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科技名刊精选

来源:  发布时间:2022-01-26

宇宙天文
日珥爆发研究进展
  中国科学院紫金山天文台张擎旻等人对传统的锥模型加以改进,认为锥的顶点位于爆发源区而不是太阳中心。相关成果发表于Astronomy and Astrophysics。日冕物质抛射(简称CME)是太阳外层大气中剧烈的能量释放过程之一,通常由日珥爆发驱动。从日面中心附近出发且朝向地球传播的CME称为晕状CME,极有可能引起灾害性空间天气。结合模型和多视角观测,研究人员对两个CME早期三维几何形态和运动学演化进行了详细的研究。该方法今后有望运用到地面和空间望远镜对CME的立体观测中,为空间天气预报提供理论基础,也为ASO-S卫星数据分析做科学准备。
  
系外行星统计及其理论意义
  北京大学科维理天文与天体物理研究所东苏勃研究员与合作者对太阳系外行星统计研究领域进行了系统总结和展望。相关成果发表于Annual Review of Astronomy and Astrophysics。文章评述了近年来行星统计研究方面的重要进展,重点讨论了轨道半径较短(短于日地距离)的行星的分布情况,这是开普勒卫星的主要探测区间。文章讨论并总结了视向速度法和微引力透镜法对轨道半径较长行星的研究结果,以及微引力透镜法发现的流浪行星族群的观测和理论意义。文章全面梳理了系外行星领域的统计结果,并探讨了其对行星系统形成和演化的理论意义。最后,文章展望了该领域未来有望取得突破的研究方向。
  
δScuti脉动食双星HIP 7666的测光和光谱分析
  中国科学院新疆天文台光学天文与技术应用研究室艾力·伊沙木丁研究员等人利用地面多台望远镜对脉动食双星HIP 7666开展多色测光和光谱国际联测,测量得到该双星的视向速度曲线,并给出测光轨道精确解和恒星物理参数,利用星震学模型对其脉动子星的脉动频率进行模式证认和分析。相关成果发表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。利用测光和光谱观测数据能够更精确地测量确定恒星的物理参数。该研究通过恒星演化模型确定双星系统的年龄大约为17亿年。该星的星震学模型表明,其主星是一颗p模式非径向脉动的盾牌座δ型脉动变星,其脉动频率正在经历回避交叉(avoided crossing)过程。
  
黑洞吸积流风存在的直接观测证据
  中国科学院上海天文台袁峰课题组和南京大学李志远课题组合作,通过分析观测数据,并利用磁流体动力学数值模拟,发现了黑洞热吸积流中存在风的直接观测证据。相关成果发表于Nature Astronomy。通过分析一个典型存在热吸积流的黑洞的高分辨率Chandra光谱,发现了铁元素的红移以及蓝移的拉曼阿拉法发射线。观测数据表明,这些发射线是从速度约每秒3000公里的外流(风)中发出来的,而且这些外流的温度为12keV。研究人员进一步研究发现了热吸积流中风存在的直接观测证据,验证了热吸积流理论预言的结果,加深了人们对黑洞吸积过程、黑洞与星系的共同演化等重要科学问题的理解。 
  
青海冷湖地区新发现的光学天文台址
  中国科学院国家天文台邓李才研究团队自2018年1月启动青海冷湖地区的天文选址工作。研究团队克服野外高海拔等困难,建成所有关键台址参数的测量平台,经过3年连续监测数据显示,冷湖台址的光学观测条件比肩国际一流大型天文台。相关成果发表于Nature。冷湖国际一流台址的发现打破了长期制约我国光学天文观测发展的瓶颈,不仅为我国光学天文发展创造了重大机遇,特别是冷湖所在的地理经度区域,尚属世界大型光学望远镜的空白区,而天文观测常常需要时域、空域的接力观测,因此,也是国际光学天文发展的宝贵资源。中国科学院将与青海省政府联合,最大限度发挥好冷湖台址的科学效益。
  
