基于忆阻器的图卷积神经网络加速器设计
摘 要：图卷积神经网络(GCN)在社交网络、电子商务、分子结构推理等任务中的表现远超传统人工智能算法，在近年来获得广泛关注。忆阻器(ReRAM)作为一种新兴的非易失性存储器，具有高密度、读取访问速度快、低功耗和存内计算等优点。实验结果显示，该文加速器相比CPU有483倍速度提升和1569倍能量节省；相比GPU也有28倍速度提升和168倍能耗节省。关键词：存算一体；新型非易失性存储器；图卷积神经网络；加速器
人工智能赋能材料科学与多学科交叉融合：从材料基因组到AI4M2的基石与路径
摘要：材料基因组工程的高通量计算、高通量实验和数据库建设，为人工智能（artificial intelligence，AI）赋能材料科学提供了数据与平台基础。从材料科学与力学、计算科学、自动化和工程科学交叉融合的视角，界定材料/力学信息学（AI for materials and mechanics，AI4M2）的内涵，梳理材料设计、微观组织表征、工艺优化、力学建模、自驱动实验和科研智能体等方面的进展。AI4M2的“硬基石”是人工智能实验机器人、高通量平台、智能表征装备和自驱动实验室，“软基石”是人工智能算法、多尺度计算、科学大模型、数字孪生与科学软件；数据基础设施贯通2 类基石，科研智能体连接模型、工具、实验和工程场景。针对高质量数据不足、模型物理可解释性和跨尺度泛化能力有限、实验闭环与自主软件装备薄弱以及复合型人才短缺等问题，比较国内外代表性实践，并提出统一数据标准与接口、建设共享中试级智能实验平台、发展可验证的自主软件工具链、以重大工程场景组织示范和完善本硕博贯通培养等可实施路径。
石墨烯增强铝基纳米复合材料扭转载荷下的微观变形行为
摘要：采用分子动力学模拟, 构建纯铝及含0.5%(体积分数) 的1—3 层石墨烯0°, 90°嵌入的石墨烯增强铝基纳米复合材料(Gr/Al nanocomposites) 的7 种模型, 探究Gr/Al 纳米复合材料扭转载荷下微观变形行为. 仿真结果表明, 石墨烯显著影响铝基的扭转力学响应: 石墨烯通过机械互锁与电子-声子耦合降低体系势能、平缓动能, 含石墨烯的纳米复合材料体系剪切应力波动更剧烈、极值更大; 0°嵌入时随层数增加影响更显著, 3 层石墨烯0°嵌入(3-Gr-0°) 在540°—610°附近应力极端值突出, 表明3-Gr-0°可承受更大的扭转载荷. 进一步研究发现, 3-Gr-0°中石墨烯对铝原子近短程和长程有序性的破坏作用更明显, 阻碍位错传播, 使初始位错角度增大, 位错类型仍以Shockly 为主. 本研究为该类复合材料结构设计与性能优化提供理论参考.
人工智能与遥感科学交叉研究综述：现状与展望
摘要：人工智能的快速发展正推动遥感科学从“观测主导”向“智能认知”的范式转变。面对遥感观测规模快速扩张所带来的多源异构、高维特性等挑战，传统解译方法在效率、精度与可扩展性等方面已难以满足实际需求。以深度学习和大模型为代表的人工智能技术，为复杂地球系统的自动特征提取、跨模态融合与深层知识发现提供了新的理论支持与技术路径。近年来，人工智能遥感数据的融合在多类型观测数据（高分辨率光学、高光谱、SAR、LiDAR 等） 与多类智能任务（分类、检测、分割、变化检测与大模型认知推理） 中不断深化，并在地质、生态、农业、城市与灾害监测等关键应用场景中展现出重塑认知模式并增强决策智能化的潜力。然而，当前研究仍存在观测机理与模型表征耦合不足、跨区域跨模态泛化能力有限，以及智能系统可解释性与可信性仍待加强等问题。基于此，本文从观测技术、智能方法与典型应用3个维度系统梳理人工智能赋能遥感科学的最新进展，总结其发展脉络与共性特征，探讨面向全球尺度与动态复杂地球系统所面临的关键挑战，并对构建可泛化、可解释与可持续的下一代智能遥感理论体系和应用框架进行了展望。
手性金属卤化物钙钛矿的设计合成及其圆偏振发光研究进展
摘要：近年来, 有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿因其出色的光电性能成为最具吸引力的半导体材料之一, 通过将“手性”分子引入到金属卤化物钙钛矿晶体材料中就可以得到“手性金属卤化物钙钛矿”. 手性金属卤化物钙钛矿结合了钙钛矿的优良光电性质和手性特征, 故产生了圆二色性(CD)、圆偏振发光(CPL)、非线性光学(NLO)、自旋电子学、铁电性和手性诱导自旋选择性(CISS)效应等独特光电功能的可能性, 在光电子学、光学材料、光伏材料和自旋电子学等领域具有广阔的应用前景. 本文综述了近年来手性金属卤化物钙钛矿的研究发展情况, 如制备方法、晶体结构、手性产生机理、圆偏振发光和圆偏振光检测等; 此外, 总结了该类材料发展过程中所面临的挑战并展望了其发展前景. 这对了解手性金属卤化物钙钛矿的光电性质和构建策略具有重要的理论意义, 并为开发设计新型的手性金属卤化物钙钛矿提供了思路.
