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02-17 00:00
本研究通过箔活化技术表征了布鲁克海文直线加速器同位素生产设施（BLIP）中质子辐照产生的快二次中子，并与FLUKA蒙特卡罗模拟结果进行了对比。利用国际反应堆剂量学与聚变文件（IRDFF-II）和最大熵形式对模拟中子通量进行了光谱调整，调整后预测与实验测量值的偏差在9%以内。研究模拟了多种降能器配置，以评估在拟议中子靶位（N-slot）提高快中子（En > 20 MeV）产额的可行性。结果表明，N-slot最靠近质子降能器的配置能产生最高的快中子产额，其中钨降能器性能最佳。基于此优化配置，研究讨论了利用二次中子进行同位素生产的潜力，多数情况下产额可达数毫居里量级。
中子物理同位素生产蒙特卡罗模拟加速器技术核反应
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02-17 00:00
本研究首次通过数值建模，揭示了石墨烯片在复合涂层中的取向与防腐效率之间的关系。研究团队引入了一个基于菲克定律、包含“未受保护投影面积比例”三角因子的新模型，用于计算腐蚀物质的扩散通量和基底腐蚀萌生时间。模型表明，石墨烯片与基底之间的夹角越小，越能有效延缓腐蚀发生。模拟预测，在100微米厚的环氧/石墨烯复合涂层中，10度夹角相比垂直排列可使扩散过程显著减缓，并将腐蚀萌生时间延迟约65倍。该模型的预测结果与实验数据吻合良好，为未来优化防腐涂层中石墨烯取向的研究奠定了基础。
石墨烯防腐涂层数值模拟扩散模型材料取向腐蚀防护
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02-17 00:00
本研究提出了一种贝叶斯多保真度深度算子网络，用于高效预测旋节线超材料的非线性力学响应。该方法融合了丰富的低保真度有限元模拟数据和稀疏的高保真度原位纳米力学实验数据，实现异构信息聚合。通过引入混合贝叶斯主动学习策略，联合最大化认知不确定性和微结构几何多样性来选择信息样本，将所需的3D非线性模拟成本降低了84.1%。该框架仅需从3000个设计池中战略性地选择22个样本，即可在预测完整应力-应变曲线（$\sigma$-$\epsilon$）以及刚度、强度和能量吸收方面显著优于单保真度基线模型。
超材料贝叶斯学习神经算子多保真度建模力学性能预测主动学习
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02-17 00:00
本研究提出了一种基于非厄米复耦合的解耦策略，以解决磁共振成像中接收线圈与超材料间强互感导致的模式分裂问题。通过设计耦合路径中的相位延迟，引入虚数耦合分量，使系统从PT对称相转变为反PT对称相，实现本征模简并，从而恢复单模谐振并抑制频率分裂。仿真结果显示，该方法可使B1场增强约14倍。这种被动、紧凑且与硬件兼容的方法为电磁、声学、光学及量子系统中的耦合控制提供了通用途径。
非厄米物理磁共振成像耦合控制超材料pt对称性模式分裂
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02-17 00:00
本研究提出了一种直接测量等离子体通道内强激光脉冲相速度 $v_{\phi}$ 的新方法，该参数是控制直接激光加速（DLA）共振条件的关键。该方法利用在通道鞘层处产生的二次谐波（SH）辐射，其发射角度受相位匹配条件支配，该条件直接依赖于 $v_{\phi}$。实验使用 1 TW 钛宝石激光系统，测得在电子密度 $n_e=(0.01-0.06)n_{cr}$ 范围内，相速度 $v_{\phi}=(1.010-1.030)c$。该诊断技术通过准三维粒子模拟验证，为优化 DLA 方案提供了原位测量手段。
激光等离子体相速度测量直接激光加速二次谐波粒子模拟
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02-17 00:00
本研究探讨了修正麦克斯韦电动力学（ModMax）在均匀恒定电磁背景下的光学效应。通过求解折射率，获得了纯磁场背景中平面波的传播模式与相位差（双折射）。进一步分析了简单电介质与ModMax介质界面处的古斯-汉欣位移，并基于一般反射问题，讨论了在磁场$B>E$和电场$E>B$两种主要情况下的复杂克尔旋转。结果表明，参数$\gamma$以及比值$(B/E)$和$(E/B)$在描述由非线性电磁效应诱导的光学系统的克尔信号（旋转与椭圆率）中起着核心作用。
