physics
03-13 00:00
本研究提出了一种可复现的量子-经典混合框架，用于精确预测蛋白质残基的pKa值。该方法通过基于高斯核的量子启发特征映射，丰富了残基级表征，并将量子增强描述符与归一化结构特征结合，形成统一的混合编码，由深度量子神经网络（DQNN）处理。该架构能够捕捉经典模型无法触及的残基微环境非线性关系。在多个精选描述符集上的基准测试表明，DQNN相对于经典基线模型，在跨上下文泛化能力上取得了提升。在PKAD-R实验基准和Aβ40案例研究上的外部评估进一步凸显了量子启发表征的鲁棒性和可迁移性。
pka预测量子启发计算蛋白质静电学混合编码深度量子神经网络生物物理
physics
03-13 00:00
本研究提出了PFP v8通用机器学习原子间势，通过采用r2SCAN元GGA泛函的训练数据，克服了传统基于PBE泛函势函数的精度限制。该模型无需特定领域微调，即可在晶体、分子和表面体系上，系统性地提升与实验数据或高精度参考值的一致性，表现优于基于PBE的DFT计算。在长时间分子动力学模拟中，PFP v8预测熔点的平均误差约为130 K，相比基于PBE训练的模型误差减半。
机器学习势函数原子模拟密度泛函理论材料科学计算化学分子动力学
physics
03-13 00:00
本研究开发了两种用于分子扩散研究的“水凝胶芯片”平台。第一种平台利用微柱阵列分隔微流控通道，引导并定位光聚合水凝胶的流动与成型。第二种平台通过微铣削与铂涂层技术制备了250微米厚的PMMA光掩模，实现了对聚乙二醇二丙烯酸酯-聚乙二醇（PEGDA-PEG）水凝胶的精确光刻图案化。这些方法支持将复杂设计直接转移至芯片通道内的预聚物中，为从分子输运、生物传感到电子器件等多个领域的设备设计与开发提供了可定制的微图案化解决方案。
水凝胶芯片微图案化分子扩散光聚合微流控原位聚合
physics
03-13 00:00
本研究通过结合原子场理论（AFT）与分子动力学（MD）模拟，揭示了接触起电中电子转移的新机制。研究以碳与二氧化硅接触系统为例，发现接触界面存在非线性势场以及随分离距离变化的势垒。结果表明，表面偶极子诱导的电位是驱动电子转移的部分原因，这为理解摩擦电荷转移的基本物理过程提供了关键见解。
接触起电电子转移非线性势场原子场理论分子动力学模拟摩擦电
physics
03-13 00:00
本文探讨了基于自动微分的可微分编程在计算等离子体物理中的强大应用。研究展示了该框架不仅可用于加速传统设计流程，更能实现全新的物理发现能力。具体应用包括：通过优化可微分动力学模拟，发现了新的非线性等离子体现象（如超加性波包相互作用）；在流体模拟中学习捕捉非局域动力学效应的隐藏变量；将汤姆逊散射分析加速超过140倍，并提取包含$\mathcal{O}(10^3)$个参数的分布函数；以及逆向设计时空耦合的激光脉冲，其性能比单独优化空间或时间维度提升15倍。
可微分编程等离子体物理自动微分物理发现逆向设计多尺度建模
physics
03-13 00:00
本文提出应将生物学视为物理学的一个子学科，而非其特例。作者将“生物物理学”重新定义为“生命物质科学”，以区别于传统上使用物理技术研究生物体特性的“生物物理学”。文章指出，在细胞尺度上，生命物质具有非单元性（并非由聚集的亚单位构成），并拥有非生命世界材料所不具备的特征（如细胞内组织排列和生物分子凝聚体）。在多细胞形式中，生命物质维持的物理过程可分为三类：与非生命物质共享的通用过程、通过细胞活动实现的生物类通用过程，以及生命物质特有的非通用过程。这一观点植根于辩证唯物主义和多层次物理主义，旨在对抗信息主义及遗传学等还原论物理理论，并强调了生命物质中尚未完全表征的开放性问题。
生物物理学生命物质非单元性辩证唯物主义还原论多细胞过程
physics
03-13 00:00