光电压瞬态技术: 实时分析膜界面动态过程的新手段
摘要：活性分子与细胞膜之间的相互作用在许多基本的生物过程中扮演着至关重要的角色, 然而如何实现对此界面动力学过程的原位、实时、无标记且无侵入监测仍是生物物理研究领域所面临的一大挑战. 我们与合作者开发的光电压瞬态技术, 为解决这一问题提供了一种新途径. 该技术利用硅片光电响应生成电荷, 并将磷脂膜的充放电过程记录为电压瞬态脉冲、建立了该充放电过程与界面瞬时结构和性质之间的关联性. 因此, 通过对随时间演化的电压脉冲进行分析, 可以揭示活性分子作用下膜结构实时动态变化情况, 尤其是不同作用状态之间转换的时间信息, 可作为传统技术的有益补充. 同时, 该技术设备搭建成本低廉, 操作方便, 无需复杂的数据处理过程. 本综述概述了光电压瞬态技术的工作原理、设备搭建以及数据处理方法, 并以经典细胞膜模型——磷脂双层膜为例, 总结了该技术在探索磷脂膜水合特性及其与活性分子(如表面活性剂、聚合物、多肽和纳米颗粒) 相互作用机制方面取得的最新进展. 最后就该技术优缺点进行讨论并展望未来发展前景.
电离辐射诱导金属有机框架的合成和功能化研究进展
摘要：金属有机框架（MOFs）主要由水热/溶剂热法合成，其反应过程涉及高温、高压、长时间和高能耗。尽管传统水热/溶剂热合成的MOFs具有高结晶性，但其内部的孔结构单一，且具有有限的或缺乏特异性的功能结构，极大限制其本征性能的提升和应用领域的拓展。因此，高效绿色合成具有高性能的功能MOFs仍具有挑战性。电离辐射技术凭借其独特的活化机制与刻蚀效应，在晶态多孔材料的高效合成和功能化方面展现出重要作用。本文概述了近年来基于电离辐射技术的MOFs合成与功能化的研究进展，重点涵盖伽马射线与电子束辅助的原位合成策略，包括富缺陷MOFs及其异质结构的构建；同时介绍基于伽马射线与电子束的后辐射改性方法，用于制备功能化MOFs并探讨其应用。
物理生物医学——原创交叉研究的新领域
摘要：物理生物医学是物理学与生物医学深度融合的新兴交叉研究领域, 融入了材料学、化学、信息科学、机械工程等多个领域物质科学的知识和技术. 它的科学内涵在于揭示生命现象的物理规律, 并利用物理的方法和技术实现对生命过程的调控. 因此, 物理生物医学既要解析伴随生命活动所产生的内源性物理信号的奥秘, 同时还要探索外源性物理场对细胞、组织、器官、个体的调节作用并揭示其背后的机制.通过机制创新和前瞻性布局, 物理生物医学在未来有望成为中国引领、世界一流的优势学科.
生物药制造先进分离介质与集成装备
摘要：生物药体系种类多且组成复杂、目标物含量低且结构多变，分离纯化是生物药制造的核心步骤和关键组成。首先阐述了生物药分离纯化领域的主要方法和现阶段面临的挑战。其次，论述了已上市分离介质和装备种类有限且国产化程度低，难以满足生物药高效制造等问题，介绍了新一代生物分离介质和高效生物分离装备取得的重点进展，包括粒径均一介质、超大孔介质、高载量介质、表面性质可控介质、混合模式介质、亲和介质和多孔膜介质等，还有连续流层析、抗污染膜组件、反应与分离耦合系统和分离与检测耦合系统等，以及相关质量标准的建立情况。最后，针对先进分离介质与集成装备的未来发展提出建议，即拓展分离机制，形成创新材料和装备集群，加强高效分离介质和装备与重大、前沿生物药之间的多重协同作用，重点攻克核心技术难点和产业链发展阻碍，从而确保实现生物药制造国产化、绿色化和智能化。
三端晶体管的人工突触器件: 材料、结构与系统
摘要：神经形态工程学旨在从硬件层面上构建人工仿生神经系统, 模拟人脑独特高效的运行机制, 进而实现神经形态感知和类脑计算功能. 生物突触是人脑学习和记忆的基本结构与功能单元. 因此, 构建类生物突触结构、功能的电子器件是实现神经形态感知与计算的关键. 相较于两端的阻变器件, 三端突触晶体管在实现多态调控和降低能量消耗上都具有优势. 此外, 三端突触晶体管还可以将压力、温度等外界物理刺激转化为电信号, 在采集视觉、听觉、嗅觉等信号来工作的人造感知神经系统方面有广阔的应用前景. 本文综述了三端突触晶体管的材料选择、器件结构以及功能应用, 并重点介绍了基于三端突触晶体管的人造视觉、听觉和嗅觉三种感知系统的最新进展. 最后, 总结了三端突触晶体管及其构建的人造感知系统面临的挑战, 并对其未来发展进行了展望.
