湍动磁重联中的间歇性能量耗散 - iri.buaa.edu.cniri.buaa.edu.cn/__local/A/12/E9/14F8F0E12A28F8343F... · 2017 Beihang University REPORTER 1 梶野敏贵教授 22页湍动磁重联中的间歇性能量耗散

2017 Beihang University REPORTER 1

梶野敏贵教授

22 页

湍动磁重联中的间歇性能量耗散磁重联是一种造成自然界和实验室中许多爆发性现象的物理过程，它可以有效地将磁场能量耗散成粒子能量。

传统上认为磁重联发生在离子趋肤深度尺度的一个小“扩散区”内。这个区域一般遵循双流体的图像，但其

边界上合并的反平行磁力线可能存在强烈的波动，使得其内部出现如 X 线和 O 线的典型精细结构。

基于磁性斯格明子的

神经突触器件

12 页

锂 - 硫电池电极体系

的理论模拟与优化设计

19 页


北航国际交叉科学研究院院刊

CONTENTS/ 目录

成果简报

光学卫星遥感图像高保真融合方法

基于磁性斯格明子的神经突触器件

蒸发驱动的大小胶体球分层现象

p11

主题文章

纳米操控系统的控制方法：超精密运动关键技术实现

磷量子点可饱和吸收体锁模光纤激光器

锂 - 硫电池电极体系的理论模拟与优化设计

p16

湍动磁重联中的间歇性能量耗散

封面文章p14

磁重联是一种造成自然界和实验室中许多爆发性现象的物理过程，

它可以有效地将磁场能量耗散成粒子能量。传统上认为磁重联发生在离

子趋肤深度尺度的一个小“扩散区”内。这个区域一般遵循双流体的图像，

但其边界上合并的反平行磁力线可能存在强烈的波动，使得其内部出现

如 X 线和 O 线的典型精细结构。

党建专栏

p9我校“青年千人”学者“七一”光荣加入党组织

中国国际人才交流协会办公室夏兵主任一行莅临我校开展主题党日活动并调研

大师风采梶野敏贵教授p22

我校举办第二届国际青年学者唯实论坛

综合新闻p1

鲲鹏逐天、精谋实为——学校召开人才人事工作会

我校召开学习习近平总书记关于知识分子工作重要讲话座谈会

加拿大工程研究院院士、滑铁卢大学庄卫华教授访问我校

我校“外专千人” Albert Fert 教授荣获“长城友谊奖”

大数据科学与脑机智能高精尖创新中心首席科学家樊文飞教授讲座

我校 10 名教授入选 2016 年度“长江学者奖励计划”

物理学院赴美参加 2017 年美国物理学会 March Meeting 招聘人才

仿生软体章鱼触手机器人科技发明

p21


我校举办第二届国际青年学者唯实论坛

5 月 23 日至 24 日，由北京航空航天大学主办，国际交叉科学

研究院、经济与商学研究院、人才工作办公室承办的第二届北航国际

青年学者唯实论坛在北航唯实国际文化交流中心举行。此次论坛汇聚

了来自哈佛大学、麻省理工学院、斯坦福大学、剑桥大学、帝国理工

学院、美国西北大学、多伦多大学、美国劳伦斯伯克利国家实验室等

世界一流大学和科研机构的 80 余位国际青年学者。我校党委书记张

军院士、党委副书记程基伟教授、副校长王云鹏教授，主论坛报告嘉

宾北航材料科学与工程学院王华明院士，各学院院长、书记、长江杰

青、千人计划、四青人才等专家学者出席论坛。论坛开幕式由程基伟

副书记、人事处肖志松处长主持。

党委书记张军院士在致辞中对第二届唯实论坛的召开表示祝

贺，并对各位青年学者不远万里汇聚北航表示欢迎和感谢。他充分

肯定和高度评价了 2016 年首届唯实论坛的举办，认为首届唯实论

坛有效促进了学术碰撞。张军书记指出，当前世界格局正在发生深

刻变革，科技革命、经济转型、产业升级、两化融合正在交汇形成

创新发展的重大机遇期，我国的综合国力与经济实力日益增强，正

处在推进世界科技强国建设的关键历史机遇期，对高等教育、科学

知识和卓越人才的渴求比以往任何时候都要迫切，青年人才是决定

国家未来发展的关键，现在正是各位有志青年学者回到祖国发展的

最佳契机。

张军书记强调，北航作为新中国第一所航空航天高等学府，

自 1952 年建校以来，北航的理想和抱负、传承和发展就始终与国

家发展和民族振兴紧密相系。建校之初，北航汇聚了全国航空科技

综合新闻北航国际交叉科学研究院院刊

领域的专家学者，他们中的佼佼者来自麻省理工、加州理工、帝

国理工、斯坦福、牛津等世界一流大学，很快创造了中国航空史

上的诸多第一，做出了卓越的历史贡献。学校始终坚守创新发展、

协作包容，探索出一条服务国家战略与瞄准国际学术前沿的创新

之路，取得了近十二年获得十一项国家级科技奖励一等奖、六年

当选八位两院院士的杰出业绩。张军书记表示，北航有广纳贤才

的决心和胸怀，将贯彻第十六次党代会要求，持续推进“鲲鹏逐天”

人才计划，全面深化人才人事制度改革，务实建设创新发展之地、

人才圆梦之地，北航必将成为各位青年学者的创新起始和圆梦起

始，诚挚欢迎各位青年才俊加入北航，将个人的成才梦融入北航

2 Beihang University REPORTER 20172 Beihang University REPORTER 2017

的发展梦，汇聚成就振兴祖国的中国梦。

“容才、爱才”方可聚才，“聚才、兴才”成就未来。一年多来，

北航引进了包括青年千人、优青、卓越百人在内的 67 位青年人才，

张军书记为其中的 7 位青年人才代表颁发聘书并赠送《学院路上 -

口述中的北航》，祝愿他们更好的融入北航、发展北航、成就梦想。

北航副校长、长江学者王云鹏教授为王华明院士和在本次论坛

做报告的青年学者代表们颁发《唯实论坛特邀报告证书》，对他们

在各自领域的杰出成就表示赞赏和鼓励。

随后，王云鹏副校长作了《不忘初心创新引领建设扎根中国

大地的世界一流大学》大会报告。王云鹏副校长全面介绍了北航的

辉煌历史和荣誉成就，指出北航将不忘初心，锐意进取，持续彰显

北航人的责任和担当，延续十二年获十一项国家级科技奖励一等奖

的辉煌业绩。他强调，当前学校正全面实施鲲鹏逐天计划，加快推

进高层次人才队伍建设，并从政策机制、创新环境和配套条件等方

面全面介绍了北航人才队伍建设规划，学校将协同各职能部门、汇

聚多方优质资源，大力实施各类人才引育计划，全方位优化人才创

新发展生态环境。王云鹏副校长指出，欢迎广大青年学者加盟北航，

共同成就容才、爱才、成才的美好愿景，协同实现北航第十六次党

代会描绘的“1-3-6-1”发展蓝图。

在大会报告环节，中国工程院院士王华明做专题报告《高性

能大型关键金属构件增材制造——若干材料基础问题》，全面介绍

了自己在服务国家战略需求方面的创新；北航优秀青年学者代表青

年千人赵立东教授、青年千人 Sebastian Wandelt 教授、青年千

人管迎春教授也分别做专题报告，结合自身专业领域，介绍了入校

至今的职业经历和学术发展。

5 月 23 日下午，数理科学、化学与材料科学、信息科学、工

程科学和经济管理与商学五个分论坛分别在唯实国际文化交流中心

举行，围绕各自领域的国际学术前沿和热点问题展开了深入的交流

与探讨，通过高水平学术报告和智慧激荡，充分促进海内外青年学

者间的交流与合作，建立友谊桥梁，同时拓展国际学术视野、启迪

创新灵感。

本次论坛为期两天，各学院主动对接，积极与参会青年学者

进行多形式交流，全面介绍学院的学科水平、学术环境和发展规划，

探讨合作意向，切实承担了人才队伍建设的主体责任。同时，唯实

论坛期间学校人事处组织“卓越百人”人才项目评审、试点学院组

织教研系列人才引进评审，系统高效落实“鲲鹏逐天”人才队伍建

设规划。

北京航空航天大学国际青年学者唯实论坛（Beihang

University Vision Forum for International Young Scholars），

旨在聚焦国际学术前沿，持续推动高水平交叉科学研究及青年学者

成长发展。通过主论坛专题报告会、分论坛学术研讨会和人才洽谈

会等形式，为海内外优秀青年学者搭建学术交流、联通友谊的平台

桥梁。据悉，唯实论坛计划每年组织两届，与海外人才之旅有机衔

接，实现请回来、走出去的高效结合，围绕“扎根中国大地的世界

一流大学”建设目标汇聚全球英才，全面落实“鲲鹏逐天”人才队

伍建设规划。

（通讯员孔娟 / 文记者孙也程 / 摄影）



综合新闻

鲲鹏逐天、精谋实为——学校召开人才人事工作会

4 月 17 日上午，北京航空航天大学人才人事工作会在新主楼第

一报告厅隆重举行。本次会议旨在深入贯彻学校第十六次党代会精神，

主动把握“双一流”建设机遇，扎实推进人才队伍发展“鲲鹏逐天”

计划，全面总结梳理人才人事工作，提出新形势下工作思路、目标举

措，凝心聚力、落实责任。校领导张军、徐惠彬、魏志敏、何新洲、

程基伟、陶智、刘树春、房建成、黄海军、王云鹏、校长助理张广，

以及各学院院长、书记，学校长江、杰青、万人领军人才、教学名师、

“四青”人才、各学院教师代表等专家学者，相关机关部处负责人等

参加会议。会议由校党委副书记程基伟主持。

校长徐惠彬院士首先在讲话中指出，当前国家间的竞争更加

倚重于创新能力的提升，特别聚焦在人才的争夺，加快人才强国建

设、赢得全球竞争的新优势意义极其重大。新形势下，国家对高等

教育及人才战略提出了新的要求，习近平总书记在全国高校思想政

治工作会议上指出，高等教育发展水平是一个国家发展水平的重要

标志，实现中华民族伟大复兴，对高等教育、科学知识和卓越人才

的渴求比以往任何时候都要迫切。

徐校长强调，当前国内一流高校的竞争愈加激烈，“双一流”

