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02-19 00:00
本研究提出了一种基于神经网络算子的中子输运计算替代建模框架。研究训练了DeepONet和FNO两种架构，学习从各向异性中子源$Q(x,\mu)$到一维平板几何中角通量$\psi(x,\mu)$的映射。针对不同散射比（c = 0.1, 0.5, 1.0）训练了模型，覆盖吸收主导、中等和散射主导的输运区域。评估表明，FNO预测精度更高，而DeepONet计算效率更优。两种模型均实现了显著加速，在散射比增大时尤为明显，运行时间仅为传统S_N求解器的<0.3%。将替代模型集成到S_N k-本征值求解器中，用单次前向传播替代计算密集的输运扫描循环。在不同裂变截面和空间-角度网格下，两种神经网络算子求解器复现了参考本征值（DeepONet偏差最高135 pcm，FNO最高112 pcm），同时在较细网格上将运行时间降至S_N求解器的<0.1%。这证明了神经网络算子框架作为中子输运准确、高效且可泛化替代模型的巨大潜力。
中子输运神经网络算子替代模型计算加速科学计算
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02-19 00:00
本文综述并改进了用于天体物理等离子体全动力学模拟的粒子网格方法，以纳入宏观效应。针对剪切、膨胀或局部加速逃逸的等离子体，分别提出了剪切盒、膨胀盒和泄漏盒算法。研究详细阐述了每种情况下如何求解麦克斯韦方程组和粒子运动方程，并引入了广义的类Boris粒子推进器来处理额外力作用下的动量方程。这项工作旨在为在PIC模拟中实现这些算法提供全面的参考。
粒子网格方法等离子体模拟天体物理数值算法剪切盒膨胀盒
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02-19 00:00
针对大型强子对撞机等科学仪器面临的数据带宽、延迟和功耗的极端约束，本研究提出了一种将神经网络嵌入前端电子芯片的解决方案。该方案能够在单个硅传感器层上，对带电粒子的击中位置和入射角进行概率推断，并输出校准后的不确定性。研究通过协同设计工具，在满足数值精度、延迟和芯片面积等严格约束的前提下，实现了在传感器边缘的直接智能感知，为提高高数据率科学仪器的数据收集效率开辟了新路径。
边缘计算粒子追踪神经网络芯片概率推断传感器技术高能物理
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02-19 00:00
本研究提出了一种用于高能物理实验的实时数据压缩方案。方案核心是将变分自编码器（VAE）的编码器部分通过决策树蒸馏为表格形式，并部署在基于忆阻器的模拟内容可寻址存储器（ACAM）上。该硬件系统能够实时将闪烁体量热计传感器采集的48个连续能量值压缩至潜空间，实现12倍的压缩比。模拟测试显示，单次压缩延迟为24 ns，吞吐量达3.3亿次/秒，平均能耗为4.1 nJ/次，为高能物理实验前端电子学的大数据量实时处理提供了高效的边缘AI解决方案。
高能物理数据压缩忆阻器变分自编码器边缘ai模拟计算
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02-19 00:00
本文介绍了SVAROG，一种配备电磁系统的紧凑型多通道中子超镜透射偏振器，并分析了其基本性能。研究探讨了该偏振器在PIK研究堆实验设施中的应用方案，并与已知的中子透射偏振器进行了比较，为高精度中子极化实验提供了新的设备选项。
中子偏振器超镜技术透射偏振电磁系统pik反应堆实验设施
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02-19 00:00
本研究探讨了原子核张量极化率对束缚态能级的影响，推导出其在两体束缚系统中对能级贡献的通用公式。研究发现，张量极化率会导致不同轨道角动量态之间的混合。研究以μ子氘原子为例，具体评估了张量极化率对P态超精细结构分量以及S态与D态之间混合的影响。
张量极化率μ子原子能级结构角动量混合超精细结构
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02-19 00:00
