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01-29 00:00
本研究构建了一个透明的多源监测数据集，将纽约、芝加哥、拉斯维加斯和凤凰城四个美国大都市区的公共交通客流量与美国环保署的PM2.5数据相结合，并选取了2024年3月和10月两个季节性快照进行分析。通过将异构的客流数据统一为月度总量，并与月均PM2.5配对，研究揭示了不同城市在交通规模和强度上的显著结构性差异，以及客流与PM2.5随季节变化的模式。轻量级回归分析表明，交通与PM2.5之间的表观关系在不同城市和季节中并不一致，且受到城市基线效应的强烈影响。该研究为将交通与环境监测整合为实用的智慧城市能力提供了一个可扩展的框架。
智慧城市公共交通空气质量pm2.5多源数据季节性分析
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01-29 00:00
钙镁硅酸盐生物陶瓷因其优异的生物相容性、骨诱导性和促成血管生成能力，在骨组织工程中具有独特优势。本综述聚焦于通过掺杂氟离子、锶离子、铜离子等特定离子，来优化透辉石、镁黄长石等钙镁硅酸盐陶瓷的力学性能和生物学功能。研究表明，在最佳浓度下选择合适的掺杂离子，可使这类材料成为比传统磷酸钙（磷灰石）和生物玻璃更具竞争力的理想骨替代材料。
生物陶瓷离子掺杂骨组织工程钙镁硅酸盐骨替代材料
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01-29 00:00
本研究在镍钛形状记忆合金表面通过电化学阳极氧化制备了规则的Ni-Ti-O纳米多孔层，并涂覆壳聚糖涂层，用于负载和控释心血管药物肝素。实验表明，该涂层显著提高了材料亲水性，并通过扩散机制有效调控了肝素释放动力学。细胞相容性测试证实了涂层样品的无细胞毒性，在人脐静脉内皮细胞上表现出良好生物相容性。该药物递送系统有望用于心血管支架等医疗器械的局部给药。
药物控释镍钛合金纳米涂层心血管支架生物材料电化学阳极氧化
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01-29 00:00
本研究针对血液处理医疗器械设计中的关键问题——溶血，提出了一种兼顾精度与效率的计算模型。通过比较三种红细胞模型（应力模型、基于Kelvin-Voigt本构的应变模型、张量模型）和两种血红蛋白释放模型（幂律模型、生物物理孔形成模型），发现在FDA血泵和喷嘴基准测试中，简单的应变模型结合孔形成模型能够将溶血预测误差控制在实验测量标准差范围内，而传统应力模型则存在数个数量级的偏差。该模型考虑了红细胞膜的粘弹性变形行为和膜孔释放机制，可轻松集成至常规CFD工作流。
计算溶血模型红细胞膜生物物理特性cfd模拟医疗器械设计孔形成模型
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01-29 00:00
本文针对三维流体中的Keller-Segel（KS）和Kolmogorov-Petrovsky-Piskunov（KPP）方程，提出了一种快速可靠的生成式输运方法。该方法旨在近似初始分布与终端分布之间的映射关系，并最小化Wasserstein距离的直接求解误差。其核心是一个两阶段流程：第一阶段采用Meanflow风格的回归器进行确定性的一步全局输运；第二阶段则训练一个近恒等校正器（Deep Particle），利用第一阶段输出的最优输运耦合，直接最小化小批量$W_2$目标。该方法在具有有序和混沌流线的流体中得到了验证，有效稳定了高维$W_2$计算。
生成式输运wasserstein距离ks方程kpp方程流体力学深度学习
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01-29 00:00
本研究提出了一种新的自适应粒子数据同化方案AdaPBS，旨在结合粒子方法与迭代集合卡尔曼方法的优势。该方案通过引入自适应重要性采样算法，将传统粒子批量平滑器改进为迭代方案，显著增强了对集合崩溃的抵抗力，并能根据问题复杂度（直至网格单元和年度水平）自适应调整计算成本。在简化温度指数模型和复杂FSM2模型的实验中，AdaPBS均表现出色，其性能匹配或超越了常用算法，并能有效处理密集观测数据集。
数据同化冰冻圈科学粒子滤波自适应算法集合预报
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01-29 00:00
