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02-25 00:00
本研究提出了一种利用二维功能梯度各向异性超材料，在弹性波从刚性介质向柔性介质传播时实现纵波-横波高效模式转换的新机制。通过设计超材料中的密度和形状梯度，有效缓解了由偏振失配引起的阻抗失配问题。研究结合单元色散分析和频域有限元模拟，在1-10 kHz频段内实现了宽带模式转换，并通过增材制造样品的全场速度测量进行了实验验证。该方法可应用于医学成像、地震隔离和换能器设计等领域。
弹性波模式转换功能梯度材料超材料阻抗匹配增材制造
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02-25 00:00
本研究提出了一种基于机器学习的逆向设计框架，用于开发具有负泊松比和负热膨胀系数的双材料混合蜂窝热弹性超材料。通过高通量模拟生成数据集，训练正向神经网络模型以高效预测结构性能，并开发了六种针对不同设计场景的逆向模型，可根据目标性能反推几何特征与基材属性。该方法将正向模型集成至逆向模型的损失函数中，并通过代表性设计案例验证了模型的有效性，为新型工程系统中的超材料应用提供了高效的设计工具。
超材料设计机器学习逆向设计热弹性负泊松比负热膨胀
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02-25 00:00
本研究提出了一种用于ISAC后加速器的在线调谐策略。该方法首先利用数字孪生模型预设机器光学参数，然后在有束流运行的在线操作中进行贝叶斯优化以实现导向。该模型可在数秒内计算端到端的振荡频率，并在设备边界、变化率限制和束流损失联锁等约束下与控制系统交互。实验案例表明，在相同条件下，将光学参数与导向解耦的策略比完全贝叶斯（光学+导向）基线方法收敛更快、更可靠，达到高传输效率所需的迭代次数减少了4-6倍，最终平均传输效率达到中高90%范围。通过参数空间降维，收敛过程更可预测，且更易于实施运行安全保护。
加速器调谐贝叶斯优化数字孪生在线控制参数降维光学解耦
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02-25 00:00
本研究提出了一种无需极化、与CMOS工艺兼容的硅-有机混合微环调制器平台。该平台利用铁电向列相液晶独特的双相移特性，将射频信号与直流偏压施加于同一电极，实现了高达7.8 GHz的电光带宽，这是目前同类器件的最高纪录。作为概念验证，器件在约0.084 mm²的面积上实现了约150 pm/V的线性谐振位移，静态功耗效率约为4.5 nW/π，片上光插入损耗约为0.78 dB。该工作通过选择性图案化沉积和自由形式光子线键合技术，成功展示了铁电向列相液晶在硅基光子集成电路中的集成。
硅基光子学电光调制器铁电液晶微环谐振器光子集成
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02-25 00:00
本研究报道了一种将金刚石氮空位（NV）中心与定制40纳米CMOS单光子雪崩二极管（SPAD）阵列集成的量子生物传感平台进展。该系统集成了片上主动淬灭、数字读出、紧凑微波传输及实用光学激发/收集方案，支持宽场光探测磁共振（ODMR）。通过分析荧光收集效率、探测器计数率能力和微波均匀性等系统级设计，并以SPION标记的HEK293T细胞为用例，研究指出需亚微特斯拉（sub-$\mu$T）灵敏度以分辨典型系综线宽内的ODMR位移。基于所提架构与效率分析，预计每像素磁场灵敏度可达约90 nT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$，为从光学繁复的量子钻石显微镜迈向紧凑、CMOS集成的NV生物传感器，实现复杂生物环境中定量磁成像提供了实用路径。
量子传感nv中心cmos集成生物磁成像单光子探测光探测磁共振
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02-25 00:00
本研究首次在活体动物模型中，利用激光驱动质子加速器产生的超高瞬时剂量率（FLASH效应）照射正常哺乳动物组织。实验发现，与常规剂量率的X射线照射相比，激光驱动质子能显著减轻组织水肿。RNA测序分析进一步揭示了两种不同剂量水平下，与免疫和表皮程序相关的差异基因表达，为理解FLASH效应的生物学机制提供了新线索。
