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西安科技大學(xué)自 1998 年開(kāi)始對(duì)我國(guó)煤與瓦斯共采基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，成果獲陜西省科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)，出版專著 2 部，發(fā)表論文 40 余篇（其中 SCI 、 EI 收錄 12 篇， ISTP 收錄 5 篇），獲專利 5 項(xiàng)。研究成果已在山西省天池煤礦等多個(gè)高瓦斯礦井進(jìn)行了煤與瓦斯共采技術(shù)驗(yàn)證，有效指導(dǎo)了煤礦現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯抽采工作，實(shí)現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于大規(guī)模多用戶多輸入多輸出(MU-MIMO) 系統(tǒng)的到達(dá)角估計(jì)方法，屬于大規(guī)模 MU-MIMO 系統(tǒng)信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng) 域。本發(fā)明包括以下步驟：(1)設(shè)計(jì)正交導(dǎo)頻，避免用戶間的干擾；(2) 在不同時(shí)刻采樣，并根據(jù)樣本值得到均值信號(hào)，降低噪聲對(duì)接收信號(hào) 的影響；(3)利用正交導(dǎo)頻的正交性，在接收端分離出各用戶對(duì)應(yīng)的接 收信號(hào)；(4)計(jì)算各用戶在接收端相鄰的接收天線上信號(hào)的相位差；(5) 利用各用戶接收信號(hào)之間的相位差包含的信息，實(shí)現(xiàn)到達(dá)角的估計(jì)。 采用本發(fā)明計(jì)算到達(dá)角，方法簡(jiǎn)單，具有計(jì)算復(fù)雜度低、估計(jì)精度高 的優(yōu)勢(shì)，可應(yīng)用于具有相關(guān)關(guān)系的各種系統(tǒng)參數(shù)的估計(jì)中。

通過(guò)研究三維狄拉克半金屬材料ZrTe5中量子振蕩隨磁場(chǎng)傾角的演化，發(fā)現(xiàn)在特定角度電阻的量子振蕩會(huì)突然消失，并伴隨出現(xiàn)振蕩相位的反轉(zhuǎn)。分析表明這是所謂的spin zero現(xiàn)象，這也是第一次在拓?fù)洳牧现杏^察到該現(xiàn)象。更重要的是，這一現(xiàn)象帶來(lái)的振蕩相位反轉(zhuǎn)，表明廣泛使用的確定貝里相的實(shí)驗(yàn)方法，在某些條件下會(huì)得出錯(cuò)誤結(jié)論。 拓?fù)洳牧显趶?qiáng)磁場(chǎng)下由于軌道作用和自旋塞曼劈裂，可能演化出不同的拓?fù)鋺B(tài)，從而為研究這些態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，即拓?fù)湎嘧儯峁┝死硐氲钠脚_(tái)。Spin zero現(xiàn)象是由于朗道能級(jí)發(fā)生塞曼劈裂，兩套劈裂的朗道能級(jí)的量子振蕩相互疊加干涉引起的，因此可以提取出自旋相關(guān)的信息。ZrTe5中spin zero現(xiàn)象的出現(xiàn)，暗示當(dāng)磁場(chǎng)沿a軸或c軸附近時(shí)，ZrTe5的狄拉克能帶磁場(chǎng)作用下變成線節(jié)點(diǎn)拓?fù)浒虢饘伲峭鉅柊虢饘佟Ｋ裕瑂pin zero的出現(xiàn)，也可以用于幫助判定拓?fù)鋺B(tài)的類別。圖表1：ZrTe5中量子振蕩的振幅和相位隨磁場(chǎng)角度的變化。

隨著納米光子學(xué)的發(fā)展，具有超穎性質(zhì)的人工微結(jié)構(gòu)吸引了眾多研究。針對(duì)日益增長(zhǎng)的研究和設(shè)計(jì)需求，北京大學(xué)物理學(xué)院方哲宇及其研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種自洽的框架——BoNet，其結(jié)合了貝葉斯優(yōu)化（Bayesian optimization）和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural network），實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)對(duì)于超強(qiáng)光學(xué)手性的自學(xué)習(xí)。基于此框架，他們將納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表示為圖形，并輸入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電場(chǎng)分布和反射光譜的學(xué)習(xí)，此過(guò)程不需要將納米結(jié)構(gòu)參數(shù)化為向量，因此最大化的保留了其幾何信息和邊界條件。同時(shí)，利用貝葉斯優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)手性的優(yōu)化，并運(yùn)用其采樣樣本反復(fù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)。利用BoNet，他們針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)反射光譜的圓二色性進(jìn)行優(yōu)化并逼近了其理論極限(CD = 1)，同時(shí)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)匹配預(yù)測(cè)的近場(chǎng)電場(chǎng)分布，對(duì)獲得的強(qiáng)光學(xué)手性進(jìn)行分析解釋。 此框架能夠被直接推廣用于其他光學(xué)性質(zhì)的自學(xué)習(xí)優(yōu)化，例如實(shí)現(xiàn)反常透射，偏振態(tài)調(diào)制和相位調(diào)制。更進(jìn)一步的，此方法論能夠幫助設(shè)計(jì)更多的，具有良好光學(xué)性質(zhì)和運(yùn)用價(jià)值的納米光子學(xué)器件，比如消色差超透鏡，超靈敏的微傳感器以及智能超表面等。此研究同時(shí)能夠啟發(fā)更多數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究，通過(guò)利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)研究的新探索，在制藥，引物設(shè)計(jì)，固體結(jié)構(gòu)分析上啟發(fā)新突破。 該工作于2019年11月19日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上，題為“Self-Learning Perfect Optical Chirality via a Deep Neural Network”(DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.213902)。北京大學(xué)物理學(xué)院方哲宇研究員是本文的通訊作者，李瑜，徐優(yōu)俊，姜美玲為該文的共同第一作者，北京大學(xué)定量生物學(xué)中心來(lái)魯華教授為合作者，北京大學(xué)為唯一通訊作者單位。該工作得到得到了科技部、教育部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)納光電子前沿科學(xué)中心、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、北京大學(xué)高性能校級(jí)計(jì)算平臺(tái)、北京大學(xué)生命科學(xué)中心高性能計(jì)算平臺(tái)等單位的支持。用于近遠(yuǎn)場(chǎng)計(jì)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表征實(shí)現(xiàn)了逼近理論極限的高手性，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)近場(chǎng)分布進(jìn)行分析

