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Abstract
HEDPS, CAPT, College of Engineering and School of Physics, Peking University, Beijing 100871, People’s Republic of China
In traditional finite-temperature Kohn–Sham density functional theory (KSDFT), the partial occupation of a large number of high-energy KS eigenstates restricts the use of first-principles molecular dynamics methods at extremely high temperatures. However, stochastic density functional theory (SDFT) can overcome this limitation. Recently, SDFT and the related mixed stochastic–deterministic density functional theory, based on a plane-wave basis set, have been implemented in the first-principles electronic structure software ABACUS [Q. Liu and M. Chen, Phys. Rev. B 106, 125132 (2022)]. In this study, we combine SDFT with the Born–Oppenheimer molecular dynamics method to investigate systems with temperatures ranging from a few tens of eV to 1000 eV. Importantly, we train machine-learning-based interatomic models using the SDFT data and employ these deep potential models to simulate large-scale systems with long trajectories. Subsequently, we compute and analyze the structural properties, dynamic properties, and transport coefficients of warm dense matter.
Matter and Radiation at Extremes
2024, 9(1): 015604
1 湖南省兽药饲料监察所, 长沙 410006
2 湖南农业大学动物医学院, 长沙 410128湖南省兽药工程技术研究中心, 长沙 410128
3 湖南农业大学动物医学院, 长沙 410128
血管生成素 4(ANG4)是一种新型抗菌肽蛋白, 具有抗菌、抗炎、血管生成、调节机体免疫反应等多种生物学功能, 在机体先天免疫过程中发挥重要的作用。 ANG4在新生小鼠肠道的表达受到多种因素的调节, 如细菌信号和发育过程等。本试验选取细菌细胞壁表面分子的类似物壳寡糖( COS)作为诱导物, 探究其对小鼠肠道 ANG4表达和对肠道形态的影响。实时荧光定量聚合酶链式反应( qRT-PCR)和蛋白质免疫印迹( Western blot)分析表明, COS能增加小鼠肠道 ANG4 mRNA及 ANG4蛋白的表达；形态学观察结果显示, COS使小肠绒毛高度明显增加, 平均隐窝深度均有降低, V/C值增加, 表明 COS可通过诱导 ANG4等抗菌蛋白的表达, 或通过其杀菌和免疫调节作用而不同程度地提高小肠黏膜的完整性。研究结果为 COS以及 ANG4在仔猪肠道疾病防治的应用提供了理
抗菌蛋白 实时荧光定量 PCR 蛋白质免疫印迹 ANG4 ANG4 COS COS AMPs qRT-PCR Western blot
1 长春工程学院, 吉林 长春 130021
2 中国地质大学（武汉）珠宝学院, 湖北 武汉 430074
