今天我们继续为大家带来本周的超材料前沿研究精选，内容涉及非厄米奇点增强传感的多参数估计研究，超构材料和多尺度系统的数据驱动设计，面向力学超构材料的有机金属有机框架等,敬请期待！
索引：
1 非厄米奇点增强传感的多参数估计研究
2 中红外波段的高双折射过渡金属氟锑矿:阳离子尺寸的有序-无序调节
3 超构材料和多尺度系统的数据驱动设计：综述
4 基于计算超表面的复矩阵方程求解器
5 面向力学超构材料的有机金属有机框架
6 力学系统中非厄米潜在对称性保护的稳定奇异链的实验实现
1 非厄米奇点增强传感的多参数估计研究
量子纠缠极大地提高了传感性能，使量子传感器突破了独立同分布统计量所施加的经典限制。然而，相应的增强效果却非常脆弱，如果要保持针对退相干和缺陷的鲁棒性，那么量子控制和纠错的方法就至关重要。伴随着传感器的复杂性，噪声的影响变得不可避免，因此改变范式是十分有必要的。其中一种方法是采用非厄米动力学描述并设计噪声，使演化对外部扰动极其敏感。例如，在所谓的非厄米奇异点处进行演化。
近日，华沙大学量子光学技术中心的Jan Kołodyński团队重点关注当使用系统感测远离奇点的线性扰动时实现无限灵敏度的可能性。通过将高斯量子系统的多参数估计理论与奇异矩阵扰动理论相结合，他们引入了有效的工具来研究这种奇点调谐传感器所能达到的精度的最终极限。进一步确定了在什么条件下以及以什么速率产生的灵敏度确实会发散，以便表明通常应将干扰参数包含在分析中，因为它们的存在可能会改变估计参数的误差比例。相关内容发表于《Physical Review Letters》上。（张甜）
文章链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.220801
2 中红外波段的高双折射过渡金属氟锑矿:阳离子尺寸的有序-无序调节
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3 超构材料和多尺度系统的数据驱动设计：综述
超构材料由具有丰富可设计性的单元格组成，并组装成多尺度系统，因此很有希望实现具有特殊功能（通常是奇特功能）的下一代器件。超构材料以及多尺度结构的设计是一个复杂的过程，涉及到在无限维拓扑设计空间中导航、将微结构映射到多尺度的有效特性、在设计优化中处理众多局部最优、缺乏分析梯度信息以及昂贵的特性或性能评估。而现有的超构材料设计大多采用试错法和启发式方法，这在很大程度上依赖于设计者的经验，或者采用简单的参数优化方法，将超构材料限制在有限的属性选择范围内。在一些物理模型相对简单和可微分的特定情况下，基于梯度的拓扑优化（TO）被用来促进超构材料的自动设计。然而，这些方法通常无法扩展到多尺度超构材料系统的设计中，这些系统具有高维设计空间、嵌套优化循环、不同尺度的众多属性/性能评估以及特定位置的微尺度设计等特点。数据驱动方法的出现为应对这些挑战提供了解决方案，它实现了高通量的性能或响应预测，降低了复杂问题的维度，加速了设计空间探索和设计优化，并允许快速解决不适的逆向设计问题。
近日，美国西北大学Liwei Wang和Wei Chen教授团队全面回顾了超构材料和多尺度系统的数据驱动设计。首先，简要定义了综述所依据的关键概念和这些工作中所使用的主要机器学习方法。接着，将数据采集从数据驱动的多尺度设计管道中分离出来，剖析了数据采集策略的常见做法，尤其关注形状生成和属性感知采样的方法步骤。随后，简要回顾了当前的数据评估实践，这些实践旨在确保数据质量，并经常揭示数据质量如何影响下游任务。然后，回顾了之前使用机器学习方法进行单尺度超构材料设计的工作，讨论了评估这些方法时的一些关键考虑因素，并提出了有前景的未来方向。最后，探讨了基于单元尺寸数据库或机器学习模型的多尺度系统数据驱动设计方法。它包括单元尺寸描述符的使用、构成规律的代用模型、通过机器学习进行的高效模拟、优化以及基于数据库的单元尺寸组装。相关研究发表在《Advanced Materials》上。（徐锐）
文章链接：
D. Lee, W. W. Chen, L. Wang, et al. Data-Driven Design for Metamaterials and Multiscale Systems: A Review[J]. Adv Mater, 2023: e2305254.