建设如箭在弦，只有通过深化综合改革，加快建设一流人才队伍，

才能实现学校办学质量、创新能力和培养水平的实质提升。近年来，

学校持续推动人事制度改革，首批试点学院已按照计划完成了教研

系列、研究系列的初步构建；创新开展人才引育工作，打造人才特

区、举办唯实论坛、优化支持政策、完善工作机制，取得了良好积

极的影响和效果。我们要在深入总结剖析过去工作基础上，准确把

握“世界标准、中国特色、北航风格”，以宽广的国际视野和高度

的责任感，不断学习借鉴世界一流大学发展理念，持续巩固提升学

校特色优势和整体实力，解放思想、改革创新、落实责任，加快建

设世界一流人才队伍，为实现扎根中国大地的世界一流大学宏伟目

标汇聚不竭动力。

随后，学校对人才工作先进单位进行表彰，并为人事制度改

革教研系列长聘教授颁发聘书。张军书记为获得 2016 年人才工作

先进集体的材料科学与工程学院、交通科学与工程学院、仪器科

学与光电学院、化学学院颁发了奖励证书，徐惠彬校长为首批启

动人事制度改革的材料科学与工程学院、计算机学院、交通科学

与工程学院的长聘教授们颁发了聘书。

王云鹏副校长作《鲲鹏逐天精谋实为加快推进世界一流人才


队伍建设》的大会主题报告。王校长在报告中，全面回顾了 2016

年学校人才人事工作的新突破、新平台、新改革和新举措，并从数

量规模、质量水平、学科布局和机制保障等方面，深入剖析了学校

人才队伍建设中的难点与困境，唯有改革创新，才能破除难题。王

校长明确，学校人才人事工作要紧紧围绕“双一流”建设，深入贯

彻学校十六次党代会精神，要导向明确、精准规划，坚持目标导向、

问题导向、需求导向，做到严格标准、注重细节、落到实处，通过

深化人才人事制度改革建体系、通过协同成就高端人才强质量、通

过智引精育青年人才增规模、通过部门协同资源保障优保障，构建

并落实人才人事工作“校－院－平台团队”三级责任体系，持续完

善分类卓越的人才人事政策机制，扎实推进世界一流人才队伍建设，

全面支撑学校的人才培养、学科发展和科技创新。

在大会交流环节，材料科学与工程学院院长蒋成保教授从发

展目标、人才队伍、科学定位等方面详细报告了学院推进实施人事

制度改革的经验与体会；仪器科学与光电工程学院院长徐立军教授

从人才引育“2+1”的建构切入分享了人才引育的创新模式与工作

机制；航空科学与工程学院院长文东升教授作题为《航空航天人才

队伍建设的思考》的报告，担负使命与责任，直面优势学科所面临

的发展挑战，目标导向与问题导向紧密结合，梳理并提出了下一阶

段人才人事工作的务实举措；外国语学院青年长江学者吴晓樵教授


责任引领，创新担当。王云鹏副校长代表学校与学院代表签署了人

才引育责任书，人事处肖志松处长与改革系列长聘教授代表签订聘

任合同。

以《北航给了我一张安静的书桌》为主题，娓娓道来北航为他提供

的学术平台与成长环境，由深刻情缘到创造丰硕成果，由人文感怀

凝练发展规律。

张军书记在大会的总结讲话中指出，今年是学校第十六届党

代会的开局之年，是推进十三五规划建设的破题之年，是迎接党的

十九大胜利召开的关键一年，使命责任并至、机遇挑战并存，我们

要以习近平总书记关于人才工作的重要论述为指导，深刻认识人才

工作的重要与紧迫、责任与使命、落实与落地等三个重要问题。当

前国家正在统筹推进“双一流”建设，高度重视人才工作，持续深

化人才发展体制机制改革，全校上下务必统一思想、提升认识、主

动作为，学校人才增速必须跑赢学校发展增速，要以识才的慧眼、

爱才的诚意、用才的胆识、容才的雅量、聚才的良方，广开进贤之

路，在发展中实现和彰显“世界标准、中国特色、北航风格”。

张军书记强调，要实现人才人事工作创新提升，学校、学院

和各职能部门都要“少一分等靠要，多一分闯冒试”，学校要搭平

台、汇资源、优机制、足保障，学院要事不避难、亲力亲为、主动

出击、用心用力、定向定人。各单位要通过大数据、大交流、大范

围来发现一批人才，通过精准培养、差异化培养、针对性培养来培

养一批人才，通过给条件、给环境、给事业来发展一批人才，通过

挑重担子、出重成果、带重队伍成就一批人才。学校要坚持卓越师

资立校，坚守识才、爱才、容才、用才、聚才的人才观，以平台机

制聚才、以事业责任聚心、以改革发展聚力，开拓创新、锐意进取，

要做到有“容人之才，容才之过，容才之仇”，以胸怀寰宇的视野

和气魄、以致真唯实的品格和担当，做实做强“鲲鹏逐天”，久久

发力、持续为功，加快推进世界一流人才队伍建设，为建设扎根中

国大地的世界一流大学这一宏伟目标做出更大的贡献。

（通讯员李彦 / 文记者孔祥明 / 摄影）


综合新闻

我校召开学习习近平总书记关于知识分子工作重要讲话座谈会

3 月 14 日上午，我校学习习近平总书记关于知识分子工作重要

讲话座谈会在如心会议中心大报告厅举行。校党委书记张军院士、党

委副书记程基伟、副校长王云鹏出席会议。会议由党委副书记程基伟

主持。

会上，电子学院赵巍胜、自动化学院肖瑾、航空学院院长文

东升、人文学院苏丹娜、仪器光电学院副院长李立京、物理学院党

委书记金蓉、科研院院长王荣桥等几位老师分别结合自己的教学、

科研、管理工作，围绕习近平总书记重要讲话精神，做了主题发言。

在自由发言环节，副校长王云鹏、组织部部长钟玲、电子学

院党委书记刘建伟、人事处处长肖志松、经管学院党委书记刘志新、

生医学院党委书记韩慧瑜等几位老师畅谈了学习习近平总书记重要

讲话精神的心得体会，与参会人员展开了深入交流。

党委书记张军院士在总结讲话中指出，此次

习近平总书记关于知识分子工作的重要讲话，其

核心要义是“充分肯定、概括特质、殷切期望、

方式方法”。“社会精英、国家栋梁、人民骄傲、

国家财富”的评价，代表着党中央对知识分子的“充

分肯定”；“浓厚的家国情怀，有强烈的社会责

任感，重道义，勇担当”，是知识分子的“概括

特质”；做践行社会主义价值观的模范，担当使

命勇于创新，是习近平总书记对知识分子提出的

“殷切期望”；“以诚为先，以用为本，以容为要”，

是做好知识分子工作要讲究的方式方法。

张军书记对做好知识分子工作提出了两点要

求，一是要不断强化理论武装，尤其是要加强对

习近平关于知识分子工作的重要讲话的学习。二

是要不断改进和创新工作的方式方法，要坚持充分信任、注重政

治吸纳、畅通报国渠道、密切感情联系、树立典型榜样。张军书

记指出，在学校加快建设扎根中国大地的世界一流大学的关键时

期，做好知识分子的工作，是我们当前最为迫切的任务之一，要

善于做人才的工作，以事业责任聚人心、以平台机制聚人才、以

资源协同聚合力，要身先士卒敢于担当，为建设扎根中国大地的

世界一流大学，为立德树人的神圣事业，为全面建成小康社会，

建设世界科技强国，作出更大贡献。

党政办公室、组织部、宣传部、统战部、人事处负责人，各

学院分党委书记及教师代表约 40 人参加了座谈会。

（记者孙也程 / 文王晴 / 摄影）


加拿大工程研究院院士、滑铁卢大学庄卫华教授访问我校

3 月 17 日上午，加拿大工程研究院院士、加拿大工程院院士、

加拿大滑铁卢大学终身教授庄卫华博士访问我校，在新主楼 F708

教室为北航师生做了主题为“Recent Research on Vehicular

Ad Hoc Networks”的学术报告，出席的教师和学生与庄教授就

此课题展开了深入讨论，并就相关领域的发展趋势进行了交流。讲

座前，校党委书记张军院士会见了庄卫华教授。

庄卫华教授于 1993 年起在加拿大滑铁卢大学工作，主要研

究领域为无线通信网络技术和车联网技术。庄教授于 2008 年获得

IEEE fellow 称号，是加拿大工程研究院院士、加拿大工程院院士、

加拿大滑铁卢大学终身教授、加拿大无线通信网络一级研究主席、

IEEE 车辆技术学会理事会成员，并入选中国第七批“千人计划”，

曾担任期刊 IEEE Trans. Vehicular Tech. 的主编。庄教授因其

在通信研究领域的突出贡献被加拿大滑铁卢大学授予杰出贡献奖，

被安大略省政府授予总理优秀研究成果奖。

（通讯员白琳）


我校“外专千人” Albert Fert 教授荣获“长城友谊奖”近日，北京市政府授予我校“外专千人”计划教授、费尔

北京研究院首席科学家、诺贝尔物理学奖得主 Albert Fert 教授

2014-2016 年度北京市外国专家“长城友谊奖”。

Albert Fert 教授是法国科学院院士，凝聚态物理学和自旋电

子学领域的著名专家，先后在法国格勒诺布尔大学和巴黎第十一

大学工作。1995 年负责成立巴黎第十一大学、法国科学院与泰

雷兹集团联合实验室并担任首席顾问至今。 Albert Fert 教授在

Nature， Science 和 Phy. Rev. Lett. 等重要国际学术杂志发表

论文超过 350 篇，总引用次数超过 17,000 次。他曾获得诸多国

际奖项，包括因发现巨磁阻 (GMR) 效应获得 2007 年诺贝尔物理

学奖。巨磁阻效应的发现直接推动了高密度存储磁硬盘技术的发

展，创造了从基础学科发现到大规模产业化应用的一个成功典范。

Albert Fert 教授与我校“青年千人”赵巍胜教授开展长期深

入的合作，2015 年入选“外专千人”计划。他大力推动我校自旋

电子学科发展，2014 年与北京市科委及北航共建费尔北京研究院

并担任首席科学家。依托费尔北京研究院，北航先后获批科技部“国

家国际科技合作基地”和国家外专局“超低功耗自旋存储与计算学

科引智基地”。2016 年， Albert Fert 教授与赵巍胜教授联合成

