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物理学与人工智能的连接:2024年诺贝尔物理学奖解析

科学通报 2025年

作者：唐乾元香港浸会大学物理系

The 2024 Nobel Prize in Physics was awarded to John Hopfield and Geoffrey Hinton for their pioneering contributions to artificial neural networks and machine learning. Hopfield was originally trained as a condensed matter physicist, while Hinton has a background in cognitive psychology and artificial intelligence. Both of them recognized the deep connection between neural computation and statistical physics. Their pioneering work demonstrates how principles from statistical physics shaped the theoretical foundations of artificial neural networks and deep learning. This review mainly introduces their breakthrough achievements in neural networks and machine learning, with particular emphasis on the underlying physical *** Hopfield model is one of the most significant contributions of John Hopfield, introducing a groundbreaking theoretical framework for understanding associative memory in machines. This model operates through an iterative dynamic rule, updating neuron states to minimize an energy function, which takes inspiration from spin glass systems in physics. The energy landscape concept in the Hopfield model provides crucial insights into information storage and retrieval. By demonstrating robust distributed representations, the model has inspired extensive research on attractor dynamics in both artificial neural networks and biological systems, serving as a foundational pillar for modern neural architectures and brain-inspired computing. Beyond this model, Hopfield explored time encoding in neural systems,highlighting the role of synchronized oscillations and providing new perspectives on temporal dynamics in enhancing computational capacity. He also pioneered the critical brain hypothesis, linking neural network dynamics to self-organized *** Boltzmann machine, developed by Geoffrey Hinton and his collaborators, serves as a key architecture bridging statistical physics and machine learning. In this model, the energy function determines t

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基于荧光光谱和拉曼光谱技术的中药检测研究

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 139-145页

作者：逯美红张凡暴雅婷王志军雷海英王翔宇高鹏慧长治学院物理系山西长治046011 西安信息职业大学物理实验中心陕西西安710125 长治学院生命科学系山西长治046011

中医药是中华文化的瑰宝和中华文明的结晶,在全民健康中发挥着重要作用。由于中药生长环境受限及市场需求量的增大,市场上出现了许多以次充好、以假乱真的中药,这对中药发展及质量保障都极为不利。因此,对中药的检测和鉴定非常重要。为... 详细信息

中医药是中华文化的瑰宝和中华文明的结晶,在全民健康中发挥着重要作用。由于中药生长环境受限及市场需求量的增大,市场上出现了许多以次充好、以假乱真的中药,这对中药发展及质量保障都极为不利。因此,对中药的检测和鉴定非常重要。为了探究中药的荧光光谱和拉曼光谱特性,选取白芷、苏木、山药、地榆四种中药进行分类检测研究。一方面,从化学成分和结构的角度分析中药白芷和苏木产生荧光的可能性,采用F-4600型荧光光谱仪(200~750 nm)分别在不同激发波长和不同浓度下测试了白芷和苏木水浸液的荧光光谱,探究了白芷和苏木水浸液的荧光光谱特性,并对荧光强度与不同浓度、激发波长的关系进行了探讨。另一方面,采用共聚焦显微拉曼光谱仪(100~4000 cm^(-1))对4种不同产地的山药和2种不同产地的地榆中药饮片的拉曼光谱分别进行测试研究。结果表明,白芷水浸液在波长260~350 nm的光激发下,产生较强荧光,最佳激发波长是340 nm,荧光峰值波长为420 nm,其荧光强度随浓度的增大而增强,且样品浓度较低时,荧光强度与浓度成线性关系;苏木水浸液在200~290 nm的光激发下,产生较强荧光,最佳激发波长为220 nm,荧光峰值波长为345 nm,随浓度的增加,荧光强度先增强后减弱,在浓度为0.175 mg·mL^(-1)时荧光强度达到最大。白芷水浸液和苏木水浸液的荧光强度都与激发波长的关系呈现高斯分布,符合荧光规律。分析山药和地榆的拉曼光谱,发现不同产地的拉曼特征基本一致,确认山药的拉曼特征峰主要集中在477、862、939、1080、1258、1337和1457 cm^(-1)处;地榆的拉曼特征峰主要集中在862和1337 cm^(-1)处,主要归属与已有的化学成分研究结果相符。部分特征峰处拉曼活性出现差异,可以作为区分不同产地中药的依据。该研究结果不仅为荧光光谱在中药鉴定及质量分析中的应用提供了实验数据和方法参考,也为利用拉曼光谱技术实现中药的快速准确检测及产地归属奠定了基础。