3 中国地质调查局武汉地质调查中心, 湖北 武汉 430205
长白玉是产自吉林省长白县的一种优质印章石, 储量丰富, 经济价值高。 运用X射线衍射仪（XRD）、 红外光谱仪、 拉曼光谱仪、 扫描电镜、 能谱仪（EDS）对长白玉中的彩石品种进行谱学及矿物学研究。 XRD测试结果表明: 长白玉彩石除地开石类型外, 还有高岭石、 珍珠陶石-地开石、 镁橄榄石-利蛇纹石、 水镁石、 滑石类型, 杂质成分有黄铁矿、 赤铁矿、 水镁石、 利蛇纹石、 方解石、 白云石; 通过全峰图拟合(WPF)与 Rietveld 精细化拟合计算求得样品CB9中镁橄榄石占比49%, 利蛇纹石占比23%, 白云石占比15%, 水镁石占比13%, 其他样品中主矿物成分占90%以上。 结合宝石学特征分析: 高岭石族类彩石的颜色以灰白、 灰、 黑、 红、 浅黄、 褐为主, 硬度为2～3, 质地细腻, 刀感好; 镁橄榄石-利蛇纹石类呈绿色, 水镁石类呈黄绿色, 浅灰色; 除高岭石族类型的长白玉彩石外, 其他类型硬度偏低, 为1～2, 韧性差, 雕刻刀感差。 红外光谱分析验证了XRD测试结果, 并区分了长白玉彩石中的高岭石族多型, 认为CB1为无序高岭石, CB15为珍珠陶石-地开石, CB6、 CB11、 CB14为地开石, 且有序度为CB14＞CB6＞CB11。 结合拉曼光谱谱学特征、 EDS元素分析: 推断长白玉彩石的红色成因与隐晶质赤铁矿有关, 黑色与大颗粒显晶质赤铁矿有关, 灰色、 灰黑色、 黑色与无定形碳的存在有关, 利蛇纹石导致长白玉彩石呈绿色、 黄绿色; 水镁石的存在增加了长白玉的透明度, 细小密集的黄铁矿降低了长白玉透明度。 从微观形貌分析: 长白玉地开石型彩石呈片状, 他形、 半自型、 局部可见片层紧密堆积, 结晶颗粒大, 为几微米到十几微米; 高岭石型呈片状, 大小不均, 三维空间杂乱分布; 水镁石型呈大鳞片层叠状, 边棱尖锐, 片状晶体可达几十微米, 片层极薄; 利蛇纹石呈纤维状与片状水镁石堆积在一起; 镁橄榄石类呈致密块状构造。
长白玉彩石 高岭石 谱学 矿物成分 Changbai colored Jade Kaolinite Spectra Mineral composition 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2202
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 武汉工程科技学院, 湖北 武汉 430200
印度“龙蛋石”因其与青田龙蛋石具有相似的多色材质, 作为雕刻石引进国内。 然而目前市场对印度“龙蛋石”的谱学特征和成分结构还不清楚。 选取了极具代表性的样品, 利用偏光显微观察、 X 射线粉晶衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 电子探针(EPMA)、 傅里叶红外光谱仪(FTIR)对该样品的宝石矿物学特征、 颜色成因以及谱学特征进行了深入的研究。 印度“龙蛋石”以具有“白肉红心”为特征。 偏光显微镜显示, “印度龙蛋石”为隐晶质鳞片变晶结构, “红心”区域出现明显的红褐色斑块物质, 并从中心红色区域到边缘黄绿色区域呈现出由密集到松散分布的规律, 与外观颜色变化相符。 X射线粉晶衍射结果显示, 淡黄绿色“白肉”和“红心”区域衍射图谱一致, 均显示三个强的10.00、 4.99和3.33 衍射峰, 且在2.86、 2.99、 3.20、 3.49和3.73 处均可见伊利石衍射峰, 无其他矿物相存在, 表明样品为纯度较高的2M1型伊利石。 XRD在10.00 峰的半高宽为0.092°Δ2θ, 表明伊利石有序度和结晶度较好。 电子探针测试进一步证实该印度“龙蛋石”主要为伊利石, 其平均层间阳离子含量为0.824 p.u.f., 并含有0.05%～0.08%Wt的结构铁。 扫描电镜背散射成分图像显示红褐色斑块状物质具有明显的高亮衬度, 但普遍表现为伊利石鳞片状形貌。 能谱测试表明该区域铁平均含量为0.48%Wt, 高于伊利石中结构铁含量一个数量级, 表明红褐色斑块状含铁物质可能是印度“龙蛋石”的致色物质。 扫描电子显微镜下发现立方形貌的KCl晶体, 指示伊利石可能直接结晶于富K流体中。 傅里叶红外光谱测试结果表明, 样品在3 630 cm-1为OH伸缩振动峰; 830 cm-1为四面体内Al—O振动; 756 cm-1的吸收峰与Al取代Si参与四面体配位有关, 为四面体内Si—O—Al振动的表现。 位于3 625 cm-1附近的OH伸缩振动吸收峰与825和750 cm-1双指纹吸收峰为伊利石矿物的特征傅里叶红外吸收峰, 印证了该印度“龙蛋石”主要矿物为伊利石。 对印度“龙蛋石”的研究丰富了对雕刻石材质的宝石学和谱学特征的认识, 其红外光谱特征可作为雕刻石样品快速无损测试的鉴定依据。