本研究利用基于SHAP的可解释深度学习模型，分析了摩擦雷诺数$Re_\tau = 125$的湍流槽道中湍流动能输运的物理机制。研究发现，对湍流动能收支项演化至关重要的结构主要位于近壁区，且多与扫掠型事件相关。在粘性底层，与产生项和粘性扩散项相关的SHAP结构几乎完全包含在耗散项的结构中，揭示了近壁湍流清晰的层级组织。而在外层，这种层级组织瓦解，仅剩速度-压力梯度相关项和湍流输运项的SHAP结构，其空间重合度约为$60\%$。结果表明，耗散是近壁湍流的主要组织机制。
可解释ai湍流机理深度学习shap分析湍流动能
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01-29 00:00
准确模拟核量子效应对于分子建模至关重要，但使用路径积分分子动力学（PIMD）成本高昂。本研究提出了GG-PI框架，它结合了单珠条件密度的生成式建模与吉布斯采样，能够从经典模拟数据中恢复量子统计。GG-PI利用廉价的经典模拟或现有数据进行训练，并允许在不同温度间迁移而无需重新训练。在标准测试系统上，GG-PI相比PIMD显著减少了计算时间。该方法可轻松扩展到具有类似马尔可夫结构的广泛问题中。
量子统计生成式模型吉布斯采样分子模拟路径积分
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01-29 00:00
本研究通过建立数学模型并结合蒙特卡洛模拟，系统分析了扫描式（点扫、线扫）与宽场式电压成像显微镜在不同时间采样策略下的性能差异。结果表明，在低信噪比或只需检测少量尖峰时，扫描显微镜表现更优；而在时间欠采样且需检测大部分尖峰时，宽场显微镜更具优势。当采样率提升至电压指示剂衰减速率（约500 Hz）时，两者性能趋于一致。该研究为电压成像中时间采样参数的优化选择提供了重要指导。
电压成像时间采样显微镜信号保真度蒙特卡洛模拟神经科学
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01-29 00:00
本研究通过大肠杆菌表达系统合成了别藻蓝蛋白(APC)、C-藻蓝蛋白(CPC)及其突变体，并结合二维电子光谱(2D-ES)技术，探究了色素排列对藻胆体光捕获蛋白光激发动力学的影响。研究发现，色素数量或空间排列并非决定激发态能量结构的主要因素。突变体CPC的光谱特性更接近野生型CPC而非APC。2D-ES数据显示，CPC在1 ps时仍保留宽的正信号，表明振动激发态弛豫不完全，而APC则在相同时间内弛豫至势能面底部。结构分析揭示，CPC中α链的藻蓝胆素(PCB)呈弯曲构型，而APC中的PCB呈平面构型。弯曲的PCB减少了π共轭程度，导致其激发态性质与平面结构不同。这表明由局部色素-蛋白质相互作用主导的电子结构，在超快能量弛豫过程中起着关键作用。
光捕获蛋白二维电子光谱色素排列能量弛豫藻蓝胆素激发态动力学
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01-29 00:00
本研究成功演示了反射几何下的软X射线叠层成像技术，突破了传统透射成像对样品厚度和制备的严格限制。通过在多层基底上的测试图案（西门子星和条形码）进行验证，经验性地通过傅里叶环相关分析，在重建物体上实现了约45纳米的完整间距空间分辨率。该技术为无需透射样品的材料无损X射线研究开辟了新途径，尤其适用于扩展或块体样品在软X射线区域的分析。
x射线成像叠层成像纳米分辨率反射几何无损检测材料科学
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01-29 00:00
本研究将数据同化方法扩展至大涡模拟（LES）的亚格子应力（SGS）建模，开发了与流动求解器数值格式一致的机器学习模型。模型采用非Boussinesq SGS公式和耗散匹配训练损失，以克服线性涡粘性模型在复杂流动（如逆压梯度湍流边界层）中的局限。通过引入多任务学习策略，模型在网格细化时能实现单调收敛，这是传统SGS模型常缺失的特性。后验测试表明，相较于动态Smagorinsky模型，该模型在平均速度和壁面剪切应力预测方面均有改进。
大涡模拟亚格子应力模型机器学习数据同化湍流边界层网格收敛性
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01-29 00:00