本研究将不可逆端口哈密顿系统（IPHS）框架扩展至欧拉描述下具有粘性耗散的非等熵流体建模。基于先前针对扩散驱动和非对流分布系统的IPHS公式，研究通过修改底层微分算子，证明了对流输运可以一致地被该框架所涵盖。在重新审视欧拉和拉格朗日坐标下的非等熵流体本构关系后，展示了这些系统如何适配于扩展的IPHS公式。此外，通过对边界端口变量的扩展参数化，确保了热力学第一和第二定律的满足，从而定义了一类通用的边界控制IPHS。
端口哈密顿系统流体建模非等熵流体粘性耗散热力学定律边界控制
physics
03-13 00:00
本研究提出MRI2Qmap框架，解决了磁共振指纹成像等加速定量技术因采样不足导致的伪影问题。该方法创新性地将物理采集模型与从大型多模态加权MRI数据集预训练的深度去噪自编码器先验相结合，无需依赖稀缺的真实定量成像数据进行训练。在高度加速的3D全脑MRF数据上验证表明，其性能优于现有基线，为利用海量临床常规MRI数据实现可扩展的定量MRI重建提供了新范式。
定量磁共振成像磁共振指纹深度学习先验图像重建去噪自编码器多参数映射
physics
03-13 00:00
研究指出，大气环流模型中常用的降水微物理参数化方案（如E3SMv3中的P3方案）通常采用一阶时间积分方法，并依赖大时间步长和特殊限制器来维持稳定性，但这可能导致解被错误地平滑，且难以检测大的离散化误差。为了准确捕捉微物理行为而减小时间步长会使计算成本激增近40倍。论文建议采用基于龙格-库塔方法的高阶时间积分器，配合自适应时间步长策略，可在可比计算成本下显著提升解的精度。通过分析过程速率雅可比矩阵提取的逆时间尺度，可以洞察各微物理过程在保持稳定性和精度前提下所能采用的最大时间步长，从而指导过程分组以实现最高效计算。所提出的积分器能以比原P3方案快10倍以上的速度，达到正确模拟降雨微物理参数化所需的精度水平。
计算物理数值方法大气微物理时间积分自适应步长模型优化
physics
03-13 00:00
研究团队利用富含缺陷的金刚石成功制备了高品质因子（Q~7×10⁴）的微盘光学腔，并首次在其中观测到可饱和吸收现象。通过979-1604 nm范围内的功率依赖光谱测量，提取了波长相关的吸收系数和饱和强度，表明氢相关缺陷可能是吸收的主要来源。在1047 nm处测得饱和强度为3.3(1) MW/cm²，吸收系数为0.537(4) cm⁻¹。该工作揭示了缺陷介导的光学损耗机制，为未来利用缺陷诱导非线性效应开发金刚石光子器件提供了新策略。
金刚石光子学可饱和吸收量子传感光学微腔晶体缺陷
physics
03-13 00:00
本研究探讨了瑞利-泰勒（RT）不稳定火焰的结构，这种火焰是夹在重燃料层和轻灰烬层之间的薄燃烧界面，在航空发动机、替代燃料储存和Ia型超新星等复杂系统中至关重要。通过Boussinesq模型火焰的大参数研究和火焰内部结构的直接测量，研究发现RT不稳定火焰可以被其自身产生的湍流增厚，但这些增厚火焰的结构与经典湍流火焰不同。这为实际应用中RT不稳定火焰的亚网格建模提供了关键见解。
瑞利-泰勒不稳定性湍流燃烧火焰结构亚网格模型boussinesq模型
physics
03-13 00:00
本研究在非厄米系统中实验实现了单向反射零点奇异点。通过设计反布拉格磁振子镜阵列，并利用一个在空间上三点耦合波导的巨大自旋系综来打破反演对称性，从而实现了单向反射零点。在反射零点奇异点处，反射谱显著展宽并平坦化，超越了洛伦兹线型。观测到的光谱谷还揭示了通常无法通过常规测量访问的暗态行为。这项工作为控制开放系统中的集体相干性和开发宽带单向器件提供了新途径。
奇异点非厄米系统磁振子反射零点单向器件集体态
physics
03-13 00:00
研究团队在“扩展结构动力学”框架下，将带电粒子建模为具有内部动力学结构的有限系统，具体为一个具有单一径向呼吸模式的可变形球体。该模型引入了有限的响应时间，确保了电荷分布的变化以有限速度传播。从完整的粒子-场哈密顿量出发，推导了此类可变形电荷的推迟自作用力，并得到了一个依赖于过去运动和内部构型的延迟核。在绝热状态下，该核简化为一种有效的因果形式，消除了“预加速”现象，并表现出带通频率响应，抑制了与“失控解”相关的高频不稳定性。研究将LAD方程中的Schott项解释为存储在内部变形模式中的可逆能量，为其提供了直接的力学诠释。经典的点粒子LAD方程仅在空间范围趋于零且内部动力学被冻结的双重极限下才得以恢复。
