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成对辐射奇异点体系中体费米弧和偏振态半核的观测

北京大学信息科学技术学院、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室彭超副教授与麻省理工学院物理学系Marin Soljačić教授课题组、宾夕法尼亚大学物理学与天文学系Bo Zhen助理教授合作，对非厄米系统的拓扑性质展开直接实验研究，成功观测到非闭合的费米弧（Fermi arcs）和偏振态半核（polarization half-charge）现象，相关论文发表于《科学》。费米弧是能量等高线上具有开放端点的不闭合弧。实验观测的费米弧来自三维体系自身，而非其二维表面，因此被叫做体费米弧。体费米弧连接了系统中的两个辐射奇异点，体现出非厄米系统的拓扑性质。同时，还观测到系统内拓扑性质的另一种表现——光子偏振态半核。

在成对奇异点（exceptional points）（红色）附近所观测到的奇特拓扑景象（粉色线为费米弧，上部和下部的莫比乌斯待为偏振态半核）。

mode switching (X to W)

共融机器人的基础理论与关键技术

华中科技大学丁汉院士、吴豪研究员，国防科技大学杨学军院士、西安交通大学郑南宁院士，国家自然科学基金委黎明研究员共同撰写的观点文章，介绍了“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划，该计划旨在引导中国机器人领域学者深化相关领域的基础研究，同时推动中国机器人产业的发展；文章发表于《国家科学评论》。共融机器人研究关注三个主要科学问题。首先是刚—柔—软体机器人的运动特性与可控性。其次是人—机—环境多模态感知与自然交互。最后是机器人群体智能与操作系统架构。机器人的应用已经从基本的机械加工和简单协助演变成了通过交互作用完成不同环境下的复杂任务。

基于支持向量机技术的智能恒虚警率检测器

中科院声学研究所水下航行器信息技术重点实验室助理研究员王雷欧及其合作者利用机器学习中的支持向量机技术，研制出一种智能的恒虚警率（Constant False Alarm Rate，CFAR）检测器，研究论文发表于IEEE Access。该研究提出的CFAR检测器则利用先验数据训练SVM，随后用训练好的SVM识别当前工作环境并输出一个判断信号，根据判断信号，智能选择合适的检测阈值。它可以在均匀背景环境下提供最优检测性能，并在非均匀背景环境下提高检测性能的鲁棒性。经测试，该检测器在不同环境下的检测性能优于传统方法。该研究将机器学习技术移植到传统的信号检测器领域，为非高斯背景下的信号检测工作提供了新思路。

类生命机器人研究进展

中科院沈阳自动化所微纳米课题组王文学、刘连庆研究员等与国内科学家合作，将类生命机器人领域取得的最新成果发表于Biophysical Journal。类生命机器人是近10年来机器人领域新兴的前沿研究方向，核心是将离体生命单元与传统的机电结构在分子、细胞和组织尺度上进行深度有机的物理和信息融合，形成一种新型的基于生命功能机制的机器人系统，从而使机器人能够兼具生命系统的优势和传统机电系统的优点，如生物体的高能量转换效率、本质安全性，以及机电系统的高强度、高重复性等特点。研究者提出了一种基于肌细胞亚细胞结构的细胞机械动力学模型，描述肌细胞跳动的动力学行为。

“墨子号”量子卫星成功实现洲际量子密钥分发

中科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、国家空间科学中心等，与奥地利科学院Anton Zeilinger研究组合作，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。相关成果发表于《物理评论快报》。“墨子号”卫星与不同国家和地区的地面站之间实现成功对接，标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力，为未来构建全球化量子通信网络奠定了坚实基础。

一次一密图片数据加密传输示意图

洲际量子保密通信网络示意图

锡烯中的超导电性

清华大学物理系张定助理教授、徐勇助理教授和薛其坤教授研究团队报道了在薄至两个原子层厚度的灰锡—锡烯—中，发现了二维超导电性，并揭示了其拓扑非平庸物性，研究成果以薄层锡烯中的超导电性为题发表于《自然—物理》。锡烯的态密度受到了衬底的调制，导致了超导电性的出现。通过改变衬底厚度，实现了锡烯从单带超导体到双带超导体的转变。外延生长的锡烯薄膜极其稳定，在没有任何保护层的情况下其超导电性可以长久保持（超过1年）。由于锡烯超导层与碲化铋衬底具有原子级平整的界面，而后者是三维拓扑绝缘体，这个特点使得通过超导近邻效应实现量子化的马约拉纳零能模成为可能。

超表面全息图批量化制备技术

中科院光电技术研究所微细加工与光学技术国家重点实验室罗先刚等利用表面等离子体共振光刻技术，成功实现了亚波长超表面全息图的批量化制备，相关论文发表于《先进光学材料》。全息技术是一种理想无辅助设备的虚拟现实技术，在3D显示领域、信息加密与存储、全息防伪等方面具有重要应用价值。超表面具备亚波长尺度（几十到百纳米）内调控光场相位及振幅的能力，是理想的全息图编码材料。表面等离子体光刻技术相对于目前大多使用的逐点扫描加工的方式具有加工效率高、加工成本低等优势。在光刻结构中，使用共振腔体来放大倏逝波成分并调制成像面的电场分量，获得高分辨率的各向异性超表面全息结构。

细胞“感知”机械力的精巧分子机器结构与机制

清华大学肖百龙与李雪明课题组合作，开展Piezo1离子通道的结构与机械门控机制研究，研究论文发表于《自然》。文章解析了哺乳动物机械门控Piezo1离子通道的高分辨率三维结构，揭示了其参与机械力感受与传递的关键功能位点，进而提出了Piezo通道以类似杠杆原理进行机械门控的精巧工作机制。机械门控阳离子通道是一类能够响应机械力刺激而引起阳离子进出细胞、进而诱发细胞兴奋和信号传递的一类重要离子通道。Piezo通道作为机械力受体能够被挤压、牵张及被流体剪切力等不同形式的机械力所激活。表达在血管内皮细胞中的Piezo1被证实作为剪切力受体感知血流，从而控制血管发育及进行血压调节。