汇总！近期交大科研成果有哪些？
近期，交大科研人员在固溶体合金中间隙溶质原子占位的直接观察、量子三体相互作用研究、无线电能传输领域、证实雷帕霉素是Graves眼病病因治疗等领域接连取得研究新进展。
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目
录
●西安交大科研人员与清华大学合作实现固溶体合金中间隙溶质原子占位的直接观察
● 西安交大科研人员在量子三体相互作用研究方面取得重要突破
● 西安交大科研人员在无线电能传输领域取得重要进展
● 西安交大科研人员证实雷帕霉素是Graves眼病病因治疗重要突破
西安交大科研人员与清华大学合作实现
固溶体合金中间隙溶质原子占位的直接观察
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发表期刊
《先进材料》（Advanced Materials）
研究背景
近期，西安交大刘畅研究员等通过将大量间隙氧原子（12 at%）固溶进TiZrNb系中熵合金，将其屈服强度提升至接近理论强度的4.2 GPa（C. Liu et al.Nat. Commun.13, 1102 (2022)）。
固溶强化效果与间隙原子在晶格中的位置有关。教科书中认为，对于BCC间隙固溶体（比如碳溶于铁而形成的钢），间隙原子位于BCC晶格的八面体间隙位置而不是空间更大的四面体间隙位置（其半径约为前者的两倍），引起不对称的晶格畸变，有效阻碍位错的运动从而提升材料强度。然而，在透射电镜下很难直接观察到金属晶格中原子序数很低的间隙原子，且易受样品表层杂质（如氧化层）的干扰。
对间隙原子及其所占位置直接而可靠的观察，将有助于揭示间隙固溶BCC合金的结构特性，促进新一代高强度金属材料的研究与开发。
图1 O-12合金的电子叠层成像相位图直接观测到高浓度时氧间隙原子倾向于占据四面体间隙位置 a) 具备深亚埃分辨、深度分辨、取向校正的自适应传播因子叠层成像技术（adaptive-propagator ptychography，APP）示意图。该技术在扫描透射电镜中逐点采集衍射图，通过数值重构获得样品的结构信息。b)BCC晶体模型，显示八面体与四面体间隙位置。c-d)在[011]带轴观察O-12合金的图像。该区域内氧间隙原子位于四面体间隙而非八面体间隙位置。
研究成果
西安交通大学材料创新设计中心（CAID）刘畅研究员和马恩教授在上述高浓度间隙固溶中熵合金（(TiZrNb)86O12C1N1(at%) (O-12)）基础上，与清华大学于荣教授团队合作，应用清华自主研发的自适应传播因子叠层成像技术（H. Sha et al.Sci. Adv.8, eabn2275 (2022)），直接观察到了间隙固溶中熵合金中的氧原子及其选择性间隙占位。
研究发现，氧原子在晶格中的占位与其含量直接相关，高浓度时，氧原子主要位于BCC晶格的四面体间隙位置，而非传统认为的八面体位置。原因在于，当大量间隙原子溶入后，多数金属（溶剂）原子都会受到溶质原子影响而产生位移，偏离点阵位置，因此，容纳间隙原子时导致的晶格畸变与所需的应变能，四面体间隙已不再明显高于八面体位置。在此情况下，间隙原子转而倾向于选择空间更大的四面体间隙位置。
论文题目
《直接观察BCC固溶体合金中的间隙原子占位》
（Direct Observation of Oxygen Atoms Taking Tetrahedral Interstitial Sites in Medium-Entropy Body-Centered-Cubic Solutions）
论文作者
西安交通大学金属材料强度国家重点实验室为论文第一作者单位和第一通讯单位。
刘畅研究员（西安交大）、崔吉哲博士生（清华大学）、程志英高级工程师（清华大学）为论文共同第一作者。马恩教授（西安交大）和于荣教授（清华大学）为论文共同通讯作者。其他作者还包括张博召博士生（西安交大）、张思源博士（德国马普所）、丁俊教授（西安交大）。
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西安交大科研人员
在量子三体相互作用研究方面取得重要突破
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发表期刊
《物理评论快报》
（Physical Review Letters）
研究背景
不同量子系统之间的相干相互作用是量子物理和量子技术领域的一个基本科学问题。Jaynes-Cummings (JC)模型描述了两能级量子系统和量子化的场之间的两体相干相互作用，它是量子体系中光-物质相互作用的典型代表，奠定了量子光学的基础。
然而，在实际的量子技术应用中，通常并不仅限于两体相互作用。多体相互作用可以完成更复杂的任务，例如多体纠缠的制备就依赖于量子多体相互作用。但是，相比两体相互作用，实现不同自由度之间的三体直接相互作用仍然是一个科学难题。
