無序硅中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和電子躍遷的起源

Nature封面：原子洞察力。Nature雜志第7840期封面文章報(bào)道了無序硅中結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和電子躍遷研究進(jìn)展。非晶硅在高壓下的豐富相行為已經(jīng)得到了廣泛研究，以期更好地從整體上理解結(jié)構(gòu)無序材料。但是，研究人員一直難以理解這些行為的機(jī)制。Volker Deringer及其同事們研究發(fā)現(xiàn)，用于模擬加壓非晶硅的原子機(jī)器學(xué)習(xí)模型能幫助闡明這些行為機(jī)制，該研究模型能夠覆蓋實(shí)驗(yàn)中遇到的所有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。文章稱此類計(jì)算方法有望為涉及高難度實(shí)驗(yàn)條件的預(yù)測(cè)性材料建模開辟應(yīng)用前景。

光子雪崩納米粒子可產(chǎn)生巨大的非線性光學(xué)響應(yīng)

Nature封面：光子雪崩。Nature雜志第7841期封面文章報(bào)道了一種非線性光學(xué)效應(yīng)光子雪崩。當(dāng)某種材料受光照超過一定的閾值光強(qiáng)時(shí)，材料就會(huì)發(fā)出不成比例的大量光子，也就是光子“雪崩”。迄今為止，這種現(xiàn)象只在塊體材料和聚集體中觀察到過。研究表明，銩離子摻雜的納米晶體可以單獨(dú)形成光子雪崩。研究人員在單光束、超分辨率成像中使用了他們的納米晶體，達(dá)到了70納米以下的空間分辨率。研究團(tuán)隊(duì)指出，他們的雪崩納米粒子或在亞波長成像、光學(xué)與環(huán)境傳感、神經(jīng)形態(tài)計(jì)算方面具有應(yīng)用前景。

藍(lán)色噴流進(jìn)入平流層的觀測(cè)研究

Nature封面：從國際空間站看到的藍(lán)色噴流（blue jet）藝術(shù)示意圖。Nature雜志第7842期封面文章報(bào)道了國際空間站上一設(shè)備對(duì)藍(lán)色噴流的觀測(cè)結(jié)果。藍(lán)色噴流是一類閃電，能從雷暴云頂部向上進(jìn)入平流層。這些噴流的持續(xù)時(shí)間不到一秒，尚未得到充分表征，形成過程也仍有爭議。研究人員利用該設(shè)備對(duì)這類事件的無遮擋觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)從一道云頂明亮藍(lán)色閃光開始的藍(lán)色噴流，持續(xù)時(shí)間約10微秒。根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的分析，這道閃光可能與啟動(dòng)云內(nèi)閃電的無線電波的負(fù)窄雙極性脈沖是光學(xué)等效的。

利用在線求職平臺(tái)監(jiān)測(cè)招聘中的歧視現(xiàn)象

Nature封面：招聘中的種族歧視。Nature雜志第7843期封面文章報(bào)道了一種量化招聘歧視的方法，該方法能追蹤招聘單位在求職網(wǎng)站上的搜索行為，并用機(jī)器學(xué)習(xí)控制招聘單位能看到的求職者特征。研究人員在瑞士的一個(gè)求職平臺(tái)上測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)移民和少數(shù)族裔候選人比來自主體族裔的同等候選人被聯(lián)系次數(shù)要少4%～19%。研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在男性占主導(dǎo)的職業(yè)中，女性被聯(lián)系次數(shù)要少7%，在女性占主導(dǎo)職業(yè)中也發(fā)現(xiàn)了與此相反的趨勢(shì)。文章認(rèn)為，此項(xiàng)工具能以高成本效益、非侵入的方式持續(xù)監(jiān)測(cè)并減少招聘中的歧視現(xiàn)象。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網(wǎng)）

阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的設(shè)備平臺(tái)倒塌

Science封面：20世紀(jì)80年代后期俯視波多黎各阿雷西博天文臺(tái)305米寬的無線電天線。Science雜志第6526期封面文章報(bào)道了阿雷西博望遠(yuǎn)鏡倒塌的故事。2020年8月10日，一根支撐著900噸重儀表平臺(tái)的鋼索在碟形盤上方斷裂并墜毀。第二條支撐電纜在11月6日斷裂。11月19日，美國國家科學(xué)基金會(huì)宣布阿雷西博望遠(yuǎn)鏡將退役，并以可控方式拆除。但拆除計(jì)劃尚在進(jìn)行中，12月1日，望遠(yuǎn)鏡設(shè)備平臺(tái)就已倒塌。阿雷西博望遠(yuǎn)鏡是科幻片《超時(shí)空接觸》以及007電影《黃金眼》取景地。隨后，研究人員宣布了在同一地點(diǎn)建造一個(gè)耗資4億美元的望遠(yuǎn)鏡的計(jì)劃。

噴毒眼鏡蛇致痛防御毒液成分的趨同進(jìn)化

Science封面：一些眼鏡蛇，如莫桑比克噴毒眼鏡蛇（Naja mossambica），利用吐毒液作為一種有效的遠(yuǎn)程防御機(jī)制。Science雜志第6527期封面文章報(bào)道了在防御選擇驅(qū)動(dòng)下發(fā)生跨多種表型水平的趨同演化。蛇的毒液主要用來制服或殺死獵物，大多數(shù)毒液都有明顯的作用，例如導(dǎo)致死亡或癱瘓。然而，有一種蛇的毒液已經(jīng)進(jìn)化，從捕食變成了保護(hù)。具體來說，在“吐痰”（噴毒）蛇的3個(gè)不同譜系中，毒液用于威懾捕食者。Kazandjian等人的研究表明，在這些譜系中也發(fā)生了類似的變化，將細(xì)胞毒性成分轉(zhuǎn)化為作用于哺乳動(dòng)物感覺神經(jīng)元并引起疼痛的混合物。

裸鼴鼠群落特有的方言

Science封面：裸鼴鼠（Heterocephalus glaber）。Science雜志第6528期封面文章報(bào)道了聲音方言在裸鼴鼠群體中的文化傳播。裸鼴鼠的問候叫聲、柔和的啁啾聲，可以用來交流社會(huì)成員身份，這一發(fā)現(xiàn)可能有助于闡明社會(huì)交流機(jī)制。Barker等人的研究顯示，與其他嚙齒類動(dòng)物不同的是，裸鼴鼠幾乎失明，高度社交化，但又排外。它們有一種群體特有的打招呼聲，一種柔和的唧唧聲。這是裸鼴鼠在生命早期習(xí)得的，有助于識(shí)別群體成員，從而有助于保持群體的凝聚力。這種柔和的啁啾信號(hào)似乎是由女族長或“女王”調(diào)制的。

20歲的人類基因組

Science封面：人類基因組序列發(fā)表20年。Science雜志第6529期特刊報(bào)道了兩個(gè)研究小組在《科學(xué)》和《自然》雜志上發(fā)表了人類基因組的第一份草圖20年后，人類染色體中嵌入的復(fù)雜代碼已經(jīng)改變了研究、醫(yī)學(xué)和我們對(duì)自己的概念。人類基因組計(jì)劃（HGP）是一個(gè)國際支持的公共項(xiàng)目，它于1990年啟動(dòng)。DNA測(cè)序的高通量技術(shù)對(duì)該項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。不斷增加的序列數(shù)據(jù)推動(dòng)了相關(guān)學(xué)科和計(jì)算工具的發(fā)展。Lara Choksey在她的新書《基因組時(shí)代的敘事》中寫道：“如果雙螺旋是現(xiàn)代時(shí)代的標(biāo)志，那么基因組就是現(xiàn)代最后的宏大敘事之一”。

（本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng)）

新型成像技術(shù)觀測(cè)三維亞細(xì)胞毫秒尺度活動(dòng)的小時(shí)級(jí)長時(shí)活體

清華大學(xué)戴瓊海院士團(tuán)隊(duì)突破三維組織分布、光學(xué)像差、光毒性等諸多膠著問題的限制，在哺乳動(dòng)物活體環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了高速亞細(xì)胞分辨率長時(shí)程觀測(cè)。相關(guān)成果發(fā)表于Cell。遷移體（migrasome）是清華大學(xué)俞立團(tuán)隊(duì)最近發(fā)現(xiàn)并命名的新細(xì)胞器，現(xiàn)在已知遷移體在胚胎發(fā)育、免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)維持中起重要作用。借助掃描光場(chǎng)顯微鏡（DAOSLIMIT），開創(chuàng)哺乳動(dòng)物活體環(huán)境中遷移體功能研究的新領(lǐng)域。研究人員將中性粒細(xì)胞和血管分別進(jìn)行染色，在活體小鼠肝臟內(nèi)進(jìn)行多色成像，首次清晰地觀測(cè)到了遷移體和絲狀偽足在哺乳動(dòng)物體內(nèi)的生成與變化，為揭示哺乳動(dòng)物活體多細(xì)胞、多細(xì)胞器間的相互作用提供了全新路徑。