经典电动力学辐射反应可变形电荷扩展结构动力学自作用力lad方程
physics
03-13 00:00
本研究通过引入手性辅助相位作为新的相位调控机制，成功解耦了表面波的同极化和交叉极化输出通道，实现了四个独立通道的波前独立操控。在微波频段，团队设计并验证了四通道表面波偏转器和多功能器件，可同时产生聚焦波束、贝塞尔波束和不同方向的偏转波束。该手性辅助几何相位超表面为多通道表面波工程提供了通用平台，显著提升了片上通信和集成光子系统的容量潜力。
超表面表面波波前操控手性相位多通道集成光子
physics
03-13 00:00
本研究采用多组态Dirac-Hartree-Fock (MCDHF) 和相对论组态相互作用 (RCI) 方法，系统计算了铍原子99个最低能级的激发能、辐射跃迁数据、寿命、朗德g因子、超精细相互作用常数和同位素位移参数。计算激发能与实验值的平均偏差仅为 $7.08 \pm 1.14 \, \text{cm}^{-1}$，相对误差 $0.011\% \pm 0.003\%$，展现了极佳的理论-观测一致性。除少数受强抵消效应影响的跃迁外，其振子强度与显式关联高斯 (ECG) 方法的结果在2%内一致。这些全面的数据将为天体物理等离子体的谱线识别与诊断提供可靠依据。
原子物理高精度计算铍原子mcdhf方法天体光谱学
physics
03-13 00:00
本研究首次将作动线模型（ALM）和浸没边界法（IBM）集成到高阶气体动力学方案（GKS）中，用于模拟包含机舱和塔架的风力涡轮机。该方法在成熟的两阶段四阶框架内，将高阶GKS扩展到三维弱可压缩等温流动的模拟。其中，转子叶片由ALM中的一组作动点表示，机舱和塔架则由IBM中的一组拉格朗日点表示。两者均通过在高阶GKS的动量方程中添加外部体积力进行耦合。研究利用GPU实现了大规模湍流尾迹模拟的并行计算。通过模拟NREL 5 MW参考风力机和NTNU Blind Test 1风力机，该方法成功捕捉了叶片-塔架相互作用导致的周期性功率和推力系数变化，并预测了塔架涡与叶尖涡相互作用导致的尾迹提前转换现象。模拟得到的尾迹时均流向速度和湍动能等不对称平均流场与NTNU实验数据吻合良好。
计算流体力学风能高阶格式浸没边界法作动线模型gpu并行
physics
03-13 00:00
研究团队在2025年圣托里尼与阿莫尔戈斯岛之间的地震活动期间，应用深度学习工作流进行实时增强监测。通过分析连续地震波形，将地震目录从约4000次事件大幅提升至80000次。增强后的数据清晰揭示了与流体驱动过程相关的突发性、痉挛式地震群活动模式。早期事件的矩张量反演显示出显著的非双力偶分量，表明岩浆或高压热液流体参与了此次活动。同时，深度学习增强的层析成像识别出阿尼德罗斯小岛下方存在第三个深部岩浆储层，与压力驱动过程一致。
地震监测深度学习火山活动实时响应地震目录流体驱动
physics
03-13 00:00
通过Vlasov-Poisson-Fokker-Planck (VPFP)模拟，研究揭示了在弹跳频率远大于碰撞频率 ($\omega_B \gg \nu_\text{ee}$) 条件下，大振幅电子等离子体波的演化呈现三个清晰阶段：I. 短暂的捕获阶段，碰撞效应可忽略；II. 长期存在的去捕获阶段，碰撞效应主导；III. 短暂的朗道阻尼阶段，碰撞效应再次减弱。研究发现，在去捕获阶段，弱电子-电子碰撞与强波-电子相互作用之间的耦合，导致波频率持续偏离线性根 $\omega_\text{EPW}$。该阶段结束时，分布函数接近麦克斯韦分布，频率偏移迅速减小，波的阻尼率高于朗道阻尼率。研究提供了阻尼率、频率偏移增强率及波寿命与碰撞频率、波数和波幅的经验拟合关系。
等离子体物理vpfp模拟波-粒子相互作用朗道阻尼碰撞效应非线性波演化
physics
03-13 00:00
