基于拜尔滤波片(bayer filter)彩色成像技术在集成度和分辨率都已经接近极限，无滤波片(filter-free)的彩色成像单元得到广泛的关注和研究。纳米线自身腔模式可以实现对不同能量的光空间分布，通过对纳米线形貌调控实现色彩分辨探测。本文使用有限元法构建了能依靠自身结构完成分光目的，能够作为光探测器的锥形纳米线器件。数值模拟结果显示, 能够根据器件的顶半径、底半径、长度和材料等相关参数调整器件涵盖的波长范围和分辨率等重要参数，并具体分析了如何进行调控。同时进一步分析了该结构在实际制备器件时以及不同角度入射光下的器件性能。这些研究结果对于将锥形结构纳米线作为光探测器的实际应用有重要的参考意义。

图1   (a) 入射光为450 nm/550 nm/650 nm时的光场分布;  (b) 入射光为450 nm/550 nm/650 nm时的吸收分布;  (c) 不同入射光在器件轴线上的光场模分布曲线;  (d) 不同入射光在器件轴线上的吸收密度分布曲线

本篇论文提出了一种很有趣的设计，基于锥形硅纳米线不同位置的回音壁模式的共振波长不同，而实现了分光探测，具有小型化的优点，对实现微型化光谱探测具有参考意义。文章书写逻辑清楚，观点明确，创新性强。

本文研究量子输运中马约拉纳费米子与杂质自旋的相互作用，发现系统能够产生温差驱动的自旋相关电流，得到了马约拉纳费米子导致的热自旋流。在大温差下，马约拉纳费米子与量子点强耦合时，电流与门电压趋于线性关系，体现了马约拉纳费米子的鲁棒性，且马约拉纳费米子导致的自旋流具有振荡特性，其零点个数与杂质自旋角量子数相关。

图1 S = 1/2时自旋向上电流(a)、自旋向下电流(b)、自旋流(c)和电荷流(d)随门电压的变化图

文章研究马约拉纳费米子复合体系的热输运现象。作者们考虑了由一个量子点耦合到二个正常导线、一个杂质自旋、和一个马约拉纳费米子的体系。他们研究这体系在二个正常导线之间有温度差时的自旋输运特性。研究发现，该体系在温差驱动下会产生自旋极化电流， 并从这热自旋流中可以体现出马约拉纳费米子的特性， 作者们也发现在合适条件下，电流与门电压成线性关系，并具有鲁棒性。这些结果很好，也有意义。

对于计算材料科学的研究者来说，经常由于找不到合适的原子间势而工作受阻。本文将在Finnis-Sinclair势的框架下，通过开发金属Nb的Finnis-Sinclair势而给出较详细的原子间势拟合、检验、修正的过程。首先建立原子间势与材料宏观性能之间的关系，然后通过再现金属Nb的结合能、体模量、表面能、空位形成能及平衡点阵常数的实验数据的方法拟合金属Nb的Finnis-Sinclair势。利用所构建的原子间势计算金属Nb的弹性常数、剪切模量及柯西压力来检验势函数。讨论势函数曲线形状对间隙形成能的影响，进而根据间隙能的计算数据修正已构建的原子间势。讨论截断距离的处理方法。本文的结果一方面为构建原子间势函数库提供资料，为构建与Nb相关的合金原子间势奠定基础；另一方面，为开发和改善原子间势质量提供方法和依据。

图1  bcc结构6种间隙构型

该论文对金属 Nb 的 Finnis- Sinclair 势开发及势函数形式对材料性能的影响进行研究，研究目的明确，方法具有一定的创新性，与其他方法相比，本文所用方法操作简便，且有实际应用的潜在价值。

量子密度矩阵描述了量子态的性质，因此如何有效地测量密度矩阵是量子力学的核心课题之一。最近，几个研究组发展了一种基于弱值的直接测量密度矩阵的方法。相较于常用的量子态层析技术，这种方法能够更直接和更简便地重构密度矩阵。然而这种方法需要耦合额外的测量指针，从而也增加了测量的复杂度和测量系统的设计困难。本文先回顾并讨论了量子态直接测量的相关研究，然后基于δ-淬火直接测量波函数的方法提出了一种新的直接测量密度矩阵的方法。这种方法无需耦合外部测量指针，因此可以降低测量的复杂度和测量系统的设计困难，更进一步地简化了直接测量密度矩阵的实验过程。基于此方法，提出了更高信号强度以及更少操作次数等两种无指针直接测量方案，并对比分析了它们在不同的测量条件下的优缺点。最后，具体设计了测量光子密度矩阵的实验。