通過(guò)電輸運(yùn)、掃描隧道譜、比熱、抗磁性等系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究并結(jié)合第一性原理計(jì)算，在摻硫的第二類拓?fù)渫鉅柊虢饘俣诨f單晶中發(fā)現(xiàn)了非平庸超導(dǎo)態(tài)的特征。實(shí)驗(yàn)中所使用的硫摻雜的高質(zhì)量二碲化鉬晶體是通過(guò)化學(xué)氣相輸運(yùn)的方法合成的，摻雜比例約為0.2。 首先通過(guò)準(zhǔn)粒子干涉實(shí)驗(yàn)與第一性原理計(jì)算相結(jié)合，在樣品表面探測(cè)到了費(fèi)米弧拓?fù)浔砻鎽B(tài)的存在。最后通過(guò)掃描隧道譜學(xué)和比熱的測(cè)量對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樣品表面態(tài)的超導(dǎo)能隙遠(yuǎn)大于體態(tài)的超導(dǎo)能隙，而且該樣品表面態(tài)的能隙與臨界溫度的比值（Δ/kBTc）約為8.6，遠(yuǎn)大于常規(guī)超導(dǎo)材料的能隙與臨界溫度的比值（約為1.76），表明了表面態(tài)具有非常規(guī)超導(dǎo)庫(kù)珀對(duì)配對(duì)機(jī)制，極可能是拓?fù)涑瑢?dǎo)的普適特征。然后通過(guò)電輸運(yùn)測(cè)量和比熱測(cè)量，發(fā)現(xiàn)這種材料為s波超導(dǎo)體，且它的超導(dǎo)能隙的帶間耦合很強(qiáng)，超導(dǎo)對(duì)稱性應(yīng)為s+- 對(duì)稱性。這可能是繼鐵基高溫超導(dǎo)之后，又一種新的s+-超導(dǎo)體。而且根據(jù)理論預(yù)言，拓?fù)渫鉅柊虢饘僦衧+-對(duì)稱性的超導(dǎo)態(tài)會(huì)形成拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)。摻硫的第二類拓?fù)渫鉅柊虢饘俣诨f單晶中拓?fù)涑瑢?dǎo)特征的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了外爾半金屬中實(shí)現(xiàn)拓?fù)涑瑢?dǎo)的可行性，推動(dòng)了拓?fù)涑瑢?dǎo)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，也為拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)奠定了前期的科研基礎(chǔ)。圖一. 電磁輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到的s+- 超導(dǎo)的證據(jù)，揭示拓?fù)涑瑢?dǎo)的可能性。 (A) 電磁輸運(yùn)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量示意圖。 (B) 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度附近的電阻率-溫度關(guān)系。(C) 各個(gè)溫度和磁場(chǎng)下的電阻率。(D) 超導(dǎo)上臨界磁場(chǎng)和溫度的關(guān)系。紅色的線是兩帶超導(dǎo)模型的擬合曲線，擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)帶間耦合比較大，表明該超導(dǎo)行為是s+- 超導(dǎo)。圖二. 掃描隧道顯微鏡觀發(fā)現(xiàn)表面態(tài)的超導(dǎo)能隙遠(yuǎn)超過(guò)體態(tài)的超導(dǎo)能隙，揭示出拓?fù)涑瑢?dǎo)的可能性。(A) 4 K和0.4 K下樣品表面的微分電導(dǎo)dI/dV譜。在0.4 K下，超導(dǎo)能隙是1.7 meV，遠(yuǎn)大于體態(tài)的超導(dǎo)能隙，且能隙與臨界溫度的比值約為約為8.6，遠(yuǎn)大于常規(guī)超導(dǎo)材料的能隙與臨界溫度的比值（1.76）。4 K時(shí)樣品處于非超導(dǎo)態(tài)。(B) 0.4 K超導(dǎo)dI/dV譜和各向同性BCS超導(dǎo)譜的對(duì)比。(C) 0.4 K時(shí)，不同磁場(chǎng)下的超導(dǎo)dI/dV譜，超導(dǎo)能隙被外加磁場(chǎng)所抑制。

包括Li離子在SnS2中的遷移(Nano Lett 16， 5582，2016），Na離子在SnS2中的遷移(Nano Energy 32, 302，2017)，Na離子在MoS2中的遷移(ACS Nano 9， 11296，2015)。這些具有van der Waals相互作用的二維材料，不僅僅展現(xiàn)出了優(yōu)異電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)性能，也是重要的能源存儲(chǔ)材料。作為電池電極材料，van der Waals相互作用系統(tǒng)的最主要特征就是層間相互作用很弱，堿金屬離子能夠比較容易地在其中發(fā)生遷移。他們的研究發(fā)現(xiàn)，在二維材料中離子插入和拔出的反應(yīng)路徑是不對(duì)稱的，這種不對(duì)稱的反應(yīng)路徑對(duì)應(yīng)著充放電過(guò)程中不對(duì)稱電壓平臺(tái)。該研究揭示了這些層狀鋰電池電極材料中低能量效率的一個(gè)根源。