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Two-dimensional materials for future information technology: status and prospects

Science China(Information Sciences) 2024年第6期67卷 1-147页

作者： Hao QIU Zhihao YU Tiange ZHAO Qi ZHANG Mingsheng XU Peifeng LI Taotao LI Wenzhong BAO Yang CHAI Shula CHEN Yiqi CHEN Hui-Ming CHENG Daoxin DAI Zengfeng DI Zhuo DONG Xidong DUAN Yuhan FENG Yu FU jingshu GUO Pengwen GUO Yue HAO Jun HE Xiao HE Jingyi HU Weida HU Zehua HU Xinyue HUANG Ziyang HUANG Ali IMRAN Ziqiang KONG Jia LI Qian LI Weisheng LI Lei LIAO Bilu LIU Can LIU Chunsen LIU Guanyu LIU Kaihui LIU Liwei LIU Sheng LIU Yuan LIU Donglin LU Likuan MA Feng MIAO Zhenhua ni Jing niNG Anlian PAN Tian-Ling REN Haowen SHU Litao SUN Yue SUN Quanyang TAO Zi-Ao TIAN Dong WANG Hao WANG Haomin WANG Jialong WANG Junyong WANG Wenhui WANG Xingjun WANG Yeliang WANG Yuwei WANG Zhenyu WANG Yao WE Department of Applied Physics The Hong Kong Polytechnic University Key Laboratory for Micro-Nano Physics and Technology of Hunan Province College of Materials Science and EngineeringHunan University College of Integrated Circuits Zhejiang University Shenzhen Geim Graphene Center Shenzhen Key Laboratory of Layered Materials for Value-Added ApplicationsTsinghua-Berkeley Shenzhen Institute & Institute of Materials ResearchTsinghua Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua University State Key Laboratory of Extreme Photonics and Instrumentation College of Optical Science and EngineeringInternational Research Center for Advanced PhotonicsZijingang CampusZhejiang University National Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits Shanghai Institute of Microsystem and Information TechnologyChinese Academy of Sciences CAS Key Laboratory of Nanophotonic Materials and Devices & Key Laboratory of Nanodevices and Applications i-LabSuzhou Institute of Nano-Tech and Nano-Bionics (SINANO)Chinese Academy of Sciences College of Chemistry and Chemical Engineering Hunan University Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education) Department of PhysicsRenmin University of China School of Integrated Circuits Beijing National Research Center for Information Science and Technology (BNRist)Tsinghua University School of Electronic Science and Engineering Nanjing University The State Key Discipline Laboratory of Wide Band Gap Semiconductor Technology Shaanxi Joint Key Laboratory of GrapheneSchool of MicroelectronicsXidian University Key Laboratory of Artificial Micro- and Nano-Structures of Ministry of Education School of Physics and TechnologyWuhan University School of Integrated Circuits Huazhong University of Science and Technology Center for Nanochemistry (CNC) Beijing Science and Engineering Center for NanocarbonsBeijing National Laboratory for Molecular SciencesCollege of Chemistry and Molecular EngineeringPeking University State Key Laboratory for Artificial Microstruct

Over the past 70 years, the semiconductor industry has undergone transformative changes,largely driven by the miniaturization of devices and the integration of innovative structures and materials. Two-dimensional(2D) materials like transition metal dichalcogenides(TMDs) and graphene are pivotal in overcoming the limitations of silicon-based technologies, offering innovative approaches in transistor design and functionality, enabling atomic-thin channel transistors and monolithic 3D integration. We review the important progress in the application of 2D materials in future information technology, focusing in particular on microelectronics and optoelectronics. We comprehensively summarize the key advancements across material production, characterization metrology, electronic devices, optoelectronic devices, and heterogeneous integration on silicon. A strategic roadmap and key challenges for the transition of 2D materials from basic research to industrial development are outlined. To facilitate such a transition, key technologies and tools dedicated to 2D materials must be developed to meet industrial standards, and the employment of AI in material growth, characterizations, and circuit design will be essential. It is time for academia to actively engage with industry to drive the next 10 years of 2D material research.