flash放疗激光质子超高剂量率正常组织保护在体实验基因表达
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02-25 00:00
本研究发展了一个微观理论，揭示了卤化物钙钛矿量子点中产生超辐射、超吸收等迪克合作光学现象的物理起源。核心发现是，合作发射源于光学跃迁偶极子的集体耦合与晶格诱导无序之间的竞争，其平衡由拉曼声子谱密度和激子振子强度决定。高温下，强弗罗利希耦合和玻璃态晶格动力学产生动态无序，抑制偶极同步，导致非相干发射；冷却后，晶格涨落冻结，当集体耦合超过残余静态无序时，合作相干性出现。该理论定量解释了辐射速率常数比和双激子结合能的尺寸、成分和温度依赖趋势。
钙钛矿量子点迪克物理超辐射晶格无序集体耦合合作发射
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02-25 00:00
本研究结合DNA纳米技术的结构精确性与ε近零（ENZ）超材料的独特场环境，实现了对纳米尺度能量转移过程的双重优化。通过DNA分子信标精确控制供体-受体（Atto425/Cy3.5）的间距（2 nm与7.2 nm）与取向，并将其置于多层ENZ超材料衬底的近场中。时间分辨光致发光测量显示，相较于玻璃衬底，ENZ环境下的FRET效率显著提升，对应供体淬灭增强与寿命缩短。该架构通过DNA的结构编程与ENZ介导的局域光学态密度（LDOS）重分布，为放大量子发射体间的近场耦合提供了一条可扩展的实验路径，在下一代生物传感与量子光子技术中具有应用潜力。
fret增强dna纳米技术enz超材料能量转移量子发射体近场耦合
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02-25 00:00
研究团队提出了一种名为“距离模拟器”的新型光学系统，仅需三个透镜即可在紧凑装置内模拟长距离单色激光传播的空间效应。该系统解决了星间光学系统地面测试的关键难题，通过数值分析量化了系统紧凑性与制造精度之间的基本权衡，为未来多卫星激光链路技术的紧凑光学测试平台设计提供了实用框架。
光学模拟激光传播卫星通信光学测试紧凑系统
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02-25 00:00
本研究提出了两种首次示范型氘氚（DT）悬浮偶极聚变电站的高层设计。设计核心是一个峰值磁场达23 T、采用钨和碳化硼分层中子屏蔽的REBCO超导磁体，能将92%的沉积热量辐射至第一壁。创新点在于将磁体线圈分为“牺牲”部分（约20%）和半永久部分，牺牲部分因中子损伤寿命约1年，可快速更换和翻新，从而解决了DT燃料循环中14.1 MeV高能中子对超导磁体的损伤难题。较大设计可产生667 MW聚变功率和208 MW净电功率，为实现经济可行的聚变发电提供了新路径。
聚变能源悬浮偶极氘氚燃料超导磁体中子屏蔽电站设计
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02-25 00:00
本研究提出了一种基于CERN White Rabbit协议的低成本高精度定时同步方案。该系统通过增强的电子架构，能够在无需复杂环境补偿（如温度漂移）的情况下，实现超过一百公里距离的皮秒级同步精度。实验以加速器中用于电子/正电子束极化测量的脉冲激光系统为对象，验证了系统在长距离传输后仅产生数皮秒漂移的稳定性能。该工作为大型加速器组件与探测器网络提供了经济可行的精密同步解决方案。
定时同步white rabbit协议皮秒精度加速器诊断长距离传输低成本系统
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02-25 00:00
研究揭示了线性波系统中叠加原理在特定表示下会失效的现象。当多层介质中的场被展开为消失波和非均匀波的无穷级数时，部分波的叠加会发散，尤其在具有三个或更多界面的系统中。这种发散源于消失波分量无法在常规基中归一化。为解决此问题，作者引入了功率流模式作为正交归一基波解，该基能保持散射事件中的能量守恒，从而恢复收敛性。在通量正交基中，界面散射是幺正的，传播本征值有界，确保了收敛。该方法可推广至标量、电磁和弹性波系统。
叠加原理消失波发散多层介质散射矩阵功率流模式波系统