https://doi.org/10.1002/adma.202305254
4 基于计算超表面的复矩阵方程求解器
人类自古以来就从未停止过对更高算力的追求，从结绳到算盘再到各种计算机，各种计算工具的不断演变见证了人类的智慧。然而，数字计算机的传统架构使用二进制代码0和1来表示和处理信息。这样的架构依赖于大量的模数转换器，阻碍了数字计算机的进一步发展。最近，基于波的计算进入了人们的视野,其中数学运算是信号在端口之间传播时进行处理的，没有系统延迟，因此基于波的运算可以以准光速工作，这比传统的数字计算机快得多。
近日，东南大学的程强教授和崔铁军院士团队提出了一种基于超表面的方程求解器，可以处理任意复数矩阵方程（CME）。该工作给出了计算超表面的完整设计流程，并通过仿真和实验验证了求解器的功能。求解器以准光速处理复杂的矩阵方程并实时产生解。与现有的基于波动的计算机相比，所提出的求解器具有降低成本、降低复杂度、设计步骤更简单、更清晰的特点。在可预见的未来，基于这项工作和可重构/可重新编程元件的可编程计算超表面将成为可能，最终实现真正的基于电磁波的计算机。随着未来的发展，基于波的计算具有令人着迷的潜力和鲜明的特点，必将在各个领域得到应用。相关工作发表在《Advanced Functional Materials》上。（刘帅）
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202310234
5 面向力学超构材料的有机金属有机框架
由于折纸的可展性，其应用领域已扩展到艺术、科学、工程、建筑，甚至工业领域，如太阳能电池、可折叠和柔性电子、锂离子电池和生物医学器件等。用于折纸的尺度也在不断变化，从米级到纳米级不等。这些最新文献与一些已知折纸图案十分接近，如三浦、双波纹面（DCS）、Ron Resch、水弹、吉村和方形扭转等。每个折纸图案都由相同或不同的重复图案组成。有趣的是，尽管具有相同的重复图案，折叠机制却可以通过山谷折叠来改变。尽管出现了各种折纸启发材料，但基于折纸方格构建分子材料一直是一项艰巨的挑战。为了在分子水平上创造折纸结构材料，MOFs可以作为模仿折纸图案的理想平台，这要归功于构建MOFs所使用的构件、金属节点和有机连接体几乎是无限的，而且具有可调谐的独特特性。通过基于可变形网状拓扑结构的合理设计。过去二十年来，许多MOFs因其结构构件固有的灵活性而表现出结构上的灵活性。丰富的结构选择有助于实现可展开的2D框架本身，并显示出负热膨胀等特性。虽然这些柔性MOFs可预测的可展开运动展示了超构材料的力学特性，但在典型的拓扑分析之外，通过折纸方格来揭示MOFs隐藏的动态运动的几何分析仍处于起步阶段。
近日，韩国蔚山科学技术院Seung Kyu Min和Wonyoung Choe教授团队报告了一种2D卟啉金属有机框架（MOF），该框架由Zn节点和柔性卟啉连接体自组装而成，在折纸拼接的基础上显示出折叠运动。实验和理论研究相结合，证明了2D卟啉金属有机框架的折纸机理，即柔性连接体充当支点。隐藏在2D MOF中的2D网格的发现揭示了分子水平上的折纸力学。期待在不久的将来，这种基于折纸网格的MOF能作为一种新兴的力学超构材料得到积极利用。相关研究发表在《Advanced Materials》上。（徐锐）
文章链接：
E. Jin, I. S. Lee, D. C. Yang, et al. Origamic metal-organic framework toward mechanical metamaterial[J]. Nat Commun, 2023, 14(1): 7938.
https://doi.org/10.1038/s41467-023-43647-8
6 力学系统中非厄米潜在对称性保护的稳定奇异链的实验实现
最近，非厄米物理与拓扑相的结合得到了飞速的发展。奇异点本质上是非厄米能带的奇点，此处不同能带的特征值和特征向量简并，在奇异点处会出现许多有趣的拓扑特性。例如，二阶奇异点可以形成稳定的奇异线，而无需三维参数空间中的任何对称性，并且奇异线可以进一步形成非平凡的链接或绳结。当考虑到更复杂的奇异结构时，对称性的作用就变得至关重要了。其中一个情况是奇异链(EC)，它是由多个奇异线相交或密切接触形成的。这种有趣的稳定EC的机制尚未得到实验证明。
近日，香港科技大学的陈子亭教授与香港浸会大学的马冠聪教授合作研究了一个非厄米经典力学系统，并揭示了二阶动力学方程固有的对称性与奇异线的无源原理相结合可以保证EC的出现。这种对称性可以理解为非厄米广义的潜在对称性，这种对称性在一阶类薛定谔方程中是不存在的，并且在很大程度上被忽视了。他们使用有源机械谐振系统实验确认了EC的稳定存在，并表征了其拓扑性质。此外，通过测量奇异线周围的特征值编织，他们证明了定向奇异线的无源原理，这是EC形成机制的基础。该工作不仅证明了EC的独特性质，还凸显了SDE系统在未来非厄米物理研究中的独特潜力。相关内容发表于《Physical Review Letters》上。(张甜)
文章链接：
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.237201
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