本研究提出了一种可微分的弱形式学习方法，用于加速有限元模拟。该方法通过在动量方程的变分（弱）形式中直接引入参数化的双线性算子进行增强，而非在控制方程的强形式中引入黑箱源项。这些算子的系数通过高分辨率模拟学习得到，使得未解析的小尺度动力学能够在粗网格上得以表示。在弱形式层面应用修正，使学习模型与有限元离散化保持一致，保留了关键数值结构并更好地遵循了不可压缩流动的基本特性。在相同设置下，该方法比可比的强形式修正能产生更准确、更长期稳定的解。研究在Firedrake有限元求解器中实现了该方法，并在包括一维对流-扩散方程和二维不可压缩Navier-Stokes方程在内的基准问题上进行了评估。通过将PyTorch与Firedrake伴随框架耦合，实现了端到端的可微分训练。测试表明，学习得到的变分算子在降低计算成本的同时，提高了长期模拟的准确性。总体而言，研究结果表明，弱形式学习为不可压缩流动的准确、稳定粗网格模拟提供了一条原则性的、结构保持的途径。
计算流体力学有限元方法弱形式学习模型降阶可微分编程navier-stokes方程
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01-29 00:00
本研究通过高精度CFD-DEM耦合模拟，揭示了受限气固系统中边界运动诱导颗粒夹带的物理本质。研究发现，所谓的“抽吸效应”并非单纯由压力驱动，而是由边界加速流动产生的压力梯度力和非定常曳力共同作用的结果。尽管力场复杂且瞬变，最终被夹带的颗粒质量主要取决于一个单一的能量度量：在边界运动期间，流体-颗粒力在夹带方向上对颗粒集合体所做的机械功，而非峰值瞬时力。这为理解受限系统中的颗粒输运提供了一个基于功的组织原则和理论框架。
气固两相流颗粒夹带cfd-dem模拟非定常流动机械功受限系统
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01-29 00:00
本研究提出了一种新型侧向剪切光学衍射层析成像（LS-ODT）技术，通过结合部分侧向剪切离轴干涉术与动态散斑照明，有效抑制了厚样本（如组织、脑类器官）中的多重散射效应，显著提升了成像的时空稳定性与折射率灵敏度。实验验证了该方法在细胞模型、小鼠肾脏组织切片以及人诱导多能干细胞（iPSC）来源的脑类器官（包括厚切片）中的鲁棒性与准确性。相关荧光与折射率层析成像结果突显了LS-ODT在组织学等生物医学研究领域的广泛应用潜力。
光学衍射层析折射率成像脑类器官干涉测量生物医学成像组织学
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01-29 00:00
本研究将Aufbau抑制耦合簇理论推广至双激发态的计算。通过推导并实现一种波函数初始化策略，使零级波函数能够匹配双激发参考波函数的主要构型，同时保持该方法与基态单双激发理论相当的渐近计算成本。基于态平均完全活性空间自洽场参考，该方法对由单一双激发行列式主导的态，以及在乙二醛等分子中由两个不同双激发行列式主导的态，均能产生高精度的激发能。典型激发能误差约为0.15 eV，最大观测误差为0.3 eV，显著优于传统运动方程方法在相同计算级别下的误差（4-6 eV）。
量子化学耦合簇理论激发态计算双激发态波函数方法计算精度
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01-29 00:00
本研究采用单次飞秒激光烧蚀技术，成功制备出无缺陷的光学纳米光纤光子晶体法布里-珀罗谐振腔，其品质因子超过 $10^7$。研究发现，即使在脉冲宽度比热截止时间（$6.6 \mu s$）短一个数量级的情况下，热光效应在整个腔带宽内仍占主导地位。这种兼具高Q值和小模式体积的谐振腔，有望为基于腔QED的量子计算与网络构建高速量子节点，以及实现低功耗在线光纤光开关。
光子晶体光纤谐振腔飞秒激光量子光学热光效应
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01-29 00:00
研究探讨了太阳风行星际磁场中广泛存在的$1/f$噪声谱（频率范围约$10^{-6}$至$10^{-4}$ Hz）的起源。通过分析具有尺度不变或对数正态相关时间分布的合成时间序列，验证了基于太阳/日冕过程的“叠加原理”能够有效生成观测到的$1/f$噪声谱。研究进一步利用ACE航天器长达十年的实地磁场测量数据，证实了$1/f$谱的持久性，为理解长时间尺度日球层数据中不可避免的叠加效应导致的$1/f$噪声普遍性提供了关键解释。
1/f噪声太阳风行星际磁场叠加原理功率谱日球层物理
