能源，人类活动的重要物质基础。人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。然而，随着人们进入物联网、人工智能时代，传统的从发电厂传输到公共事业单位等固定站点的“有序”电力供给方式已难以满足无处不在的物联网分布式电子设备“随机、高熵”性的能源需求。摩擦纳米发电机，以麦克斯韦位移电流为内在驱动力，可以有效地将不规则、低频和分布式的机械能转化为电能，它利用接触起电和静电感应的耦合效应，具有重量轻、成本效益高且易于扩展的显著特点。与通常的机械能收集技术，即电磁发电机相比，摩擦纳米发电机在低频(通常为0.1—3 Hz)下具有比电磁发电机更高的效率和输出性能。此外，摩擦纳米发电机还可用作自供电传感器，使用其电输出信号主动检测由机械扰动引起的动态过程。这些优势使得摩擦纳米发电机在低频环境能量收集上具有广阔的应用前景，例如它可以收集人体运动的能量为小型电子设备供电，还可以收集大范围海洋波浪能等可再生的蓝色能源，助力实现碳中和的伟大目标。

近百年的天文学观测表明宇宙中有大量看不见的“暗物质”存在，但是我们对暗物质的本质却所知甚少。宇宙中也充斥着一种很像暗物质的“幽灵粒子”——中微子，它们的身上也有着众多未解之谜。对暗物质和中微子研究的突破很可能带来下一次物理学的革命。国际上最深的、位于四川凉山州的中国锦屏地下实验室为这样的实验研究提供了得天独厚的场所。过去的20年，液氙探测技术的发展使之成为了探测暗物质、研究中微子性质的核心手段之一。文章主要介绍了暗物质与中微子的未解之谜、液氙探测技术的发展、国内外一些液氙实验的发展态势以及我国液氙探测暗物质“熊猫X”实验的现状和未来。

高能离子束在基础研究、材料学、生物学及医学等诸多领域有着重要价值和广泛应用，其产生方法也受到了越来越多的关注。激光等离子体相互作用能够产生比常规射频加速器高三个量级的加速电场，由此可以建造占地小、成本低、峰值流强高的新型加速器。文章介绍了激光离子加速的基本物理概念及实验进展，并对激光离子加速器的工程设计及应用前景进行了简介。

利用超导宏观量子效应与环境电磁场的相互作用，超导探测器可以实现量子极限灵敏度探测。超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具备高探测效率、低暗计数等优异的性能，已经在量子信息、深空通信、激光雷达等领域得到了广泛的应用，并为中国“九章”光量子计算原型机、量子密钥分发等领域达到国际领先水平提供了核心探测技术支持。文章简述了SNSPD的基本原理，对其性能、制冷技术、应用以及常见的问题等进行了介绍，并对未来发展做了展望。

作为数学的一个重要分支，拓扑学主要研究空间在连续形变下的拓扑不变性。拓扑磁性是研究磁性材料中自旋的整体排列在空间具有某些不变性的学科，一般用磁性拓扑荷来描述(topological charge Q)。磁性拓扑荷表征一个磁结构的磁矩分布状态映射到一个序参量空间(通常为一个单位布洛赫球)时环绕序参量空间的次数。当环绕次数为1时(Q=1)，该磁结构具有拓扑非平庸特性。当环绕次数为0时(Q=0)，磁结构具有拓扑平庸特性。具有不同拓扑荷的磁结构不可以通过磁矩连续变化实现相互转换，因此具有拓扑保护特性。如何破坏这种拓扑保护特性，实现磁拓扑态的可调控性是新型拓扑磁结构研究领域中的热点。

光是人类认识宏观和微观世界的主要媒介，对光与物质相互作用的研究不断拓展着科学的边界，推动着技术的革命。然而，光的波动本性决定了我们很难将光场限制在深亚衍射极限的纳米尺度。如何在纳米尺度对光与物质的相互作用进行调控是当今光物理、光化学、光信息等众多研究领域的核心科学问题。极化激元光学是解决这一科学问题的有效手段之一。