速览！南大近期科技领域新进展
01
发现在铜氧化物高温超导体中提升强电应用指标的关键因素
日前，南京大学物理学院闻海虎教授团队利用高温高压实验技术，成功生长了无毒铜氧化物超导体(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11+δ 多晶和单晶样品，并发现该材料在液氮温度及以上的温区具有很高的不可逆此场，因此可能带来更好的强电应用。近期，闻海虎教授团队与安徽大学葛炳辉教授等合作，揭示了该系统在液氮温区具有很高的不可逆磁场的原因。
这一发现可以推广到其他铜氧化物超导体中去，即将新的CuO链插入到电荷库层中原来重金属原子所在的位置，或者以增强层间的相干电导，从而提升不可逆磁场，促进铜氧化物超导体的强电应用。
(Cu,C)-1234单晶的(a) HAADF-STEM像和(b) iDPC-STEM像。(c) Hg-1234O11和 (Cu,C)-1234O12的结构模型。(d) 理论计算得到的Hg-1234O11和(Cu,C)-1234O12的c方向电导。
02
发现双激发态电化学发光机制并提出精氨酸修饰增强黑磷量子点电化学发光策略
南京大学化学化工学院鞠熀先教授研究团队用黑磷量子点（BPQDs）作为ECL发光体，实现了同时从最低激发单重态（S1）到基态（S0）和最低激发三重态（T1）到基态（S0）发生辐射跃迁产生ECL。该工作用溶剂热法制得直径4nm左右的BPQDs（如图），提出一种精氨酸（Arg）钝化BPQDs氧化缺陷的策略。精氨酸通过其胍基的离域正电荷与BPQDs表面氧化缺陷的负电荷间的静电和氢键相互作用结合，提高了BPQDs的水溶性、稳定性、可修饰性和ECL性能。
为将R-BPQDs的ECL用于生物分析，作者用含有精氨酸的多肽（精氨酸-精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸-丝氨酸，RRGDS）代替精氨酸修饰BPQDs，合成RRGDS-BPQDs，开发出一种用于评估整合素抑制剂抑制效率的灵敏ECL方法。该工作提出的ECL激发态调节新策略为解密ECL机理提供了新途径，并拓宽了纳米ECL发光体的应用。
精氨酸修饰前（BPQDs，蓝色）后（R-BPQDs，红色）的电镜与谱学表征
03
在围绕抗肿瘤活菌药物的研究中取得新发现
南京大学生命科学学院医药生物技术国家重点实验室华子春教授团队长期从事新型原创生物药的研制与转化，也是国内最早开展活体微生物药物研发的团队。近日，华子春教授团队首次发现VNP20009可诱导巨噬细胞为焦亡样（pyroptosis-like）表型，伴随线粒体功能障碍，并最终导致巨噬细胞在体外出现0.1-0.2℃的细胞升温，对应体内细菌治疗后的瘤内区域伴有0.3℃局部升温。此外，该团队发现即便仅有0.3℃的升温，长时间的诱导仍足以引发巨噬细胞向抗肿瘤的M1型极化。
这些开创性的新发现对于理解与探究利用减毒沙门氏菌抗肿瘤治疗过程中，瘤内部分免疫细胞的能量代谢变化、以及细菌潜在抗肿瘤机制等，均具有指导意义。
多/单细胞测温仪揭示VNP20009可诱发巨噬细胞为焦亡样，伴随细胞出现升温
04
发现矽肺病的新致病机制及其治疗靶点
南京大学医学院林兆宇/高翔团队在矽肺病人样本和矽肺小鼠模型中，检测到肺泡灌洗液中GSDMD, GSDME, CASP1, CASP6 ,CASP3, CASP8, IL1B and IL18蛋白的表达上调。并且在矽肺小鼠模型中，Gsdmd和Gsdme双敲的小鼠表现出对二氧化硅诱导的肺部炎症和纤维化的极大缓解，这表明除了Caspase-1/Gsdmd途径外，Gsdme对二氧化硅诱导的炎症和肺纤维化也至关重要。
研究发现Caspase-1/Gsdmd和Caspase-3/8/Gsdme途径对肺部炎症和纤维化的发展都是必不可少的。抑制Gsdme和Gsdmd的切割能显著阻断二氧化硅诱导的焦亡，缓解小鼠肺部炎症和纤维化（如图）。该研究为矽肺的治疗提供了新的靶标和药物。
二氧化硅诱导的焦亡及炎症通路示意图
05
研发出一种基于表面等离子体共振诱导旋光效应的超构表面
南京大学现代工程与应用科学学院徐挺教授、陆延青教授团队研发出一种基于表面等离子体共振诱导旋光效应的超构表面，该超构表面能从频率、偏振、振幅等多个维度调控光，进而产生高饱和度、高效率、明暗连续的结构色。