关键词： two-dimensional (2D) materials information technology production technology standardization of characterization microelectronicdevices optoelectronic devices multi-functional integration

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HXPY: A High-Performance Data Processing Package for Financial Time-Series Data

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Journal of Computer Science & Technology 2023年第1期38卷 3-24页

作者：郭家栋彭靖姝苑航倪明选 The Hong Kong University of Science and Technology Hong KongChina International Digital Economy Academy Shenzhen 518048China The Hong Kong University of Science and Technology(Guangzhou) Guangzhou 511455China

A tremendous amount of data has been generated by global financial markets everyday,and such time-series data needs to be analyzed in real time to explore its potential value.In recent years,we have witnessed the successful adoption of machine learning models on financial data,where the importance of accuracy and timeliness demands highly effective computing frameworks.However,traditional financial time-series data processing frameworks have shown performance degradation and adaptation issues,such as the outlier handling with stock suspension in Pandas and TA-Lib.In this paper,we propose HXPY,a high-performance data processing package with a C++/Python interface for financial time-series data.HXPY supports miscellaneous acceleration techniques such as the streaming algorithm,the vectorization instruction set,and memory optimization,together with various functions such as time window functions,group operations,down-sampling operations,cross-section operations,row-wise or column-wise operations,shape transformations,and alignment functions.The results of benchmark and incremental analysis demonstrate the superior performance of HXPY compared with its counterparts.From MiBs to GiBs data,HXPY significantly outperforms other in-memory dataframe computing rivals even up to hundreds of times.

关键词： dataframe time-series data SIMD(single instruction multiple data) CUDA(Compute Unified Device Architecture)

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MiRNA-3473b contributes to neuroinflammation following cerebral ischemia

MiRNA-3473b contributes to neuroinflammation following cereb...

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中国神经科学学会第十二届全国学术会议

作者： Jia JIA Xiaoyu WANG Shuangshuang CHEN jingshu ni Xuechu ZHEN Jiangsu Key Laboratory of Translational Research and Therapy for Neuro-PsychiatricDiseases and College of Pharmaceutical Sciences Soochow University

Objective This study was designed to investigate the expression of mi R-3473 b following stroke, as well as its contribution to ischemic brain damage. Methods: Microglia were treated with LPS and conditioned medium collected from neurons subjected to oxygen-glucose deprivation（OGD）. Mouse cerebral ischemia model was established by the middle cerebral artery occlusion（MCAO）. Acute cerebral infarction was determined by TTC staining. q RT-PCR and western blot analysis were performed to examine the expression levels of mi R-3473 b and pro-inflammatory factors. Results（1） In vitro study demonstrated that mi R-3473 b was increased in activated BV2 cells, and pretreatment with mi R-3473 b antagomir reduced the m RNA and protein levels of proinflammatory factors i NOS, COX-2, TNF-α and IL-6 in BV2 cells activated by LPS and OGD-conditioned neuronal medium.（2） In vivo study showed that mi R-3473 b was upregulated in the leukocytes and brain in the mice after transient cerebral ischemia. Pretreatment with mi R-3473 b antagomir decreased brain levels of mi R-3473 b following MCAO, resulting in significant reduction of infarct volume in MCAO mice. Conclusion These findings suggest that mi R-3473 b inhibition lessened the ischemic brain injury through suppressing microglia activation. Manipulation of post-stroke mi R-3473 b levels is a potential therapeutic approach to mitigate stroke-induced brain injury.