修正电动力学非线性光学克尔效应双折射古斯-汉欣位移电磁背景场
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02-17 00:00
本研究探讨了超阿尔芬速度剪切流中的磁流体动力学湍流，发现大尺度速度剪切能够显著抑制湍流的不平衡性，驱动系统趋向平衡态——即使初始为完全不平衡的阿尔芬波湍流，其反向传播的阿尔芬波能量也会趋于相等。这一平衡机制源于剪切诱导的阿尔芬波线性非模态动力学，包括瞬态增长和过反射现象。该线性平衡路径与无剪切MHD湍流中的非线性机制有本质区别，对理解太阳风等热力学复杂等离子体剪切流中的平衡/不平衡湍流具有直接意义。
磁流体湍流剪切流阿尔芬波湍流平衡太阳风非模态增长
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02-17 00:00
本文提出了一种描述在显著椭圆日心开普勒轨道上运行的四航天器编队的新方法。通过求解线性化运动方程，获得了以“主航天器”笛卡尔坐标表示的解析解，物理意义清晰。研究表明，航天器构成的四面体体积是主航天器坐标的三次多项式，其系数随时间线性变化。若所有航天器绕日公转周期相同，体积则简化为坐标的二次多项式，且系数恒定，每个轨道周期内体积可归零0至4次。该方法可极大简化用于测量各类行星际物理场（特别是引力场梯度以检验修正引力理论）的任务规划。
航天器编队椭圆轨道引力梯度测量解析解四面体体积任务规划
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02-17 00:00
本研究在碳掺杂的六方氮化硼（hBN）中发现了一类新型表面辐射缺陷，其光物理性质与体相缺陷截然不同。这些缺陷在绿/黄可见光谱范围内发光，其发射可被高功率共振激光淬灭，归因于光驱动的结构重构。淬灭的缺陷可通过热循环过程恢复发光能力，结构转变的激活能为 $24.5 \text{ meV}$。此外，通过表面化学处理（如锂化）可实现永久性淬灭。利用这些机制，研究实现了负对比度激光直写技术，可在微观尺度上按需设计任意几何形状的发光图案。这类表面活性辐射中心为探索环境敏感性、表面科学以及与光子结构或电子器件的耦合提供了独特平台。
六方氮化硼表面缺陷激光直写单光子源二维材料光物理性质
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02-17 00:00
本文探讨了物理学中局部对称性的哲学与实践意义。作者指出，哲学争论常将局部对称性视为冗余结构或无害的数学工具，但在某些物理情境下，对称性必须被显式处理。通过考察广义相对论和规范理论的教科书案例，作者识别了微分同胚不变性或规范不变性必须被明确处理的场景（如线性化、初值问题或哈密顿3+1形式）。作者提出了“背景相对复杂性”的操作性标准，以解释对称性何时可以保持隐含、何时必须显式化。量子与子系统情境则提出了进一步挑战，其中叠加与拼接等任务迫使对称性进入视野。
对称性规范理论广义相对论物理哲学微分同胚
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02-17 00:00
本研究提出了一种高精度全孔径校准方案，解决了空间光子伊辛机（SPIM）因光学像差和非均匀照明导致的可扩展性瓶颈。通过实现精度优于λ/40的波前检索与校正，恢复了整个空间光调制器（SLM）区域的精确相位编码。同时，引入了一种新颖的相互作用归一化方法，补偿了振幅曲率，实现了均匀的耦合表示。这些进展共同建立了一个高保真、全区域工作的SPIM架构，为更大规模、更可靠的光子伊辛计算铺平了道路。
光子伊辛机波前整形组合优化光学计算空间光调制
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02-17 00:00
本研究建立并分析了三维粘性流体表面微生物液滴的生长模型。模型描述了生长诱导的表面应力、营养消耗导致的密度变化以及由此产生的流体流动。通过将自由边界问题重构为仅定义在微生物域上的积分-微分方程组，识别出对应径向扩展圆盘的轴对称解，并分析了其形态稳定性。研究发现，生长力会稳定轴对称解，而浮力则起失稳作用。这些发现与实验观测结果相符。
生物物理流体力学微生物生长形态稳定性自由边界问题