图1   (a) 文献^[1]中有指针直接测量密度矩阵的方法; (b) 本文提出的无指针直接测量密度矩阵的方法

参考文献

[1] Calderaro L, Foletto G, Dequal D, Villoresi P, Vallone G 2018 Phys. Rev. Lett.121 230501

本文作者在前期无指针测量量子态波函数的工作基础上，进一步提出了利用无指针方案测量量子系统密度矩阵的方案。该方案较指针测量方案更为简洁，同时可以根据实验条件采取弱测量与强测量两种方式进行。本文内容表述清晰，所提出的方案对相关量子测量实验有很好的应用价值。

微小血管及其血流实时成像对监测生物体血氧代谢等具有重要意义。在无微泡造影剂的情况下，传统超声多普勒技术仍较难实现高信噪比的微小血管成像。本研究提出了一种无造影剂增强的超快超声脊髓微血管成像方法。本研究从基于多角度复合平面波的高帧频成像技术出发，提出基于特征值分解的频率-幅值双阈值滤波法，从而将脊髓组织信号和微血流信号分离，可实现脊髓内微血流的动态成像。在体成像实验结果表明，无超声造影剂时，超快超声多普勒成像技术仍可获得较为清晰的大鼠脊髓内微血流的实时图像，并能够清晰地呈现脊髓受损所致的微血流缺失状况。定量分析结果表明，增大复合平面波角度数可有效提高图像的信噪比。综上，超快超声多普勒成像技术有潜力被应用于脊髓内微血管成像及功能实时监测与动态评价，相关结果可为脊髓功能成像方法的研究提供借鉴。

图1   不同角度复合平面波成像结果对比图(复合帧频均为每秒520帧)　(a) 3个角度[–1°—1°]倾斜平面波复合成像结果; (b) 9个角度[–3°—3°]倾斜平面波复合成像结果; (c) 17个角度[–7°—7°]倾斜平面波复合成像结果; (d) 27个角度[–10°—10°]倾斜平面波复合成像结果. 1为单帧原始B模式图像, 2为杂波滤除之后的成像结果, 其中可见微血流变化, 3为1 s内采集数据得到的功率多普勒血流图(1, 2色标单位为dB, 3为归一化数值的多普勒成像结果)

微小血管的实时成像对理解生物体血氧代谢等具有重要意义，也是当前光声与超声成像领域的研究热点与重点。传统超声多普勒技术中多采用微泡造影剂来提高血管特别是微小血管的成像信噪比。有关脑超声微血流成像的研究近年发展迅速，针对脊髓内微血流成像的相关研究报导不多，仍有待深入。本研究中，作者采用超快超声多普勒血流成像方法，实现了在无需注射微泡的条件下的脊髓微血流的高帧频成像。论文详细地阐明了高帧频、多角度复合平面波成像技术的原理与方法，探讨了软组织与微血流分离算法与相关参量，给出了微血流成像信噪比随超声成像参数动态变化的量化分析，相关方法具有较强的创新性，对医学超声成像相关研究有较好的借鉴意义。 

针对平面阵列电极边缘电场和病态特性严重影响电容图像重建质量的问题，提出了一种改进的自适应Kalman滤波图像重建算法来同时减小电容及介电常数矩阵的噪声，在构建引入噪声的平面阵列电容成像状态模型的基础上，利用极大似然准则来对介电常数矩阵噪声方差阵进行在线估计及实时修正，并且通过对系统误差协方差矩阵进行动态加权的方法来对此算法的收敛速度进行优化。通过一种复合材料结构件进行缺陷检测实验，结果表明与LBP，TR正则化及Kalman滤波算法相比，自适应Kalman滤波算法图像误差最高可降低约20%，图像相关系数高达0.79，收敛速度提升约15%，说明自适应Kalman滤波算法对提升重建图像质量的有效性。此研究对提高平面阵列电容成像的量化精度有着重要意义。

图1  样件一图像误差

同行评价

论文针对平面阵列电极边缘电场和病态特性严重影响电容图像重建质量的问题，提出了一种基于自适应 Kalman 滤波图像重建算法，在构建引入噪声的平面阵列电容成像状态模型的基础上，利用极大似然准则来对介电常数矩阵噪声方差阵进行在线估计及实时修正，取得了不错的研究成果。论文选题和结果具有现实指导意义。

