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飛秒激光改寫半導(dǎo)體材料“基因”

在非平衡態(tài)超快動(dòng)力學(xué)和瞬時(shí)物態(tài)調(diào)控研究中，一個(gè)備受關(guān)注的重要研究方向是通過周期振蕩的勢(shì)場(chǎng)誘導(dǎo)量子物態(tài)的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控，該方案被稱為“弗洛凱工程”。

清華大學(xué)物理系周樹云研究組多年來致力于低維量子材料的電子能譜和非平衡態(tài)超快動(dòng)力學(xué)的研究，尤其是弗洛凱能帶及物態(tài)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)研究。他們針對(duì)領(lǐng)域難點(diǎn)投入了大量的精力，攻克了中紅外強(qiáng)場(chǎng)脈沖激發(fā)光源以及與角分辨光電子能譜儀結(jié)合方面的困難，研制出具有前沿技術(shù)指標(biāo)的超快時(shí)間分辨角分辨光電子能譜系統(tǒng)。

在材料體系方面，他們巧妙地選取了黑磷這個(gè)具有小帶隙、高遷移率的經(jīng)典半導(dǎo)體材料。通過精細(xì)調(diào)節(jié)中紅外激發(fā)光源的光子能量，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)光子能量與帶隙接近共振時(shí)，黑磷的電子結(jié)構(gòu)從平衡態(tài)的拋物線形狀演化為在帶頂打開能隙的“墨西哥帽”形狀，并觀察到了復(fù)制的弗洛凱邊帶。

“我們研究的電子能帶結(jié)構(gòu)可以通俗地理解成這些材料的‘DNA，它決定了材料的各種屬性?！痹摴ぷ鞯闹饕獏⑴c者之一、清華大學(xué)“水木學(xué)者”鮑昌華解釋道：“而我們所做的就是利用飛秒激光來調(diào)控這些材料的‘DNA，從而獲得我們想要得到的一些性質(zhì)?！?p>

科學(xué)家識(shí)破罕見腦腫瘤細(xì)胞“間諜”

香港科技大學(xué)吳若昊教授及其博士后研究員于雷博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型多功能單細(xì)胞多組學(xué)分析技術(shù)scONE-seq。這種技術(shù)不僅能分析冷凍細(xì)胞及難以取得的細(xì)胞類型，如骨骼和大腦；同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了收集腫瘤中的DNA和RNA數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)流程。

星形膠質(zhì)瘤是一種致命且具擴(kuò)散性的腦腫瘤，患有此類腫瘤的患者在確診后五年內(nèi)的存活率僅為5%左右。團(tuán)隊(duì)利用其新型單細(xì)胞技術(shù)，在星形膠質(zhì)瘤患者樣本中發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)小而獨(dú)特的腫瘤細(xì)胞亞群。這種獨(dú)特的腫瘤細(xì)胞群體通過偽裝成大腦的正常星形膠質(zhì)細(xì)胞，逃過使用其他常見腫瘤測(cè)序方法的檢測(cè)。此外，團(tuán)隊(duì)亦發(fā)現(xiàn)這種“間諜”腫瘤細(xì)胞具有耐藥性分子特征；有關(guān)“間諜”腫瘤細(xì)胞在腫瘤惡化中所起的作用將是未來研究的重要方向。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將為一些最復(fù)雜和罕見腫瘤的研究帶來突破，并為未來的藥物靶標(biāo)發(fā)現(xiàn)開辟新方向。

我國(guó)科學(xué)家取得柔性可拉伸封裝技術(shù)領(lǐng)域原創(chuàng)性成果

高性能密封材料對(duì)于保障柔性器件的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。然而，目前已有的封裝材料無法同時(shí)兼顧密封性能與可拉伸性能。