大规模探测类木星研究进展
  上海交通大学李政道研究所的冯发波带领的国际团队通过结合Gaia卫星和其先导卫星Hipparcos的天体测量数据,确认了GJ777b为最接近木星质量的类木星,大约为两倍木星质量。相关成果发表于Monthly Notices of the Royal Astronomical Society。通过类木星冷却模型的估算,GJ777b的温度在123到176开尔文之间,与木星134开尔文的温度相当,是目前与木星最相似的系外行星。GJ777b与宿主恒星的角距离是0.25角秒,将成为未来空间望远镜如JWST和WFIRST通过直接成像对类木星的大气和内部结构研究的重要目标。该研究对于利用天体测量和视向速度的方法探测第二个太阳系有着重要意义。
  
中心引力束缚的活动星系核宽线区受外力干扰
  中国科学院云南天文台卢开兴及其合作者发现活动星系核宽线区在中心超大质量黑洞的长期引力束缚下受到其他外力干扰的现象。相关成果发表于The Astrophysical Journal。活动星系核寄宿于星系中心,由中心超大质量黑洞、吸积盘、宽线区、窄线区和尘埃环组成,其中宽线区经过电离和复合产生大于1000公里每秒的宽发射线。在30年的时间尺度上看,两个活动星系核宽线区的转动速度与半径的平方成反比关系,其直接说明宽线区在中心超大质量黑洞的引力束缚下长期处于维里化运动。同时,该研究还从2019年的观测数据中清晰构建出两个活动星系核多个宽线辐射区的速度延时关系,发现蓝移的宽线辐射体比红移的辐射体更靠近中心黑洞。
  
单光子发射研究进展
  中山大学物理与天文学院李朝红教授团队利用耦合单原子-腔系统的电磁诱导透明,发展了高效可控的单光子发射方案。相关成果发表于Photonics Research。在单原子腔EIT系统中,利用EIT的强非线性,通过控制场及斯塔克位移调控系统的系统能谱不均匀性产生强的光子阻塞。该研究方案在一个中等的斯塔克位移条件下,使系统的二阶关联函数比腔EIT系统在斯塔克位移为零的情况下降低了4个数量级,且更重要的是由于EIT中的准暗态共振,腔的输出仍然可以保持一个较大值。同时,该研究为腔EIT中的光子阻塞提供了新的途径,将来有望在实现量子信息处理与量子精密测量等领域获得应用。
  
信息技术
一种同质晶体管-存储器架构和新型类脑神经形态硬件
  华中科技大学光电信息学院/武汉光电国家研究中心缪向水、叶镭团队与合作者在传感-存储-计算一体化研究方面取得新进展。相关成果发表于Science。文章提出了二维材料与铁电近邻耦合实现感-存-算一体的新方法。一方面,固定的铁电极化等效为非易失栅极电场对二维材料沟道进行电学掺杂,从而构建PN结、结型晶体管(BJT)等器件,用于构建外围电路;另一方面,铁电畴的极化翻转调制能够改变BJT的结区内建势垒,用于构建非易失存储器,并提升高低阻值比,以实现存内计算。利用同质的晶体管-存储器架构,还实现了2T2R(两个晶体管和两个忆阻器)结构的新型三态内容寻址存储器(TCAM)单元,可以应用于大规模数据并行寻址。
  
近红外二区磷光成像研究进展
  中国科学院自动化所胡振华研究员和武汉理工大学常柏松副研究员、中国科学院上海药物所程震教授、武汉理工大学孙涛垒教授合作,将磷光拓展到近红外二区区域,为探索面向重大疾病的特异性成像提供了新思路和新策略。相关成果发表于Nature Biomedical Engineering。该研究通过金属离子交换机理,制备出具有空心结构的CuISe纳米管,利用氢键诱导的受限自组装原理,成功改变了纳米探针的受激态衰减过程,将近红外二区(最大发射峰在1130nm左右)磷光探针CuISe纳米管的荧光寿命从73ns延长到336μs。在应用方面,研究人员将继续推动近红外二区成像技术的临床转化工作。
  
高噪声环境下实现高效的高维量子通信
  中国科技大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组与奥地利Marcus Huber教授等人合作,在高噪声环境下实现了高效的高维量子通信。相关成果发表于Physical Review Letters。该研究利用4维纠缠态和8维纠缠态,经过纠错和保密放大等后处理后,每对纠缠光子依然可以得到大于1比特的密钥,超越了两维比特系统所能达到的极限。而随着噪声增大,采用高维部分子空间编码的方式则更能对抗噪声的影响,实验结果显著优于两维比特系统,从而保证在高噪声环境中依然能实现高效的高维量子通信。该成果实验验证了高维量子通信的优势,并为不同大小噪声环境下实现高效的高维量子通信过程提供了可行的途径。
  