本文综述了基于CT和血管造影的冠脉血流储备分数（FFR）计算技术的最新进展。传统计算流体动力学（CFD）方法正快速向机器学习（ML）、深度学习（DL）及物理信息方法演进，以实现快速、无导丝、可扩展的冠脉狭窄功能评估。重点探讨了新兴的物理信息神经网络（PINNs）与神经算子（PINOs），它们通过将质量、动量守恒定律等物理结构引入模型训练，在提升计算速度的同时，增强了模型的泛化能力与物理一致性，减少了对密集标注数据的依赖。临床转化需关注模型校准、不确定性量化及质量控制等部署导向的指标。
血流储备分数物理信息学习计算流体力学冠脉狭窄医学影像深度学习
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02-19 00:00
本文为纪念生物膜液晶模型创始人Wolfgang Helfrich教授而作。文章从软物质物理视角，系统回顾了Helfrich弹性模型如何解释红细胞双凹盘状等生物膜形态。通过类比晶体、肥皂泡、富勒烯及碳纳米管等结构，揭示了圆柱、球体、环面及Delaunay曲面等形状的形成，本质上是其内在几何特性的体现。当膜压力、表面张力与弯曲模量满足特定条件时，生物膜便会呈现这些形态，展现了连续介质弹性理论在统一描述生物与合成系统膜形态方面的强大力量。
生物膜物理helfrich模型软物质膜形态弹性理论液晶类比
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02-19 00:00
本研究通过分析一个随机版本的洛伦兹方程，探讨了瑞利-贝纳德对流中平均风逆转的物理机制。该模型描述了热边界层与核心环流之间的相互作用。长时间数值模拟显示，风逆转间隔时间的概率分布呈现非高斯、多重分形特性。在特定频率范围内，模拟结果与实验测量一致，并表现出布朗运动的二阶矩统计特征。进一步分析揭示了非线性累积量生成函数，表明湍流特有的乘性间歇性强烈影响了统计特性。研究表明，该随机洛伦兹系统是描述瑞利-贝纳德对流中平均风逆转的一个忠实、低维度的替代模型。
湍流对流洛伦兹方程风逆转多重分形随机动力学瑞利-贝纳德对流
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02-19 00:00
本研究提出了一种利用历史气象数据训练的机器学习天气模拟器，来量化研究气候系统对温室气体浓度变化的快速辐射反馈响应。这些快速反馈过程（如降水响应）在数周时间尺度上被激活，其物理机制已存在于历史气候数据中。研究表明，无需针对未来地球系统条件重新训练，仅基于历史数据训练的模拟器就能准确预测二氧化碳浓度变化引起的快速降水响应，其结果与完整物理过程的地球系统模型（ESMs）高度一致。这为研究全球水文循环对辐射强迫的响应提供了一种高效的新工具。
机器学习气候模拟辐射反馈水文循环地球系统模型
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02-19 00:00
本研究针对微米级光致变色混合薄膜（如氧化钨-聚乙烯吡咯烷酮体系）缺乏明确光学常数、难以理性设计的瓶颈，提出了一种数据驱动框架。该方法仅需最少的实验透射率测量数据，通过系统优化，将复杂的非均匀光致变色层近似为压缩的均匀介质，并提取出其原始态与紫外辐照态下的伪折射率与伪消光系数等波长依赖的有效光学常数。该模型能在测试厚度范围内准确预测光学调制性能，为工程化设计混合光致变色系统提供了新框架，展示了数据驱动建模在表征复杂纳米结构材料方面的潜力。
光致变色光学常数数据驱动建模混合薄膜有效介质理论智能光学
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02-19 00:00
本文综述了超越传统莫斯规则（折射率随带隙增大而减小）的“超莫斯介质”材料。这类材料兼具高折射率和宽光学透明窗口，是先进光子器件的理想候选。研究指出，带边附近具有大联合态密度的电子能带结构是实现超莫斯行为的关键，而第一性原理计算筛选能加速其发现。超莫斯介质有望突破纳米谐振器、波导和超表面的性能极限，为下一代光子技术带来飞跃。
光子材料超莫斯介质高折射率第一性原理计算能带工程纳米光子学
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02-19 00:00