針對(duì)這一挑戰(zhàn)，上海交通大學(xué)鄧濤教授和尚文副研究員課題組與其合作團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)3年多的合作努力，設(shè)計(jì)制備了基于液態(tài)金屬的復(fù)合封裝材料，通過將常見液態(tài)金屬鎵銦共晶合金與彈性體材料復(fù)合，并巧妙地利用微米玻璃球陣列作為支撐體防止該封裝材料在變形過程中塌陷而引起密封性能的衰減，開發(fā)了一種高氣密性、可拉伸、能集成無線通訊功能的封裝材料，測(cè)得其氧透過系數(shù)為5.0×10-23 m²/（s Pa），接近于金屬鋁，比傳統(tǒng)硅膠彈性體材料低8個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

針對(duì)液態(tài)金屬材料因自身具有電磁屏蔽效應(yīng)而會(huì)限制封裝器件與外界的無線通信的功能這一問題，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了分隔式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過在液態(tài)金屬封裝系統(tǒng)中引入電磁波信號(hào)傳輸窗口，賦予了封裝系統(tǒng)可無線通信的功能。

自供電敷料重塑傷口內(nèi)源性電場(chǎng)促進(jìn)創(chuàng)面修復(fù)

負(fù)壓創(chuàng)面治療技術(shù)（NPWT）是控制急/慢性創(chuàng)面感染的核心技術(shù)；但有研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)NPWT使創(chuàng)緣電解質(zhì)持續(xù)流失，導(dǎo)致創(chuàng)面內(nèi)源性電場(chǎng)衰降，不利于創(chuàng)面再上皮化。

鑒于此，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李舟、羅聃研究團(tuán)隊(duì)及其合作者，將摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）與NPWT相結(jié)合，開發(fā)出一種基于自供電敷料（EGD）的電場(chǎng)耦合負(fù)壓一體化治療新技術(shù)。在EGD治療系統(tǒng)中，間歇負(fù)壓帶來的敷料機(jī)械形變驅(qū)動(dòng)TENG產(chǎn)生高壓/低電流特性脈沖電，為創(chuàng)面提供穩(wěn)定和安全地補(bǔ)償電勢(shì)，不僅抵消NPWT的副作用，而且重塑和增強(qiáng)創(chuàng)面內(nèi)源性電場(chǎng)。EGD產(chǎn)生的電場(chǎng)誘發(fā)表皮細(xì)胞強(qiáng)大的趨電性遷移反應(yīng)，并且促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2表型轉(zhuǎn)化；采用急/慢性皮膚創(chuàng)面模型證實(shí)，EGD顯著抑制炎癥反應(yīng)，促使創(chuàng)面更早地進(jìn)入增殖期；通過誘導(dǎo)表皮細(xì)胞增殖和定向遷移，加速創(chuàng)面再上皮化；通過重建有序的細(xì)胞外基質(zhì)和成熟的上皮微結(jié)構(gòu)，提升重塑期新生皮膚愈合質(zhì)量。

更重要的是，將NPWT升級(jí)為EGD的費(fèi)用僅為6.78美元，這使得患者通過可負(fù)擔(dān)的支出獲得更好的預(yù)后。

科學(xué)家突破光學(xué)超構(gòu)表面偏振復(fù)用容量極限

最近，南京大學(xué)彭茹雯、王牧研究組與美國(guó)東北大學(xué)劉詠民研究組聯(lián)合，創(chuàng)新性地將精心設(shè)計(jì)的光學(xué)響應(yīng)噪聲引入瓊斯矩陣方案中，突破超構(gòu)表面偏振復(fù)用容量的物理極限，理論演繹并實(shí)驗(yàn)證實(shí)利用單一超構(gòu)表面成功獲得高達(dá)11個(gè)獨(dú)立偏振通道，該超構(gòu)表面在不同偏振的單色可見光照射下可觀測(cè)到11種獨(dú)立的全息圖像。該研究結(jié)果為目前光學(xué)超構(gòu)表面偏振復(fù)用的最高容量。

