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01-21 00:00
本研究提出了一个通用理论框架，揭示了当系统组件间的有效相互作用被压缩到一个低维“相互作用空间”时，集体组织的宏观结构将主要受几何约束而非具体动力学细节的支配。该框架将相互作用空间形式化为由粗粒度有效耦合导出的度量流形，并证明低相互作用维度对可区分的集体组织的数量、可分离性和鲁棒性施加了上限。这些结果产生了“不可能性”陈述：许多在微观层面看似兼容的宏观组织形态，在低维约束下被先验地排除。该框架适用于平衡与非平衡系统，无需假设特定对称性或守恒定律，为理解物理、生物物理和生物系统中的集体组织提供了一个基于几何的普适视角。
集体组织几何约束相互作用空间低维压缩理论框架普适性
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01-21 00:00
本文以新英格兰常见的蔓越莓沼泽为研究对象，通过四个相互关联的问题，系统探讨了蔓越莓收获过程中的流体动力学与软物质现象。研究从第一性原理出发，建立了蔓越莓在淹没沼泽中的浮力上升、水面稳定漂浮、多个漂浮蔓越莓在收集装置中的聚集相互作用，以及装车运输时堆积行为的物理模型，并开发了简单的计算模拟来研究其集体行为。研究还设计了可作为课堂演示或实验活动的桌面实验，将蔓越莓沼泽这一现实案例作为桥梁，连接本科物理课程与软凝聚态物质研究的前沿课题。
软物质物理流体动力学颗粒物质物理教育计算模拟浮力现象
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01-21 00:00
本研究提出多尺度负耦合信息系统（MNCIS）统一框架，旨在解决复杂动力系统中谱间隙塌缩导致的低维“零模吸引子”问题。核心是自适应谱负耦合（ASNC）算子，它作为状态依赖的高通滤波器，惩罚谱边界处的熵积累。该框架在三个领域得到验证：1）流体力学中，作为自适应亚网格尺度模型，稳定三维Navier-Stokes湍流并保持Kolmogorov $-5/3$惯性区；2）人工智能中，作为无参数拓扑约束，解决图神经网络过平滑问题，使64层超深网络无需残差连接即可训练；3）生物物理中，稳定反应扩散形态发生中的图灵模式。MNCIS为区分可行复杂系统与塌缩至热平衡的系统提供了与基无关的拓扑条件。
谱拓扑复杂系统稳定性理论自适应耦合多尺度分析跨学科应用
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01-21 00:00
本研究通过结合无人机遥感与实地测量，评估了多种植被与火灾相关光谱指数（如NDVI、SAVI、BAI）在监测煤矸石堆阴燃热区及植被状况中的适用性。研究发现，热活动区植被指数呈现强烈的季节性变化，并出现冬季返青等指示胁迫与退化过程的异常模式。卫星数据可用于重建火灾历史，但其空间分辨率不足以监测小尺度热异常。研究强调了无人机遥感在退化工业环境中的诊断潜力，以及实地验证对准确环境评估的重要性。
环境监测遥感技术光谱指数煤矸石堆植被胁迫无人机
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01-21 00:00
本研究提出了一种新颖的基于水平集的拓扑优化方法，用于处理微极固体在热-力耦合载荷下的结构设计。该方法通过引入微极理论，将微观结构的特征长度尺度信息融入优化框架，从而能够准确捕捉材料的尺寸效应。研究通过多个二维基准算例验证了该方法的有效性，数值结果表明微观结构（通过微极参数表征）和温度对最终拓扑构型有显著影响，凸显了所提出的热-力-微极耦合公式对于具有显著非局部效应材料的必要性。
拓扑优化微极理论热-力耦合水平集方法尺寸效应非局部材料
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01-21 00:00
研究提出了一种基于大语言模型（LLM）的智能代理框架，通过模型上下文协议（MCP）与AVEVA Process Simulation（APS）集成，允许用户使用自然语言指令与复杂的化工流程模拟软件进行交互。该框架通过Python编程接口，使LLM能够执行从分析流程图、寻找优化机会到迭代优化和数据提取等一系列复杂模拟任务。两个水-甲醇分离案例研究表明，该框架既适用于教育场景（逐步引导构建），也适用于专家实践（快速生成基线流程图以供后续优化）。尽管当前仍存在简化过度、计算错误等技术限制，需要专家监督，但其在分析、优化和引导构建方面的能力表明，LLM代理有望成为化工流程模拟领域有价值的协作工具。