掃描光場(chǎng)顯微鏡（DAOSLIMIT）系統(tǒng)概念與原理應(yīng)用示意（圖片來源于清華大學(xué)網(wǎng)站）

可逆光開關(guān)的拉曼散射成像

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授季敏標(biāo)課題組與南方科技大學(xué)教授吳長鋒課題組合作，通過在二芳基乙烯母體分子中引入炔基，設(shè)計(jì)出一類具有光敏特性的拉曼探針，實(shí)現(xiàn)了可控開關(guān)的受激拉曼散射成像。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。受激拉曼散射（SRS）顯微術(shù)利用受激輻射原理將微弱的拉曼信號(hào)放大數(shù)個(gè)量級(jí)，可實(shí)現(xiàn)快速的振動(dòng)光譜成像。該研究利用可逆光異構(gòu)化的分子偶聯(lián)上拉曼探針，實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)化敏感的拉曼光譜響應(yīng)。通過將分子勻涂成PMMA薄膜，并通過可編程振鏡控制紫外/可見光在薄膜上隨意寫出/擦除文字等信息。通過分子修飾，使之能夠特異性靶向活細(xì)胞中的線粒體，在細(xì)胞甚至亞細(xì)胞層面實(shí)現(xiàn)可逆的SRS光開關(guān)成像。

“一步機(jī)械化學(xué)法”制備鈉電池正極材料

中國科學(xué)院過程工程研究所趙君梅研究員與合作者開發(fā)出制備鈉電池正極新材料。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。儲(chǔ)能技術(shù)是可再生能源發(fā)電并網(wǎng)和智能電網(wǎng)應(yīng)用普及的核心技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)我國碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一，尤以電化學(xué)儲(chǔ)能為突出形式。研究團(tuán)隊(duì)率先開發(fā)出無溶劑的機(jī)械化學(xué)法快速制備含碳NVPFs復(fù)合物，因能實(shí)現(xiàn)原位碳骨架的構(gòu)建，界面反應(yīng)得以強(qiáng)化。該制備方法可將液相法的7天生產(chǎn)時(shí)間縮短至30分鐘，產(chǎn)品倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性得到極大提升，保證了工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)效率。令人驚喜的是，產(chǎn)品公斤級(jí)放大組裝的商業(yè)級(jí)26650圓柱電池證實(shí)了其高功率和長循環(huán)特性。

應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化光伏熱電混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)

中國科學(xué)院工程熱物理研究所張航研究員等人通過對(duì)光伏熱電混合系統(tǒng)的優(yōu)化，探討了機(jī)器學(xué)習(xí)在結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方面的應(yīng)用，為其在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能提升的應(yīng)用方面提供了實(shí)例和參考。相關(guān)成果發(fā)表于Engineered Science。研究人員選取單晶硅、砷化鎵太陽能電池和不同尺寸的熱電器件進(jìn)行了研究。當(dāng)不同光伏電池與熱電器件面積比值（n值）為4時(shí)，熱電器件獲得最大的功率輸出。在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，光伏電池和熱電器件輸出的電能相互隔離的情況下，熱電器件獲得最大輸出功率，混合系統(tǒng)的綜合發(fā)電效率最高達(dá)到32.2%。獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，研究人員選用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對(duì)混合系統(tǒng)光伏與熱電器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)再次進(jìn)行優(yōu)化。