本研究的最大亮点在于，不但可以产生高效率广色域范围的全颜色显示，还能同时实现高饱和度及明暗强度超连续变化的颜色。下图呈现了显微镜下拍摄的基于超构表面的微缩版“油画”。由于本技术中颜色的产生还依赖于偏振片，那么检偏片本身也可以作为一种开关来实现图像的呈现与消失，在一定程度上，该技术可以用作对高价值物品的防伪，即在图像中编码某些特定文字或代码，而这些标识只有在一些特殊条件下才能呈现出来。
(a)模板设计原则；(b)珍珠耳环的少女；(c)蒙娜丽莎；(d)岩间圣母，比例尺均为200 μm。
06
发现长伽马射线暴与千新星成协，提出新的前身星模型
南京大学天文与空间科学学院张彬彬教授研究团队领衔在全球顶级科研期刊《自然》发表论文“A long-duration gamma-ray burst with a peculiar origin”。该团队发现了一例观测上具有特殊意义的伽马射线暴GRB 211211A，通过详尽的数据分析得出这一长伽马暴与千新星成协的证据，并指出其前身星可能为中子星-白矮星并合系统。该研究团队认为，白矮星-中子星并合之后产生了一个快速自转、高度磁化的中子星，即磁星。磁星的旋转能和磁能驱动了55秒的延展辐射和数千秒的X射线平台辐射，为千新星提供了额外的能量注入。该研究团队指出其能够自洽且完整地符合该暴的所有观测特征。未来的低频引力波探测器有望证实这种前身星系统的存在。
图1. GRB 211211A 的光变曲线
图2. GRB 211211A 的多波段观测及其模型拟合
07
在高效率宽带隙钙钛矿及晶硅叠层太阳能电池取得进展
南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授团队通过协同引入诱导结晶重构的分子硫氰酸甲胺（MASCN）与形成二维结构的分子碘化苯乙胺（PEAI），用一步后处理的方式同时实现了钙钛矿体相与顶底界面的缺陷钝化。该方法在体相和界面处的协同作用有效减少了宽带隙钙钛矿电池的开压损失，基于该后处理方法制备的宽带隙钙钛矿器件光电转化效率达到21.9%。宽带隙半透明器件的效率及基于该半透明器件制备的四端钙钛矿/晶硅叠层电池的效率分别达到19.9%与29.8%，均为世界领先水平。置于宽带隙钙钛矿晶界与界面处的二维钙钛矿结构有效抑制了有机阳离子与卤素离子的迁移，提升了宽带隙半透明器件的稳定性，其封装器件在500h模拟太阳光光照条件下无明显衰减，进一步展现了该工作对宽带隙钙钛矿效率和稳定性的重要指导意义。
宽带隙钙钛矿半透明电池及四端钙钛矿/晶硅叠层电池器件性能
08
首次实现读写对称的自旋存内计算器件
南京大学物理学院缪峰教授、梁世军副教授与南京理工大学程斌教授合作团队另辟蹊径，将范德华铁磁体和拓扑半金属以“原子乐高”的方式搭建出新型范德华自旋轨道量子材料，利用低对称性和强自旋轨道耦合效应所诱导的非正交电荷-自旋转换机制，首次构筑了具有对称读写功能的可级联自旋轨道逻辑器件，并以此为新型器件单元，构建出可重构的存内逻辑电路，为低能耗、可大规模级联的新型自旋计算器件的开发提供了全新的材料体系和可行的技术途径。
范德华自旋轨道量子材料对称读写的机制示意图。自旋轨道量子材料由范德华铁磁体（下层材料）和低对称拓扑半金属（上层材料）搭建而成，基于非正交电荷-自旋相互转换机制，实现对称的磁状态写入和读取操作。绿色（黄色）长箭头代表电荷流（自旋流）的方向，橘色箭头代表磁矩的方向，蓝色（红色）箭头代表向上（向下）极化的电子自旋。
09
实现电控范德华巡游铁磁易磁化轴连续转向
南京大学现代工程与应用科学学院袁洪涛教授团队与合作者们，利用电场调控技术在二维范德华巡游铁磁体Fe5GeTe2的磁性电子器件中，实现了材料易磁化轴朝向的电场连续操控。研究团队发现Fe5GeTe2的磁各向异性能表现出强烈的温度和样品厚度依赖性，并且实现了对Fe5GeTe2的磁性调控和易磁化轴的连续可控转向，使之从初始的面外方向转变到倾斜方向、并最终转变到面内方向。值得注意的是，在Fe5GeTe2中所发现的磁各向异性及其大范围电场可调性，为深入理解电控磁性和易磁化轴转向的物理机制提供了范例，同时也为磁性开关器件和自旋电子学器件的应用提供了物质基础。
自旋反转 （spin flip）和自旋转向（spin flop）的示意图，以及层状铁磁材料Fe5GeTe2中的反常霍尔效应和磁畴演化。（a）磁性材料中易磁化轴的两种转变方式与去自旋态的自由能极小值的演化对应关系。（b）晶体结构示意图。（c）变温反常霍尔效应。（d）转角反常霍尔效应。（e）磁化方向随外加磁场方向的演化关系。（f）不同面内磁场下的磁畴成像及磁滞回线。
