科技名刊精選

Nature

斑馬魚幼魚的趨流性

Nature封面：斑馬魚幼魚。Nature雜志第7664期封面文章報道了斑馬魚幼魚的趨流性。Florian Engert與合作者考察了讓魚能夠探測到所在水域水流的感覺系統(tǒng)。趨流性使魚即使在缺乏任何視覺線索的情況下，也能始終溯流而上?？茖W家調(diào)查了斑馬魚幼魚的這種能力，發(fā)現(xiàn)其中的奧秘存在于一系列毛細胞（紅色），又稱為側(cè)線。研究者進一步提出毛細胞通過探測魚身體周邊的局部流場旋轉(zhuǎn)，從而可以判斷水流的流動方向。因此，在野外，這讓斑馬魚能夠在缺乏視覺線索的情況下感知環(huán)境。

離子碰撞產(chǎn)生漩渦

Nature封面：美國紐約布魯克黑文國家實驗室相對論重離子對撞機所執(zhí)行的STAR實驗中，兩顆金原子核發(fā)生碰撞后產(chǎn)生的軌跡。Nature雜志第7665期封面文章報道了離子碰撞研究。當這樣的重離子碰撞時，它們會產(chǎn)生一種在本質(zhì)上同流體一樣的奇異物質(zhì)態(tài)。如果兩個粒子發(fā)生斜碰，這種流體就會產(chǎn)生漩渦。STAR合作項目首次報告稱在實驗中觀察到了這種漩渦的存在。該團隊表示，這次觀察到的由碰撞產(chǎn)生的夸克—膠子等離子體的渦量是有史以來最高的。這項研究或許能夠為認識將質(zhì)子內(nèi)夸克結(jié)合在一起的力提供新的見解。

人造光威脅傳粉

Nature封面：紅天蛾，一種夜行性傳粉者。Nature雜志第7666期封面文章報道了人造光威脅傳粉。在全球范圍內(nèi)，傳粉者的數(shù)量正在下降，已知造成這種情況的原因包括農(nóng)業(yè)集約化和外來物種入侵。已有研究認為夜間的人造光對它具有影響。為了驗證這個觀點，Eva Knop及同事在瑞士開展了一項田間試驗。他們在夜間用人造光照射雜草叢生的草地，并監(jiān)測植物和傳粉者在夜間和日間的互作情況以及相應(yīng)的傳粉服務(wù)。在被照射區(qū)域，傳粉者造訪植物的次數(shù)下降了62%，一種核心植物所產(chǎn)的果實也減少了13%。

關(guān)于轉(zhuǎn)移癌的臨床綜合基因組學研究

Nature封面：個體中多種癌細胞從原發(fā)部位擴散到其他部位，即癌細胞轉(zhuǎn)移的情況。Nature雜志第7667期封面文章報道了轉(zhuǎn)移癌的臨床綜合基因組學研究。圖中的原發(fā)癌包括前列腺癌（藍色）、乳腺癌（粉色）、肺癌（綠色）和結(jié)腸癌（橙色）。Arul Chinnaiyan及同事報告了密歇根腫瘤學測序項目下對500位轉(zhuǎn)移癌病人的DNA和RNA進行測序的結(jié)果。論文表征了癌細胞中基因組改變的全圖，其中包括生殖DNA的某些突變。進一步表明臨床RNA測序可被用于表征轉(zhuǎn)移癌的基因融合、轉(zhuǎn)錄特征和免疫微環(huán)境。

Science

絕緣聚對苯二甲酸對半導(dǎo)體聚乙炔的機械化學解離

Science封面：采用外力將絕緣聚合物變成半導(dǎo)體聚合物。Science雜志第6350期封面文章報道了機械力轉(zhuǎn)化為本征特性多重改變的合成材料。Chen等合成了一種機械化學響應(yīng)的非共軛聚合物，可以通過受力響應(yīng)引起的大分子結(jié)構(gòu)的廣泛重排而轉(zhuǎn)變?yōu)楣曹椌酆衔?。該設(shè)計是基于對聚合類梯狀烯的簡單機械化學解離，這是一種受脂質(zhì)天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)啟發(fā)得到的聚合物，并通過直接易位聚合制備得到。得到的聚乙炔嵌段共聚物表現(xiàn)出較長的共軛長度和均勻的反式構(gòu)型并自組裝成半導(dǎo)體納米線。計算結(jié)果也支持了梯狀烯單元的串聯(lián)解壓縮機制。