本研究利用具有超低光学损耗和显著面内双折射特性的α-MoO3薄片，成功构建了由双折射主导的各向异性光学腔。通过角分辨偏振拉曼光谱，观测到依赖于薄片厚度和拉曼位移的模式敏感的各向异性增强。一个结合了本征拉曼张量、双折射和色散效应的统一模型，精确复现了实验数据，阐明了激发波长和散射波长处的腔共振如何相互作用。该工作为高性能双折射光学器件和腔增强各向异性现象的研究开辟了新途径。
各向异性光学腔双折射角分辨拉曼光谱α-moo3腔共振
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02-19 00:00
本研究通过数值模拟，分析了在细长圆柱形容器中由局部方位体力驱动的流动所产生的发电机效应。研究发现，在中心区域，速度剖面在很宽的雷诺数范围内呈现相似的 $\propto r^{-2}$ 标度关系。磁场增长的条件与里加发电机类似，但增长模式表现出显著的非零群速度，表明相关的不稳定性是“对流性”的：流动可以放大外部施加的磁场，但无法自主维持。研究还概述了克服这一限制、实现基于无约束旋喷流的实验室发电机的几种途径。
磁流体动力学发电机效应数值模拟旋喷流对流不稳定性
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02-19 00:00
本研究设计并表征了一种基于塑料闪烁体与多像素光子计数器（MPPC）耦合的高灵敏度光学探测系统。通过分析传感器光电特性（如单光子增益校准与暗计数率）并嵌入波长位移光纤以提高光收集效率，系统被配置为三重符合望远镜。利用该系统测量宇宙射线μ子通量的角分布，实验数据拟合为 $\cos^n(\theta)$ 分布，得到角指数 $n = 1.44 \pm 0.06$，与文献值一致，验证了探测器稳定性与几何接收度。
宇宙射线探测硅光电倍增管闪烁体望远镜μ子角分布高能物理仪器
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02-19 00:00
本研究针对离散元法（DEM）模拟非球形颗粒材料时计算成本高昂的挑战，提出了一种新型弹簧-阻尼器（S-D）滚动摩擦模型。该模型将传统多参数模型简化为仅需一个具有物理意义的参数——临界滚动角 $\theta_c$，该参数表征了颗粒接触点从静摩擦到滚动摩擦的转变。理论推导与稳定性分析表明，该模型能避免虚假旋转振荡，使颗粒达到物理一致的平衡状态。模型进一步被集成到粗粒化DEM框架中，并通过垃圾焚烧炉系统的DEM-CFD耦合模拟验证了其能准确再现原始颗粒系统的宏观行为，显著提升了工业级模拟的适用性。
离散元法滚动摩擦颗粒材料粗粒化模拟计算物理
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02-19 00:00
本研究提出了一种新颖的物理信息卷积循环神经网络（PI CRNN），用于解决单台站地震监测中区分构造地震、人为爆破和瞬态噪声的难题。该模型采用多流架构，包含三个并行编码器：时域SincNet编码器、多分辨率频谱图分支和物理分支，后接融合模块和双向LSTM。在西北太平洋AI就绪地震数据集上的评估显示，PI CRNN在独立测试集上实现了97.56%的整体分类准确率，优于标准CRNN基线、经典的P波与S波振幅比方法以及通过损失函数施加物理约束的PINN模型。此外，模型在噪声识别上达到了100%的召回率。显著性图分析证实，模型成功学习了不同的物理特征，例如地震的双峰P波和S波到时与爆破的单一脉冲起始。
地震识别物理信息神经网络多流深度学习地震监测可解释ai
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02-19 00:00
本研究比较了多种进化算法在分子设计中的应用，旨在优化非线性光学（NLO）分子的性能。研究设定了四个目标：最大化第一与第二超极化率之比（$\beta/\gamma$）、优化HOMO-LUMO能隙和线性极化率至目标范围，以及最小化每个原子的能量。通过将分子编码为SMILES字符串并使用量子化学计算评估其性质，比较了NSGA-II、MAP-Elites、MOME、单目标（$\mu+\lambda$）进化算法和模拟退火。结果表明，NSGA-II在所有目标上均表现优异，能产生高质量分子；而MOME在探索广泛可能性方面更优，获得了更高的全局超体积和MOQD分数。每种方法各有优劣，并生成了许多有前景的分子。