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02-17 00:00
本研究提出了一种超越传统近似方法的几何量子化方案，旨在调和广义相对论与量子力学。通过在切丛中描述自由落体量子粒子的运动学，将四维黎曼流形推广至八维，并直接推导出量子化的八维相空间度规张量 $g_{\mu\nu}(x, p)$。该方法不仅将量子力学扩展至包含相对论性引力场，还探讨了由此产生的“相对时空”的物理含义，为构建动态的量子时空几何提供了新途径。
几何量子化相空间度规量子引力广义相对论芬斯勒几何
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02-17 00:00
本研究通过现象学分析，追踪观察了十名学生在在线物理项目式学习（PBL）课程中的体验。研究发现，学生的独特学习体验、作为催化剂的“关键经历”、在PBL中的自我效能感以及基于先前经验的自我反思是四个核心主题。研究结果为教育者，尤其是在线环境下，如何根据学生不同性格特点设计PBL提供了新见解，并为探索PBL与自我效能感之间关系的纵向研究提供了参考。
物理教育项目式学习自我效能感在线学习现象学研究教育技术
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02-17 00:00
研究采用行为心智网络（BFMNs）量化分析学生与专家对学术评估的语义情感框架。通过994名参与者（包括STEM专家、高中生、物理/心理学本科生）及GPT模拟学生的数据发现：人类学生普遍将“考试”与“成绩”与负面情绪、恐惧及预期概念紧密关联（z分数范围[2.04, 2.53]），形成明显的考试焦虑聚类；而专家则表现出中性且更具体的网络结构（z=1.87）。人类学生中“焦虑”与“考试”的语义重叠度是GPT模拟的三倍，揭示了当前AI在模拟人类情感框架上的局限性。该方法为量化研究学术焦虑提供了可解释的框架。
行为心智网络考试焦虑语义分析情感计算人机对比stem教育
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02-17 00:00
本研究在经典力学的特殊伽利略群框架下，统一处理空间位置、方向、时间位移和惯性运动的不确定性。主要贡献是推导了伽利略群的紧凑闭式雅可比表达式，实现了群流形上的不确定性传播。研究表明，通过底层群结构，时空与运动的不确定性本质上是耦合的。在从噪声观测中估计惯性系间时变变换的问题上，直接在伽利略群上进行估计比独立处理时间的方法，能产生统计一致性显著更高的结果。
经典力学伽利略群不确定性传播时空耦合惯性运动几何估计
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02-17 00:00
研究发现，含硅锂离子电池在早期循环中会出现容量增益现象，这给电池性能预测带来挑战。研究通过模拟与实验结合，揭示了四种导致容量增加的机制：其中三种与电池“磨合”过程相关，改善的质荷传输提高了活性电极材料的利用率并降低了阻抗；第四种则发生在高预锂化水平下，此时放电末期正极可被锂离子完全补充。这些机制的共同点在于改变了电极在半循环末期所经历的电势，从而增加了电池可用的锂离子库存。研究提出了一个定量描述框架，可推广至其他电池体系。
锂离子电池硅负极容量增益电化学机制电池老化模拟实验
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02-17 00:00
本研究首次在具有现实流动条件（非稳态泰勒涡流）的系统中，证实了快速发电机效应的存在。通过数值求解弗洛凯系统，计算了磁雷诺数高达 $3.2 \times 10^6$ 时的发电机增长率，发现磁场增长的时间与空间尺度是驱动流场的两倍。有限时间李雅普诺夫指数分析揭示了实现快速发电机效应所需的拉格朗日混沌区域。该研究为天体物理和地球物理中观测到的强磁场生成机制提供了更贴近物理现实的模型。
发电机效应磁流体力学泰勒涡流快速发电机高磁雷诺数拉格朗日混沌
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02-17 00:00