10
发现高压诱导超薄范德华半导体元素价态跳变和准二维超导电性
南京大学现代工程与应用科学学院袁洪涛教授团队与合作者们利用金刚石对顶砧高压技术并结合低温电学输运和隧道谱测试，发现范德华半导体GeP中存在由价态跳变机制驱动的从层状范德华绝缘体到三维共价超导体的转变，证明高压下GeP是除重掺杂的金刚石和硅之外又一个研究共价超导体的全新材料体系，为人们提供了一个可以调控价态跳变系统中竞争序参量的模范性材料平台；特别是发展基于金刚石对顶砧高压装置的超薄层微纳器件转角电输运测量技术和异质结构微分电导谱测量技术，为研究电子配对机制提供了全新的调控自由度。
层状范德华材料GeP的晶体结构、及压力调控的价态跳变的轨道电子填充示意图和绝缘体-超导体转变。（a）晶体结构示意图。（b）X射线衍射（XRD）图谱。（c）Ge和P原子的电子构型和电子填充态密度（DOS）的示意图。（d）DAC高压电输运测量装置示意图。（e）金刚石砧面上GeP样品与金属电极的光学照片。（f）GeP在不同压力下电阻与温度的依赖关系。
11
首次观测到太阳耀斑重联区的准周期微波辐射源
南京大学天文与空间科学学院程鑫教授课题组联合美国新泽西理工学院陈彬教授课题组和英国格拉斯哥大学Eduard Kontar教授，利用先进的欧文斯谷太阳射电日像仪（EOVSA）高时空分辨率微波数据，首次发现了太阳耀斑电流片产生的微波源存在明显的QPP特征。此外，该研究团队发现所有观测到的微波源的时间变化和谱指数（谱指数越小，非热性质越强）都呈现出一致的准周期性。最后，利用MHD数值模拟，研究团队还确认了重联电流片中产生的磁岛可能是调制磁重联使其产生准周期性的根本原因。这些结果为准周期磁重联加速电子然后产生微波QPP首次提供了直接观测证据。
8.4 GHz微波辐射源亮温度随时间的演化和小波功率谱
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预言兼有超导和超离子态性质的锂-铝化合物
南京大学物理学院孙建教授、王慧田教授、邢定钰院士等人，利用第一性原理计算与他们自主开发的晶体结构搜索 (MAGUS)，机器学习分子动力学(GPUMD)等方法，预言锂和铝在高压下可形成多种稳定的合金，并发现这些锂铝合金具有电子结构的降维、超导和超离子态等多种新奇的物性。
经研究发现，超导和超离子这两种不同质量粒子的新奇动力学特性可以出现在高压稳定的锂-铝合金这同一个体系中，并发现这个体系还有电子态的降维和局域等新奇性质。该研究成果极大地丰富了我们对高压下的合金体系的认识，并有望指导未来的高压实验研究。
机器学习力场模拟 C2/m Li6Al在150 GPa时的动力学行为显示明显的原子集体扩散（环机制）
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在DNA框架结构多元结晶方面取得重要进展
南京大学现代工程与应用科学学院田野教授课题组突破性地同时采用三种不同形状的八面体DNA折纸结构可编程地实现了多种DNA折纸晶体模板，并进一步诱导金纳米颗粒成功获得了38种高度有序的超晶格结构。
在此项工作中，研究团队一共实现了85种复合超晶格（考虑DNA折纸和纳米粒子）和38种纳米粒子超晶格（只考虑纳米粒子）的构建，极大地丰富了超晶格的数据库，为之后制备具有特殊性质的功能化器件打下了坚实的基础。
基于不同DNA折纸晶体模板构建的纳米粒子超晶格的扫描电子显微镜表征
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在功能金属配合物固氮与转化方面取得重要突破
南京大学化学化工学院左景林、金钟、马晶、黎书华等研究团队密切合作，成功制备了一类具有双氮负离子配位、金属锌为中心离子、稳定D-A-D夹心结构的电荷转移金属配合物材料NJUZ-1。
该工作首次开发和研究了基于温和条件下具有明确分子活性位点的双氮功能配位聚合物固氮催化剂，为配合物型分子催化剂在光合固氮研究与应用提供了新的思路和理论依据。
NJUZ-1晶体结构
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激发态双核金催化的偕二氯多样性脱卤烷基化
南京大学化学化工学院谢劲教授课题组在惰性碳氯键活化领域取得新进展，他们利用可见光介导的双核金催化策略，实现了偕二氯烷烃的多样性脱卤烷基化，一箭四雕，扩展了偕二氯烷烃在有机合成中的应用模式。