研究成果
李蓬勃教授课题组与合作者通过开展金刚石NV center电子自旋和磁机械装置的全量子理论研究，发现并提出了一种全新的理论模型——利用自旋和微磁体之间的相对振动，可以实现自旋、磁子和声子之间的直接相互作用。当自旋和微磁体之间存在相对运动时，自旋所感受到的磁振子的磁场会发生变化，从而导致这三个自由度之间在单量子水平上直接相干耦合。为了控制和增强这种三体相互作用，可利用参量驱动增大机械振动模式（声子）的零点涨落，从而实现指数型的自旋-磁子-声子耦合增强。有很多方式可以实现自旋和微磁体之间的相对运动。对于NV center的振动，可以利用保罗势阱或者注入NV center的金刚石悬臂梁振子来实现。对于微磁体的振动，可以利用超导磁势阱中悬浮磁微粒的方式实现。对于参量驱动，以上方案均可利用时变的电驱动调节机械振动的有效劲度系数。
(a)自旋-磁子-声子耦合模型图
(b)三种可能的实现方案
基于金刚石NV center电子自旋和磁机械装置的自旋-磁子-声子强耦合体系实现了三种基本性质截然不同的自由度的直接相互作用，并通过电驱动控制和增强该相互作用，具有潜在的应用价值和重要的科学意义。
例如，可以方便地实现真三体纠缠，这为相关量子技术的应用提供了便利。该研究为实现单量子水平自旋-磁子-声子三体强耦合奠定了基础，有望在基于固态电子自旋的多自由度量子器件以及量子信息领域中获得重要应用。
拓展阅读
近年来，李蓬勃教授课题组开展了新型量子体系的物理机制等基础性研究，提出了基于内禀磁耦合、双声子参量驱动、空间相位调制等方法增强（实现）自旋-声子（手性）相互作用的新机制，解决了单固态自旋量子比特与单声子强（手性）相互作用的难题。同时，基于自旋-磁子相互作用，提出了增强（实现）单量子水平自旋-光子耦合、自旋-磁子-声子三体相互作用等新理论方案，为构建强耦合条件下的混合量子系统开辟了新的途径。
课题组在物理科学领域代表性期刊Phys. Rev. Lett.、Phys. Rev. A、Phys. Rev. Applied和Phys. Rev. Research等发表了一系列重要论文。
论文题目
《Enhanced Tripartite Interactions in Spin-Magnon-Mechanical Hybrid Systems》
论文作者
西安交通大学物理学院为该论文第一完成单位和通讯单位，博士生黑鑫磊、潘雪峰分别为论文第一作者和第三作者，李蓬勃教授为论文通讯作者。参与此工作的还有日本理化学研究所的Franco Nori教授。
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李蓬勃教授课题组主页：
西安交大科研人员
在无线电能传输领域取得重要进展
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发表期刊
《物理评论快报》
（Physical Review Letters）
研究背景
你是否期待有一天我们的手机和电脑无论在哪都不用再四处寻找充电宝亦或电源？是否期待我们不再为电动汽车续驶里程而担忧，可以边开边充？或许动态无线电能传输技术能让我们梦想成真。
无线电能传输技术因其极为灵活的供电方式被《麻省理工技术评论》（MIT Technology Review）杂志评选为“十项引领未来的科学技术”之一。
21世纪以来，非辐射无线电能传输技术在持续更新的现代物理概念和不断增长的实际需求这两方面因素共同推动下快速发展。无线电能传输系统的传输特性容易因线圈错位和环境变化而被扰动，导致传输功率变化和传输效率下降。
近年来，宇称时间对称无线电能传输系统的出现，将非厄米物理的引入到无线电能传输领域，为解决该问题提供了新的思路。然而，如何在稳定频率下为移动接收设备提供稳定高效的无线电能传输仍然是一大挑战。
研究成果
近日，西安交通大学电气学院先进电磁调控与能量转换技术研究中心（CAEMEC）马西奎教授团队董天宇副教授和邹建龙副教授等通过开展互感耦合多线圈系统和非线性电路的理论研究，发现并提出一种新的理论方案——在三线圈互感耦合谐振电路系统中，利用非线性放大器的自适应增益特性，实现在变化互感耦合参数下的定频高效无线电能传输。
该方案指出，在合理的增益损耗参数下，谐振电路系统无需满足宇称时间对称也能稳定高效运行。研究进一步放宽了对系统增益模块电路配置的要求，从而为动态无线电能传输系统以及基于互感耦合谐振电路的其他应用技术提供了极为广阔的设计自由度。该理论框架支持拓展到多源或多负载的系统架构，为实用化的多目标无线电能传输甚至组网技术提供了新的途径，有助于减少诸如电动汽车等移动用电设备对电池的依赖，助力“双碳”目标实现。