关键词：白芷苏木山药地榆荧光光谱拉曼光谱

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沉积电压对直径周期变化的Ni-Zn-In NWs磁性能的影响

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有色金属(中英文) 2025年

作者：张钰杰徐芹肖永娜尹佳缘河北工业大学应用物理系

以三维阳极氧化铝(3D-AAO)为模板，采用直流电沉积法成功制备了直径周期变化的Ni-Zn-In纳米线(NWs)阵列。研究了沉积电压对Ni-Zn-In三元合金纳米线的形貌、晶体结构以及磁性能的影响。实验结果表明3D-AAO模板的孔径可以很好地控制纳米... 详细信息

以三维阳极氧化铝(3D-AAO)为模板，采用直流电沉积法成功制备了直径周期变化的Ni-Zn-In纳米线(NWs)阵列。研究了沉积电压对Ni-Zn-In三元合金纳米线的形貌、晶体结构以及磁性能的影响。实验结果表明3D-AAO模板的孔径可以很好地控制纳米线的几何结构，沉积电压可以调控Ni-Zn-In NWs的晶体结构。PPMS结果表明，Ni-Zn-In NWs具有软磁特性，并且有显著的磁各向异性，易磁化方向垂直于纳米线长轴方向。利用微磁模拟进一步研究单根Ni-Zn-In纳米线的磁化反转机制，揭示了其是卷曲旋转和相干旋转的结合。

关键词： 3D-AAO模板 Ni-Zn-In NWs 电沉积磁性能

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基于空间光调制器的焦点扫描光学非线性测量方法

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激光与光电子学进展 2025年

作者：赵玉杰史祎然梁轩铭李德顺陈永强方宇吴幸智吴泉英宋瑛林江苏省高校低碳能源高效转化与利用重点实验室苏州科技大学物理科学与技术学院哈尔滨工业大学物理系

本文提出了一种基于液晶空间光调制器的f扫描改进方法。通过对入射光束相位的程序控制实现脉冲光束焦点沿任意方向的连续变化，并以此实现f扫描。针对液晶空间光调制器相位调制深度不连续而引起的次焦点现象，引入了光强修正，并在ZnSe... 详细信息

本文提出了一种基于液晶空间光调制器的f扫描改进方法。通过对入射光束相位的程序控制实现脉冲光束焦点沿任意方向的连续变化，并以此实现f扫描。针对液晶空间光调制器相位调制深度不连续而引起的次焦点现象，引入了光强修正，并在ZnSe材料中进行了实验验证。理论和实验研究表明，该方法相比Z扫描技术，避免了因样品移动产生的不便和光束准直问题。同时，该方法克服了传统f扫描技术对共轴光学系统的精密要求和焦距变化范围小的问题，在简化实验复杂程度的基础上实现了材料三阶光学非线性的有效测量。

关键词：相位调制 f扫描 Z扫描非线性吸收非线性折射

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非线性自旋电子学

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中国科学:物理学力学天文学 2025年

作者：何攀刘昊翟金凤潘超钰沈健复旦大学微纳电子器件与量子计算机研究院复旦大学应用表面物理国家重点实验室复旦大学物理系

自旋电子学利用电子的自旋属性来实现信息存储和处理,有望克服传统电子学面临的能耗、微型化以及抗辐照等瓶颈问题.近年来,非线性自旋电子学作为自旋电子学领域的新兴分支,受到一定的关注.非线性自旋电子学结合了非线性动力学和自旋电子... 详细信息

自旋电子学利用电子的自旋属性来实现信息存储和处理,有望克服传统电子学面临的能耗、微型化以及抗辐照等瓶颈问题.近年来,非线性自旋电子学作为自旋电子学领域的新兴分支,受到一定的关注.非线性自旋电子学结合了非线性动力学和自旋电子学,开辟了超越传统自旋相关效应的新途径.本文综述了非线性自旋电子学的最新进展,重点介绍典型的非线性自旋输运现象、物理机制、实验表征方法以及在自旋器件中的应用,旨在展示其重要性以激发新的相关研究.