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02-25 00:00
本研究首次利用量子多体微扰理论中的Bethe-Salpeter方程（BSE），结合现代随机采样技术，对包含数千个价电子的光系统II反应中心（PSII-RC）进行了从头算研究。研究揭示了蛋白质静电环境通过集体$k$依赖的极化作用，有效调控了由六个叶绿素分子组成的染料核心的激子性质。计算表明，蛋白质环境不仅诱导了依赖于极化的能量位移（约680 nm处的$Q_y$激发），还重新分配了光谱权重，并改变了激子的离域性和色素特征，捕捉到了低激发态的横向和纵向不对称性。这标志着对生物纳米结构进行精确多体计算的新时代已经到来。
量子多体计算光系统ii激子重整化bethe-salpeter方程蛋白质静电生物纳米结构
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02-25 00:00
低温探测器在暗物质与中微子等稀有事件探测中至关重要，但其在O(10 eV)至O(1 keV)关键能区的标定一直面临挑战。传统放射源信号过强且会污染低本底环境。本研究提出的LANTERN系统，利用LED发射的单色紫外-可见光光子，通过分析其光统计特性来标定探测器响应曲线，无需预先知道沉积的总能量。该系统采用快速切换的LED矩阵，可独立标定多达64个量热计。初步验证显示，其在BULLKID-DM实验探测器上的能量重建误差约为$\approx 2\%$，与商业驱动器的交叉标定结果一致。
低温探测器光学标定暗物质探测稀有事件能量重建led标定
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02-25 00:00
SPARTA项目旨在设计一个中等规模的加速器设施，利用等离子体加速器进行强场量子电动力学实验。为实现多级等离子体加速，需要多个驱动束（超相对论带电粒子束或高强度激光束）。当使用粒子束时，需将其从射频加速器分配到不同等离子体级，并确保时间同步。本文提出了一种延迟方案，可在约12米内实现2纳秒的延迟，同时保持一阶束流参数的周期性。
等离子体加速束流延迟sparta项目强场qed加速器设计时间同步
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02-25 00:00
为支持杰斐逊实验室CEBAF加速器的重大能量升级，本研究提出了用于固定场交变梯度（FFA）再循环弧的复杂水平束流分离器概念设计。该设计需在现有隧道空间的严格物理约束下，管理多达六束并发束流，并满足进入永磁FFA弧的多方面束流动力学匹配要求。研究基于Bmad工具包的多程模拟，从初始几何布局到高级光学匹配进行了详细阐述，最终形成了一个稳健的几何布置和多个灵活的光学匹配方案，并集成了向实验大厅引出高能束流的可行方案，为未来的工程与性能优化研究奠定了基础。
加速器物理束流光学概念设计ffa加速器cebaf升级束流分离器
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02-25 00:00
本研究提出了一种理论框架，用于量化分子在特定约束区域内连续变化的对称性与手性程度。该方法应用于树枝状烯分子的反应位点，揭示了局部对称性与分子稳定性、宇称依赖行为以及狄尔斯-阿尔德反应性之间的强相关性。此外，对卟啉分子局部手性场的表征，解释了其手性识别能力的独特特征。这些发现凸显了分子框架内局部对称性在预测化学性质方面的潜力。
局部对称性连续量化化学反应性手性识别分子动力学理论框架
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02-25 00:00
本研究通过调制辅助泵浦光束的波长，首次实现了对光悬浮铒掺杂NaYF六角棱镜“硬币翻转”旋转模式的精确控制。该方法突破了传统依赖光功率、偏振或环境压力调控的局限，能以二进制方式精确调制粒子转速，并成功将ASCII信息“hello”编码于其旋转频率中。实验还观察到悬浮棱镜旋转中类似贾尼别科夫效应的长期双模态周期动力学，为高灵敏度陀螺仪技术和光机械信息编码提供了新途径。
光镊悬浮旋转控制波长调制光机械系统信息编码纳米陀螺仪
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02-25 00:00
