学术背景 在信息时代，电磁波（EMW）的广泛应用带来了通信、医疗、导航等多个领域的突破性进展。然而，随着电子设备的普及，电磁波干扰（EMI）问题日益严重，不仅影响精密设备的正常运行，还可能对人体健康造成潜在威胁。因此，开发高效的电磁波吸收材料成为当前研究的热点之一。传统的电磁波吸收材料往往存在吸收带宽窄、反射损耗高等问题，难以满足现代通信设备对高效电磁隐身和信号传输的需求。 为了解决这一问题，研究人员开始从多组分复合材料和微结构工程的角度出发，设计新型电磁波吸收材料。其中，核壳结构（core-shell structure）因其能够巧妙结合不同材料的优势，显著增加材料接触面积，成为研究的热点。通过合理选择组分和优化微结构，研究人员希望能够实现阻抗匹配和衰减能力的协同效应，从而开发出高性能的电...
基于石墨烯的可编程双偶极天线 学术背景 太赫兹（THz）频段（0.1至10 THz）因其独特的特性，在无线通信、高分辨率成像和人体中心通信等领域中引起了广泛关注。然而，太赫兹波在大气中的传播损耗较大，导致短距离通信成为其主要缺点之一。此外，设计和制造适用于太赫兹应用的设备也面临挑战，尤其是信号源的增益和覆盖范围问题。尽管如此，亚太赫兹频段为下一代无线通信系统提供了前所未有的机会，包括理论数据速率超过100 Gbps的信道容量、天线几何形状的显著小型化以及更高的空间分辨率。 为了克服这些限制，可重构天线（RAs）成为无线通信研究中的热门话题。传统的可重构天线通常通过PIN二极管、微机电系统（MEMS）开关等实现，但这些技术不适用于太赫兹频段。石墨烯作为一种二维材料，因其可调表面电导率和与其它组...
多频段反射型超表面实现高效线性和圆极化转换 研究背景与问题提出 在现代通信、雷达系统和遥感技术中，电磁波的极化控制是一项关键技术。通过操控电磁波的极化状态，可以优化信号传输质量、减少干扰并提升系统的整体性能。传统的极化转换设备通常体积庞大且效率有限，而近年来兴起的超表面（Metasurface）技术为解决这一问题提供了新的可能性。超表面是一种二维超材料，由亚波长尺度的“元原子”阵列组成，能够以纳米级精度调控光或电磁波的特性。 然而，尽管已有许多研究探讨了超表面在单频段或双频段内的极化转换能力，但如何设计一种能够在多个频段内同时实现高效线性-线性（LLP, Linear-to-Linear Polarization）和线性-圆极化（LCP, Linear-to-Circular Polariz...
自由电子共振跃迁辐射与Brewster随机性的研究 学术背景 自由电子辐射（Free-electron radiation），如切伦科夫辐射（Cherenkov radiation）和跃迁辐射（transition radiation），是电子与介质相互作用时产生光的基本机制。这些现象在核物理、宇宙学、电子显微镜、激光、粒子探测等领域具有广泛的应用。然而，当电子与随机介质相互作用时，自由电子辐射的特征通常是随机的，这限制了其在精确控制和操纵光发射方面的应用。 为了克服这一限制，研究者们探索了如何在特定类型的长期结构随机性中实现自由电子辐射的强度和方向性不变性。这一问题在光子学和光子应用领域具有重要的科学意义和应用价值。本研究揭示了通过Brewster效应和精心设计的相位相干条件，可以实现自由...
超光谱存储内计算与光频梳和可编程光存储器的应用 导言 近年来，机器学习的突破促进了包括医疗、金融、零售、汽车和制造业在内的多个行业的革命性发展。这些转变导致对广泛的矩阵-向量乘法运算(mvm)需求激增，这对于大规模优化和深度学习算法是至关重要的。然而，这种日益增长的计算需求挑战了传统的冯·诺依曼数字电子计算机架构，该架构将存储器和处理单元分开，从而导致“冯·诺依曼瓶颈”，即数据在存储器和处理器之间的传输速度限制了整体系统性能。为了解决这一性能瓶颈，存储内计算作为一种变革性的解决方案浮现出来，它通过将非易失性存储元素直接集成到处理器中，推动更高效的数据移动、降低能耗和实现高度并行计算。 与此同时，光学计算系统因其天生适合并行数学运算而重新引起了关注。这些系统自几十年前首次出现以来，已经取得了显...