功申请国家自然科学基金重大仪器专项项目“实时、原子尺度界面

自旋表征及调控系统”，为该专项当年度单笔最大资助项目。他积

极推进科研成果转化，作为北京市科委重大产业化项目“自旋电子

学 1MB 随机存储器研制”项目首席科学顾问，为该项目提供了大

量关键建议，攻克了多个技术难关。他支持我国引才引智及青年后

备人才培养，举荐其 2 名法国籍助手加盟北航科研团队，推荐其 2

名学生到北航工作。2015 年起，已在北航招收博士生 4 人，联合

指导博士生 1 人。

（通讯员陈璀）


综合新闻

大数据科学与脑机智能高精尖创新中心首席科学家樊文飞教授讲座

3 月 30 日，苏格兰皇家学院

院士、大数据科学与脑机智能高精

尖创新中心（以下简称“高精尖中

心”）首席科学家、北航大数据科

学与工程国际研究中心主任樊文

飞教授在如心中报告厅做了题为

“RCBD at Beihang from 2013

to 2017, and from Theory to

Systems and Applications”的学

术报告。高精尖中心学术委员会主

席李未院士及来自北航、北大、北

理工等高校和百度、联想等工业界

共计 70 余人参加了报告会。

樊文飞教授首先从大数据时

代所带来的新问题、新挑战为切入

点，分析并指出经典理论中的问题处理方式已不适用于大数据场

景，介绍了为解决以上问题，北航大数据科学与工程国际研究中

心近五年来取得的丰硕学术成果。随后，樊教授介绍了他带领的

高精尖中心团队在大数据通用计算引擎方面正在研制的 BEAS 和

GRAPE 两套数据处理系统，目前已在工业界实现了初步应用，

具有良好的商业应用前景。参会人员对樊文飞教授报告的最新研

究进展产生浓厚兴趣，报告结束后，大家踊跃提问，樊文飞教授

就相关问题一一进行了回答。

樊文飞教授为英国爱丁堡大

学信息学院主任教授，北京航空航

天大学大数据科学与脑机智能高精

尖中心首席科学家、大数据科学与

工程国际研究中心主任，英国爱丁

堡 / 苏格兰皇家科学院院士，美国

计算机协会会士（ACM Fellow),

中国“千人计划”特聘专家。他毕

业于北京大学（本科，硕士）和

美国宾夕法尼亚大学（博士），

任职爱丁堡大学前为美国贝尔实

验室研究员。他曾获得英国“ 罗

杰· 尼达姆奖 ”（2008 年）、

Alberto O. Mendelzon 时间检验

奖 (ACMPODS 十年最佳论文奖，

2010 年 ,2015 年）、VLDB（2010 年）和 ICDE（2007 年）最

佳论文奖、海外杰出青年学者（2003 年）、Elsevier 网络科学

刊物年度最佳论文和最杰出作者奖（2002 年）和美国 CAREER

Award（2001 年）等多项国际奖项。目前主要研究领域为数据库

理论与系统，包括大数据、数据质量、数据集成、分布式查询处理、

查询语言、推荐系统、社会网络查询与分析，与 Web 服务等。

（通讯员董仙慧）


物理学院赴美参加 2017 年美国物理学会 March Meeting 招聘人才

近日，物理学院院长吕广宏教授等一行赴美参加美国物理学

会 March Meeting （三月会议），并组织招聘和宣传活动。代表

团参加学术交流活动（参会老师在不同会场做口头报告 4 次、张

贴学术海报 2 张）的同时，建立招聘工作微信群，在会场张贴发

放物理学院招聘海报，与前来应聘人员宣传物理学院学科与科研情

况，并介绍招聘需求及相关条件。

会议期间，代表团组织参加本次“三月会议”部分院友聚会，

共有来自北美和欧洲等地区 10 余名院友参加。物理学院 80 年代

开始招收硕士研究生，1998 年招收第一届本科生，迄今为止已有

多名院友在欧美大学 / 研究院所担任长期位置或受聘国内大学青年

千人计划。吕广宏院长向院友们通报了北航和北航物理学院发展近

况、学科规划、人才需求、未来目标和愿景。院友们为学院的发展

感到由衷的高兴，希望通过不同方式为学院发展贡献力量。部分院

友表达了回母校工作的强烈愿望。

本次人才招聘活动目标明确，聚焦学院学科与科研方向规划

引进人才，确定了 1 名北美大学教授申报我校长江讲座教授，4 名

凝聚态物理方面的优秀人才申报本年度青年千人计划，意向加盟

北航物理的优秀人才 10 余人，初步建立了未来几年不同方向考虑

引进的人才智库。

美国物理学会 March Meeting 是世界范围内凝聚态物理和

相关领域规模最大、水平最高的学术交流平台，参会人员近 1 万

人。近年来，国内顶尖大学和研究所，如北大 - 清华 - 复旦 - 南

大 - 中科大的五校联盟、中国科学院物理研究所等均借助 March

Meeting 的平台优势，赴美招揽人才，成为一个行之有效、极

具竞争力的人才招聘方式。此次为我校物理学院首次赴美参加

March Meeting 招聘人才。（通讯员蔡红艳）

北航国际交叉科学研究院院刊综合新闻

我校 10 名教授入选 2016 年度“长江学者奖励计划”在教育部正式公布的 2016 年度“长江学者奖励计划”入选

名单中，共有 440 名特聘教授、讲座教授和青年学者，其中“特

聘教授”159 人、“讲座教授”52 人（仅面向中西部及东北地区）、

“青年学者”229 人。我校 10 位学者入选，其中特聘教授 5 人，

青年学者 5 人，特聘教授入选数并列全国高校第四，青年学者入

选数并列全国高校第九。

我校入选的 5 位特聘教授分别是自动化科学与电气工程学院

吴淮宁、航空科学与工程学院王青云、宇航学院杨立军和仪器科

学与光电工程学院刘刚、魏振忠；5 位青年学者分别是自动化科学

与电气工程学院胡庆雷、经济管理学院吴俊杰、外国语学院吴晓

樵和化学学院程群峰、刘克松。

“长江学者奖励计划”是国家为面向海内外延揽中青年学界

精英参与高校建设，于 1998 年设立的专项高层次人才计划，大力

提升了我国高校在世界范围内的学术地位和竞争实力。为贯彻落实

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》和《国

家中长期人才发展规划纲要（2010-2020 年）》，教育部从 2011

年起实施新的“长江学者奖励计划”。2015 年开始，首次设立了“青

年学者”项目。截至目前，我校已有“长江学者奖励计划”特聘教

授、讲座教授 60 人，“青年长江学者”7 人。


为纪念建党 96 周年，扎实推进

“两学一做”学习教育常态化制度化，

7 月 1 日上午，机械学院材料加工与

控制系教工党支部（教工 702 党支部）

在新主楼 A849 会议室召开全体党员

大会，接收青年千人特聘研究员罗斯

达同志加入中国共产党为预备党员，

献礼党的生日。校党委副书记李军锋

同志、党委组织部部长钟玲同志、副

部长张志刚同志、人事处副处长庄岩

同志、机械学院党委委员、教工 702

支部全体党员出席会议。

支部大会在雄壮的国际歌中拉开

了序幕。党支部书记张伟同志介绍，

教工 702 党支部现有党员 10 名，其

中教授 2 名，副教授党员 5 名，卓百

党员 1 名，另有青年千人入党积极分子 2 名，2016 年以来，支

部围绕“坚定理想信念，做合格党员”主题组织系列党日活动，

通过理论学习、参观考察、微信助力、观看影片等多种学习方式，

发挥了基层党支部战斗堡垒作用，增强了党支部的凝聚力和吸引

力。

罗斯达老师与北航的缘分始于初中母校北航附中，之后曾在

美国学习工作 8 年，于 2015 年以“卓越百人”副教授身份回归

北航怀抱。在学校、学院党委和党支部的感召下，在青年千人党

建工作站的感染下，罗斯达老师思想认识不断提升，于 2016 年

3 月递交了入党申请书，并在教学科研工作中持续取得新进展，

于 2016 年入选第十三批“千人计划”青年项目。

经过一年多的培养考察，党支部委员会认为罗斯达老师积极

向党组织靠拢，入党动机端正，品行优秀，团结同志，为人正派，

在科研和教学中起到了骨干和先锋作用，作为青年千人为学院学

科建设和人才培养做出了应有贡献，符合预备党员标准。支部会

上，罗斯达老师认真宣读了《入党志愿书》，入党介绍人邓怡同

志和张伟同志宣读了介绍人意见，党支部组织委员郭伟同志详细

介绍了一年多的培养考察过程，在充分讨论后，支部党员通过无

记名方式投票，一致同意接收优秀青年学者罗斯达研究员为预备

党员。罗斯达同志表示，一定不辜负大家、不辜负党的信任，早

日成为一名合格的共产党员，为国家、为党、为北航尽自己最大

的努力做出贡献！

校党委组织部部长钟玲同志首先对罗斯达老师入党表示了祝

贺，肯定了机械学院党委在党建工作中取得的优秀成果，作为我

校青年千人入党第一人，这是机械学院党委、青年千人党建工作

站和学校党委在吸收高端人才入党方面的新进展，希望罗斯达同

志作为青年千人加入党组织后发挥出更大作用，为党和学校发展

贡献力量。人事处副处长庄岩同志回顾了罗斯达入职以来的成长

点滴，指出选择加入中国共产党就是选择在磨砺中担当，选择回

到北航就是选择了在坚持中成长，勉励罗斯达同志在智能制造和

先进加工领域做出更多成绩，在新的机遇和挑战中找到机械工程

学科发展的更好突破点，作为我校首位入党的青年千人发挥出积

极作用，在平凡的岗位上创造出不平凡的故事。

校党委副书记李军锋同志在总结发言中回顾了中国共产党自

1921 年建党初期成长为今天拥有近 9000 万党员伟大政党的光辉

历程。祝贺罗斯达同志光荣加入党组织，希望罗斯达以今天为新