本研究采用匹配渐近展开法，推导了对流大气边界层的高阶平均速度剖面。通过引入多尺度参数 $(-z_i/L)^{-4/3}$、$(-z_i/L)^{-2/3}$ 和 $-h_0/L$，构建了扰动方程，并利用 M$^2$HATS 现场观测数据确定了普适展开系数。结果表明，该高阶剖面能有效描述对经典对数律、局地自由对流尺度以及 Monin-Obukhov 相似理论的偏离，与实测数据高度吻合，且验证了 Tong 和 Ding (2020) 提出的对流对数摩擦律至少二阶有效。
大气边界层匹配渐近展开速度剖面monin-obukhov相似理论对流湍流摩擦律
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02-17 00:00
本研究评估了通过增材制造技术制备的Fe-AZ31可降解复合材料在颅面固定应用中的生物相容性。体外细胞毒性测试显示，Fe-AZ31浸提液在HFF-1、L929成纤维细胞和hFOB成骨细胞中均保持>70%的细胞活力，且细胞形态与粘附正常。体内小鼠皮下植入实验表明，Fe-AZ31植入物随时间推移呈现渐进性表面腐蚀，伴随轻度、短暂的炎症反应和极少的包膜形成，未观察到全身毒性。血液学和血清生化指标均在生理范围内。结果表明，Fe-AZ31复合材料具有良好的生物相容性和有利的组织反应，支持其作为可吸收金属固定装置用于颅面重建的进一步开发。
生物材料增材制造可降解金属生物相容性颅面植入复合材料
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02-17 00:00
本研究在LAMMPS软件中开发了名为“fix pimd/langevin”的高效路径积分分子动力学（PIMD）实现。PIMD通过将量子粒子映射为环状聚合物（ring polymer）的经典系统来捕捉分子模拟中的核量子效应（NQEs）。该实现充分利用LAMMPS的消息传递接口（MPI）架构，支持常用功能，旨在高效利用现代大规模并行超级计算机。以液态水为示例验证了代码的正确性，并与i-PI软件进行基准测试。结果显示，在使用深度势能（Deep Potential）模拟水时，新实现获得了数倍的加速，并展现了优异的强扩展和弱扩展并行性能。
路径积分分子动力学核量子效应lammps高性能计算分子模拟深度势能
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02-17 00:00
本研究提出了一种高保真、机器学习加速的模拟框架，成功将物理上更真实的Lennard-Jones (LJ) 势函数集成到直接模拟蒙特卡洛 (DSMC) 方法中，解决了长期存在的计算成本瓶颈。该框架通过两个关键创新实现：1) 开发了基于局部粘度匹配的通用“可变有效直径”模型，以在宽温域内捕捉分子间的吸引与排斥作用；2) 采用深度算子网络 (DeepONet) 作为LJ散射积分的快速、高精度替代模型，从而高效处理粒子碰撞。该框架在氦/氩激波、低温壁面超音速库埃特流及高超声速圆柱绕流三个经典问题上得到验证，揭示了标准模型常忽略的物理效应，如在低温剪切层中，长程吸引力对剪切应力的主导影响。
稀薄气体动力学机器学习加速直接模拟蒙特卡洛lennard-jones势高超声速流动低温流动
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02-17 00:00
本研究报道了一种工作在1550 nm正常色散区的高能量双向耗散孤子锁模光纤激光器。通过腔内色散管理和Lyot滤波机制，激光器在两个方向上均获得了10-dB带宽超过20 nm的平顶光谱。利用泵浦功率调制实现动态重复频率差控制，结合相位校正算法，该系统在500 Hz采集速率下实现了约16 nm的光谱测量带宽，测量速度相比静态操作提升近两个数量级，并成功获得了0.5 s的互相干时间，光谱分辨率超过7.2 GHz。该工作填补了1550 nm高能量耗散孤子双梳光源的空白。
双梳光谱光纤激光器耗散孤子高速测量光谱学光学频率梳
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02-17 00:00
本研究提出并实验验证了一种基于平移形变形光子晶体的拓扑电荷涡旋纳米腔，其模式体积低至 $0.32 (\lambda/n)^3$，并实现了低至约 $0.74 \mu W$ 的激光阈值。该腔体支持具有偏振涡旋特征的超紧凑光学模式，其明确的拓扑电荷特性在近场和远场偏振分辨光学轮廓中得到证实。这项工作为多功能拓扑光子集成开辟了新途径，并为探索拓扑光子学场景下有趣的结构化光-物质相互作用提供了新潜力。
拓扑光子学纳米激光器涡旋光束光子晶体超小模式体积低阈值激光