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三维有限元小型猪模型用于评估脑对爆炸暴露的生物力学反应
尽管经过多年研究，爆炸引起的冲击波与头部相互作用是否会对人脑造成损伤仍是未知数。填补这一空白的一种方法是使用动物模型建立“缩放定律”，将观察到的动物脑损伤投射到人类身上。这需要实验室实验和动物头部的高精度数学模型，以建立实验观察到的爆炸引起的脑损伤与模型预测的生物力学反应之间的相关性。为此，我们对哥廷根小型猪进行了实验室实验，以开发和验证小型猪头部的三维 (3-D) 高精度有限元 (FE) 模型。首先，我们对哥廷根小型猪进行了实验室实验，以获得脑血管网络的几何形状，并表征脑组织和血管材料在爆炸暴露典型的高应变率下的响应特性。接下来，我们利用详细的脑血管信息以及物种特异性脑组织和血管材料特性，开发了小型猪头部的 3-D 高精度 FE 模型。然后，为了验证模型预测结果，我们进行了实验室冲击波管实验，即将哥廷根小型猪置于实验室冲击波管中 210 kPa 的爆炸过压下，并比较两个位置的脑压。我们观察到模型预测的压力与实验测量值之间有很好的一致性，最大压力的差异小于 6%。最后，为了评估脑血管网络对生物力学预测的影响，我们进行了模拟，比较了有和没有血管的 FE 模型的结果。如预期的那样，加入血管可以减轻脑部压力，但不会影响脑压的预测。然而，我们观察到，在模型中加入脑血管后，血管与脑组织界面附近区域的应变分布发生了高达 100% 的变化，这表明血管不仅会降低应变，还会导致剧烈的重新分布。这项工作将有助于建立观察到的脑损伤与预测的生物力学反应之间的相关性
量子纳米光子学
近年来，量子纳米光子学领域蓬勃发展，人们对新理论、新器件和新应用的开发兴趣浓厚。“量子纳米光子学”特刊通过评论、观点和研究论文重点介绍了该主题的一些最新进展。本期包含评论和观点文章，全面概述前沿主题。Chang 和 Zwiller [1] 回顾了使用纳米线的集成量子光子学的最新进展，重点介绍了集成发射器、探测器和制造方法。这篇评论还介绍了基于纳米线的量子信息处理和传感应用。Gali [2] 总结了从头算理论，以充分理解固态量子比特，它是量子光子装置中的重要组成部分。该计算方法已应用于激发态、光电离阈值、光激发光谱、有效质量态和自旋动力学的计算。这种方法可以提供超越传统密度泛函理论的洞见，因为传统密度泛函理论无法完全捕捉激发态的特性。生物技术正被用于各种量子光学和光子学，反之亦然。DNA 纳米技术利用 DNA 信息设计和制造用于技术用途的人工核酸结构，已被用于量子发射器领域。DNA 的奇异特性使我们能够在分子水平上抓住量子发射器并控制它们的指向器。Cho 等人 [3] 对相关研究进行了广泛的综述。相反，对量子光学中光物质相互作用的理解为研究化学和生物过程提供了线索。Kim 等人 [4] 综述了基于光与物质与光学谐振器相互作用的丛激子和振动极化子强耦合。作者从强耦合的基本原理、丛激子的结构和特性以及在化学和生物检测中的应用进行了介绍。Kim 等人 [5] 对基于光与物质相互作用的丛激子和振动极化子强耦合进行了综述。 [ 5 ] 讨论了纳米光子共振工程可以实现接近 1 的读出保真度，而这对于提高 NV 量子传感的灵敏度是必需的。该观点深入了解了 NV 量子传感的背景、共振结构的应用以及实际传感中剩余的挑战。Zheng 和 Kim [ 6 ] 讨论了钙钛矿基发光二极管的降解机制。降解可能发生在外部和内部过程中，从而对性能和稳定性产生不同影响。其中包括各种关于量子纳米光子学的研究文章。人们对优化可集成到光子回路中并实现实际应用的单光子发射器 (SPE) 的兴趣日益浓厚。Azzam 等人。[7] 展示了使用介电腔对 WSe 2 SPE 的 Purcell 增强。介电腔在 WSe 2 上施加定向应变分布，可以选择性地控制 SPE 的极化状态。徐等人 [8] 报道了一种基于纳米金刚石 (ND) 的高纯度 SPE，其硅空位 (SiV − ) 中心带负电，采用离子注入法。他们成功地阻止了 SiV − 发射极
量子纳米光子学