的起点，在组织上和思想上入党，在做好人的基础上做优秀党员，

把个人价值的实现和党的伟大事业结合起来，勇立潮头争做时代

的弄潮儿。李军锋副书记肯定了机械学院党委和党支部的付出，

要求各党支部紧密团结在学院党委和学校党委周围，解放思想，

开拓创新，在推进“两学一做”学习教育常态化制度化的过程中

发挥出新时期高校教师党支部的先锋模范作用。

最后，与会党员重温入党誓词，材料加工与控制系教工党支

部全体党员饱含深情地朗诵诗歌《党的生日》，为中国共产党 96

周岁生日献礼。

机械学院党委高度重视教师党支部建设工作，自 2010 年首

次发展教师入党以来，7 年时间已发展 7 名教师入党。继我国机

械工程学科首篇《Nature》论文第一作者陈华伟教授和工业与制

我校“青年千人”学者“七一”光荣加入党组织

北航国际交叉科学研究院院刊党建专栏


造系统工程系主任郑联语教授入党后，青年千人特聘研究员罗斯

达同志入党是学院党委在高端人才党建方面的又一突破。这既是

机械学院党委和材料加工与控制系教工党支部的工作结果，也是

我校青年千人党建工作站的感召成果。北航青年千人党建工作站

于 2016 年 5 月 13 日成立，实施了“成立一个人才讲习团、推

荐一位成长发展导师、打造一个学术朋友圈、组织一次特殊党课

学习、开展一系列支部共建、组织一次社会实践、提交一份青年

人才发展报告”的“七个一”党建工作计划，在发挥高层次人才

政治核心和战斗堡垒作用，以“北航梦”助力实现中华民族复兴

的“中国梦”方面发挥了重要作用。

（通讯员蒋茁罗敏 / 文记者孙也程 / 摄影）

中国国际人才交流协会办公室夏兵主任一行莅临我校开展主题党日活动并调研

5 月 26 日下午，中国国际人才交流协会办公室主任兼党支部

书记、“千人计划”外专项目专项办公室主任夏兵等一行 17 人来

我校开展主题党日活动并对学校外专千人项目进行调研。校党委副

书记程基伟在新主楼第八会议室接待了夏兵主任一行。组织部、国

际交流合作处、人事处负责人，各外专千人团队教授专家等陪同会

见。

夏兵主任一行首先观看了《今日北航》宣传片。人事处庄岩

副处长从北航人才引进机制创新、人才培育经验收获等方面汇报了

北航人才工作，特别是外专千人项目取得的成绩和思考。组织部张

志刚副部长介绍了北航党建工作情况。

费尔北京研究院院长、青年千人赵巍胜教授，青年千人孙艳

明教授等外专千人团队成员分别介绍了外专千人专家在华工作取得

的成绩及未来工作设想。各团队均表示将在国家外专局和学校的支

持下，做好学术研究、人才培养等工作。

程基伟副书记向国家外专局、中国国际人才交流协会对北航

的一贯支持表示感谢，并介绍了北航近年来在人才培养、科学研究

等方面的发展建设情况。程基伟副书记表示，北航将探索走通一条

特色发展之路，在党和国家的指引下，在国家部委支持下，建设扎

根中国大地的世界一流大学。

夏兵书记在讲话中表示，北航模式、北航现象，特别是北航

的红色基因给他留下深刻印象。党建工作是脊梁，业务工作是肌肉。

北航将两者有机的结合起来，通过党建，用信仰为外国专家讲好中

国故事，讲好党的故事，拉近了专家的距离。目前，北航入选千人

计划外专项目人数为全市第一，希望能继续做好国际化工作，落实

中央人才战略布局。

座谈结束后，夏兵主任一行参观了月宫一号、费尔北京研究院、

黑格尔北京研究院、北京航空航天博物馆。

（通讯员赵青 / 文记者孙也程 / 摄影）

党建专栏北航国际交叉科学研究院院刊


谱的光谱色彩”生成融合图像，在光学卫星成像中，由于飞机、舰

船等军事目标因光谱强反射容易产生过饱和问题（纹理饱和丢失、

轮廓放大失真），导致生成融合图像时“全色图像的边缘纹理”与

“多光谱的光谱色彩”难以准确套合，出现边缘纹理模糊的问题。

为解决该难题，我们从机理上改变了融合图像纹理细节、光谱色彩

的表征方式，建立了基于乘性变换的全色与多光谱图像融合模型 [2]

[3]。具体而言，采用全色图像与低分辨率全色图像的比值表征融

合图像的纹理细节，采用多光谱上采样图像表征融合图像的光谱

色彩，并构造新的乘性变换融合模型，其中多光谱波段与低分辨

率全色图像的比值抑制了过饱和信息对融合图像纹理细节的破坏

（见图 1）。与国际著名遥感图像处理软件 ENVI 的 GS 融合方法

和 PCI 的 UNBPansharp 融合方法相比，解决了融合图像的纹理

细节和光谱色彩失真问题，对随机抽样的上千景融合产品的统计分

析表明，本模型融合图像的纹理细节、光谱色彩扭曲度均降低了 3

倍（见表 1）。

多光谱图像全色图像融合图像

图高分二号卫星全色与多光谱图像融合示例

表 1 融合图像产品质量评价对比

应本文作者要求，参考文献和作者信息在发布到互联网上前被删除。

光学卫星遥感图像高保真融合方法

融合方法扭曲度（越小越好）

纹理细节光谱色彩

GS 融合方法 12.37% 10.21%

UNBPansharp 融合方法 9.16% 9.25%

本方法 2.01% 2.07%

成果简报北航国际交叉科学研究院院刊

光学卫星成像具有大范围和不受国界限制的特点，对国家安

全、经济建设和社会发展都具有十分重要的作用。2000 年以来，

光学卫星大多数采用全色与多光谱传感器同时相成像方式，其中，

全色图像主要提供高分辨率的纹理细节信息，而多光谱图像主要

提供低分辨率的光谱色彩信息。融合图像（彩色图像）直接提供

高分辨率的纹理细节和光谱色彩信息，内容丰富直观，可以看到

灰度图像中无法看到的目标，在军事情报判读中具有十分重要的

作用。

图像融合是指利用全色图像的高分辨率纹理细节锐化多光谱

图像，生成准确反映地物纹理细节与光谱色彩的彩色图像。图像

融合是卫星遥感图像处理的核心技术，多年来美国、加拿大、欧

盟对其研发的先进遥感图像处理技术进行封锁（例如，2012 年加

拿大政府以国家安全为由否决了中国四维图新公司对 PCI 软件公

司收购案）。在强反射目标过饱和、合成低分辨率全色图像有灰

度失真情况下，现有加性变换方法存在融合图像的纹理细节和光

谱色彩失真问题 [1]。为克服该问题，我们建立了基于乘性变换的

遥感图像融合新模型，实现了全色与多光谱遥感图像的高保真融

合，模型具体如下：

（1）基于地物分类与双边误差回归的低分辨率全色图像

准确合成

合成低分辨率全色图像是指利用多光谱图像生成与全色图像

对应的低分辨率全色图像。现有方法不区分地物对波段的光谱响

应差异，采用单边误差 Pe

PP Me a+ = !

Pe

Me !

[ ]P MP Me e a+ = +

,,, 1

N

i j k i j kkP Ma

==

( ) [ ( ) ( ) ( ), , , ] ,kkF P P Mi j i j i j i j= - +

( , )/ ( , )P i j P i j

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/( , ) ( , )kM Pi j i j

的回归模型

Pe

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Pe

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kM

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/( , ) ( , )kM Pi j i j

，仅按

“波段”（单维度）计算各个波段对合成低分辨率全色图像的贡

献（权重），导致合成的低分辨率全色图像出现灰度失真。我们

按“地物”，分“波段”（两维度）准确分析地物对波段的光谱

响应差异，提出了基于地物分类与双边误差回归的低分辨率全色

图像合成方法 [2]。首先，准确合成低分辨率全色图像的前提是在

全色、多光谱的各个波段中，准确分析具有相似相对光谱反射强

度的地物，而现有仅考虑多光谱图像各个波段相对关系的分类方

法，存在同类地物在全色波段的反射强度差异大的问题。为此，

我们对每个像元将其在全色、多光谱图像的像素值合成一个矢量，

发现了相同矢量方向可表示相似的相对光谱反射强度，按矢量方

向将地物划分为不同类型。其次，针对全色（因变量）、多光谱

图像（自变量）双边均存在测量误差（

Pe

PP Me a+ = !

Pe

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、

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kM

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/( , ) ( , )kM Pi j i j

），采用双边

误差的回归模型

Pe

PP Me a+ = !

Pe

Me !

[ ]P MP Me e a+ = +

,,, 1

N

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==

( ) [ ( ) ( ) ( ), , , ] ,kkF P P Mi j i j i j i j= - +

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/( , ) ( , )kM Pi j i j

，按“地物”，分“波段”准确计算各个波段的权重，实现了准确合成低分辨率全色图

像

Pe

PP Me a+ = !

Pe

Me !