关键词：自旋电子学非线性效应非线性自旋电子学自旋流自旋热电子学

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石墨烯褶皱结构对双电层储能性能的理论研究

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原子与分子物理学报 2025年第6期42卷 89-100页

作者：张倩蒋更平武汉科技大学理学院应用物理系武汉430081

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学... 详细信息

石墨烯因其出色的比表面积和单层结构而被广泛认为是一种理想的电极材料.然而,实验制备的石墨烯常因官能团、缺陷和位错的引入而出现褶皱和变形.针对这一问题,本文构建了一系列具有不同幅度褶皱(a=0~6.6?)的石墨烯片,并运用分子动力学模拟来研究这些褶皱石墨烯表面的双电层结构.本研究旨在探讨不同褶皱高度和充电状态下双电层的变化规律,及其与超级电容器储能性能之间的关系.研究发现,褶皱石墨烯模型内部的离子浓度随电压的增加呈现多峰层状分布,而表面离子浓度与施加的电压正相关.此外,石墨烯的褶皱结构能够减少离子和水对电极电压响应的敏感性.在不同电压条件下,褶皱型石墨烯结构的面积比电容(C_A)始终高于其平面对应区域,突出了其在提升双电层储能性能上的优势.本研究揭示了石墨烯褶皱结构在调节离子分布、降低电压敏感性,以及增强电化学储能性能方面的特有作用机制.

关键词：双电层石墨烯褶皱恒电势模拟方法

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基于主被动分解法的微纳激光混沌系统的复用同步实现

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物理学报 2025年

作者：穆鹏华王译乔贺鹏飞徐源烟台大学物理与电子信息学院

纳米激光器（NL）是实现光集成的重要光学元件，近年来成为研究热点之一。然而，对于NL在混沌同步方向上的研究仍较为稀少。本文提出一种基于NL的双路激光混沌复用系统，并详细研究了其同步性能。研究中还创新性地引入了主被动分解法，... 详细信息

纳米激光器（NL）是实现光集成的重要光学元件，近年来成为研究热点之一。然而，对于NL在混沌同步方向上的研究仍较为稀少。本文提出一种基于NL的双路激光混沌复用系统，并详细研究了其同步性能。研究中还创新性地引入了主被动分解法，通过主动和被动信号的分解实现高效的信号处理和复用。具体而言，通过建立速率方程模型，探究了NL两个关键参数（Purcell因子F、自发辐射耦合因子β）、系统参数、单参数失配以及多参数同时失配对同步性能的影响。研究结果表明，通过合理的选择系统的参数配置，两主激光器可以在较大的参数范围内保持较低的相关性，同时确保主从激光器间保持高品质的混沌同步，满足混沌复用系统的条件。此外，单参数失配对主激光器间同步性的影响具有差异性，但对配对激光器的同步性影响较小;多参数失配时，系统仍能在广泛的参数失配范围内满足两主激光器混沌输出的“伪正交性”要求。这一结果不仅验证了所提系统的可行性，还充分体现了主动被动分解法在推动NL混沌同步研究中的重要价值，为该领域的发展提供了新思路。

关键词：纳米激光器混沌同步主被动分解法混沌复用

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基于双羊角钉型等离子宽带带阻滤波器研究

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光电子·激光 2025年第1期36卷 1-8页

作者：王叶壮沈宏君陈俊坤宁夏大学物理学院

为了获得拥有滤波功能的带阻滤波器，并实现宽带滤波，本研究设计了一种金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal, MIM)混合等离子体波导，其结构由双羊角钉谐振腔与MIM直波导组成。本文采用时域有限差分法(finite difference time doma... 详细信息