基于該理論策略，研究團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步證實(shí)這種新型的偏振復(fù)用技術(shù)能夠與其他復(fù)用技術(shù)，比如空間復(fù)用，角動(dòng)量復(fù)用等相融合，并實(shí)驗(yàn)展示單一超構(gòu)表面（樣品大小僅0.33mm×0.33mm）能夠產(chǎn)生36種獨(dú)立的全息圖像，形成包含26個(gè)英文字母和10個(gè)數(shù)字的全息鍵盤圖案。該研究為發(fā)展亞波長(zhǎng)尺度下高容量光學(xué)顯示、信息加密、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供新思路，在光通信和互聯(lián)、光計(jì)算、光傳感與探測(cè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

磁存儲(chǔ)材料新技術(shù)，可提升信息存儲(chǔ)速度和密度

反鐵磁材料便是一類新型磁存儲(chǔ)材料，作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，相鄰數(shù)據(jù)位可以密排列以提升存儲(chǔ)密度，并且可使數(shù)據(jù)寫入速度大幅提升。此前已有的反鐵磁存儲(chǔ)器件的電信號(hào)輸出，主要依賴面內(nèi)電子輸運(yùn)的各向異性磁電阻效應(yīng)，高低阻態(tài)之間的電阻差值很小，常溫下數(shù)據(jù)寫入后難以有效讀出，導(dǎo)致出現(xiàn)亂碼等無效儲(chǔ)存情況。

為此，北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院磁性功能材料研究團(tuán)隊(duì)、華中科技大學(xué)物理學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所加工平臺(tái)合作攻關(guān)，突破了原子級(jí)平整反鐵磁金屬單晶薄膜的關(guān)鍵制備技術(shù)，通過界面應(yīng)力誘導(dǎo)非共線反鐵磁單晶薄膜的晶格四方度變化，產(chǎn)生了單軸磁各向異性，以及顯著的反?；魻栃?yīng)?；谠摲闯；魻栃?yīng)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了全反鐵磁異質(zhì)界面（共線反鐵磁/非共線反鐵磁）的交換偏置效應(yīng)，從而設(shè)計(jì)制備出多層膜新型全反鐵磁存儲(chǔ)器件，大幅提升了數(shù)據(jù)讀出可靠性。器件的常溫高低阻態(tài)差值提升了近3個(gè)數(shù)量級(jí)，使超快速響應(yīng)超高密度反鐵磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的研制成為可能，有望大幅提升手機(jī)、計(jì)算機(jī)等信息產(chǎn)品運(yùn)行速度。

全球野火天氣反饋機(jī)制研究取得重大進(jìn)展

南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院丁愛軍教授團(tuán)隊(duì)最新研究發(fā)現(xiàn)，野火不僅受氣象條件影響，而且其所排放氣溶膠的輻射效應(yīng)也可改變氣象要素，由此產(chǎn)生天氣尺度的正反饋機(jī)制顯著增強(qiáng)全球不同沿海地區(qū)的極端野火事件。

該研究團(tuán)隊(duì)通過分析過去20年全球不同野火燃燒區(qū)的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)美國(guó)西岸和東南亞的中南半島地區(qū)的野火燃燒面積存在著顯著的天氣尺度變化，并分別在1周和2周時(shí)間尺度頻譜最強(qiáng)，前者受風(fēng)速和濕度控制，而后者則主要受降雨調(diào)制。

研究發(fā)現(xiàn)，在美國(guó)西部的地中海氣候區(qū)，野火排放的煙羽可增加氣溶膠光學(xué)厚度，通過氣溶膠—輻射—邊界層相互作用增強(qiáng)局地?zé)崃Νh(huán)流，產(chǎn)生更多的干熱山風(fēng)，由此引起野火區(qū)風(fēng)速的增大、濕度的減小和大火潛勢(shì)的上升，從而顯著增強(qiáng)野火氣溶膠的排放并導(dǎo)致峽谷城市空氣質(zhì)量的急劇惡化。然而，位于亞洲季風(fēng)區(qū)的中南半島則有所不同，中南半島地區(qū)野火燃燒煙羽可被抬升至高空后沿著我國(guó)南部沿海傳輸上千公里，并伴有復(fù)雜的云與降水過程以及大尺度環(huán)流的參與，故而該地區(qū)野火天氣反饋的時(shí)間尺度較北美西岸則相對(duì)更長(zhǎng)。