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,,, 1

N

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/( , ) ( , )kM Pi j i j

。

（2）基于乘性变换的全色与多光谱图像高保真融合模型

现有加性变换融合模型，采用“全色图像的边缘纹理 + 多光


前区域转移，从而降低装置的神经传导率。

图 2（d）中的红色曲线显示出装置的后

期区域的归一化的磁矩（mz，即 z 方向

上的平均磁化分量）。mz 的移动对应于

skyrmion 数量和大小的变化。

应该注意的是，在增强和抑制两种模

式中，最后两个斯格明子都不能通过屏障。

这可以解释为总驱动力不足的结果，该驱

动力由电流的驱动力和悬架的排斥力组成。

以增强模式为例，当斯格明子进入突触后

区域时，势垒所产生的排斥力将有利于从

突触前区域到突触后区域的滑动运动，阻

碍从突触前区域到突触后区域的跳跃运动

的突触后区域将增加。同时，电流的驱动

力（这里我们认为直流电流，DC）和屏

障的排斥力保持不变。最后，所有这些力

量进入平衡状态。装置的突触后区域的神

经传导率可以通过测量通过端子 C 处的检

测装置的磁阻来确定。图 2（d）中所示的

神经传导率变化揭示出了所提出的刺激诱

导的突触可塑性。值得注意的是，斯格明

子的尺寸也取决于驱动力和排斥力，如图

2 中的快照所示。一旦激励被关闭，被压

缩的斯格明子就会开始扩展到平衡状态，

导致突发性地区的 mz 明显变化。为了说

为归一化后的有效磁场，

是吉尔伯特阻尼系数，t 是铁磁层厚

度，中 j 是自旋电流密度，

P=0.4 是自旋极化率。

该器件主要分为三种工作模式：初始

化，神经传导率增强及抑制模式。在说明

所提供的突触装置的操作模式之前，我们

定义两个术语：（a）正激励，其表示从

端子 A 流到端子 B 的幅度为 5MA/cm2 的

脉冲电流；和（b）负激励，其表示从端

子 B 流向端子 A 的幅度为 5MA/cm2 的脉

冲电流，其脉冲宽度可调节。在初始化（0

至 35ns）期间，在器件的突触前区域中利

用磁畴壁转化等方法产生磁性斯格明子。

由于斯格明子互相之间及其和纳米线边缘

之间的排斥，将达到设备的突触前区域中

总数的阈值（在如图所示设计中为 11 个，

120 纳米宽的纳米管）。该阈值确定设备

的神经传导率变化的分辨率。在增强模式

（35 至 65ns; 参见图 2（b））中，我们

使用 30ns 的脉冲电流，正刺激驱动斯格

明子从突触前区域到突触后区域移动，增

加了装置的突触权重。类似地，在抑制模

式（从 87 到 117ns; 参见图 2（c））中，

负刺激驱动斯格明子从突触后区域到突触

基于磁性斯格明子的神经突触器件

磁性斯格明子由于其小尺寸，拓扑稳

定和超低功耗驱动特性，被认为有希望应

用于下一代信息载体。近年来，研究人员

提出了各种各样的基于磁性斯格明子的信

息处理及存储器件概念和原型，突显了它

们的潜在应用价值 [1]，将可能实现传统电

子设备无法实现的新功能。在以往研究的

基础上，我们提出了一种基于磁性斯格明

子的神经元系统人造突触器件 [2]。所提出

的装置的神经传导率可以通过正向 / 反向

刺激加强 / 减弱，模拟生物突触的增强 / 抑

制过程，应用微磁学模拟实现了短期可塑

性（STP）和长期可塑性（LTP）功能，

具有自适应学习能力。

该人工突触器件由重金属层（HM，

例如 Pt），铁磁（FM）层（例如 Co）以

及位于铁磁层中心位置的能量势垒组成。

FM 层具有垂直磁各向异性（PMA），

并且在 FM 层和 HM 之间的界面处产生

Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用，

如图 1 所示。

我们利用基于 Landau–Lifshitz–

Gilbert (LLG) 方程的微磁学数值模拟方法

对该器件进行研究 [3]，具体方程如下：

其中，是归一化后的

磁矩，是饱和磁化强

度，是旋磁比，

图 1 （a）生物突触的示意图和（b）基于斯

格明子的人工突触。为了模拟神经调节器，

从终端 A 到终端 B 流动的双向学习电流将驱

动跳跃进入（或离开）突触后区域以增加（或

减少）该突触的神经传导率，模仿生物突触

的增强 /抑制过程，如（c）所示。

图 2 基于磁性斯格明子的工作模式的微磁学模拟。（a）初始化（从 0到 35ns）：在突触前区域

产生斯格明子；（b）增强模式（35 至 87ns）：正刺激（35 至 65ns）驱动斯格明子从突触前区

域到突触后区域迁移，增加装置的神经传导率；和（c）抑制模式（87 至 147ns）：负刺激（从

87 到 117ns）驱动斯格明子从突触后区域到突触前区域迁移，从而降低装置的神经传导率。在

每个工作模式下，器件最终恢复到平衡状态。（a），（b）和（c）显示出纳米线中的磁矩分布。

（d）表示突触前区和突触后区的归一化的 mz（z 方向的平均磁化成分）随时间变化。（d）中显

示了突触后区中斯格明子数 Nsk 的变化。



颜料和墨水通常由微米大小的颗粒组成，这些小颗粒均匀悬

浮在液体中，构成软物质重要的一部分：胶质溶液。当我们用画

笔涂色时，随着画笔的移动，胶质溶液在纸上构成一层薄膜。这

层薄膜中的液体会很快挥发，残留下来的胶质颗粒最终形成我们

的作品。

这个在我们日常生活中常见的现象背后实际上包含了很多有

趣的物理问题。当液体挥发时，胶质溶液的液体 / 空气界面会下降，

推动溶液中的胶体粒子聚集在界面附近。这些微米尺度的胶体粒

子同时会无规律的四处乱撞，经历所谓的布朗运动。布朗运动的

剧烈程度和粒子的大小有关。小粒子的布朗运动比较快，所以它

蒸发驱动的大小胶体球分层现象

成果简报

所提出的突触装置的 STP 和 LTP 可

以通过由电流提供的驱动力与滑轨通过屏

障时由屏障提供的排斥力之间的竞争来解

释。当斯格明子接近屏障时，屏障的排斥

力增加，如图 3（a）的能量分布所示。在

接收到输入刺激时，电流的驱动力沿着力

能量曲线（从点 1 到点 2）上升到上坡。然而，

如果输入刺激不是足够的持续时间和频率，

则对应于 STP，斯格明子回到点 1。否则，

如果刺激具有足够的持续时间和 / 或频率，

则斯格明子将没有足够的时间到达点 1，

并且最终将能够通过屏障直到对应于 LTP

的点 3。一旦爬行通过障碍物，就很难回

到初始位置。这种行为与生物突触中的可

塑性模型一致。

赵巍胜，电子信息工程学院，教授，青年千人，

E-mail:[email protected]

参考文献

[1] Kang, W., Huang, Y., Zhang, X.,

Zhou, Y. & Zhao, W. Skyrmion-Electronics: An

Overview and Outlook. Proc. IEEE 104, 2040–

2061 (2016).

[2] Huang, Y., Kang, W., Zhang, X., Zhou,

Y. & Zhao, W. Magnetic skyrmion-based

synaptic devices. Nanotechnology 28, 08LT02

(2017).

[3 ]Sampaio, J., Cros, V., Rohart, S.,

Thiaville, A. & Fert, A. Nucleation, stability and

current-induced motion of isolated magnetic

skyrmions in nanostructures. Nat. Nanotechnol.

8, 839–44 (2013).

图 3 （a）斯格明子人工突触器件的 STP 和 LTP 的图示。（b），（c）和（d）不同刺激脉冲下的

突触后电导变化：（b）情况 1，持续时间为 1.5ns，间隔为 5ns;（c）情况 2，持续时间为 1ns，

间隔 2ns; 和（d）情况 3，持续时间为 1ns，间隔为 5ns。（e）三种情况下斯格明子数 Nsk 随时间

变化的比较。

明增强 / 抑制动力学，不考虑斯格明子体

积变化的影响，突触后区域的斯格明子数

（Nsk）的变化也被描绘为图 2（d）中的

蓝线。

我们还进一步研究了该器件在刺激

特征方面的突触可塑性的动力学。具体来

说，我们考虑了三种激励情况：情况 1，

以 5ns 间隔的持续时间为 1.5ns 的激励，

如图 3（b）所示 ; 情况 2，以 2ns 间隔的

持续时间为 1ns 的激励，如图 3（c）所示 ;

和情况 3，以 5ns 间隔的持续时间为 1ns

的激励，如图 3（d）所示。

每种情况由八个激励脉冲组成。我们

计算出器件的突触后区域的磁阻变化，用

与无斯格明子情况的磁阻（G0）的比值表

示。如图所示，情况1和2显示了LTP属性，

而情况 3 则演示了 STP 属性。与第 1 和

第 3 例相比，间隔相同，需要适当的刺激

持续时间才能将 STP 转移到 LTP。情况

2 和 3 表明，刺激的间隔在装置的可塑性

中也起着至关重要的作用。为了消除由于

空间尺寸振荡引起的电导变化的影响，如

图 3（e）所示，也计算出了数值（Nsk），

这对应于上述分析。

图当包含不同大小颗粒的胶体溶液蒸发时，最终的分层状态取决于蒸

发的速度。

（下转第 15 页）


而为了符合第二个标准，研究团队最近开发并测试了一种新的方法，

即一阶泰勒展开（FOTE）。该方法在 2015 年以封面文章的形式

发表于空间物理学著名期刊 JGR 上并受到了国际同行的广泛关注。

研究团队使用 FOTE 方法和 Cluster 卫星 2003 年的实测数

据，揭示磁重联中的能量耗散。他们在磁重联扩散区发现很多灯丝

电流和磁零点，最强的电流出现在螺旋磁零点（O 线）和分形线

上。在每个灯丝电流处，动力学尺度的湍动明显增强，且能量耗散

（E’·J）比典型值大 100 倍。在重联射流的反转处，即径向零点（X

线）处，电流、湍动和能量耗散都非常小。所有这些特点都清楚地

表明，磁重联的能量耗散发生在 O 点处而不是 X 点处。

相关研究成果发表于国际空间物理学著名期刊 Geophysical

Research Letters（GRL）上，并被美国地球物理协会 (AGU)