印度“龙蛋石” 伊利石 铁质物质 颜色成因 谱学特征 Indian Longdan Stone Illite The iron material Color genesis Spectral characteristics 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1895
南京邮电大学电子与光学工程学院、 柔性电子(未来技术)学院, 江苏 南京 210023
基于金属-电介质-金属(MDM)波导侧向耦合倾斜半环形谐振腔结构, 提出了一种结构紧凑且具有高灵敏度响应的折射率传感器模型。 引入与水平方向成70°角倾斜分布的半环腔, 可以有效地打破波导耦合谐振腔结构的对称型, 激发出更多的谐振模式。 采用有限元法计算出了含金属挡板MDM波导结构耦合有效半径为185 nm的倾斜半环腔结构的透射谱线, 三个具有非对称Fano线型的共振透射峰分别出现在594, 868及1 734 nm的波长位置。 透射峰值对应的模场分布揭示了三个透射峰分别对应于半环腔中的三阶、 二阶和一阶谐振模式, 记为FR3, FR2及FR1。 基于半环谐振腔内的1～3阶窄带谐振模与波导内金属挡板产生的宽带反射模之间的耦合干涉效应解释了透射谱线中的非对称Fano透射峰的形成机理。 同时基于半环腔中的类FP谐振条件推出了折射率传感灵敏度的近似解析计算公式, 揭示了折射率传感灵敏度近似与腔长L呈正比关系, 与谐振阶次m成反比关系的规律。 通过改变介质层中的折射率参数, 得到了透射峰FR3, FR2及FR1的折射率传感响应灵敏度分别为550, 840及1 724 nm·RIU-1。 最后在保持曲率半径不变的前提下, 延伸半环腔的弧长构建了开口角为π/2的开口环形腔结构, 实现了腔长L的1.5倍增长。 数值计算表明开口环形腔耦合MDM波导结构中的三重透射峰折射率传感灵敏度进一步提升到821, 1 250及2 517 nm·RIU-1, 相对半环腔结构均近似实现了1.5倍的提升。 数值结果进一步验证了近似解析公式的有效性。 研究结果为实现结构紧凑的高灵敏度折射率传感器设计提供了理论基础。
表面等离激元 MDM波导 Fano谐振 开口环形谐振腔 Surface plasmons polaritons Metal-dielectric-metal waveguides Fano resonance Split-ring cavity 光谱学与光谱分析
2023, 43(6): 1746
基于光纤布拉格光栅对（DFBGs）的双波长线形腔光纤激光器利用偏振烧孔效应实现双波长激光稳定输出的研究颇多，但有关3 dB光纤环形镜（FLM）与光纤布拉格光栅（FBG）构成腔镜或仅FBG构成腔镜，以及DFBGs的选择对其激光输出性能［光信噪比（OSNR）、斜率效率及稳定性等］的影响的研究很少。本文实验首先在双波长线形腔掺铒光纤激光器中比较了3 dB FLM与FBG构成腔镜和仅FBG构成腔镜的双波长激光的输出性能，结果表明，仅FBG构成腔镜的输出性能优于3 dB FLM与FBG构成腔镜的输出。其次在仅FBG构成腔镜的线形腔中对低反射率FBG（输出镜）反射率相同与不同时的输出性能进行了对比，研究表明，低反射率FBG的反射率相同时双波长激光输出具有较高的OSNR、斜率效率和稳定性。接着改变构成腔镜的两对FBG的中心波长间隔分别为4、8、12 nm，研究表明，中心波长间隔越大输出越稳定，OSNR越高，但激光器的斜率效率有所降低。最后在室温环境下实现了两个激光波长分别为1550 nm和1562 nm、OSNR分别为50.24 dB和51.19 dB左右、中心波长变化分别小于0.030 nm和0.035 nm、输出功率波动分别小于0.061 mW和0.059 mW、3 dB带宽分别为~0.146 nm和~0.144 nm的稳定输出，该结果为线形腔双波长的更优输出。
光纤布拉格光栅对 偏振烧孔 3 dB光纤环形镜 双波长线形腔掺铒光纤激光器 中心波长间隔 光学学报
2023, 43(23): 2306005
