三大领域科研新突破！

摘要：近日，国防科技大学某团队牵头与新加坡国立大学、湖南师范大学团队合作，违反直觉地在宏观光学谐振腔结构中引入损耗，结合非厄米奇异点（non-Hermitian exceptional points）效应，突破了传统无损光学纳米位移传感器“高灵敏度”和“高信噪比”难

聚焦前沿科技，解读最新突破。近期，国防科大科研团队在多领域取得重要进展。这些成果有哪些亮点？接下来一起来看看。

纳米位移测量领域

近日，国防科技大学某团队牵头与新加坡国立大学、湖南师范大学团队合作，违反直觉地在宏观光学谐振腔结构中引入损耗，结合非厄米奇异点（non-Hermitian exceptional points）效应，突破了传统无损光学纳米位移传感器“高灵敏度”和“高信噪比”难以兼得的瓶颈，为光学超精密检测和传感领域提供了新发展方向。相关研究成果以“损耗赋能单腔纳米位移测量（Single-cavity loss-enabled nanometrology）”为题，于2024年7月17日在线发表于国际权威期刊Nature Nanotechnology（doi: 10.1038/s41565-024-01729-8）。

损耗增强的腔纳米测量概念图

高精度的纳米位移检测技术是半导体芯片制造、弱力传感等应用的关键支撑。传统的光学纳米测量技术往往需要借助于纳米制造、外部参考光束或者复杂的后处理技术，且都是基于无损光学系统实现。因为一般来说，损耗是光学精密测量的“天敌”，高损耗往往会降低光学系统的分辨力和信噪比。此项工作另辟蹊径，创新性的发现：刻意引入损耗，结合非厄米奇异点效应，不仅可以实现两个数量级的位移光学响应提升，同时也保证了五倍以上信噪比增强。更重要的是，该装置相比于传统器件，不需要外部参考光束，采用单光源、单腔的紧凑型设计，可以极大降低光学设计和加工成本。该研究为高精度纳米位移测量技术的发展提供了新的途径和平台。

（a）实验系统示意图

（b）一般厄米腔的位移响应

（c）非厄米增强的位移响应

国防科技大学前沿交叉学科学院为论文第一作者单位和通讯作者单位，国防科技大学博士生徐纪鹏、毛元昊为该论文的共同第一作者，导师朱志宏教授、刘肯教授为论文共同通讯作者。该工作得到了学校纳米材料与器件国际合作研究平台、学校自主科研计划等的支持。近年来，该团队以国防科技大学为第一单位或通讯作者单位发表高水平论文SCI论文140余篇, 其中Science 1篇、 Nature 1篇、Nature Nanotechnology 1篇、Nature Materials 1篇、Nature Physics 1篇、Nature Communications 6篇、其他一区顶刊论文40余篇。

大气环境领域

近日，国防科技大学某团队在大气环境领域取得重要进展，研究者基于自主研发的陆面过程模式以及多套数值模式、卫星遥感资料和人工智能算法模型，系统揭示了我国清洁空气行动计划实施下（CAA）空气污染缓解对陆地生产力的促进作用。该成果目前以文章“Recovery of ecosystem productivity in China by the Clean Air Action plan”形式在地球科学领域国际顶级期刊《Nature Geoscience》（DOI：10.1038/s41561-024-01586-z）上发表。

清洁空气行动下气溶胶以及

臭氧变化对陆地生产力的影响机制

研究涉及的大气环境效应是指空气污染通过臭氧植被损伤和气溶胶辐射气候效应，削弱陆地碳吸收功能，进而影响陆地和大气之间的物质交换以及区域气候的变化。该研究全面量化了2014至2020年中国清洁空气行动中人为减排措施所导致的气溶胶和臭氧时空变化规律，并解析了这些大气污染变化对陆地净初级生产力的影响机制。研究结果显示，吸收性黑碳气溶胶减少导致的地表辐射提升、气溶胶气候效应减弱带来的降水增加，以及臭氧降低后植物损伤的缓解，共同促进了中国陆地碳吸收能力的增强。本研究证实了气溶胶和臭氧污染控制对我国陆地生态系统的显著碳收益，揭示了中国空气污染治理在保护公众健康和实现“碳中和”目标方面的协同效益。

国防科技大学气象海洋学院讲师周浩为论文第一作者，国防科技大学气象海洋学院为论文第一单位，南京信息工程大学乐旭教授为论文通讯作者，南京信息工程大学廖宏教授对该研究工作提供了全面指导。同时，该工作得到了国家自然科学基金、国防科大青年自主创新科学基金的联合支持。

近年来，该团队面向大气环境遥感、陆面数值模拟及极端环境认知等前沿方向进行研究并取得了一系列重要的研究成果，在Nature Geoscience、GRL、ACP、TGRS等国际高水平学术期刊发表论文30余篇，入选国家级青年人才计划2人次，省部级人才计划7人次。

热带−北极相互作用研究领域

全球变暖带来热带海洋升温以及北极海冰迅速减少，热带与北极之间相互作用问题引起广泛关注。台风是强烈的热带天气尺度系统，大部分预估研究表明西北太平洋台风强度将持续增强，其生成位置和影响范围向高纬度地区扩展。然而，目前对于台风活动如何影响北极海冰变化过程机制的认识仍十分有限。

近日，国防科技大学某团队通过观测资料分析和数值模拟试验，提出了一种热带−北极遥相关的新机制：西北太平洋上频繁的台风活动能够激发行星尺度的罗斯贝波列向高纬度与北极传播，进而诱发北极地区上空出现气旋性环流异常。该环流异常一方面能够造成北极低层空气冷却和干燥，减少向下的长波辐射；另一方面，其减弱了北极海冰的盛行跨极地漂移，从而减缓夏季北极地区海冰的减少进程。该研究通过深入探讨西北太平洋台风活动对北极海冰的影响机制，揭示了台风作为热带-北极遥相关的重要媒介调制北极海冰变化的物理过程，深化了对热带天气系统通过气候反馈效应影响极地气候变化的科学认识，为北极海冰预测和全球气候变化应对提供了科学依据。

西北太平洋台风能量与

北极海冰密集度的时空关联

该研究成果以“Tropical Cyclone Activity over Western North Pacific Favors Arctic Sea Ice Increase”为题在线发表于国际权威期刊《Nature Communications》（IF=14.7），论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53991-y。国防科技大学气象海洋学院为论文第一署名单位，博士生曾靓莹为论文第一作者，哈瑶副教授和钟中教授为论文通讯作者，本项研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。