可以自發(fā)改變顏色的金屬材料

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理實(shí)驗(yàn)室孫永昊研究員、白海洋研究員等人與國內(nèi)外科研人員合作，發(fā)現(xiàn)了一種可以在自然條件下自發(fā)改變顏色的金屬材料。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Alloys and Compounds。該金屬材料自發(fā)改變顏色的特性來自該合金在室溫條件下持續(xù)且不中斷的自發(fā)氧化。這是一種由稀土元素鈰作為主要組元的非晶合金。它由于鈰的化學(xué)活性所以在室溫下有高的氧化速率，由于非晶結(jié)構(gòu)中均勻的缺陷分布，避免了如多晶合金中因局域缺陷位置快速氧化所帶來的銹斑，使得非晶合金的表面氧化層厚度均勻。通過在鈰基非晶合金中摻雜釔，可以加快該金屬材料在自然條件下的變色，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其變色速率的調(diào)節(jié)。

(a)(b)分別為S0和S5色帶在環(huán)境條件下老化1~117天后的表面顏色；（c）為彩色S5色帶的色度圖。（圖片來源于中國科學(xué)院物理研究所網(wǎng)站）

具有膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)的高效MOF分離膜

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所楊維慎研究員、班宇杰副研究員團(tuán)隊(duì)利用原位界面組裝策略，構(gòu)筑了表觀厚度為零、高度取向的膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)MOF膜，實(shí)現(xiàn)氫氣/二氧化碳的高效分離。相關(guān)成果發(fā)表于Science Bulletin。研究團(tuán)隊(duì)利用原位界面組裝策略制備了ZIF-L膜，通過調(diào)變配體濃度，可將膜層完全限制在載體孔隙內(nèi)，形成高度取向的膜-載體互鎖型復(fù)合微結(jié)構(gòu)（MIS），膜表觀厚度為零。ZIF-L膜的氣體測(cè)試結(jié)果顯示，其氫氣/二氧化碳分離因子超過200，氫氣滲透率達(dá)4000GPU以上，性能位于工業(yè)應(yīng)用目標(biāo)區(qū)域。MIS-ZIF-L膜還展現(xiàn)出良好的機(jī)械穩(wěn)定性，以硅橡膠墊反復(fù)刮擦膜表面，不會(huì)造成其選擇性下降。

微腔超模拉曼激光的單模特性

北京大學(xué)物理學(xué)院、納光電子前沿科學(xué)中心、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖云峰教授和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組揭示了微腔超模拉曼激光的單模特性，通過激光自注入的方法實(shí)現(xiàn)了激射模式的動(dòng)態(tài)切換。相關(guān)成果發(fā)表于PNAS?；匾舯谖⑶恢邢嘞騻鞑サ男胁Ｊ娇梢韵嗷ヱ詈闲纬梢粚?duì)光學(xué)超模；基于這一體系，實(shí)驗(yàn)證明了超模拉曼激光的單模特性。采用激光自注入方法，將輸出的部分拉曼激光再次耦合進(jìn)入微腔并與反方向的光場(chǎng)干涉，從而動(dòng)態(tài)調(diào)控兩個(gè)光學(xué)超模的損耗。研究人員結(jié)合理論計(jì)算分析，解釋了拍頻信號(hào)來源于兩個(gè)激射模式交替過程中的動(dòng)態(tài)干涉，而非穩(wěn)定的雙模激射。

近閾奇特強(qiáng)子態(tài)的統(tǒng)一解釋及新預(yù)言

中國科學(xué)院理論物理研究所郭奉坤研究員等人構(gòu)造了模型無關(guān)的非相對(duì)論有效場(chǎng)論，對(duì)強(qiáng)子之間的低能散射進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)了閾值附近散射振幅的一般性行為，揭示出近閾結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的普遍規(guī)律。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Letters。奇特強(qiáng)子態(tài)，就是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)夸克模型中夸克-反夸克構(gòu)成的介子或3個(gè)夸克構(gòu)成的重子的強(qiáng)子。研究表明，只要兩個(gè)粒子之間存在吸引力，那么必定會(huì)產(chǎn)生近閾結(jié)構(gòu)，而且吸引力越強(qiáng)、粒子質(zhì)量越重，近閾結(jié)構(gòu)就會(huì)越劇烈。研究預(yù)測(cè)，如果一對(duì)粲強(qiáng)子和反粲強(qiáng)子之間存在吸引相互作用，那么在與之可以耦合的粲偶素和輕強(qiáng)子的不變質(zhì)量譜上可以看到相應(yīng)的閾值結(jié)構(gòu)，并指出近閾結(jié)構(gòu)在底強(qiáng)子系統(tǒng)中將更明顯。