BODIPY快速可逆反應(yīng)控制研究

中國科學(xué)院化學(xué)研究所光化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員楊國強(qiáng)課題組與國內(nèi)外科學(xué)家合作，提出了三芳基硼化合物特異熒光性質(zhì)的發(fā)光機(jī)理，設(shè)計(jì)制備了一系列特殊超分子結(jié)構(gòu)熒光探針，應(yīng)用于對細(xì)胞和生物體內(nèi)的溫度、酸堿性等微環(huán)境變化和多個(gè)活性物種的熒光檢測。相關(guān)論文發(fā)表于《自然—通訊》。通過對meso-位無取代的BODIPY2,6-位取代基的選擇性修飾，實(shí)現(xiàn)了在堿誘導(dǎo)下的BODIPY的快速可逆二聚反應(yīng)，二聚產(chǎn)物由于共軛結(jié)構(gòu)的改變使得BODIPY的強(qiáng)發(fā)光性質(zhì)發(fā)生猝滅；當(dāng)遇到可以與誘導(dǎo)劑堿發(fā)生反應(yīng)的物種時(shí)，二聚體又可以快速解離，進(jìn)而恢復(fù)BODIPY的強(qiáng)發(fā)光性質(zhì)。據(jù)此，設(shè)計(jì)了甲醛的高效靈度探針。

化學(xué)合成反應(yīng)（Nature Communications）

實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體三量子比特邏輯門

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在半導(dǎo)體量子比特?cái)U(kuò)展方面獲得進(jìn)展：該實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體量子芯片研究組郭國平教授與肖明、李海歐和曹剛等人創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并制備了半導(dǎo)體六量子點(diǎn)芯片，并在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了三量子比特的Toffoli門操控；相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Applied。設(shè)計(jì)了T型電極開口式六量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，使得控制比特與目標(biāo)比特有較強(qiáng)的耦合，同時(shí)兩個(gè)控制比特之間的耦合較小，滿足了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制比特對目標(biāo)比特受控非門的操控要求，利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的高頻脈沖量子測控電路，實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體量子點(diǎn)體系的三電荷量子比特Toffoli邏輯門，為可擴(kuò)展、可集成化半導(dǎo)體量子芯片的研制奠定了基礎(chǔ)。

基于憶耦器實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸可塑性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心磁學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫陽研究組與同行科學(xué)家合作，提出了一種基于磁電耦合效應(yīng)的非易失性電路元件——憶耦器（memtranstor）。這種器件由電荷和磁通的非線性關(guān)系來定義，其狀態(tài)值用電耦來表示，可以通過測量器件的磁電耦合電壓值來給出；研究論文發(fā)表于Advanced Materials。研究者在具有室溫大磁電耦合效應(yīng)的Ni/PMN-PT/Ni憶耦器中，通過調(diào)節(jié)脈沖觸發(fā)電壓和脈沖次數(shù)，實(shí)現(xiàn)了電耦值的連續(xù)可逆變化，模擬了神經(jīng)突觸權(quán)重增強(qiáng)和減弱行為。利用憶耦器模擬了神經(jīng)突觸可塑性和學(xué)習(xí)功能，證明了基于憶耦器構(gòu)建低功耗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可行性。

二甲苯“綠色合成”研究

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所航天催化與新材料研究中心副研究員李昌志、研究員王愛琴和張濤院士團(tuán)隊(duì)在綠色對二甲苯（PX）合成路線中取得新進(jìn)展，設(shè)計(jì)出一條以木質(zhì)纖維素資源生物發(fā)酵產(chǎn)物（生物基異戊二烯）和甘油脫水產(chǎn)物（丙烯醛）為原料，利用碳化鎢催化分子內(nèi)氫轉(zhuǎn)移串聯(lián)反應(yīng)的合成路線；研究論文發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。選擇具有特定結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)平臺(tái)分子異戊二烯和丙烯醛為底物，在路易斯酸離子液體催化作用下，通過狄爾斯—阿爾德反應(yīng)，構(gòu)建具有對位取代基的六元環(huán)中間體——4-甲基-3-環(huán)己烯甲醛。該中間體在碳化鎢催化劑的作用下，通過連續(xù)氣相脫氫—加氫脫氧反應(yīng)生成PX，兩步反應(yīng)PX總收率高達(dá)90%。