近年来，量子纳米光子学领域蓬勃发展，人们对新理论、新器件和新应用的开发兴趣浓厚。“量子纳米光子学”特刊通过评论、观点和研究论文重点介绍了该主题的一些最新进展。本期包含评论和观点文章，全面概述前沿主题。Chang 和 Zwiller [1] 回顾了使用纳米线的集成量子光子学的最新进展，重点介绍了集成发射器、探测器和制造方法。这篇评论还介绍了基于纳米线的量子信息处理和传感应用。Gali [2] 总结了从头算理论，以充分理解固态量子比特，它是量子光子装置中的重要组成部分。该计算方法已应用于激发态、光电离阈值、光激发光谱、有效质量态和自旋动力学的计算。这种方法可以提供超越传统密度泛函理论的洞见，因为传统密度泛函理论无法完全捕捉激发态的特性。生物技术正被用于各种量子光学和光子学，反之亦然。DNA 纳米技术利用 DNA 信息设计和制造用于技术用途的人工核酸结构，已被用于量子发射器领域。DNA 的奇异特性使我们能够在分子水平上抓住量子发射器并控制它们的指向器。Cho 等人 [3] 对相关研究进行了广泛的综述。相反，对量子光学中光物质相互作用的理解为研究化学和生物过程提供了提示。Kim 等人 [4] 综述了基于光与物质与光学谐振器相互作用的丛激子和振动极化子强耦合。作者从强耦合的基本原理、丛激子的结构和特性以及在化学和生物检测中的应用进行了介绍。Kim 等人 [5] 对基于光与物质相互作用的丛激子和振动极化子强耦合进行了综述。 [ 5 ] 讨论了纳米光子共振工程可以实现接近 1 的读出保真度，而这对于提高 NV 量子传感的灵敏度是必需的。该观点深入了解了 NV 量子传感的背景、共振结构的应用以及实际传感中剩余的挑战。Zheng 和 Kim [ 6 ] 讨论了钙钛矿基发光二极管的衰减机制。衰减可能发生在外部和内部过程中，从而对性能和稳定性产生不同影响。其中包括各种关于量子纳米光子学的研究文章。人们对优化可集成到光子电路中并实现实际应用的单光子发射器 (SPE) 的兴趣日益浓厚。Azzam 等人。[7] 展示了使用介电腔对 WSe 2 SPE 的 Purcell 增强。介电腔在 WSe 2 上施加定向应变分布，可以选择性地控制 SPE 的极化状态。徐等人 [8] 报道了一种基于纳米金刚石 (ND) 的高纯度 SPE，其硅空位 (SiV − ) 中心带负电，采用离子注入法。他们成功地阻止了 SiV − 发射极
格勒诺布尔尼尔学院
半导体中单个磁性原子的自旋光子接口 总体范围：半导体中的单个自旋对量子信息技术的发展大有裨益。由于其期待已久的相干时间，单个缺陷上的局部自旋是量子信息存储的首选介质，而半导体平台提供了有趣的集成前景。对于充当量子节点的局部自旋的长距离耦合，需要自旋光子接口。这些接口通常基于特定的光学选择规则。对于非光学活性磁性杂质，可以通过它们与半导体载体的交换相互作用实现光学接口。这已在插入半导体量子点 (QD) 的过渡金属元素 (Mn、Cr、Co、Fe 等) 中得到证实。这些磁性元素提供了广泛的局部电子自旋、核自旋和轨道矩选择。 研究主题和可用设施：我们旨在利用 QD 的光学特性来探测和控制嵌入式磁性原子的耦合电子和核自旋的相干动力学。我们将结合射频 (RF) 激发和共振荧光，对单个自旋进行相干控制和探测。实习将专注于开发共振荧光实验，以检测无应变 QD 中 Mn 原子耦合电子和核自旋的磁共振。我们还将开始模拟微柱腔中共振驱动磁性 QD 的光信号自旋诱导波动，这是未来正在开发的自旋光子器件尺寸确定的必要步骤。我们将分析连续共振光学读出下的量子动力学，以展示量子芝诺效应如何有助于增加此类系统中量子信息的存储时间。与我们的合作伙伴合作，我们还将研究具有较大自旋应变耦合的磁性离子 (Cr 2+ 、Co 2+ )，这些离子可以通过表面声波的应变场进行相干控制。我们将致力于模拟局部应变分布对点磁光光谱的影响，以估计它们的自旋应变耦合。实验将在配备磁光低温恒温器（1.5 K、9T/2T 磁体、光学和射频接入）、可调单模和脉冲（ps）激光器（用于共振光激发）和高分辨率光谱仪（用于检测）的微型光谱设备上进行。参考文献：L. Besombes 等人，Phys. Rev. B 107, 235305 (2023) ；V. Tiwari 等人，Phys. Rev. B 106, 045308 (2022) ；V. Tiwari 等人，Phys. Rev. B Letter 104, L041301 (2021) 。可能的合作和交流：这项工作将在 NanoPhysique et Semi-Conducteurs 小组（NPSC，法国国家科学研究院/尼尔研究所和 CEA/IRIG 与筑波大学和华沙大学合作，对部分样品进行了培养。 是否可继续攻读博士学位：是 所需技能：硕士 2（或同等学历），具备固体物理学（电、光、磁特性）、量子力学、光学、光物质相互作用方面的丰富知识。 开始日期：2024 年 3 月（灵活） 联系人：L. Besombes，尼尔研究所，电话：0456387158，电子邮件：lucien.besombes@neel.cnrs.fr 更多信息：http://neel.cnrs.fr