关键词： MiR-3473b MCAO microglia neuroinflammation

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High-performance silicon−graphene hybrid plasmonic waveguide photodetectors beyond 1.55μm

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Light(Science & Applications) 2020年第1期9卷 1731-1741页

作者： jingshu Guo Jiang Li Chaoyue Liu Yanlong Yin Wenhui Wang Zhenhua ni Zhilei Fu Hui Yu Yang Xu Yaocheng Shi Yungui Ma Shiming Gao Limin Tong Daoxin Dai State Key Laboratory for Modern Optical Instrumentation Zhejiang Provincial Key Laboratory for Sensing TechnologiesCollege of Optical Science and EngineeringInternational Research Center for Advanced PhotonicsZhejiang UniversityZijingang Campus310058 HangzhouChina ningbo Research Institute Zhejiang University315100 NingboChina Department of Physics and Key Laboratory of MEMS of the Ministry of Education Southeast University211189 NanjingChina College of Information Science and Electronic Engineering Zhejiang University310027 HangzhouZhejiangChina

Graphene has attracted much attention for the realization of high-speed photodetection for silicon photonics over a wide wavelength range.However,the reported fast graphene photodetectors mainly operate in the 1.55μm wavelength band.In this work,we propose and realize high-performance waveguide photodetectors based on bolometric/photoconductive effects by introducing an ultrathin wide silicon−graphene hybrid plasmonic waveguide,which enables efficient light absorption in graphene at 1.55μm and beyond.When operating at 2μm,the present photodetector has a responsivity of ~70 mA/W and a setup-limited 3 dB bandwidth of >20 GHz.When operating at 1.55μm,the present photodetector also works very well with a broad 3 dB bandwidth of >40 GHz(setup-limited)and a high responsivity of ~0.4 A/W even with a low bias voltage of−0.3 V.This work paves the way for achieving highresponsivity and high-speed silicon-graphene waveguide photodetection in the near/mid-infrared ranges,which has applications in optical communications,nonlinear photonics,and on-chip sensing.

关键词： waveguide beyond performance

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基于GS-SVM的脑组织差分路径因子定量方法研究

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中国激光 2022年第5期49卷 217-223页

作者：储宝黄尧倪敬书张持健李忠胜张元志董美丽王全福王霞王贻坤安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖241000 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省医用光学诊疗技术与装备工程实验室安徽合肥230026 皖江新兴产业技术发展中心安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心安徽铜陵244000

差分路径因子(DifferentialPathlengthFactor,DPF)是用于计算脑血氧生理参数的重要变量之一,可通过蒙特卡罗模拟计算得到,但此方法存在耗时长、提取参数复杂等缺点。针对以上不足,提出了一种DPF快速定量计算方法。首先对不同年龄段人群... 详细信息

差分路径因子(DifferentialPathlengthFactor,DPF)是用于计算脑血氧生理参数的重要变量之一,可通过蒙特卡罗模拟计算得到,但此方法存在耗时长、提取参数复杂等缺点。针对以上不足,提出了一种DPF快速定量计算方法。首先对不同年龄段人群的脑组织光学参数与颅骨厚度进行归一化处理与主成分分析,采用支持向量机(SupportVectorMachine,SVM)并结合网格寻优(GridSearch,GS),建立了基于GS-SVM的脑组织差分路径因子的预测模型,对测试样本数据进行了回归预测,最后将所得结果与反向传播人工神经网络(Back Propagation ArtificialNeuralNetwork,BP-ANN)的预测结果进行了对比。结果表明,相较于蒙特卡罗模拟,GS-SVM预测模型与BP-ANN预测模型的均方误差(MSE)分别为0.0268与0.25,相关系数(R^(2))分别为0.97与0.92。基于GS-SVM的脑组织差分路径因子定量模型的预测结果优于BP-ANN,与蒙特卡罗模拟结果呈显著性相关(显著水平P<0.0001),有望取代传统蒙特卡罗模拟对DPF进行快速批量预测。

关键词：医用光学近红外光谱差分路径因子蒙特卡罗模拟支持向量机网格寻优

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不同类型服装企业智能制造能力成熟度评价模型

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纺织学报 2021年第5期42卷 162-167页

作者：杜劲松余雅芸赵妮谢子昂费中华潘静姝东华大学服装与艺术设计学院上海200051 东华大学现代服装设计与技术教育部重点实验室上海200051 浙江森马服饰股份有限公司浙江温州362000