古代海員的蹤跡

Science封面：沿海航線。Science雜志第6351期封面文章報道了首批美洲人的旅途?？脊艑W家曾以為，最早到達美洲的人是通過加拿大冰河時期冰川的缺口進入美洲大陸的。但是今天大多數(shù)研究人員認為第一批居民來自海洋。持這一觀點的研究人員認為，海上探險者乘船離開了伯林加——這片古老的土地現(xiàn)在部分淹沒在白令海峽的水下，大約在16000年前，并迅速沿著太平洋海岸移動，至少在14500年前到達智利。然而，很難找到回答這個問題的證據(jù)。一名專門的考古學家正在搜尋14000年到16000年前的海上遺址。研究人員也在墨西哥的Cedros島開展研究工作。

追蹤黃熱病

Science封面：黑吼猴。Science雜志第6352期封面文章報道了巴西前段時間發(fā)生了70多年來最嚴重的黃熱病疫情，有792例確診病例。猴子，如黑吼猴，尤其容易受到黃熱病的攻擊，它們的死亡通常是一種警告，認為這種疾病正在蔓延到新的地區(qū)。巴西人在忍受著疫苗短缺、聳人聽聞的媒體報道，以及偶爾屠殺無辜的猴子?？茖W家們已經(jīng)在這個龐大的國家里尋找病毒潛伏之地，以及它是如何傳播的，這對于應(yīng)對未來的疫情至關(guān)重要。但人們的恐懼仍然存在，尤其是擔心黃熱病會破壞巴西東部沿海的大城市。

腸道的季節(jié)

Science封面：一名來自坦桑尼亞的Hadza部落采獵者拿著一塊蜂巢。Science雜志第6353期封面文章報道了坦桑尼亞Hadza部落狩獵者的腸道微生物的季節(jié)性循環(huán)。我們生活在一個動態(tài)的環(huán)境，各種因素涉及飲食，天氣，社會交往，生活方式。即使是健康人的腸道微生物組成也會受到自然變化的影響?？茖W家研究了從坦桑尼亞的Hadza部落狩獵者那里收集的350個糞便樣本的微生物組分布圖。這些數(shù)據(jù)揭示了微生物群落的年循環(huán)重組；同時表明，在現(xiàn)代化人群中，一些微生物的微生物動態(tài)譜系已經(jīng)減少了。

高新技術(shù)

“墨子號”量子衛(wèi)星實現(xiàn)星地量子密鑰分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)

中科大潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，聯(lián)合中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、南京天文儀器有限公司、國家空間科學中心等，利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，在國際上首次成功實現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)；兩項成果同時發(fā)表于同期《自然》?！澳犹枴绷孔有l(wèi)星提前并圓滿實現(xiàn)全部三大既定科學目標。量子通信通常采用單光子作為物理載體，最為直接的方式是通過光纖或者近地面自由空間信道傳輸。利用外太空幾乎真空因而光信號損耗非常小的特點，通過衛(wèi)星的輔助可以極大擴展量子通信距離。

硒化鐵薄膜中向列性極限下的條紋相

清華大學物理系助理教授李渭、陳曦教授和薛其坤教授與國內(nèi)外科學家合作，報道了鐵基高溫超導(dǎo)研究的最新成果，研究論文發(fā)表于《自然—物理》。利用低溫掃描隧道顯微鏡對多層的硒化鐵薄膜進行了系統(tǒng)的表征，發(fā)現(xiàn)該體系中的電子在其電荷自由度與其自旋自由度相互耦合，形成了全新的條紋相；這一發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了鐵基高溫超導(dǎo)體中條紋相的首次實驗觀測。條紋相的周期與理論計算所預(yù)言的一個新的反鐵磁態(tài)(條紋狀反鐵磁序)相一致。單層硒化鐵被外延生長到STO襯底上會引入額外的拉應(yīng)力，這樣的調(diào)控可獲得單層硒化鐵壓力相圖在負壓時的寶貴信息。

柔性傳感及智能穿戴應(yīng)用

中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陳韋研究員團隊發(fā)展了以納米復(fù)合材料為電極，離子聚合物為中間層的“三明治”結(jié)構(gòu)柔性力學傳感器件，實現(xiàn)了復(fù)雜大形變穩(wěn)定性、無源自驅(qū)動以及方位識別等優(yōu)異性能，相關(guān)論文發(fā)表于ACS Nano。所采用的打孔石墨烯（H-RGO）和單壁碳納米管（CNTs）交聯(lián)電極，既利于形成有效的離子遷移通道，又具有力、電學性能穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而保證了優(yōu)異的大應(yīng)變力學傳感穩(wěn)定性?；谶@些優(yōu)勢，將其應(yīng)用于靈巧手語識別和編譯過程，所發(fā)展的智能手套可以感知手語動作的變化，對不同構(gòu)型甚至是細微變化、動作相近的手語做出精確的響應(yīng)與識別。