评为研究亮点 (AGU Research Spotlights)。美国地球物理学会

(AGU) 和欧洲空间局 (ESA) 分别对该项成果做出了专题报道。在

美国地球物理学会的专题报道中，该项成果被评价为“颠覆了磁重

联的传统观念”；在欧洲空间局的专题报道中，该项成果被评价为

“挑战了当前对磁重联的认识”。同时，美国地球物理学会认为“该

成果将引发剧烈的讨论”；欧洲空间局认为“该成果将促使人们对

磁重联现象进行重新思考”。

湍动磁重联中的间歇性能量耗散

磁重联是一种造成自然界和实验室中许多爆发性现象的物理

过程，它可以有效地将磁场能量耗散成粒子能量。传统上认为磁

重联发生在离子趋肤深度尺度的一个小“扩散区”内。这个区域

一般遵循双流体的图像，但其边界上合并的反平行磁力线可能存

在强烈的波动，使得其内部出现如 X 线和 O 线的典型精细结构。

在磁重联期间，磁力线“断裂”和“重联”，并释放大量的能量，

在太阳上以硬X射线的形式或在磁尾以高能电子的形式辐射出来。

如何在这么小的区域里，耗散如此多的磁场能量到粒子能量，仍

然是个谜。传统上认为 X 线是能量耗散发生的主要位置，并产生

两个反向的等离子体射流。然而，最近的三维模拟结果表明，O

线可能也很重要。到目前为止，能量耗散的确切位置一直还不清楚。

为了揭示磁重联中的能量耗散，首先要识别 X 线和 O 线。这

需要（1）多颗卫星同时位于磁重联扩散区内，并具有亚离子尺度

的卫星间距；（2）一种能够重构卫星周围磁场拓扑结构的工具。

欧洲航天局（ESA）的四颗编队卫星 Cluster 可以满足第一准则：

2003 年秋，Cluster 卫星在地球磁尾探测到几次磁重联事件，离

子扩散区的尺度为 1000 公里。在这些事件中，Cluster 卫星间距

为 200 公里，即 1/5 离子尺度，因此所有卫星同时位于扩散区内。


图 1 利用 FOTE 方法重构的 X 线和 O线形状

图 2 Cluster 卫星计划及其对地球磁尾重联扩散区的探测

图 3 湍动磁重联中的间歇性能量耗散


们能比较迅速的从浓度较高的界面附近游离出来；而大粒子因为

运动较慢，则会聚集在界面附近。最终当所有液体挥发完以后，

剩下的薄膜具有大粒子在上，小粒子在下的层状结构。这个结论

被广为接受，所以在 2016 年，当英国的科学家发现完全相反的

现象，即小球在上而大球在下的结构时，很多人都感到惊讶 [1]。

日前，北航化学学院周嘉嘉副教授，蒋滢副教授，和北航“外

专千人”土井正男 (Masao Doi) 教授合作，在物理学国际权威杂

志《物理评论快报》以“蒸发引起胶体溶液中的大小球分层”为

题发文 [2]，成功解释了蒸发驱动下大小胶体粒子的反常分层现象，

首次绘制了蒸发驱动的非平衡状态图。通过数值模拟，我们得到

了一个反常分层出现的条件：

α2(1 +

vevh0D 1)φ01 > 1

其中α2(1 +vevh0D 1)φ01 > 1是大小球的半径比，α2(1 +

vevh0D 1)φ01 > 1

是蒸发速度，α2(1 +vevh0D 1)φ01 > 1是液膜的初

始厚度，α2(1 +

vevh0D 1)φ01 > 1和α2(1 +

vevh0D 1)φ01 > 1分别是小球的扩散系数和初始体积比。当蒸

发速度比较小时，传统的稀溶液理论成立，最终形成大球在上

小球在下的结构。当蒸发速度比较大时，我们必须考虑胶体球之

间的相互作用，而最终出现的结构为小球在上而大球在下。该研

究成果为溶剂蒸发驱动的软物质结构变化这一复杂问题建立了简

洁的物理模型，为通过非平衡态实验方法制备表界面胶体材料

提供了理论分析依据。该文被精选为编辑推荐文章（Editors’

Suggestion） ; 同时被美国物理学会的 Physics 杂志选中，配有

专文点评和推送。

这一工作得到国家自然科学基金和北航“卓越百人”人才项

目的支持。

周嘉嘉，化学学院，副教授，卓越百人，E-mail: [email protected]

参考文献

[1] A. Fortini et. al.; Dynamic Stratification in Drying Films of

Colloidal Mixtures， Phys. Rev. Lett.， 116， 118301 (2016).

[2] Jiajia Zhou， Ying Jiang， and Masao Doi; Cross Interaction

Drives Stratification in Drying Film of Binary Colloidal Mixtures， Phys.

Rev. Lett., 118，108002 (2017).

符慧山，空间与环境学院，教授，青年千人，E-mail:[email protected]

参考文献

[1] Fu, H. S., et al. (2017), Intermittent energy dissipation

by turbulent reconnect ion, Geophys. Res. Let t . , 44, 37–43,

doi:10.1002/2016GL071787.

[2] Fu, H. S., et al. (2015), How to find magnetic nulls and

reconstruct field topology with MMS data?. J. Geophys. Res. Space

Physics, 120, 3758–3782. doi: 10.1002/2015JA021082.

美国地球物理学会 (AGU) 专题报道链接：

https://eos.org/research-spotlights/for-magnetic-reconnection-

energy-o-not-x-might-mark-the-spot

欧洲空间局 (ESA) 专题报道链接：

http://sci.esa.int/cluster/58994-o-marks-the-spot-for-magnetic-

reconnection/

图 4 该成果被美国地球物理学会 (AGU) 评为研究亮点 (AGU Research Spotlights)，美国地球物理学会 (AGU) 和欧洲空间局 (ESA) 分别对该成果做出了

专题报道。

（上接第 13 页）

封面文章


纳米操控系统的控制方法：超精密运动关键技术实现

精度，并兼顾系统的暂态性能，北京航空

航天大学闫鹏教授课题组提出了一种基于

率相关 Prandtl-Ishlinskii（PI）迟滞模型

纳米操控系统在完成超高精度的运动

任务中扮演了重要的角色，并被广泛应用

于原子力显微镜、纳米装配与制造、半导

体装备等新兴工业领域。

纳米操控系统之所以能够实现纳米级

的运动精度，压电微执行器和柔性机构在

其中起着至关重要的作用。一方面，压电

微执行器具有高带宽、高分辨率、体积小

等优点；另一方面，基于柔性机构的放大

与导向等机械设计有效避免了摩擦力的影

响。然而，这类伺服系统也不可避免的带

来了迟滞非线性和柔性高阶模态等复杂动

力学问题，造成系统模型的复杂性，再加

上纳米操控系统对高性能运动的极限精度

要求，使得这类系统的高精密运动控制极

具挑战。

针对上述问题的控制系统设计，目前

一条被广泛认可的研究思路是先对纳米操

控系统中的迟滞特性部分和机电特性部分

进行建模，再通过迟滞前馈补偿和反馈控

制方法相结合，对迟滞非线性、建模误差

和高频未建模动力学进行有效的抑制和消

除。从反馈控制设计的层面来说，现有的

工作注重研究闭环控制系统的稳定性问题，

但是缺乏对建模误差和高频未建模动力学

所引起运动误差的定量分析和精确消除。

为了进一步提升纳米操控系统的运动


图 1 纳米操控系统的实验搭建

图 2 实验测量的迟滞环与率相关 PI 迟滞模型在 X 轴和 Y轴的比较

图 3 圆轨迹跟踪和跟踪误差

补偿的自适应积分反推控制方法，通过迟

滞补偿与基于干扰观测器的反馈控制方法

相结合，更有效解决纳米操控系统中的迟

滞非线性、模型不确定以及高频未建模动

力学问题。

该方法对压电纳米移定位平台中的不

对称和率相关的迟滞非线性进行了更为精

确的建模和补偿，并考虑了由系统建模误

差所引起的逆补偿误差，进而通过滑模干

扰观测器和自适应积分反推控制方法相结

合，对逆补偿误差进行了精确的估计和消

除，从而为这类系统的高精度运动控制提

供了一个有效的途径。

在本研究中，我们还开展了所提控制

方法的综合实验研究。通过将控制方法以

嵌入式实时算法形式用于自行设计搭建的

纳米伺服系统（见图 1），我们不仅验证了

率相关 PI 模型对纳米操控系统中迟滞特性


图 4 基于纳米伺服技术的高精度 SPM 扫描系统

主题文章

超快光纤激光光源已经成为促进科

研和工业应用的重要工具。在光纤激光

器中，超短脉冲可以通过被动锁模技术得

到。被动锁模需要利用可饱和吸收体这种

非线性器件在激光腔中作为被动光开关。

当前主要使用的可饱和吸收体是半导体可

饱和吸收镜，但它有工作带宽窄、制作封

装复杂等缺点。这些局限性驱使着科研人

员探寻其它可选择材料作为可饱和吸收体

应用的研究。其中，特别引起研究兴趣的

是具有高光学非线性磁化系数、超快载流

子动力学以及宽带工作波长的二维层状纳

米材料。这些二维材料中，黑磷（black

phosphorus: BP）的直接带隙从块状时

的 0.3 eV 至单层时的 2 eV 可调，因此有

可能桥接零带隙的石墨烯和宽带隙的半导

体过渡金属硫化物（1-2 eV）之间的带隙，

从而获得了特别的关注。

除了二维层状结构，超小型量子点

（quantum dot: QD）是另一种形式的纳

米材料。由于量子限制以及边缘效应，量

子点展现出了独一无二的性质。报道指出，

量子点具有均匀的尺寸和相当大的带隙，

因此有机会在光电子学中具有新的应用。

磷量子点可饱和吸收体锁模光纤激光器

图 1 (a) 沉积 BPQD 的微光纤图像 ;(b)BPQD 可饱和吸收体器件的可饱和吸收特性

在此，我们制备了基于超小型黑磷量子点

（BPQD）的可饱和吸收体作为超快锁模

器件用于超短脉冲产生。掺铒光纤激光器

中自启动锁模脉冲的输出，突显出 BPQD

作为宽带可饱和吸收材料的适用性。

在我们的实验中，BPQD 首先通过超

声辅助的液相分离法制备。BPQD 分散液

随后通过光沉积的方法沉积到微光纤上。

基于 BPQD 的可饱和吸收效应通过微光纤

上纳米材料和倏逝波之间的非线性相互作

用实现。BPQD 微光纤可饱和吸收器件的

显微图像如图 1(a) 所示，上图为微光纤沉

积 BPQDs 后放大 500 倍的图像；下图以

及下图插图为 650 nm 氦氖激光光源注入

的成功描述（见图 2），也验证了所提控制方法具有极好的跟踪性能，如

图 3 所示，双轴极坐标跟踪误差大约在 30 纳米以内，相对误差低于 0.6%。

这种高精密运动控制技术，和现有纳米定位方法相比，具有更强的

轨迹跟踪能力和更高的瞬态性能，因此在以动态精密扫描为关键技术的

原子力显微镜（AFM）和扫描探针显微镜（SPM）等应用中更具潜力，

见图 4。

闫鹏，自动化科学与电气工程学院，教授，青年千人，E-mail:yanpeng@buaa.

edu.cn

参考文献

[1] Y. Zhang and P. Yan*, Sliding mode disturbance observer-based

adaptive integral backstepping control of a piezoelectric nano-manipulator, Smart

Materials and Structures, vol.25, no.12, pp. 125011-1-125011-12, 2016.

[2] Y. Zhang, P. Yan*, and Z. Zhang, Robust adaptive backstepping control

for piezoelectric nano-manipulating systems, Mechanical Systems and Signal

Processing, vol.83, pp.130-148, 2017.