实现基于模式耦合光场局域化机制的魔角激光器
  北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心马仁敏研究员课题组经过研究,在无缺陷的周期性结构中基于模式耦合光场局域化机制实现了魔角激光器。相关成果发表于Nature Nanotechnology。魔角激光器中的光场局域化来源于形成莫尔超晶格的两套光子晶体模式之间的耦合,无须形成光子晶体禁带,因而无须对结构参数进行精确调控。只要简单地将两套光子晶体扭转一定角度并叠加,即可产生亚波长局域的高品质因子纳米光腔。该研究进一步阐释了该光场局域机制不依赖光子晶体禁带而实现光场局域的特性及其在不同转角下的适用性。
  
相对论涡旋激光驱动产生环形阿秒电子片
  中国科学院上海光学精密机械研究所王文鹏等在相对论涡旋激光驱动电子加速方面取得进展。相关成果发表于High Power Laser Science and Engineering。研究发现涡旋激光自身光场可以提供一个类似“空泡”的结构,其纵向加速电场可以稳相加速电子束至数百兆电子伏特。通过载波包络相位调制相对应的横向电场强度,可以实现对电子片形状的不同调制。三维粒子模拟结果显示:在特定载波包络相位下,电子片可被调制成一个内直径约10微米的电子环,其纵向时间尺度约为670阿秒,电荷量约0.19纳库伦。该高能环状电子束可应用于准直线性加速器中产生的反质子束,边缘增强电子成像,特殊结构x或γ射线产生,纳米材料分析与操控等潜在方向。
  
计算光学显微成像研究进展
  中国科学院西安光学精密机械研究所潘安、姚保利、马彩文等人提出了一种基于彩色传递的全彩色化方法,命名为CFPM。相关成果发表于Science China-Physics Mechanics & Astronomy。实验中比较了30组不同样本CFPM的成像情况,相比于传统方法,CFPM以平均0.4%的精度牺牲代价换得了数据采集和重构时间缩减2/3,使得彩色成像的效率大大提升。CFPM易于操作与推广,该方法不需要例如交叠率、采样率、训练数据集等的其他要求。此外,CFPM可看作是基于物理模型的“无监督迁移学习”,但是相比于传统迁移学习,它无需迭代优化过程,这可能给未来的相关工作提供新的启示。
  
全色氮化硼量子点及其柔性显示的研究进展
  东南大学青年首席教授陶立团队与合作者实现了具有热稳定性的全色氮化硼量子点及其柔性显示应用。相关成果发表于ACS Nano。研究表明,将二维宽带隙氮化硼“裁剪”成零维量子点可以实现前所未有的发光性能。该研究提出了表面钝化与匹配溶剂的协同选择新策略来调控由氮化硼量子点氨基化程度决定的表面态,从而实现发光波长的可控改变。不同于常见的带边发光机制,基于表面态发光的氨基功能化氮化硼量子点实现了从蓝光到红光(420~610nm)的全光谱发光,且蓝光量子效率刷新了目前文献纪录值。基于氮化硼量子点的光学薄膜成功演示了柔性显示及信息防伪功能,且在150℃下能稳定工作。
  
频域自适应滤波理论分析
  中国科学院声学研究所的杨飞然、杨军研究员与德国波鸿鲁尔大学通信声学研究所的科研人员合作,提出了一种通用的统计分析方法,实现了对一大类频域自适应滤波算法的精确理论分析。相关成果发表于IEEE Transactions on Signal Processing。该研究在充分建模场景下建立了一类分块频域自适应算法的严格理论模型,开展了分块频域自适应滤波算法收敛性能分析。研究表明,约束分块频域自适应算法可以在均值意义上收敛到真实的系统脉冲响应,无约束的版本则总是收敛到有偏解。研究人员给出了该解的表达式,并指出约束和无约束的分块频域算法都可以收敛到维纳解。
  
  
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2024年2月

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