大语言模型化工模拟自然语言交互流程优化智能代理模型集成
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01-21 00:00
本研究提出AllShowers，一个统一的生成模型，用于高效模拟粒子对撞实验中量能器的簇射过程。传统方法需为每种粒子类型训练独立网络，而AllShowers采用基于Transformer架构的连续归一化流模型，仅用单一模型即可生成电子、光子、带电及中性强子等多种粒子在宽能量和角度范围内的簇射。模型以可变长度点云表示簇射，能捕捉复杂的空间与能量关联。关键创新包括层嵌入学习所有量能器层属性、定制注意力掩码降低计算需求，以及基于最优传输的映射提升训练收敛与样本质量。该模型在ILD探测器模拟数据上训练，对强子簇射的保真度超越了以往单一粒子类型模型。
粒子物理模拟生成模型量能器簇射归一化流transformer机器学习
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01-21 00:00
本研究提出了一个新的建模框架，将孔隙角形和界面张力-润湿性耦合效应显式地纳入达西尺度的两相流与表面活性剂传输模型中。研究推导了角形孔隙中的两相流特性，并通过孔隙尺寸分布进行升尺度，最终形成显式闭合表达式。模拟结果表明，两相流特性对孔隙角形、孔径分布和界面张力呈现非线性、非单调的依赖关系。以非饱和土壤中水流和PFAS迁移为例，研究发现表面活性剂诱导的流动效应对PFAS淋溶影响通常较小，而孔隙角形则强烈控制着水流、界面面积和PFAS滞留。该框架为多孔介质中两相表面活性剂流体的流动与传输建模提供了更坚实的物理基础。
多孔介质两相流表面活性剂传输孔隙角形达西尺度建模pfas迁移
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01-21 00:00
本研究提出并实现了一种新型自旋电子泊松测辐射热计，能够在室温下实现3-14微米的超宽带红外探测。该设备采用泊松计数探测范式，将温度信息编码为离散随机事件，从而将传统测辐射热计中的热噪声限制转化为估计器本身的基础。通过集成自旋电子转换层与等离子体纳米天线阵列增强红外吸收，该器件在300K下实现了80-100 mK的噪声等效温差，性能超越非制冷探测器并接近制冷技术。
红外探测自旋电子学测辐射热计泊松计数室温探测宽带传感
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01-21 00:00
研究团队开发了一种基于光集成压电谐振器的可编程敏捷激光频率源，实现了对780纳米激光的精确频率控制。该器件无需外部调制器，直接用于铷-87原子的亚多普勒冷却，获得了低至16 μK的原子云温度。器件调谐强度达1 GHz/V，功耗仅10纳瓦，为下一代紧凑、低功耗的芯片级量子与原子传感系统提供了新路径。
原子冷却集成光子学激光稳频量子传感压电谐振器
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01-21 00:00
本研究展示了一种基于磷化镓的集成电光机械脉冲神经元，它将光学和机电接口集成在单个硅光子芯片纳米结构中，工作于1550 nm通信波长并利用3 GHz频率的机械模式。该器件表现出可激发动力学，能在输出端产生光学脉冲，其行为类似于神经元和心肌细胞的脉冲活动，表现为对外部扰动的“全或无”响应。其动力学符合不变环上的鞍结分岔模型，并展示了可激发阈值控制、时间总和及不应期等特征。该器件紧凑的尺寸及其CMOS兼容平台，使其非常适用于需要低延迟的边缘计算应用，并为多功能脑启发光机械计算和先进片上光脉冲源奠定了基础。
神经形态计算光机械学硅光子学脉冲神经元边缘计算纳米器件
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01-21 00:00