用于搜尋標(biāo)準(zhǔn)模型以外新粒子的單自旋量子傳感器

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出并實(shí)現(xiàn)了用于搜尋類軸子的單電子自旋量子傳感器，將搜尋的力程拓展到亞微米尺度；該成果發(fā)表于《自然—通訊》。研究者將金剛石近表面NV色心的電子自旋用作傳感器來搜尋小于20微米范圍的電子與核子相互作用。制備了離金剛石表面10納米以內(nèi)的NV色心作為探測器，開發(fā)了相應(yīng)的電子學(xué)設(shè)備和量子控制方法。實(shí)驗(yàn)表明新傳感器可以探索的力程范圍是0.1微米到23微米。這一新方法也可以推廣到其他自旋相關(guān)新相互作用的研究，從而為利用單自旋量子傳感器來研究超出標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理提供了可能性。

電子—核子相互作用檢測方案（Nature Communications）

實(shí)驗(yàn)裝置和量子傳感器示意圖（Nature Communications）

雙指針阿秒鐘研究進(jìn)展

北京大學(xué)極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)劉運(yùn)全教授和龔旗煌院士等進(jìn)一步發(fā)展了阿秒鐘技術(shù)，采用同向旋轉(zhuǎn)的雙色（400納米+800納米）圓偏振激光開展實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了一種雙指針阿秒鐘測量技術(shù)；研究論文發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。原子分子內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)時(shí)間尺度在阿秒（10-18秒）量級，能夠追蹤和測量原子或分子中電子的運(yùn)動(dòng)一直是物理學(xué)家的重要目標(biāo)之一。在圓偏振激光作用下，激光電場在一個(gè)光周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)360度，不同時(shí)刻電離的電子波包會(huì)在動(dòng)量空間上被映射到不同的發(fā)射角。通過這種基于圓偏振激光的角度分辨streaking技術(shù)，對于800納米激光可以實(shí)現(xiàn)2.7飛秒/360度,即7.5阿秒/度的超高時(shí)間分辨能力，因此被稱為阿秒鐘。

可耐受超高溫憶阻器

南京大學(xué)物理學(xué)院繆峰教授課題組與國內(nèi)外科學(xué)家合作，利用二維層狀硫氧化鉬（氧化二硫化鉬）以及石墨烯構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)的范德華異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了基于全二維材料的、可耐受超高溫和強(qiáng)應(yīng)力的高魯棒性憶阻器，研究論文發(fā)表于《自然—電子學(xué)》。憶阻器，是一種基于“記憶”外加電壓或電流歷史而動(dòng)態(tài)改變其內(nèi)部電阻狀態(tài)的電阻開關(guān)。由于擁有超小的尺寸、極快的擦寫速度、超高的擦寫壽命、多阻態(tài)開關(guān)特性和良好的CMOS兼容性，憶阻器被業(yè)內(nèi)視為可應(yīng)用在未來存儲(chǔ)和類腦計(jì)算（神經(jīng)形態(tài)計(jì)算）技術(shù)的重要候選者。研究展示了二維層狀材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)在憶阻器領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

量子自旋霍爾和拓?fù)浼ぷ游飸B(tài)研究進(jìn)展

北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心杜瑞瑞教授課題組研究發(fā)現(xiàn)在應(yīng)變的（strained）InAs/GaInSb量子阱中，存在受時(shí)間反演對稱性保護(hù)的量子自旋霍爾態(tài)，并且相比于之前InAs/GaSb量子阱中的量子自旋霍爾態(tài)，其體態(tài)能隙最大可增加5倍，達(dá)到250K。研究論文發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。量子自旋霍爾態(tài)是拓?fù)淞孔游飸B(tài)的一種，具有絕緣的二維體態(tài)和導(dǎo)電的一維螺旋（helical）邊緣態(tài)。量子自旋霍爾態(tài)也被認(rèn)為是很有可能實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算的物理平臺(tái)之一。在應(yīng)變的InAs/GaInSb量子阱中，量子阱中的應(yīng)力使其能帶發(fā)生改變，從而使得體態(tài)雜化能隙得以增大，直接導(dǎo)致邊緣態(tài)電子費(fèi)米速度的增加，螺旋邊緣態(tài)中的相互作用效應(yīng)變?nèi)酢?/p>