基于该理论，研究团队构建出一种双发射机单接收机架构的伪厄米无线电能传输系统，并通过实验证实：在强耦合区域内，即使传输距离发生变化，该系统在无需任何主动调节的情况下仍可以实现定频鲁棒无线电能传输；此外，系统能在无线电能传输的同时实现电压等级调控。这种基于非厄米物理的设计方案为推动实用化动态无线电能传输技术提供了强有力的理论支撑，具有广泛的科学价值与应用前景。
图1 三阶伪厄米无线电能传输系统概念图
图2 伪厄米稳频无线电能传输系统的传输特性曲线
近年来，课题组一直致力于非厄米电子学和无线电能传输技术的研究，在相关理论方法发展和实际应用等方面取得了一系列原创性成果，并在 Nature Communications、Physical Review Applied、Applied Physics Letters、IEEE Transactions on Power Electronics等具有影响力的期刊发表了一系列文章。
论文题目
《基于高阶伪厄米物理的稳定频率鲁棒无线电能传输》
（Frequency-stable robust wireless power transfer based on high-order pseudo-Hermitian physics）
论文作者
西安交通大学电气工程学院首次作为唯一完成单位在《物理评论快报》发表论文。
电气工程学院硕士研究生郝相林和博士研究生殷珂为论文共同第一作者，董天宇副教授和邹建龙副教授为论文共同通讯作者。
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西安交大科研人员证实
雷帕霉素是Graves眼病病因治疗重要突破
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发表期刊
The Journal of Clinical Investigation（JCI）Insight
研究背景
Graves眼病（Graves’ ophthalmopathy, GO）是自身免疫反应介导的眼眶炎症性疾病，表现为眼球突出、疼痛、视力受损等。GO患者的生活质量下降严重，甚至低于糖尿病、慢阻肺和心衰患者。GO的现有治疗主要针对中重度活动期患者，给予糖皮质激素广泛抑制免疫及炎症反应，药物治疗效果不明显或视力迅速恶化的患者需手术治疗。
近年来，学界不断探索GO发病机制，并针对不同环节开展靶向治疗，如麦考酚酸酯和IGF-1R单抗等已取得一定成果。因此，探索GO发病机制，寻找特异性治疗靶点一直是领域前沿的热点及难点。
研究成果
针对以上问题，西安交通大学第一附属医院内分泌代谢科施秉银教授、王悦博士团队近十年来在多项国家自然科学基金项目的支持下，开展针对于GO发病机制和治疗靶点的基础到临床研究（from bench to bedside）。该团队前期已经通过单细胞RNA测序发现GO患者的外周血中存在一群以炎症、趋化为特征的CD4+毒性T细胞（CTL），是GO的治疗的可能新靶点。
针对这一靶点，该团队选择了免疫抑制剂雷帕霉素作为潜在的治疗方案。研究团队通过动物模型、体外实验及临床干预等三个层面证实，雷帕霉素能够通过靶向CD4+CTL细胞，不仅将GO小鼠的发病率从87.5%降低至37.5%，还有效改善了激素耐受的GO患者的复视症状和临床活动评分。因此，雷帕霉素是一种很有前景的治疗GO的潜在药物。
这是继该课题组通过T细胞受体（TCR）测序开发出一种Graves甲亢队列中GO的预测模型（Clinical and translational medicine），单细胞RNA测序发现鉴定了一群GO特异性的CD4+ CTL细胞（Cellular & molecular immunology），建立并系统性评估了一种GO小鼠模型之后（Thyroid），在GO的基础—临床领域的又一新进展。
基于这一GO治疗的新进展，施秉银教授、王悦博士团队已经开展了雷帕霉素治疗GO的全国多中心临床研究。该研究西安交通大学第一附属医院牵头，包括首都医科大学附属北京同仁医院、南方医科大学顺德医院、空军军医大学唐都医院等8家参与。
论文题目
《雷帕霉素通过抑制CD4+细胞毒性T淋巴细胞改善Graves眼病》
（Rapamycin improves Graves’ orbitopathy by suppressing CD4+ cytotoxic T lymphocytes）
论文作者
西安交大一附院张萌博士、香港中文大学Kelvin K. L. Chong教授、西安交大一附院陈子怡博士研究生为论文共同第一作者，德国约翰内斯·古腾堡大学George J. Kahaly教授，西安交大一附院施秉银教授、王悦博士为论文共同通讯作者。
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「出品 / 党委宣传部」
内容来源 / 西安交大新闻网
图文 / 材料创新设计中心CAID
物理学院 电气学院 一附院
值班编辑 / X工作室 徐笑峰
版尾设计 / X工作室 方柯淳
责任编辑 / 交小童