基于光栅干涉仪系统的X射线微分相位衬度计算机层析成像，不仅可以重建物体的线性衰减系数，还可以重建物体的相移系数和线性散射系数。在实际应用时，大面积光栅不易获得，常常遇到样品大于光栅的情况。当用小于样品的光栅对样品进行扫描时，样品超出光栅成像视野的部分会导致微分相位投影信息被截断。本文针对微分相位衬度计算机层析成像提出了一种相移系数的感兴趣区域重建方法。该方法利用物体相移系数和线性衰减系数(即折射率实部减小量和折射率虚部)之间的近似线性关系; 通过重建相移系数的Lambda函数和线性衰减系数的Lambda逆函数的多项式组合，近似重建物体感兴趣区域的相移系数。数值模拟实验依据菲涅耳衍射积分理论，进行计算机仿真X射线的传播过程和光栅成像过程。实际实验利用上海同步辐射BL13W1站的Talbot光栅干涉仪系统，分别对标准模体和生物样品进行光栅微分相位衬度计算机层析成像。数值模拟和实际实验结果都验证了该方法的有效性。

图1   相移系数重建图像　(a) 全局数据重建图像, 红色虚线内为感兴趣区域图像; (b) 全局数据的感兴趣区域重建图像; (c) 截断数据采用一次多项式近似的重建图像

X射线光栅制作工艺的限制使得难以获得大面积的光栅。目前X射线光栅成像仪只能对小尺寸的生物样品、材料样品进行CT成像。该文作者提出了一种微分相位衬度CT的感兴趣区域重建方法，该方法巧妙利用了相移系数和吸收系数的线性关系，通过重建相移系数Lambda 函数和吸收系数Lambda 逆函数的多项式组合来近似重建感兴趣区域的相移系数。

太赫兹成像技术是医学成像的候选技术之一，尤其是连续太赫兹反射和衰减全反射成像有望实现术中快速成像，是目前研究的热点课题。本文理论研究了成像角度对反射信号和衰减全反射穿透深度的影响，获得了适用于反射和衰减全反射成像的太赫兹波成像角度。在此基础上设计了全反射棱镜，通过反射窗口和全反射棱镜快速切换的方式，实现了共光路连续太赫兹反射和衰减全反射双模式成像。以蒸馏水和猪肉为样品，实验研究了连续太赫兹反射和衰减全反射成像。结果表明，与反射成像相比，连续太赫兹衰减全反射成像具有成像分辨率高、图像对比度高和信号稳定性高的优点，且可以准确获得样品反射率。太赫兹衰减全反射成像技术更有助于实现样品的高灵敏度成像。

图1   (a) 猪肉组织与反射窗口紧密接触可见光图; (b), (c) 采用高阻硅和石英材料为反射窗口时的太赫兹成像图; (d) 未覆盖成像窗口时猪肉组织可见光图; (e), (f) 反射和衰减全反射模式下猪肉组织的太赫兹成像图

文章设计了一种通过快速切换反射窗口和全反射棱镜方法的共光路连续太赫兹反射和衰减共光路成像系统。并通过对蒸馏水和猪肉样品的成像比较了两种成像方法的优缺点。文章理论计算方法正确，设计方案合理，实验结果正确，该研究工作对太赫兹成像技术在医学成像的应用具有一定的参考价值。

在实验室和天体等离子体研究中，原子/离子的激发、退激发以及电离、复合过程对等离子体的电离和能量平衡有着重要的影响。在激光等离子体作用的辐射流体模拟中，需要在线计算等离子体的平均离化度和吸收/发射系数。在现有的计算能力下，通常采用比较简单的平均原子(average atom，AA)模型进行在线计算。随着实验技术和计算能力的发展，急需发展能够在线计算的细致非平衡原子模型。本文报道了最新发展的多离化度平均离子碰撞辐射模型(multi-average ion collisional-radiative model，MAICRM)。该模型用一个平均离子模拟等离子体中某一离化度所有离子的平均轨道占据数和布居，即每个平均离子的轨道占据数为该离化度所有离子的轨道占据数的平均; 平均离子的布居等于该离化度离子的布居和。平均离子的轨道占据数和布居通过迭代求解速率方法得到。用该模型计算了Fe，Xe和Au非平衡等离子体的离化度分布，计算结果与细致组态和超组态模型以及实验测量符合，而计算量相对于细致组态/超组态大大降低。预期该方法能与辐射流体程序耦合，实现细致非平衡原子模型的在线计算。

图1   MAICRM计算的不同状态下Au等离子体的⟨Z⟩和离化度分布与实验测量^[1]的比较.　(a), (b), (c)和(d)中括号里的数是实验误差, (e)中电子温度T_e, 辐射场温度T_r和电子密度N_e的单位分别是keV, eV和10²⁰ cm^–3

参考文献

[1] Heeter R F, Hansen S B, Fournier K B, et al. 2007 Phys. Rev. Lett.99 195001

本文发展了MAICRM，并计算了 Fe，Xe 和 Au 非平衡等离子体的离化度分布，计算结果与细致组态和超组态模型以及实验测量符合较好，而计算量有效降低，论文立意较新，方法可行。

《物理学报》2021年第11期全文链接：

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2021/11