科研报道：合成磁场在偏振光子的电控工程 学术背景及研究目的 近年来，合成规理论（synthetic gauge theory）在非磁性光子系统中已经展现了其在控制光传播及其状态演化方面的潜力。然而，此前通过不同机制生成的合成磁场在控制光子偏振方面均未能取得明显成效。此外，以往报道的磁场通常是在固定几何配置下合成，难以实现调控。因此，对于光子的工程合成磁场仍然是一个充满挑战的课题。本文提出了一个普遍的自旋1/2理论框架，并在工程化的各向异性介质中合成了用于控制不同偏振光子的磁化向量。 论文来源 本文由Guohua Liu，Zepei Zeng，Haolin Lin，Yanwen Hu，Zhen Li，Zhenqiang Chen和Shenhe Fu等人撰写，所属机构包括Jinan Univer...
电感磷光感知的阈值与机制 背景介绍 电磁场（Magnetic Field，简称MF）对人类身体的影响一直是科学研究的热点。极低频磁场（Extremely Low-Frequency Magnetic Field，简称ELF-MF）在日常生活中广泛存在，主要来源于电力线（50/60 Hz）和家庭电器。这些磁场在人体内会感应出电场和电流，进而可能调节大脑功能。一个特定现象——电磁磷光（Magnetophosphene），即由于磁场诱发的闪烁视觉感知，是国际电磁场暴露指导方针的基础之一。 电磁磷光现象早在1896年由法国医生Jacques-Arsène d’Arsonval首次观察到，该现象后来在一些小型非重复性研究中得到验证。近几十年来，关于电磁磷光的研究却相对较少，尤其是在家庭频率（即50 H...
近年来，燃料电池作为一种清洁、可再生的能源技术，得到广泛关注。然而，燃料电池的广泛应用面临着氧还原反应（ORR）电催化剂的稳定性问题。具有化学有序结构的L10-PTM间金属纳米晶体（INCs），因其较低的形成能量（例如，有序L10-PTFE的原子形成能约为-0.232 eV）和较高的内聚能，显示出比无序A1-PTM更高的稳定性，这使其成为燃料电池领域里极具潜力的电催化剂之一。然而，实现这种有序结构所需的高温退火处理（通常>600°C）常导致严重的颗粒烧结、形态改变，以及降低其有序度，使得这种电催化剂难以规模化生产，并限制其在燃料电池中的实际应用。 为解决上述问题，本研究团队提出了一种新型的低熔点金属（M’ = Sn，Ga，In）诱导键强度削弱策略，以降低活化能（Ea），促进PTM（M = N...
滑模控制在不确定分数阶反应扩散忆阻神经网络中的应用 近年来，随着神经网络在各种领域的广泛应用，对其控制和稳定性研究也越来越受到关注。分数阶（fractional-order, FO）忆阻神经网络（memristor neural networks, MNNs）由于其能够模拟生物神经突触的特点，在信息处理和学习等方面展示了独特的优势。然而，MNNs 在应用中面临诸多挑战，如系统的不确定性、信号传输的时滞以及复杂的时空演化特性，这些因素可能导致网络的不稳定和性能下降。因此，研究一种强鲁棒性的控制方法来解决这些问题具有重要的理论和实际意义。 在背景介绍部分，需要首先介绍忆阻器（memristor）的基本概念及其在神经网络中的应用。忆阻器作为电感、电容、以及电阻之外的第四类电子元件，由Chua于19...
异构霍普菲尔德神经网络的研究：适应性激活函数与忆阻器结合的动态行为分析 本研究背景探讨了神经网络中非线性因素对系统动态行为的影响。尤其是激活函数和忆阻器(memristor)做为非线性因素，常被用于构建混沌系统和模拟突触行为。霍普菲尔德神经网络(Hopfield Neural Network, HNN)因其独特的网络结构和生成复杂脑样动态的能力，而受到广泛关注。再者，当前研究多集中于使用固定激活函数的神经元对系统动态的影响，而对异构激活函数组合的研究较少。 本文由Chunhua Wang、Junhui Liang和Quanli Deng撰写，分别来自湖南大学计算机与电子工程学院和粤港澳大湾区研究院。文章在2024年1月28日提交，2024年5月21日被《Neural Networks》期刊接...