本研究提出了一种保护结构光（如轨道角动量模式）在随机介质中传输时信息完整性的新机制。该机制结合了量子芝诺效应（频繁观测减缓演化）和古伊相位（观测的反作用），通过沿传输路径的简单成像系统施加重复的、与轨道角动量相关的古伊相位“踢”，触发了光学芝诺效应。这有效抑制了模式串扰，防止了轨道角动量谱的展宽，从而保护了输入模式的纯度。该机制具有普适性，可应用于保护其他传播模式及由其构建的多种结构光形式。
结构光轨道角动量芝诺效应古伊相位光通信随机介质
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01-21 00:00
该研究通过分析三维欧几里得空间中连续可微曲线的几何性质，提出电子可被描述为单个点（电荷中心）的演化。该点满足四阶常微分方程组，并以光速运动。电子的质心是另一个点，由电荷中心的运动决定。正是电荷中心围绕质心的相对运动产生了电子的自旋和磁性质。
电子模型几何物理电荷中心自旋起源经典描述
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01-21 00:00
传统计算定义将物理系统视为执行抽象算法的被动基底，这在解释生命系统的适应性、持久性与失效时面临困难。本文提出一种新框架：将计算重新定义为组织化物质的结构属性。其中，“组织”被定义为限定系统允许状态转换的关系约束的持续性。信息并非编码内容，而是能通过重塑可能的未来状态来影响行为的关系不变性。计算则是这种组织的持续展现，将记忆、处理与执行整合为物质动力学不可分割的方面。该框架为基于扰动下的持续性、恢复性和结构失效来实验性判定计算提供了标准。
计算理论自组织系统信息物理关系约束生命系统
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01-21 00:00
本研究开发了开源工具Wattnet，以15分钟的高时间分辨率，联合评估欧洲电力消费的碳足迹（CF）和水足迹（WF）。该工具采用电力流追踪方法，综合考虑本地发电结构及跨境电力贸易。通过对比2024年多个欧洲地区的本地（基于发电）与全球（基于消费）足迹，研究发现忽略电力流动和时间变化会导致对CF和WF的显著误估，尤其是在电力贸易频繁或依赖水电的国家。联合分析揭示了脱碳与用水之间的权衡，指出即使在低碳系统中，水库水电也可能显著增加水足迹。Wattnet为数据中心的工作负载调度和能源感知运营提供了决策支持。
能源环境碳足迹水足迹电力流追踪数据中心欧洲电网
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01-21 00:00
本研究开发了PANIP（PAirwise Non-covalent Interaction Potential），一种基于NequIP框架的集成机器学习原子间势能模型，专门用于精确模拟蛋白质中的非共价相互作用。该模型通过自动化多保真度主动学习工作流程，从蛋白质数据库中提炼出具有代表性的训练子集PDB-FRAGID进行训练。PANIP在分布外系统上实现了低于0.2 kcal/mol的平均绝对误差，其精度达到{\omega}B97X-D3BJ/def2-TZVPP量子化学计算水平，并且在处理带电和强相互作用二聚体时，误差显著低于广泛使用的ANI-2x势能模型。结合基于片段的能量分解方案，PANIP能够以接近经典力场的计算成本，实现量子力学级别的蛋白质-配体结合能估算，可作为与专业对接评分函数相媲美的片段化评分函数。
机器学习势能非共价相互作用蛋白质模拟量子化学精度主动学习结合能预测
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01-21 00:00
本研究通过回顾性病例对照分析，首次揭示了质子笔形束扫描（PBS）放疗后乳房植入物周围组织发生包膜挛缩与剂量及线性能量转移（LET）的协同作用显著相关。研究利用剂量-LET体积直方图（DLVH）识别出三个独立的预测指标（p<0.01），并基于支持向量机（SVM）建立了正常组织并发症概率（NTCP）模型，该模型预测准确率达91.7%（AUROC=0.867）。研究结果为质子术后放疗（PMRT）计划提供了可操作的剂量学约束（如 $V(50.3\ \text{Gy}[\text{RBE}=1.1],\ 5.4\ \text{keV}/\mu\text{m}) < 0.0017\%$），以降低这一并发症风险。