微光纤后的倏逝波的图像，放大倍数分别

为 500 倍和 1000 倍。BPQD 可饱和吸收

体的非线性光吸收特性如图 1(b) 所示，器

件的饱和平均功率和归一化的调制深度分

别为 1.69 mW 和 8.1%。BPQD 可饱和吸

收体显示了强可饱和吸收特性，表明了其

用于超短脉冲产生的可能性。

如图 2 所示，我们搭建了一个掺饵光

纤激光器，该激光器由单模光纤和其他光

纤集成器件组成，整个系统十分紧凑，无

需对光路进行准直。其中光纤放大器由一

段 0.7 m 长的单模掺铒光纤 (EDF) 组成，

泵浦光来自一个 980 nm 的激光二极管。

除了光纤放大器之外，腔内有偏振无关的



图 3 锁模性能：(a) 脉冲序列；(b) 光谱；(c) 自相关曲线；(d) 射频谱

光隔离器 (PI-ISO) 用以保证光在腔内的单

向传输，10% 输出的耦合器输出信号用于

光谱测量和时域波形分析，全相位连续可

调的偏振控制器 (PC) 用以调整腔内双折

射。整个腔的长度约为 37.8 m，激光器工

作在平均孤子状态下。

腔实现自启动锁模时，重频为 5.47

MHz( 图 3(a))，单个脉冲能量为 24.7

pJ。光谱的中心波长为 1561.7 nm，半

高全宽为 3 nm( 图 3(b))。图 3(c) 中自相

关曲线的脉宽为 882 fs。时间带宽积为

0.325，接近双曲正割脉冲的傅里叶变换极

限。基频的信噪比为 67 dB，表明了振幅

值的低波动和锁模状态的稳定性。图 3(d)

中的插图显示了 150 Mhz 范围内腔的高次

谐波，没有明显的调 Q 不稳定性现象，表

明脉冲序列良好的稳定性。为了进一步评

估基于微光纤沉积的 BPQD 可饱和吸收体

器件的稳定性和光纤激光器的锁模效果，

我们在两个小时的时间里每隔 20 分钟记录

了激光器的输出光谱，展示在图 4(a) 中。

测量结果表明光谱的中心波长和带宽均无

明显变化 ( 图 4(b))，显示了锁模状态的稳

定性。

我们发现分散在 NMP 溶剂中的

BPQDs 在长达半年的时间内没有降解且

具有相当好的稳定性。激光器连续产生高

质量的脉冲，表明这种纳米材料是一种具

有前景的超快可饱和吸收体代替材料。

张梦，电子信息工程学院，副教授，卓越百人，

E-mail:[email protected]

参考文献

D u J , Z h a n g M , G u o Z , e t a l .

Phosphorene quantum dot saturable absorbers

for ultrafast fiber lasers.[J]. Scientific Reports,

2017, 7:42357.

图 4 (a) 每隔 20 分钟记录的光谱；(b) 中心波长和 3 dB 光谱宽度的漂移

图 2 超快掺铒光纤激光器结构图


锂 - 硫电池电极体系的理论模拟与优化设计

理论上研究了多种具有不同元素构成及结

构特征的二维层状材料作为锂金属或者钠

金属电极表面保护膜的可行性以及影响它

们保护效果的主要因素。研究发现，缺陷

类型、晶体结构、键长键角、环的大小以

及金属近邻效应都能对保护效果产生明显

的影响。一方面，引入缺陷，增加键长以

及金属近邻效应的出现能促进锂、钠离子

扩散通过保护膜，从而降低离子输运阻抗，

提高电极的离子导电性。而另一方面，这

些因素都会对保护膜的力学性能产生负面

影响，使其杨氏模量以及临界应变和应力

有较大降低，从而不利于抑制金属锂枝晶

的生长。

基于计算结果，理论分析发现，通过

影响二维层状材料内电子之间的相互作用

以及电荷的分布对保护膜的保护效应产生

影响。例如，电子捕获是决定锂离子扩散

势垒的主要因素。缺陷周围的电荷密度较

对能量密度高、循环性能稳定、成本

低的新型锂电池的研究成为当今的热点，

而探索性能优良的电池电极材料对于锂电

池的研究有重要意义。硫材料由于具有较

高的理论能量密度（2600Wh kg-1），同

时具有环境友好及价格低廉等优势，使得

锂 - 硫电池在众多种类的锂电池中倍受关

注。锂 - 硫电池技术在上个世纪 60 年代

开始被研究，虽然经过了几十年的发展，

但却一直受到低放电容量和容量快速衰减

的问题困扰。相关研究关注于对电极材料

体系的性能优化。从理论上对锂 - 硫电池

正、负极电极体系两方面进行优化设计是

十分必要的。

1、负极体系的保护修饰

锂金属是理论比容量最高

（3860mAh·g-1）、密度最小（0.59g·cm-3）、

电化学当量最低（0.26g·Ah-1）和标准电位

最低（-3.04V）的金属元素，锂金属是一种

理想的电极材料，其作为负极材料组装而成

的金属锂电池具有更高的能量密度和工作电

压。但金属锂负极的现实应用还面临诸多挑

战，具体表现在：充放电过程中锂金属电极

发生较大体积变化；表面锂金属与电池电解

液中的主要成分发生复杂反应，导致界面电

阻不断增加且库伦效率逐渐降低；此外，充

放电过程中容易产生锂枝晶和“死锂”，甚

至可能会刺穿隔膜与正极直接相连，使电池

内部发生短路并引起爆炸。针对上述存在的

问题，人们提出多种方法对锂金属电极表面

进行改性或者修饰，二维层状材料已经被用

作锂金属电极的保护膜，并取得了很好的效

果。此外，二维材料的研究还有相当广阔的

空间，一个最具潜力的方向应该是构建范德

华异质结构，将这些不同性质的二维材料层

间堆叠形成新的人工结构。对这类结构的初

期研究结果已经表明可以实现丰富的器件功

能。在未来器件小型化合集成化程度不断提

高的大趋势下，二维材料异质结必然是下一

代电子学和光电子学最关键的要素。

本课题组采用第一性原理的方法，从

图 1 上方图为锂金属负极示意图，由下至上分别为铜箔基底，锂金属及二维材料保护膜；左下

图展示了六方氮化硼在等值双轴拉伸载荷下的应变 - 应力曲线，表明了缺陷的存在会使其机械

强度有明显减弱；右下图展示了金属近邻效应，即金属的出现可以极大地降低离子的扩散势垒，

加速离子的扩散和提高离子的电导率。

低，离子扩散通过其时阻力较小。金属中

的电子转移到保护膜，填入其反键轨道，

弱化保护膜内的共价键，这也是金属近邻

效应的根源 [1]。我们的研究不仅提供了锂

（钠）离子与保护膜材料在原子层面上的

相互作用机理的新见解，而且为研究新型

层状材料在金属电极系统的应用奠定了基

础。

2、正极体系的催化性质研究

锂 - 硫电池的正极材料也面临诸多挑

战，具体表现在：硫和放电产物 Li2S/Li2S2

的导电性较差；多硫化锂易溶于电解液，

穿梭于正负极之间，从而导致硫化物易于

沉积在锂电极上，加快电池的容量衰减和

降低电池的库伦效率。为了解决这些问题，

各种纳米结构电极被用作负载材料抑制多

硫化物的溶解和流失，如：纳米结构的 C/

S 复合电极、杂原子掺杂的碳材料、金属

主题文章


氧化物、金属硫化物、有机金属骨架 (MOF)

等，结果表明多硫键合和限域作用对于电

极材料的设计异常重要，这也为进一步改

善锂硫电池性能提供了重要的理论指导。

然而，人们对于负载材料和多硫化物的相

互作用以及其对电池性能改善的作用机制

的认识还不够清晰。通过理论计算和实验

分析，对于金属硫化物对 Li2S 的吸附、催

化氧化及功能材料输运机理进行计算模拟，

可以在原子尺度上对决定该材料体系性质

的重要参数进行理论探索 [3]。

本课题组之前研究主要关注锂 - 硫团

簇和负载材料之间相互作用，选取硫化物

作为正极负载材料，模拟其与锂 - 硫团簇

之间相互作用 [2]，在此基础之上，我们决

定对电极性质的其他重要参数进行模型模

拟，探索锂 - 硫电池中放电产物 Li2S 在金

属硫化物表面的催化氧化机理，并对一系

图 2 上方图为硫转化过程和衬底表面上的 Li2S 催化氧化的示意图；下图显示了各种金属硫化物

和石墨烯表面的电化学活化和 Li2S 分解机理。（a）Ni3S2-Li2S，SnS2-Li2S，FeS-Li2S，CoS2-Li2S，

VS2-Li2S，TiS2-Li2S 和 G/CNT-Li2S 电极的第一次循环充电电压曲线。（b）在 Ni3S2，SnS2，FeS，

CoS2，VS2，TiS2 和石墨烯上分解 Li2S 簇的能量曲线。（c）Ni3S2，（d）SnS2，（e）FeS，（f）CoS2，

（g）VS2，（h）TiS2 和（i）石墨烯的相应分解途径的俯视图。

锂硫电池的性能至关重要，特别是与碳材

料和 Ni3S2，SnS2，FeS 等电极负载材料

相比，VS2，TiS2 和 CoS2 等材料在作为

正极时，具备较高的比容量、较低的过电

势以及良好的循环稳定性。这证明了固有

的金属导电性，与 LiPSs 的强相互作用，

促进了锂离子迁移，受控的 Li2S 沉淀，加

速了表面介导的氧化还原反应，催化还原 /

氧化能力的降低对降低能量势垒起着关键

作用，并有助于显著提高电池性能。

更重要的是，我们的密度泛函理论模

拟结果与我们测量活化势垒，多硫化物吸

附，锂扩散速率和电化学行为的实验有很

好的一致性，这使我们能够确定如何结合

能量和 LiPSs 捕获主导 Li2S 分解的机制

以及整体电池性能。通过第一性原理计算

模拟结合实验验证，有力的阐述了金属硫

化物对 Li2S 的催化氧化机理，为设计新型

电极材料和改善锂硫电池的性能提供了一

种现实可行的指导方案 [3]。

张千帆，材料科学与工程学院，副教授，卓越

百人，E-mail:[email protected]

张瑞丰，材料科学与工程学院，教授，青年千

人，E-mail:[email protected]

参考文献

[1]Hongzhen Tian, ZhiWei Seh, Kai

Yan, Zhongheng Fu, Peng Tang, Yingying

Lu, Ruifeng Zhang, Legut, Dominik, Yi Cui(*),

Qianfan Zhang(*), Theoretical Investigation

of Two-Dimensional Layered Materials as

Protective Films for Lithium and Sodium Metal

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1602528.

[2]Qianfan Zhang(*), Yapeng Wang,

ZhiWei Seh, Zhongheng Fu, Ruifeng Zhang, Yi

Cui(*), Understanding the Anchoring Effect of

Two-Dimensional Layered Materials for Lithium

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3786.

