引言:
凝聚中科院、工程院、医科院、农科院、985院校及新型研制机构等近200家科研院所、单位发布的研究成果,通过多源动态提取信息因子,按领域维度、期刊级别、创新载体、学者信息、时间梯度等多维度权重,经人工智能估算剖析,国际科技创新中心网路服务平台开发了“科创热榜”的推荐榜单。
基于国际科技创新中心网路服务平台科创热榜每日榜单产生的一周科技记忆,我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。明天,为你们带来第十四期。
本周,我国科学家在多个研究领域取得突破性成果:材料科学家首次打造出异维超结构,实现了制备方式、材料认知和新奇物性的三重突破;化学学家设计出一个可研究粒子量子统计行为的多功能实验平台,首次在实验中实现不同粒子之间的量子干涉;化学学家们首次否认了原子级纤薄半导体在温度硬磁和储存领域的潜力,为电子元件的继续大型化开辟了一条新途径……
1.《》|科学家首次打造“异维超结构”
VS2-VS超晶格生长过程和光学图象。a,VS2-VS的生长过程。b,VS2-VS超晶格薄片的光学图象。c,不同长度的VS2-VS超晶格的拉曼波谱。d,VS2-VS中SHG硬度随角度的变化曲线。e,VS2-VS超晶格中V2p的XPS波谱
超晶格结构是由不同的母体材料根据一定的周期排列产生的一种新物质,并突显出母体所不具有的新奇物性,如铁磁、铁电和超导等,极大丰富了汇聚态化学的研究,并有望应用于新型量子载流子电子元件。但是,借助不同维度的不同物质直接打造制备超晶格结构尚属研究空白。
一个由北理工、北大、大阪学院、南阳理工科学家组成的联合研究团队,首次提出并打造出全新的2D-1D的本征异维超结构方式,该异维超结构由2DVS2和1DVS互相交叉排列,实现了多重研究突破。
首先是制备方式的突破。传统的超结构制备多使用分子束外延方式,材料界面干净整洁度等较难控制,难以观察到物质的本征特点。该超结构的制备则为打造新物质提供了方向。
其次是材料认知的突破。由2D材料和1D线周期性互相交叠产生稳定的异维超结构,结构长度可以调整。突破传统超结构物质只能产生有相同维度物质或不同物质的简单插层,促进了物质领域的发展。
最后是新奇物性的突破。该2D-1D异维超结构表现出完全不同于VS2、V5S8等物质的温度面内反常霍尔效应。促进了不同维度物质之间的耦合,为实现新奇物性如温度铁磁半导体特点、高温量子反常霍尔效应等提供可能。
2.《物理评论快报》|科学家首次实验实现不同粒子之间的量子干涉
单光子和单磁子干涉的实验原理图
相同粒子之间的量子干涉可以阐明粒子固有的量子统计特点,从而引起了科学家们的研究兴趣。同类型的玻骰子,如光子与光子、磁子与磁子之间的量子干涉已经得到了广泛和深入的研究。但是,尚未有研究组对不同类型的玻骰子之间的量子干涉行为进行过研究。
鉴于此,华东交大联合研究团队借助量子储存器在实验上实现了非厄密分束器,演示了不同类型玻骰子之间的量子干涉。该实验首先通过调节量子储存过程中控制光失谐与拉比频度,实现了分束器从厄密到非厄密特点的连续切换。之后,基于该分束器实现了单磁子与单光子之间的HOM干涉,通过调节分束器的非厄密性质,观测到了单磁子与单光子干涉从玻骰子到费米子量子统计的转变。最后,通过连续输入三个单光子步入非厄密分束器实现了三光子干涉。
此项实验成功扩充了人们对量子干涉效应的理解,并展示了一个可用于研究粒子量子统计行为的多功能实验平台。
3.《美国科大学院报》|科学家阐明EB病毒抑制寄主DNA损伤应答的新机制
BRKF4调控寄主核小体组装并抑制寄主DNA损伤应答的模型
EB病毒感染了世界上约90%的人口并与多种恶性脑瘤相关。研究发觉EB病毒的被膜蛋白BKRF4的高抒发与病毒致畸性相关。为此,阐明BKRF4辨识并调控染色质结构的机制,对于了解EB病毒与寄主之间的"博弈机制"特别重要。
一个来自中科院及清华的联合研究团队通过结构生物学、生物物理和细胞生物学等研究手段,阐明了EB病毒蛋白BKRF4在DNA损伤应答(DDR)过程中通过结合寄主染色质,调控染色质组装来抑制寄主DDR讯号传导的分子机制。
研究表明,BKRF4组蛋白结合器件通过“三元结合”模型与人H2A-H2B二聚体互相作用,并特异辨识且结合到半开放的核小体、而非完全折叠的核小体表面,促使核小体解聚,抑制在染色质上的富集,调控寄主DDR。在DNA损伤发生后,BKRF4可被快速招募到细胞发生DNA损伤位点,严重影响BKRF4在DSB位点的招募,使其丧失抑制DDR讯号的能力。