分子设计进化算法非线性光学量子化学多目标优化
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02-19 00:00
本研究比较了模拟退火算法与进化算法在寻找具有大分子平均超极化率分子方面的性能。该性质是非线性光学材料的关键指标。两种算法均采用化学家广泛使用的SMILES字符串表示分子结构。结果表明，两种方法性能相当，均可用于解决化学与材料科学中更复杂的实际问题。
计算化学分子优化进化算法模拟退火非线性光学材料设计
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02-19 00:00
本研究提出Chem-SIM技术，将结构光照明显微镜（SIM）与中红外光热显微镜结合，实现了对微生物和哺乳动物细胞的超分辨化学成像。该方法通过泊松最大似然解调与波数间光谱归一化的计算流程，在低光子预算下稳健地恢复微弱的红外诱导荧光强度变化，并将其转换为化学指纹。该技术保留了完整的振动指纹，达到SIM级别的横向分辨率，并以高通量、基于相机的格式运行，对细胞的光热负载低。在单细菌水平，Chem-SIM能通过化学含量图谱区分静止期与对数期细胞；在卵巢癌细胞中，它能读出氘代脂肪酸处理下的脂质化学信息，并解析活细胞中脂滴的动态变化。
超分辨成像化学成像结构光照明光热显微镜细胞代谢生物物理学
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02-19 00:00
本研究首次在纯高阶偶数阶色散（PHEOD，m=4,6,8,10）介质中，构建了由立方-五次竞争非线性维持的平顶孤子族。与传统的二阶色散孤子不同，PHEOD孤子具有完全稳定性及振荡尾迹。研究发现，这些孤子间的相互作用呈现反常特性：同相位孤子相互排斥，反相位孤子相互吸引。这拓展了由多样化色散非线性介质维持的光学孤子种类。
光学孤子高阶色散非线性光学平顶孤子反常相互作用
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02-19 00:00
化学渗透通过跨膜离子输运维持生命非平衡态，但其有序性起源尚不明确。本研究构建了一个最小模型，揭示了离子泵取向与细胞内电化学势之间的相互增强机制。模型表明，涨落可诱导离子泵集体排列，从而自发形成膜电位。这种排列过程经历从无序到有序的相变，类似于伊辛模型。该结果为生物电的自组织涌现提供了物理机制，对生命起源研究具有启示意义。
生物物理自组织化学渗透相变离子泵膜电位
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02-19 00:00
研究报道了纳米秒激光脉冲冲击自由落体锡液滴（直径50或70微米）后产生的奇异射流现象。通过实验与数值模拟结合，揭示了液滴径向流动与回缩曲率间的微妙相互作用主导了射流形成。研究以韦伯数（We，2-16）和压力宽度（W，1-2）为特征参数，发现当We<10时，液滴回缩阶段呈现显著前向曲率并形成空腔，其塌陷产生的奇异射流速度可达冲击推进速度的十倍，峰值效应集中在We≈6-8区间，与液滴-固体撞击中的奇异射流现象相似。研究还捕捉了射流速度增强对压力宽度W的敏感性，并通过相图连接了不同变形形态与射流速度。
流体动力学激光冲击液滴动力学奇异射流韦伯数空腔塌陷
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02-19 00:00
本研究提出了一个通用形式，用于计算在双分量线性响应含时密度泛函理论（TDDFT）框架下获得的电子激发态的自旋期望值⟨Ŝ²⟩。该工作统一处理了非共线参考态中的非共线激发，以及共线参考态中的自旋守恒与自旋翻转激发。通过推导和分析针对共线参考态的专用方程，作者揭示了激发态⟨Ŝ²⟩的两个来源：参考态自身的⟨Ŝ²⟩₀和激发过程引入的增量Δ⟨Ŝ²⟩。研究还基于双分量DFT、非限制性Kohn-Sham和限制性开壳层Kohn-Sham参考态进行了数值计算验证。
tddft激发态自旋期望值双分量理论量子化学