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
基于伴随优化设计算法逆向设计了一种高集成度硅基分模器。通过优化设计得到横电模TE0和TE1双模分模器的尺寸仅为5.5 μm×4 μm，其可在不改变模阶数的情况下实现模式高效分离。理论结果显示：当输入TE0模式时，中心波长处的插入损耗和串扰分别为0.14 dB和-23.8 dB；当输入TE1模式时，插入损耗和串扰分别为0.48 dB和-22.45 dB；工作带宽覆盖150 nm时，TE0和TE1模式的插入损耗分别低于0.44 dB和1.16 dB。基于全矢量三维有限时域差分法分析了±15 nm制备容差，两种模式的插入损耗低于0.79 dB，串扰低于-18.37 dB。所提出的紧凑型硅基分模器可应用于片上模分复用系统，为大容量片上光通信和光互联提供可行器件。
集成光学 硅基光电子学 硅基分模器 逆向设计 伴随法 光学学报
2023, 43(23): 2313003
江苏科技大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212000
以分析纯的BaCO3、ZrO2、B2O3为原料, 采用传统固相法制备了添加x%B2O3(质量分数x=0.5~5.0)的BaZrO3微波介质陶瓷。运用扫描电子显微镜、矢量网络分析仪和X线衍射仪等实验手段研究了不同B2O3添加量对BaZrO3陶瓷微观结构、相组成及微波介电性能的影响。结果表明, 随着B2O3添加量的增加, 材料致密烧结温度降低, 介电常数减小, 介电损耗降低。当B2O3添加量超过1%时, 有BaZr(BO3)2相析出。在B2O3添加量为3%,烧结温度为1 300 ℃时, BaZrO3陶瓷获得优异的微波介电性能: 介电常数εr=33.02,品质因数与频率之积Q×f=32 761 GHz, 谐振频率温度系数τf=+152×10-6/℃。
介电性能 微波介质陶瓷 低温烧结 dielectric properties BaZrO3 BaZrO3 microwave dielectric ceramics low temperature sintering
1 苏州大学 机电工程学院,江苏 苏州215000
2 苏州大学 未来与科学工程学院, 江苏 苏州 215222
针对惯性约束激光核聚变(ICF)靶零件夹持和装配过程中存在的重载荷与高检测分辨率之间的装配难题, 该文提出了一种基于双轴旋转结构的微装配方法。首先通过分析装配目标器件(铝套筒, 金腔和半腔)的特点, 制定了精密装配总体结构方案。然后介绍双轴旋转装置并对相应的传感器进行标定, 并进一步对集成传感器的双轴旋转装置进行角度偏转测试, 可检测最小0.01°的偏转。实验表明,该双轴旋转装置能灵敏地检测到微小的偏转, 并且传感器对双轴旋转具有“置零”的能力, 通过该装置可在无视觉引导的情况下完成目标件的装配。
精密装配 双轴旋转结构 夹持器 传感器 重载荷 precision assembly dual-axis rotating structure holder sensor heavy load
1 曲阜师范大学计算机学院，山东 日照 276826
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所，广东 深圳 518055
光声计算层析成像（PACT）不需要外源性对比剂便可获取厘米级深度的光声图像。然而，来自皮肤的高强度光声信号遮盖了皮下深层组织信息，阻碍了感兴趣区域光声图像的正面显示和分析。因此，笔者提出了融合多尺度感知和残差连接的U型深度学习模型，并采用该模型实现了PACT光声图像中皮肤信号的智能分割。首先，提出以单类皮肤区域标注为基准标签图像的非像素级皮肤区域标注方法，该方法不需要像素级图像标注，能够显著降低数据处理的复杂度；然后，设计了皮肤完整性拟合和皮肤掩膜生成算法，并采用该算法实现了PACT图像中皮肤信号的自动去除。使用PACT成像实验获得的人体腿部外周血管光声图像验证了所提方法在皮肤组织高精度智能提取和去除方面的正确性和有效性。与现有的皮肤去除工作相比，本文所提皮肤去除算法对MAP图像的重建误差下降了50%~70%，峰值信噪比平均提升了约4.5 dB，为深层组织PACT图像的高清晰显示提供了一条有效途径。
生物光学 光声成像 皮肤分割 深度学习 外周血管成像 中国激光
2023, 50(21): 2107111