质子放疗包膜挛缩剂量-letntcp模型乳腺癌放射治疗
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01-21 00:00
本研究提出了一种新型太赫兹时域光谱系统，有效覆盖了5至15 THz的“新太赫兹间隙”，并将探测带宽扩展至25 THz以上。系统核心在于利用有机晶体BNA的非线性效应，在1.03 μm近红外脉冲激发下产生并探测太赫兹辐射。为实现宽带光谱监测，来自Yb固体激光器的近红外脉冲首先在充气单环空芯光子晶体光纤中进行光谱展宽，随后被压缩至31 fs的超短脉宽。该方法为利用广泛可得的近红外超快光源，探测难以触及的太赫兹波段提供了新途径。
太赫兹光谱bna晶体脉冲压缩光子晶体光纤超快光学
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01-21 00:00
本研究提出了一种全新的手性光学传感范式，将吸附诱导手性与晶圆级光学转导相结合。该传感器采用包含扭曲排列碳纳米管（CNTs）和相变材料（PCMs）的可编程异质结构。手性分子吸附在CNTs上形成具有宏观组装结构的手性光学活性复合材料，产生显著的紫外圆二色性（CD）信号。该器件无需光刻、热点递送或差分协议，即可在单一设备中分辨分子浓度和手性，对CD信号微弱的葡萄糖和手性氨基酸实现了亚微摩尔（sub-μM）级灵敏度，这得益于大于 $10^5\,\mathrm{M^{-1}}$ 的吸附常数。分子动力学模拟验证了吸附机制，手性传递矩阵模拟复现了实验结果，并通过调控PCM层实现了传感器的可编程性。该平台为水环境中经济高效的原位对映体监测提供了可能。
手性光学传感碳纳米管相变材料圆二色性晶圆级制造分子吸附
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01-21 00:00
本研究使用时变密度泛函理论，通过轨迹系综方法对强场激光诱导的HCl二聚体库仑爆炸过程进行了通道分辨的阐释。研究识别出三种主要解离通道：一个次要的三体通道和两个四体通道（两个分子的顺序解离与近同时解离）。关键发现是，通道选择与激光相互作用期间的早期电离程度强相关，而后者又受到激光-分子取向的强烈调制。早期电离程度高倾向于近同时的四体解离，而电离程度低则有利于顺序解离和三体碎裂。对于低电离情况，碎片分辨的电荷度量进一步区分了三体与顺序行为。这些电荷依赖的趋势一致地映射到实验可观测的物理量上：近同时机制主导了动能释放谱的高能尾部，并占据发射角分布的不同区域，而顺序事件则集中在较低的动能释放区域。总体而言，早期电荷演化过程为通道分支和通道分辨的碎裂特征提供了统一的解释。
强场物理库仑爆炸时变密度泛函理论分子动力学激光-分子相互作用通道分辨
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01-21 00:00
本研究将CIPSI驱动的CC($P$;$Q$)方法扩展到激发电子态的计算中，通过方程-运动耦合簇（EOMCC）形式实现。该方法利用CIPSI选态技术识别高阶激发组态，从而以低于完整三重激发空间的CI对角化计算成本，高效收敛至父CC/EOMCC单、双、三重激发（CCSDT）的能量结果。在CH⁺的垂直激发、CH的绝热激发以及水的基态与激发态势能面切割等测试中，均验证了其高效性与准确性。
耦合簇理论激发态计算量子化学选态相互作用电子结构
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01-21 00:00
研究团队提出了一种等离子体可调谐尖端金字塔（PTTP）结构，通过协同调控纳米金字塔长度L和高原长度W，在低数值孔径（NA=0.75）的径向偏振激发下，能支持混合天线-腔模式，将能量高效汇聚至尖端。有限元模拟表明，W是设计关键参数，它设定了类似法布里-珀罗共振的面内表面等离子体激元共振；协同调控(L,W)可产生周期性最大尖端电场增强。单层石墨烯实验证实了近场增强，并再现了特征环形TERS点扩散函数。该设计放宽了对高NA的要求，增加了工作距离和对受限环境的兼容性，为实用化纳米拉曼仪器提供了新路径。
等离子体光学针尖增强拉曼纳米结构光场局域化法布里-珀罗共振近场光谱