多細胞單層中振蕩形貌動力學的激活與同步化

清華大學航天航空學院馮西橋課題組揭示群體細胞協(xié)同振蕩的力學—生物學耦合作用機制，該細胞力學研究最新成果發(fā)表于《美國科學院院報》。力學因素在生物體發(fā)育過程中扮演著重要角色，但之前研究多集中在力學因素對宏觀組織與器官形態(tài)的影響。隨著細胞生物學的快速發(fā)展，力學因素在細胞尺度上的調(diào)控作用受到越來越多的關(guān)注。細胞之間的拉伸應(yīng)力可視作該振蕩的門控機制，并激活生化反應(yīng)作為維持振蕩的能量輸入。羊漿膜的力學邊界條件不僅有助于保持該組織在發(fā)育過程中的幾何完整性，而且對羊漿膜內(nèi)多細胞振蕩的極化和同步化起關(guān)鍵作用。論文進一步揭示了力學因素在細胞群體行為中處于重要地位。

高新技術(shù)

酸鍶上單層鐵硒中的電荷轉(zhuǎn)移及電聲耦合增強的起源

清華大學物理系助理教授張定、王立莉副研究員、薛其坤教授與中科院大連化物所姜鵬研究員、包信和教授等合作，闡述了鈦酸鍶中能帶彎曲導(dǎo)致的電荷轉(zhuǎn)移以及強化的鈦氧(Ti-O)鍵對電聲耦合的增強作用，在解決該體系的高溫超導(dǎo)機理方面走出了關(guān)鍵一步；研究成果發(fā)表于《自然—通訊》。發(fā)現(xiàn)新的超導(dǎo)材料和理解高溫超導(dǎo)機理是當今凝聚態(tài)物理研究的兩個重要方向。研究通過XPS定量分析了鈦酸鍶中不同元素的深能級在鐵硒生長前后的移動，觀察到了這個能帶彎曲的存在。這表明鐵硒—鈦酸鍶作為一個異質(zhì)結(jié)，在結(jié)區(qū)發(fā)生的能帶彎曲是導(dǎo)致鐵硒一側(cè)電子濃度升高的主要原因。

新型高能量密度炸藥分子

中國工程物理研究院化工材料研究所含能材料基因中心含能分子創(chuàng)制團隊用兩步法合成了新型高能量密度炸藥分子二硝胺聯(lián)（口惡）二唑，研究論文發(fā)表于《自然—通訊》。傳統(tǒng)由碳、氫、氮、氧4種元素組成的有機炸藥分子存在一個堆積密度上限，以致于目前室溫晶體密度超過2克每立方厘米的單質(zhì)炸藥分子寥寥無幾。研究團隊采用材料基因組方法自主設(shè)計，以高度對稱性的連1，3，4-（口惡）二唑結(jié)構(gòu)為母體，定向引入硝胺基團提高能量，采用分子氫鍵及π-π堆積等策略提高密度，通過這兩步反應(yīng)進行高效合成，制備出實測密度達到2克每立方厘米的新型高能量密度炸藥分子二硝胺聯(lián)（口惡）二唑。

永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制方法

中科院長春光學精密機械與物理研究所光電探測部精密跟蹤控制團隊，提出了滑模控制和迭代學習控制相結(jié)合的魯棒迭代學習控制方法，抑制了電機轉(zhuǎn)矩脈動對控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速跟蹤性能的影響，與傳統(tǒng)算法相比較，該控制算法使電機轉(zhuǎn)矩脈動降低了33%，研究論文發(fā)表于IEEE Transactions on Power Electronics。該控制算法為4m大口徑望遠鏡的永磁同步驅(qū)動電機的低速、高精度控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。迭代學習控制器對系統(tǒng)未知周期性擾動進行實時估計，以抑制系統(tǒng)的周期性轉(zhuǎn)矩脈動。魯棒迭代學習控制方法在實現(xiàn)對永磁同步電機轉(zhuǎn)矩脈動有效抑制的同時，保證了系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)響應(yīng)能力。

新型二維多鐵體結(jié)構(gòu)

華中科技大學物理學院凝聚態(tài)物理研究所吳夢昊教授團隊開展化學功能化磷烯研究，提出擁有垂直極化和可移動磁性的二維多鐵體，相關(guān)論文發(fā)表于《美國化學會志》。鐵電材料可用于數(shù)據(jù)的非易失性存儲，有望解決因內(nèi)存進一步小型化后棘手的量子隧穿和散熱等問題。通過第一性原理計算表明，鹵素功能化磷烯雙層具有諸多優(yōu)異性能。鹵素功能化磷烯雙層堅挺的垂直極化可歸因于共價鐵電體不同于離子鐵電體的特性，該規(guī)律可擴展至其它二維材料雙層，其中每個插入的鹵素或氫的吸附原子都可存儲1比特數(shù)據(jù)。當其與上層成鍵時可表述為“0”，與下層成鍵時可表述為“1”，這一結(jié)構(gòu)設(shè)計有可能用于制成高密度存儲的單原子內(nèi)存。