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曲阜师大物理工程学院、科技处讯   近日，皇冠体育官网物理工程学院田建祥教授课题组与亚利桑那州立大学焦阳教授、加利福尼亚大学陈杜宇研究员、河海大学许文祥教授合作在复杂系统的结构性质研究方面取得了重要进展，相关成果以“Universal Hyperuniform Organization in Looped Leaf Vein Networks”为题发表于物理学科旗舰期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters，133, 028401, 2024）(全文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.028401)。文章第一作者为物理工程学院硕士研究生刘源，第一通讯作者为物理工程学院田建祥教授，第一署名单位为皇冠体育官网。这是同时以皇冠体育官网为第一署名单位和第一通讯作者单位在《物理评论快报》上发表的第一篇科学研究论文，实现了历史性突破。该文章被Physical Review Letters编辑委员会选为本期的封面文章（the Letter On the Cover）。

叶脉网络是一种分层的自组织结构，为叶片细胞提供力学支撑并输送水和养分。实验发现各种不同植物种类的叶脉网络呈现为明显的无序结构。在文章中，研究者首次发现了由次级叶脉网络形成的封闭的组织结构中存在一种隐性序，具有超均匀性（Hyperuniformity），并且发现这种隐性序广泛存在于各种不同植物种类的叶片叶脉中，具有普适性。无序的超均匀系统代表了一类新颖的物质系统，它们既像经典的晶体系统一样抑制了大尺度上的密度涨落，又像液态系统和玻璃态系统一样局域性地保持了小尺度上的平动和转动的连续对称性。这些特性赋予了超均匀系统许多新颖和优越的物理性能。

文章中所发现的不同植物种类的叶片叶脉网络中广泛存在的超均匀结构是科学界发现的第一个III类超均匀系统的生物学例子。计算表明，这种结构是植物叶脉系统在主脉和分支的约束下无法演化为完美的有序网络的条件下所能演化得到的扩散输运效率最优的网络结构，凸显了大自然的伟大和神奇。这一发现为理解生物系统中的复杂性和无序性提供了新的视角，即“超均匀性”视角，并为设计最优扩散输运效率的新型无序网络材料提供了启示。

田建祥教授课题组主要从事球形颗粒和非球形颗粒的堆积问题、热力学系统的热力学性质和统计理论、黑洞吸积盘的理论模型和生物物理等方面的理论研究和实验研究。该项研究得到了皇冠体育官网、山东省自然科学基金委和国家自然科学基金委的基金支持。由于发现了第一个III类超均匀系统的生物学例子，这一成果的取得不仅展示了皇冠体育官网在物理学科上的长足进步，也为我国在复杂系统的结构性质研究领域赢得了一定的国际声誉。