为了实现不同类型服装企业规范化的智能制造建设,基于多维度网络层次分析法(ANP)采用5个一级指标、12个二级指标和35个三级评价指标要素,构建服装实现过程的智能化建设能力成熟度评价模型。通过专家问卷确定模型评价指标的权重关系,借... 详细信息

为了实现不同类型服装企业规范化的智能制造建设,基于多维度网络层次分析法(ANP)采用5个一级指标、12个二级指标和35个三级评价指标要素,构建服装实现过程的智能化建设能力成熟度评价模型。通过专家问卷确定模型评价指标的权重关系,借助超级决策软件Super Decision实现ANP评价指标的建模。对新构建的能力成熟度评价模型与通用模型进行基于不同类型服装企业智能化建设能力成熟度的对比验证实验,结果表明新构建的评价模型能充分地体现服装行业智能制造发展现状,能准确地反映企业智能制造整体发展水平和单项指标建设情况,并帮助企业弥补应用技术的短板。

关键词：服装智能制造能力成熟度综合评价模型网络层次分析法服装企业

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不同拼缝方向的预制带肋底板混凝土叠合板面内受力性能

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土木工程学报 2015年第5期48卷 23-34页

作者：张敬书倪永松姚远杨远龙郑芳蒙王彦忠兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 中国建筑设计研究院北京100044 中国民航机场建设集团公司北京100621 山东同圆设计集团有限公司山东济南250101

对4个预制带肋底板混凝土叠合板试件和1个现浇混凝土板试件进行了面内低周反复加载试验,试件均呈正方形。4个叠合板试件分别为标准配筋、支座负筋加倍纵向拼缝叠合板,标准配筋、支座负筋加倍横向拼缝叠合板,现浇板试件作为对比。对各试... 详细信息

对4个预制带肋底板混凝土叠合板试件和1个现浇混凝土板试件进行了面内低周反复加载试验,试件均呈正方形。4个叠合板试件分别为标准配筋、支座负筋加倍纵向拼缝叠合板,标准配筋、支座负筋加倍横向拼缝叠合板,现浇板试件作为对比。对各试件的破坏形态、滞回特性、变形性能、延性、刚度和耗能等进行对比分析。结果表明:预制带肋底板混凝土叠合板发生了剪切滑移破坏,现浇板发生剪切破坏。加载方向与预制带肋底板拼缝方向垂直的纵向拼缝试件的承载力、刚度均大于加载方向与拼缝方向平行的横向拼缝试件,延性也较好,耗能也较强。叠合板的刚度大于现浇板,现浇板延性略优于叠合板。增配支座负筋可使滞回环更加饱满,并可有效延缓开裂、改善延性、增加刚度、增强耗能。叠合板的预制底板一侧与现浇侧的裂缝发展及分布基本一致,二者协同工作性能良好。建议在实际工程中该叠合板宜适当提高穿孔钢筋和负筋的配筋率,以防止剪切滑移破坏。

关键词：预制带肋底板混凝土叠合板面内低周反复加载试验拼缝支座负筋

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血流介导组织荧光光谱测量系统及仿体验证

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中国激光 2021年第24期48卷 141-150页

作者：张洋何腾超钟卫帅董美丽倪敬书刘勇王贻坤张元志中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心安徽省医用光学诊疗技术与装备工程实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 皖江新兴产业技术发展中心安徽铜陵244000

基于血流介导组织还原型辅酶Ⅰ(NADH)荧光光谱检测技术的微循环功能评估对心血管病的早期预警具有重要价值,然而血流介导过程中氧饱和度的变化会干扰荧光信号的测量。本课题组搭建了集成有组织漫反射率测量模块的血流介导组织荧光光谱... 详细信息