本研究扩展了STACIE算法，通过引入洛伦兹模型从压力涨落的低频功率谱估计粘度与相关时间，并补充压力张量的独立时间序列，显著提升了基于平衡分子动力学模拟的粘度计算可靠性。应用于2,2,4-三甲基己烷的高压模拟表明，该方法在高达1 GPa压力下与实验值的相对误差小于6%，揭示了先前研究中的偏差主要源于模拟时长不足与非系统后处理，而非力场本身的限制。
分子动力学模拟粘度计算格林-久保公式高压流体不确定性量化计算物理
physics
03-13 00:00
本研究提出了一种基于角动量积分（AMI）公式的诊断框架，用于系统性地分离和量化雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）湍流模型在预测壁面摩擦力系数（$C_f$）时的误差来源。该方法应用于零压力梯度平板边界层和三维山丘绕流两个测试案例。研究发现，在平板案例中，模型预测的$C_f$与直接数值模拟（DNS）数据吻合良好，但这主要源于湍流扭矩和平均通量贡献之间高达$C_f$ 20%以上的强误差抵消。在山丘绕流案例中，误差显著增大，主导误差项可超过局部$C_f$数倍，且在分离流区域，误差抵消效应基本消失。该诊断方法为针对性的湍流模型改进提供了物理见解和指导。
湍流模型误差诊断壁面摩擦力角动量积分rans模型计算流体力学
physics
03-13 00:00
本研究通过直接数值模拟（DNS），首次完整解析了赫歇尔-巴尔克利（HB）屈服应力流体在管道和矩形槽道中从层流到湍流的转变过程。模拟覆盖了广义雷诺数 $Re_G$ 从 378 到 5300 的广泛范围，揭示了屈服应力驱动的“塞流”形成、破裂以及近壁湍流结构产生的机制。研究发现，转变仅在局部雷诺应力超过屈服应力时发生，并确定了层流（$Re_G < 1735$）、过渡（$1735 < Re_G < 2920$）和湍流（$Re_G > 2920$）的流态边界，与Carbopol流体的实验趋势一致。该工作为理解屈服应力在流动失稳和湍流局域化中的作用提供了统一视角。
屈服应力流体层流湍流转捩直接数值模拟赫歇尔-巴尔克利模型管流与槽流流变学
physics
03-13 00:00
本研究提出并实验验证了一种基于部分偏振矢量光束的偏振隐写方案。该方法利用光学场的空间依赖偏振结构作为信息载体，通过设计偏振态分布在庞加莱球赤道盘特定区域的矢量光束，建立了横向空间坐标与偏振态之间的非平凡映射。信息提取通过应用从该区域定义的参数曲线导出的空间掩模，结合空间分辨偏振分析实现。实验成功重建了多边形和平滑曲线等多种参数形状，证实了空间滤波与偏振域映射结合的有效性。
偏振光学信息隐藏矢量光束庞加莱球空间滤波光学加密
physics
03-13 00:00
本研究开发了一个可处理的数值模型，用于模拟窄带、高度多模光纤放大器中的光传播。该模型考虑了增益饱和、泵浦耗尽和模式相关增益，通过频域场基模型推导了信号模态振幅、泵浦功率和粒子数反转的耦合演化方程，并采用有限差分法求解。分析应用于掺镱光纤，识别了自发辐射或放大自发辐射限制放大器效率的不同机制，并展示了通过足够输入信号功率抑制放大自发辐射的实验可验证现象。该模型为定量研究多模光纤放大器中的非线性效应缓解和功率提升提供了有用工具。
光纤放大器多模光纤数值模拟掺镱光纤放大自发辐射非线性效应
physics
03-13 00:00
本文介绍了印度Pranos Fusion Energy公司设计的首台私营低环径比托卡马克PRAGYA的真空容器最终设计。该容器设计包含环形电绝缘段以最小化感应涡流，以及双O型圈布置以减少真空泄漏。研究通过三维有限元模型，全面评估了容器在自重、大气压力载荷及原位烘烤热应力等复合载荷下的结构性能。分析结果表明，该设计满足所有安全裕度要求，为这台紧凑型托卡马克（等离子体大半径 $R_0 \approx 0.4$ m，等离子体电流 $I_p \leq 25$ kA）的后续等离子体运行奠定了坚实基础。
托卡马克真空容器有限元分析结构力学聚变工程等离子体装置