4.《IEEEon》|新技术让脑机插口工作更高效
基于对数欧氏测度广义学习适量量化方式示意图
脑机插口是脑部与外界交互方法的关键。它避开外周神经,通过在脑部与外部设备间构建直接联接进行信息交换。怎么实时、有效地将脑部意图转换为控制外部设备的指令是阻碍脑机插口技术发展的关键问题之一。
因此,中科院长春手动化研究所唐凤珍课题组提出了基于对数欧氏测度黎曼几何的脑讯号解码方式。研究人员将脑联通号表征为协残差矩阵的,从平直的欧氏空间转换到弯曲的对称元氏黎曼空间,借助对数欧式测度,将广义学习矢量量化方式推广到黎曼空间,完善了基于对数欧氏距离的广义学习矢量量化方式,实现了高效快速的脑联通号解码。据悉,通过引入对数欧氏测度学习技巧,学习一个将原流形映射到更具有可分性的黎曼子流形的函数,在保持估算速率的同时,取得了更好的结果。
这一方式在保证精度的同时提高了脑讯号解码的效率,对推动脑机插口在截瘫患者运动复健上的实际应用具有重要意义。
5.《》|科学家为电子元件的继续大型化开辟新途径
二维铁氧体单晶硅结构及磁性质表征
CrI3等本征二维磁极的出现,为载流子电子元件研究开辟了新的方向,但是,当前报导的二维铁磁半导体的种类有限,且大多具有远高于温度的居里气温和较差的环境稳定性,限制了它们在载流子电子元件中的实际应用。
上海学院何军课题组基于限域范德华外延技术,通过引入动力中学生长来实现高质量二维铁氧体单晶硅的制备,其长度最薄可至单个晶胞,除了具有远低于温度的居里气温和优异的环境稳定性,还表现出长度依赖的半导体特点和磁特点,实现了矫顽力的大幅度连续调节。当样品长度小于15nm时,磁畴讯号表现出与晶体结构对称性密切相关的多畴结构,随着长度的增加人类首次实现量子通讯,样品磁结构开始向单畴状态转变,圆形磁滞回线清楚地表明了二维铁氧体单晶硅的垂直磁各向异性,且在3nm以下仍然保持温度下的长程磁有序。
该工作首次否认了原子级纤薄半导体在温度硬磁和储存领域的潜力,也为电子元件的继续大型化开辟了一条新途径。
6.《》|科学家阐明牦牛适应青藏高原极端环境的新机制
建立了家牦牛和野牦牛高质量参考基因组,并阐明了基因组结构变异在基因抒发调控和胰脏细胞分化中的潜在功能
全世界95%的家牦牛和青藏高原特有的野牦牛分布在青海、青海、新疆等省区的高寒藏区及无人区。因为参考基因组不完整等诱因阻碍,目前科学家对牦牛适应性相关分子遗传机制的了解仍然非常有限。
中科院联合研究组建立了野牦牛和家牦牛高质量染色体水平参考基因组,借此为基础,结合普通牛数据系统剖析了大片断结构变异(SV)在牦牛基因组的分布特点。研究发觉牦牛基因组存在大量缺位、插入、倒置、重复等序列,与心、肝、肾脏等组织相比,肝脏中携带SV的差别抒发基因最多,这种变异会影响部份关键转录因子的靶点结合。其次,通过建立牦牛和黄牛肝脏组织单细胞图谱,研究发觉牦牛肠道中内皮细胞存在分化,形成了一类特异的内皮细胞亚型,表明胰腺内皮细胞的发育和对低氧适应的功能可能受SV影响。最后,通过组织学染色观察到牦牛的肺组织中存在较多的弹性纤维,可以提高肺的收缩能力,有利于牦牛适应高原环境。
牦牛高质量基因组的成功组装,为解析牦牛与普通牛生殖隔离的分子机制奠定了基础,并有助于了解人类缺氧相关疾患的发生机制。
7.《》|西南学院在二维材料超快光子学领域取得进展
a缺陷调控后的的差分反射率变化趋势;b不同等离子体辐照时间下的非线性吸收变化;c缺陷调控后可饱和吸收体的连续锁模输出的最大平均功率以及阀值泵浦功率趋势;d1.0µm锁模全固态激光器性能对比
以石墨烯为代表的二维材料因具有优异的电子以及光学性能而成为新的研究热点。通过表面和缺陷工程可以有效调控二维材料的能带结构人类首次实现量子通讯,从而对其热学、光学、磁学、机械等性能形成重要影响。
新型二维光电材料具有大的非线性吸收系数以及良好的空气稳定性。西南学院研究团队通过借助氩等离子体辐照不同时间来精准调控二维中O空位以及Se空位缺陷态密度,有效提升了二维中光自旋的捕获速度和缺陷辅助的俄歇复合速度,从而实现对其可饱和吸收热阻的调控。将二维作为可饱和吸收体应用到全固态锁模激光器中,实现了皮秒锁模激光输出,通过缺陷工程对二维可饱和吸收体进行调控后,锁模激光性能得到了显著提升,实现了665mW、266fs的超短脉冲激光输出。
这项工作为二维材料超快自旋动力学过程以及非线性吸收特点调控提供了新途径,并为二维材料超快光子学元件的设计和开发奠定了理论基础。