基于血流介导组织还原型辅酶Ⅰ(NADH)荧光光谱检测技术的微循环功能评估对心血管病的早期预警具有重要价值,然而血流介导过程中氧饱和度的变化会干扰荧光信号的测量。本课题组搭建了集成有组织漫反射率测量模块的血流介导组织荧光光谱测量系统,并引入生理参数提取和荧光光谱复原算法,以排除干扰。不同光学参数的组织仿体试验结果表明,复原算法可以有效降低吸收、散射的影响,复原后的NADH的荧光强度与其浓度呈线性相关(拟合优度R^(2)=0.99);血液血氧仿体试验结果显示,组织氧饱和度的变化会干扰荧光的检测,经过校正的NADH的固有荧光光谱与氧饱和度的变化无关。4位受试者的在体试验结果显示,经过光谱复原后,荧光闭塞响应值和恢复响应值的平均值分别下降了22.8%和22.1%,这可以解释为氧饱和度的变化对实测NADH荧光的干扰。本研究结果预期能够有效提升血流介导组织荧光光谱测量系统的检测准确性。

关键词：医用光学组织荧光光谱光谱复原还原型辅酶Ⅰ 组织仿体

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偏振空间频域成像系统及仿体验证

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中国激光 2023年第9期50卷 25-33页

作者：石志国张洋王全福李忠胜王霞董美丽倪敬书黄尧张盛昭王贻坤张元志安徽医科大学生物医学工程学院安徽合肥230009 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心安徽省医用光学诊疗技术与装备工程实验室安徽合肥230031

偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术,对亚波长微观结构的变化比较敏感,可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而,在可见波段范围内,生物组织是强散射介质,光在组织中传播时会经历多次散射,失去原本携带的相位和偏振信息,从而... 详细信息

偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术,对亚波长微观结构的变化比较敏感,可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而,在可见波段范围内,生物组织是强散射介质,光在组织中传播时会经历多次散射,失去原本携带的相位和偏振信息,从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法,搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度,利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数,进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示:偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关(R2=0.99988);退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系,二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大;该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟,表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现,偏振空间频域成像可以有效控制成像深度,精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测,测量结果显示:猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏,相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性,促进肿瘤的早期检测。

关键词：生物光学偏振光学成像空间频域成像穆勒矩阵组织仿体

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细菌自体荧光检测装置的研究与设计

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光子学报 2023年第6期52卷 294-303页

作者：郑家运王贻坤倪敬书张洋黄尧张元志王全福王霞刘勇周金华董美丽安徽医科大学生物医学工程学院合肥230032 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省生物医学光学仪器工程技术研究中心安徽省医用光学诊疗技术与装备工程实验室合肥230031 皖江新兴产业技术发展中心铜陵244000

细菌感染会造成伤口愈合延迟,增加患者和医疗卫生系统的负担,因此非常需要对伤口细菌进行及时检测和适当的处理。基于细菌自发荧光原理,设计了一种对伤口常见细菌快速检测成像的系统,可用于辅助识别伤口细菌负荷和判断感染情况,无需采... 详细信息

细菌感染会造成伤口愈合延迟,增加患者和医疗卫生系统的负担,因此非常需要对伤口细菌进行及时检测和适当的处理。基于细菌自发荧光原理,设计了一种对伤口常见细菌快速检测成像的系统,可用于辅助识别伤口细菌负荷和判断感染情况,无需采样培养或染色鉴定。使用智能手机采集细菌荧光图像,以405 nm LED作为细菌激发光源,配合荧光图像信息提取和定量算法能够快速识别提取图像上的感兴趣区域并对荧光信号进行量化,定位细菌荧光信号区域。梯度浓度实验证实了荧光强度与细菌浓度高度相关,荧光强度与浓度之间存在线性关系,随着细菌浓度的降低,荧光信号强度呈下降趋势,系统最小检测限约为105 CFU/mL。与传统细菌检测方法相比,本装置具有操作简单、检测速度快、成本低等特点,为伤口细菌检测提供了一种新的手段。

关键词：细菌自体荧光成像细菌检测感染图像处理细菌量化

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