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01-29 00:00
本研究利用物理信息神经网络（PINNs）这一深度学习框架，解决了从大地测量观测数据中定量评估断层摩擦异质性的高维优化难题。该方法将神经网络用于表征空间变化的摩擦特性，并将其与断层力学模型相结合。针对2010年日本西南部丰后慢滑事件的应用表明，估计出的摩擦异质性成功解释了慢滑事件在四国西南部的局部成核及其向西传播的过程，计算出的断层滑动时空模式与观测到的地表位移高度吻合。该研究为建立力学一致的断层滑动模型并实现基于物理的滑动预测提供了新途径。
物理信息神经网络断层摩擦慢滑事件大地测量学深度学习断层力学
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01-29 00:00
针对探测低质量轴子暗物质所需的大体积谐振腔挑战，本研究通过有限元分析，系统优化了工作在100-500 MHz频段的再入腔设计。研究发现，一种双杆攻击几何结构相比传统单杆设计，可将有效扫描时间提升约三倍。此外，提出了一种采用一根固定杆和一根可调杆的混合设计方案，在保持扫描时间优势的同时降低了机械复杂性，为增强低质量轴子暗物质探测灵敏度提供了可行路径。
轴子暗物质再入腔微波谐振腔有限元分析几何优化低质量探测
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01-29 00:00
本研究提出了一种集成于漏波天线中的非局域太赫兹超表面，用于实现稳健的宽角度波束扫描。该设计通过明确引入切向与法向表面极化率以及磁电耦合，编码全息图案，使得即使入射导模的纵向波数（及其有效入射角）随频率变化时，辐射性能仍能保持稳定。研究揭示了实现完全角度不敏感性的理论极限，并提出了基于优化的框架来获取所需的表面极化率，以近似实现稳定的近角度不敏感波束扫描。此外，还引入了一种迭代综合方法，将抽象的极化率映射为物理可实现的微结构。全波仿真表明，在2.0-2.7 THz频带内实现了近50度的波束扫描范围，相比传统局域超表面设计性能提升超过三倍。
太赫兹技术超表面天线波束扫描非局域超材料漏波天线全息编码
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01-29 00:00
本研究通过实验验证的VOF多相直接数值模拟，系统量化了预设的初始轴对称瑞利模态$(n,0)$对脉冲加速下液滴变形与破碎的影响。研究发现，破碎过程并非仅由初始形状的阻力决定，而是自由模态振荡与受迫气动（或剪切驱动）变形之间动态耦合的结果：相长叠加可强烈放大变形，而相消叠加则能在原本破坏性的外力下稳定液滴。在所有研究的系统中，结果由外部功如何有效分配为可恢复的振荡能量、质心平动和粘性耗散所控制，其中粘度和密度比分别作为阻尼模态相互作用和限制能量摄取时间窗口的关键调节因素。
流体力学液滴破碎瑞利模态多相流模拟脉冲加速
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01-29 00:00
本研究通过实验室水槽实验，系统探究了明渠湍流中浮力颗粒在气-水界面的聚集行为与表面分布。研究聚焦于毛细吸引力、流体动力阻力与流动驱动的横向输运之间的相互作用。通过引入一个无量纲的聚集韦伯数（$We_{cl}$），成功将基于毛细作用的聚集理论框架扩展至明渠流动，该参数捕捉了流动诱导的破坏力与毛细吸引力之间的平衡，为观测到的聚集行为提供了简洁描述。此外，研究证实二次流在颗粒表面输运中起核心作用，会产生依赖于渠道宽深比的系统性横向聚集。这些发现将毛细驱动聚集理论扩展至明渠湍流，并揭示了二次流是控制颗粒表面分布的关键机制。
明渠湍流颗粒聚集毛细作用二次流表面分布韦伯数
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01-29 00:00
本研究提出并实验验证了一种晶格失配型莫尔超晶格纳米激光器。与依赖扭转角的传统莫尔结构不同，该方法通过精确调控两个组成晶格间的晶格常数，在减小单元尺寸的同时，实现了稳定的平带频率和显著提升的品质因子（Q因子）。通过光致发光谱测量，证实了小晶胞莫尔腔中存在显著的平带。进一步通过减小中心孔尺寸，成功将六极模从简并的偶极模中分离出来，同时保持了强晶胞间耦合，最终实现了低阈值的单模六极平带激光激射。这为开发基于莫尔平带的纳米光子器件提供了一种系统且可控的新策略。
莫尔超晶格平带激光纳米光子学晶格失配强耦合低阈值激射