为了获得拥有滤波功能的带阻滤波器，并实现宽带滤波，本研究设计了一种金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal, MIM)混合等离子体波导，其结构由双羊角钉谐振腔与MIM直波导组成。本文采用时域有限差分法(finite difference time domain, FDTD)计算了此结构的传输光谱特性和z方向磁场分布图，计算结果表明在两个法诺共振峰之间形成了有带阻滤波特性的U字型区域，其滤波的带阻宽度可达0.99μm,实现了宽带滤波功能。基于结构的可协调性，调节双羊角钉谐振腔之间的距离L、高度H以及半径R可以改变共振波长和带阻波段。此外，在添加新的羊角钉谐振腔并形成级联结构后，可以获得新的法诺共振峰，并提高了带阻滤波特性，本研究得到的结构特性可以为带阻滤波器与传感器等光学器件的设计提供思路。

关键词：等离子体波导双羊角钉型谐振腔法诺共振宽带滤波

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毫秒脉冲星偏振轮廓稳定性的研究

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天文学报 2025年

作者：李杰游霄鹏西南大学物理科学与技术学院

相对于正常脉冲星,毫秒脉冲星是一类自转速度更快的中子星,其发出的脉冲信号具有极高的稳定性.脉冲星的偏振轮廓的稳定性是研究脉冲星辐射机制和星际介质性质的重要问题之一.利用澳大利亚Parkes64 m望远镜的观测数据,对3颗毫秒脉冲星PSR... 详细信息

相对于正常脉冲星,毫秒脉冲星是一类自转速度更快的中子星,其发出的脉冲信号具有极高的稳定性.脉冲星的偏振轮廓的稳定性是研究脉冲星辐射机制和星际介质性质的重要问题之一.利用澳大利亚Parkes64 m望远镜的观测数据,对3颗毫秒脉冲星PSR J1022+1001、PSR J1730-2304和PSR J2129-5721的偏振轮廓稳定性进行了研究.通过对观测数据的分析,发现其偏振轮廓在不同时间存在着细小的变化.分析轮廓变化的原因,提出了可能的解释,包括星际介质的影响、脉冲星本身内禀属性的不稳定性等.

关键词：脉冲星:普通方法:数据分析星际介质:普通

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动量表象相对论平均场理论与奇特核研究

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科学通报 2025年

作者：郭建友安徽大学物理与光电工程学院

远离稳定线的弱束缚核由于其独特性质而备受关注.这些核素的费米面紧邻连续阈,使得其中的连续谱特别是共振态成为研究的关键.统一处理束缚态、共振态和连续谱及其相互耦合对于精确描述奇特核至关重要.本文介绍了动量表象下的相对论平均... 详细信息

远离稳定线的弱束缚核由于其独特性质而备受关注.这些核素的费米面紧邻连续阈,使得其中的连续谱特别是共振态成为研究的关键.统一处理束缚态、共振态和连续谱及其相互耦合对于精确描述奇特核至关重要.本文介绍了动量表象下的相对论平均场(relativistic mean field in complex momentum representation, RMF-CMR)理论,这种理论能够统一描述束缚态、共振态和连续谱. RMF-CMR计算能够消除传统RMF计算中对盒子尺寸的依赖性,特别适用于描述具有复杂物质密度分布的奇特核.在25O的研究中, RMF-CMR方法计算出的中子密度分布与盒子大小无关,展现其在描述奇特核方面的优势.在120Sn的研究中同时获得了窄共振态和宽共振态,显示了RMF-CMR计算在确定共振态方面的优越性. RMF-CMR还成功处理了库仑长程势问题,在78Ni的单质子能谱计算中获得了s波共振,展示了其在探索质子共振态方面的能力. RMF-CMR能够获取动量空间中局域化的共振态波函数,清晰展示赝自旋双重态波函数的对称性.在对丰中子核如124Zr的研究中, RMF-CMR支持124Zr是一个中子晕核的观点.总之,RMF-CMR方法在揭示原子核的奇特性质方面展现出独特的优势和应用前景,不仅很好地描述了实验上已发现的中子、质子晕奇特核,还在中等质量区域预言了可能存在的奇特核,为实验物理学界探索奇特核提供了重要的理论参考.

关键词：相对论平均场理论动量表象奇特核中子和质子晕

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