课题组通过配体环境微调控策略有效提升了双核金配合物的光催化活性，成功解决了惰性C-Cl键的高选择性活化难题。利用激发态双核金催化，一系列偕二氯烷烃可以同时视为氯烷基自由基、烷基自由基阳离子、卡宾的等价物，能够与不同种类的烯烃发生可控的多样性脱氯烷基化反应（“一箭四雕”），如氢氯烷基化、氯烷芳化、形式上的[4+1]环化以及环丙烷化等。
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合成平面手性MR-TADF材料并制备CP-OLED器件
南京大学化学化工学院郑佑轩教授和郑文华副教授团队将[2.2]对环(1,4)咔唑啉（Czp）引入到基于叔丁基和酚恶嗪的硼氮多重共振体系中，合成了两对具有平面手性的CP-MR-TADF对映体 (R/S)-Czp-tBuCzB和(R/S)-Czp-POAB。
本工作首次将刚性平面手性结构Czp引入到硼氮骨架CP-MR-TADF材料并制备CP-OLED，获得了高的发光效率、窄的FWHM和较高的不对称因子，其中蓝光CP-OLED器件的效率滚降是同类研究中最小的，并首次显示了接近纯绿光的圆偏振电致发光，对未来的3D显示研究有借鉴意义。
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实现全安全要素的量子网络
近期，南京大学物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心陈增兵-尹华磊课题组联合矩阵时光数字科技有限公司在量子安全技术方面取得重要突破，首次基于非对称量子密码在超过100公里距离下成功实现不可否认地传输兆比特图像。该课题组创造性地提出“一次一哈希”，结合秘密共享的密钥非对称特性和“一次一密”的加密原理构造了可商用化的量子数字签名框架。以签名一份兆比特的文件为例，该框架将签名速率提升数亿倍。
此外，该团队在实验上演示了全球首个全功能量子安全网络，实现了信息安全的全要素——机密性、真实性、完整性和不可抵赖性——保护，为数字经济、数字货币等提供了技术完备的量子安全底座。
“南京大学120周年庆”量子数字签名流程图
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在蛋白纳米材料对脑胶质瘤治疗方面取得新进展
南京大学生命科学学院朱海亮教授/王忠长副研究员团队在先前聚焦解决TME缺氧问题的纳米载药平台开发基础上，根据转铁蛋白及其受体的同源识别能力，首次构建原位脑胶质瘤靶向转铁蛋白介导的内源刺激响应性多功能纳米载药平台。该平台解决药物穿过血脑屏障、靶向缓控释药、影像示踪及肿瘤缺氧难题，显著性抑制了包括中枢神经系统（CNS）肿瘤在内的多种恶性肿瘤的生长，缓解了实体瘤微环境中难治性的缺氧问题，实现了光动力治疗联合化疗效果的协同性增强，为恶性肿瘤的治疗提供了一种新策略。
ODP-TH多功能药物纳米递送平台的3D体外构建示意图（A）和体内模块化作用机制（B）
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预言巨行星内部存在金属性铝氧化物
南京大学物理学院孙建教授、王慧田教授、邢定钰院士和英国剑桥大学Chris J. Pickard教授、瑞士苏黎世大学Ravit Helled教授等人，利用晶体结构搜索和第一性原理计算等方法预言了一种具有电子化合物特性的一氧化二铝高压相，并发现这种高压相具有金属性，其稳定压强范围正好涵盖了海王星的核心压强温度条件，预示着这种一氧化二铝高压相可能存在于太阳系巨行星和其它系外行星的内部。
经研究表明，海王星等巨行星核心内部可能存在一种具有金属性质的铝氧化物，且该铝氧化物具有极高的电导率。这些铝氧化合物可能影响行星内部导电物质的分布，给海王星多级磁场的形成提供了新的思路与可能性。
铝氧化物的能量稳定性，可能存在的压强范围以及它们的晶体结构。
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南大人的相册里，珍藏了哪些难忘瞬间
来源：科技处
封面：王远卓
编辑：高沁彤 付雪颖 李佳轩
审校：宗和
责编：李烨婧
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