳米晶具有独特的近红外激发的反斯托克斯上转换发光以及长荧光寿命等特征,被认为是有机染料、稀土螯合物、量子点等传统荧光探针在肿瘤早期诊疗领域最有应用前景的替代者。本文从上转换纳米荧光探针最基础的物理化学性质如控制合成、表面修饰以及发光物理出发,系统综述了该类材料在肿瘤标志物上转换体外检测方面的最新进展,并对其未来的发展趋势与努力的方向作了进一步的远景展望。

摘要：基于Born近似的线性反演是当前流行的定量化地震成像与反演方法,然而,现有线性反演方法存在多种不可避免的问题,比如迭代计算成本过高,背景模型依赖,以及多参数提取不确定/不稳定.为避免这些问题,本文提出了角度域广义Radon变换(AD-GRT)多参数非迭代反演方法(2D声波双参数介质).AD-GRT是一种地震数据与角度域模型之间的积分变换,该角度域模型能够保留地震散射数据的完整信息.基于该角度域模型,地震数据可被精确重建,即使背景模型是错误的.介质双扰动参数可在角度域模型中准确且稳定提取.为解决传统角度域离散方法存在的幅值震荡和不连续问题,设计了两种有效的角度域离散单元分裂方法,实现了平滑连续的角度域幅值提取.为提高AD-GRT反演的分辨率,考虑了震源子波反滤波.利用三个数值模型验证了AD-GRT在角度域模型反演、数据重建、多参数提取方面的有效性.

摘要：随着蛋白质序列及结构数据的大量累积,在获得了大量描述性信息之后如何有效利用海量数据,从已有数据中高效提取信息并且应用到下游任务当中就成为了研究者亟待解决的问题。蛋白质的设计可使新蛋白的研发不再受限于实验条件,这对药物靶点预测、新药研发和材料设计等领域具有重要意义。深度学习作为一种高效的数据特征提取方法,可以通过它对蛋白质数据进行建模,进而加入先验信息对蛋白质进行设计。故此基于深度学习的蛋白质设计就成为一个具有广阔前景的研究领域。文中主要阐述基于深度学习的蛋白质序列与结构数据的建模和设计方法。详述该方法的策略、原理、适用范围、应用实例。讨论了深度学习方法在本领域的应用前景及局限性,以期为相关研究提供参考。

摘要：具有良好可重构性、良好缺陷兼容性及紧凑型的声学拓扑结构可能成为声学发展中一个有前景的方向.本文设计了一种可调谐、应用于空气声的二维宽带复合蜂窝形晶格结构,其元胞拥有两个变量:一个是中心圆的缩放参数s,另一个是"花瓣"图案围绕其质心的旋转角度q.研究发现当s为1.2, q为±33°时,在结构的布里渊区中心点出现四重简并态.在±33°两侧,能带会发生反转,体系经历拓扑相变;同时,结构的相对带隙宽带逐渐增加,其中q为0°和60°时,相对带宽分别为0.39和0.33.本研究还计算了由这两种转角的声子晶体组成的拼合结构的投影能带,发现在其体带隙中存在着边界态并验证了此拓扑边界的缺陷免疫特性.最后通过变化s,构建了一种非周期性双狄拉克锥型的声拓扑绝缘体并验证了其缺陷免疫性.本研究的体系相对带宽显著超过已知体系,将为利用声拓扑边界的声波器件微型化打下良好的基础.