本研究提出了一种名为空间谐波不变非线性编码（SHINE）的新型多模光纤成像方法。该方法利用二次谐波产生的角度相关相位匹配条件，将空间特征编码为宽带光谱特征。这种光谱表示对模态混叠、光纤弯曲、移动和结构变化具有内在不敏感性，使得深度学习模型能够在动态扰动下实时稳健地重建图像。实验表明，该方法在Fashion-MNIST数据集上的图像重建平均皮尔逊相关系数达到0.82，在HERLEV生物医学数据集上的分类准确率达到92.3%。尤为突出的是，该方法展现了卓越的跨光纤泛化能力：在单一光纤上训练的模型，能够成功重建通过完全不同的、未见过的光纤传输的图像，相关系数达0.74。
多模光纤成像无校准成像二次谐波产生深度学习跨光纤泛化实时成像
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02-25 00:00
本研究通过动态缩放（40倍）的机器人游泳足模型，系统探究了虾类游泳足外肢相对于内肢的杯状角（ζ）在稳态前进运动中对推力-升力平衡的调控作用。实验在雷诺数 Re = 968 下进行，结合力测量与粒子图像测速技术。结果表明，与生物观测一致的适中杯状角（ζ = 20°–40°）能实现最优的推力-升力平衡。在此角度下，外肢在动力冲程中快速外展，在流速峰值时最大化投影面积；在恢复冲程早期内收，以最小化阻力。降阶力模型揭示，外肢贡献了总升力的52%–62%，尤其在适中ζ下，前缘涡（LEV）形成并在整个动力冲程中保持附着。极端杯状角会导致LEV相干性下降，力产生减弱。这些发现表明虾类游泳足是一种利用阻力和升力的混合推进器，ζ可作为独立于划动运动学的几何控制参数来调节推力-升力平衡。
生物流体力学仿生推进推力升力平衡杯状角调控前缘涡雷诺数
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02-25 00:00
本研究提出了一种光学时序工程微梳（OTEM）技术，通过注入辅助激光在微腔孤子中创建势阱，实现对孤子脉冲时序的精确控制。该方法使孤子扫描速率达到31.3 ps/μs，比现有可编程光纤激光频率梳快两个数量级以上。利用时序扫描能力，研究人员使用单个OTEM实现了单像素与并行测距，通过多外差拍频谱相位提取，达到了皮米级的测距精度，创造了光学绝对测距的新纪录。
微腔孤子光学频率梳精密测量时序控制集成光子学外差探测
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02-25 00:00
本研究提出了一种基于光学保角映射的紧凑型连续谱束缚态（BIC）设计方法。通过将传统无限周期结构映射为有限尺寸环形结构，实现了从平移对称性到旋转对称性的转变，在保持原系统本征值和BIC类型的同时，解决了BIC在有限尺寸结构中实现的关键难题。理论分析与数值模拟表明，嵌入梯度折射率介质背景的双环形介质光栅结构可在有限区域内支持真BIC，为微型化高Q值光子器件提供了新途径。
连续谱束缚态光学保角映射全介质结构对称性转变高q值谐振光子器件
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02-25 00:00
本研究通过光子合成维度，在一维时间量子行走中构建了非对称长程耦合，首次实验演示了源于准能量能带缠绕的量子化输运。研究证明，初始波包的平均群速度与缠绕数成正比，从而产生量子化的位移输运。通过级联两个具有翻转近邻/长程耦合的区域，观察到了具有量子化空间偏移的聚焦效应，并验证了该输运对障碍和紊乱的鲁棒性。这项工作开启了基于准能量缠绕的拓扑输运新范式，有望应用于精密成像和信息处理。
拓扑物理量子行走准能量缠绕量子化输运合成维度floquet系统
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02-25 00:00
本研究提出了一种新的降阶模型框架，旨在解决传统基于本征正交分解的模型在预测训练数据外流场时鲁棒性不足，以及纳入多工况数据后计算成本过高的问题。该框架采用一种新颖的两步降阶策略，在第二步中根据预测目标有选择地保留最相关的流场数据，从而在不牺牲精度的前提下显著降低计算成本。在二维圆柱绕流这一经典基准问题上，该模型准确再现了涡脱落频率与雷诺数的关系，并将计算成本较传统方法降低了约50%。
降阶模型本征正交分解计算流体力学圆柱绕流模型鲁棒性计算加速