[3]Guangmin Zhou(#), Hongzhen Tian(#),

Yang Jin(#), Xinyong Tao, Bofei Liu, Rufan

Zhang, Zhi Wei Seh, Denys Zhuo, Yayuan Liu,

Jie Sun, Jie Zhao, Chenxi Zu, David Sichen Wu,

Qianfan Zhang(*), Yi Cui(*), Catalytic oxidation

of Li2S on the surface of metal sulfides for Li-S

batteries, Proceedings of the National Academy

of Sciences, 2017, 840-845.

列金属硫化物做了深入研究，模拟了其分

解能垒和输运能垒。结果表明，金属硫化

物在作为主体材料时，其催化氧化 - 还原

能力的大小对于锂离子的运输和多硫化物

的吸附至关重要。金属硫化物固有的金属

电导性能和 Li2S/Li2Sx 之间强烈的相互作

用，能够降低能量势垒，促进锂离子的运输，

控制 Li2S 的表面沉淀，加速表面介导的氧

化还原过程，从而提高 Li-S 电池的整体性

能。实验验证表明分解能垒与输运能垒对

初始过电势、锂化反应速率等重要性质有

决定作用。

通过对一系列金属硫化物进行系统的

研究和分析，发现其在作为极性主体材料

时，由于这类材料固有的金属属性和多硫

化物间较强的相互作用，从而促进了锂离

子的传输，加速了表面介导的氧化还原反

应，对降低锂离子输运的能量势垒和提高

主题文章北航国际交叉科学研究院院刊


科技发明

一系列闻名世界的仿生机器人，如仿生象鼻，仿生鸟类扑翼，仿生

袋鼠等。目前北京航空航天大学与 Festo 已合作申报了发明专利。

仿生软体章鱼触手从自然界中的头足纲软体动物（如章鱼、

乌贼等）的生理结构获得灵感，由接近生物软组织材料组成，其长

度为 22 厘米，重量只有 190 克。仿生软体章鱼触手内部分布有独

特的环形空腔，通过对其充气可实现快速、精准的弯曲缠绕运动，

改变供给的气压，软体触手的弯曲曲率随之改变，从而可以抓取不

同尺寸的物体；软体触手内侧分布有 10 个主动吸盘和 8 个被动吸

盘，吸盘根据生物章鱼形状设计，可采取负压主动吸附的方式，有

效地吸附物体，在调整物体姿态便于抓持的同时，也能够增加对物

体的抓持力。将吸附与缠绕两种方式结合，实现了对多种不同形状、

不同尺寸、不同摆放姿态物体的稳定抓持。

软体机器人的研究不但有助于揭示自然界生物在形态学、材

料、力学、运动学等方便的科学问题，还有利于推动新的仿生材料

与结构以及新型机器人的研发。软体机器人技术有效弥补了传统刚

性机器人的弊端，有着重要的科学意义和广阔应用前景。

文力，机械工程及自动化学院，副教授，卓越百人，E-mail:liwen@

buaa.edu.cn

相关视频链接：

http://softrobotics.buaa.edu.cn/videos/index.htm

https://www.youtube.com/watch?v=ZPUvA98uSj8

相关报道链接：

https://www.technologyreview.com/s/604023/

https://www.springerprofessional.de/en/robotik/konstruktionslehre/

mit-bionik-zur-sicheren-mensch-maschine-interaktion/12181028

http://www.popularmechanics.com/technology/gadgets/a25888/

仿生软体章鱼触手机器人

北京时间 4 月 24 至 28 日，北京航空航天大学 ITR 软体机

器人实验室与德国 Festo 合作研制的软体章鱼触手机器人 (Soft

Robotic OctoGripper)在汉诺威工业展(Hannover Messe)亮相，

并引起公众、工业、学术等各界人士的兴趣。本届汉诺威工博会的

主题为“融合的工业——创造价值”。德国总理安格拉·默克尔

(Angela Merkel) 与波兰总理贝娅塔·希德沃 (Beata Szydlo) 详

细地了解了仿生软体机器人在未来的工业操作、人机共融交互等领

域的应用前景。麻省理工科技评论 (MIT Technology Review)、

美国有线新闻网 (CNN)、英国每日邮报 (Daily Mail) 等科技网站

与媒体先前对软体章鱼触手机器人进行了详细报道。

软体章鱼触手机器人是德国 Festo 仿生学习网络与北京航空

航天大学合作进行的一项最新的探索性科研项目（周期：2015.11-

2017.04），也是首个亚洲高校与 FESTO 的合作项目。FESTO

仿生学习网络“Bionic Learning Network”在世界上享有盛誉，

通过与多个世界的著名高校或研究所进行合作（如德国柏林工大，

荷兰代尔夫特，马克斯 - 普朗克研究所等），在过去 10 年研制出

图 1 软体章鱼触手在德国汉诺威展会上

图 2 软体章鱼触手结构图




梶野敏贵教授

北京航空航天大学大爆炸宇宙学与元素起

源国际研究中心主任

北京航空航天大学物理科学与核能工程学

院特聘教授

“外专千人”特聘专家

美国物理学会会士

教育科研背景及荣誉

梶野敏贵教授 1956 年出生于日本新

泻，是家里的第三个儿子，父亲是中学数

学老师 , 母亲出生于一个超过 400 年历史

的古老家族。在学校里，他曾希望自己成

为一名小说作家、中文书法家、医生或者

科学家。他是家庭及亲属中第一个获得博

士学位的人。

梶野敏贵教授分别于 1979 年和 1984

年在东京大学获得物理学学士和博士学位，

师从著名理论核物理学家 Akito Arima 教

授（有馬朗人教授，也是北京航空航天大

学名誉教授）。1984 到 1993 年，任东京

都立大学教员，1993 年调任日本国家天文

台，并加入东京大学天文学系。梶野敏贵

教授在 2004 年被评为美国物理学会会事，

评语“为核天体物理学和理论物理以及促

进日本和国际社会之间的科学交流做出了

重大贡献”。2016 年，入选中组部“外专

千人”计划，任北京航空航天大学大爆炸

宇宙学与元素起源国际研究中心主任。

梶野敏贵教授（左）和中华人民共和国人力资源和社会保障部尹蔚民部长（右）

这张照片摄于第十五届国际人才交流大会（2017 年 4 月 15 日，深圳）“外专千人”特聘专家颁

证仪式上。


大师风采

物理学家和粒子物理学家保持着紧密合作。

他利用收到的大量短寿命放射性核、中微

子振荡和暗物质粒子的新数据，改进其大

爆炸宇宙学和元素起源的理论模型。此外，

基于超新星爆发中中微子与原子核相互作

用体现出来的对称破缺理论，他提出了一

个解释地球上氨基酸左旋性的理论模型，

探索宇宙中生命起源等相关问题。梶野教

授进行了理论研究、观测和实验的全方位

国际合作。

大爆炸宇宙学与元素起源国际研究

中心未来计划

梶野教授曾多次访问中国，并与核天

体物理学和宇宙学领域的很多中国科学家

保持着非常好的合作关系。2017 年 3 月，

大爆炸宇宙学与元素起源国际研究中心在

北京航空航天大学成立，梶野教授就任主

任。这个研究中心将专注于宇宙演化和元

素起源这一基础性和交叉学科的研究。他

将促成与原子核科学和技术研究中心的所

有成员、与北京航空航天大学物理科学与

核能工程学院以及国际交叉科学研究院建

立强有力的合作。

梶野教授是国际知名的核天体物理学

家和宇宙学家。第十三届“物质起源和星

系演化”大会于 2015 年在北京召开，该

会议由梶野教授和他的同事在 1991 年发

起。他同时还主持了 2016 年在日本新泻

举办的第十四届“宇宙中的原子核国际研

讨会”，会议引导了核天体物理领域发展

的新方向。在大爆炸宇宙学和元素起源领

域，梶野教授将尝试以北京航空航天大学

为平台，吸引和开展更多的国际合作。

从左至右：梶野敏贵，格兰特马修斯（圣母大学），George Smoot（加利福尼亚大学，2006 年诺

奖获得者），Joseph Silk（牛津大学）。这张照片摄于 2007 年在法国布洛瓦召开的宇宙学大会。

斯巴鲁望远镜，世界上最大的地面望远镜，

在夏威夷莫纳克亚山上

梶野教授主持的 2016 年在日本新泻举办的第

十四届国际宇宙核子研讨会

研究掠影

大爆炸宇宙学和元素起源方面的研

究：完成博士学位后，梶野敏贵教授加入

日本东京都立大学物理系，在那里他主要

从事大爆炸宇宙学和原初核合成的研究。

1989 年，与美国俄亥俄州立大学的合作者

Richard Boyd 提出了一种关于重子数密

度波动的不均匀大爆炸模型，来预测早期

宇宙中短寿命放射性核形成重元素的过程。

此论文的发表比 George Smoot(2006 年

诺贝尔奖得主 ) 和 WMAP 团队 1992 年发

现的宇宙微波背景 (CMB) 波动，早了三年。

短寿命的放射性核形成元素的过程可以用

来探测早期宇宙的宇宙相变。为了持续深

入开展此项研究，梶野教授邀请了谷畑勇

夫（北京航空航天大学教授），格兰特

马修斯（圣母大学教授），以及 Charles

Alcock（哈佛大学哈佛 - 史密森天体物理

中心主任），就大爆炸宇宙学和元素起源

理论方面进行合作。

从理论研究到天文观测和实验物理：

梶野教授加入日本国家天文台和东京大学

后，开始了与天文观测学家和实验核物理

学家的合作，希望可以通过观测和实验来

验证他关于大爆炸和超新星爆炸条件下元

素起源的理论预言。2005 年，国际合作

团队 SUBARU-HDS 在银河系晕中发现

了一颗极贫金属星，该恒星被认为是宇

宙中最古老的恒星之一。梶野教授提出

了一种模型，指出类金和铀的重元素可

以在超新星爆炸和中子双星合并两种条

件下产生。世界上最大的天文望远镜，

如 SUBARU( 日本 ),LAMOST( 中国 )，

Hubble Space Telescope( 美国 ) 在进行

光谱观测，检验相关预测。他也与实验核


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湍动磁重联中的间歇性能量耗散 - iri.buaa.edu.cniri.buaa.edu.cn/__local/A/12/E9/14F8F0E12A28F8343F... · 2017 Beihang University REPORTER 1 梶野敏贵 教授 22页 湍动磁重联中的间歇性能量耗散

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