三月速览！南大科技领域新突破
01
揭示衰老和阿尔兹海默病过程中Sclerostin介导的骨脑轴调控
南京大学医学院郭保生副教授、蒋青教授及石云教授团队发现，骨细胞源性Sclerostin可以通过血脑屏障抑制Wnt/β-catenin通路，加重衰老和阿尔兹海默症进展过程中的认知能力下降。该成果不仅揭示了骨脑轴代谢紊乱在阿尔兹海默症等疾病过程中认知功能损伤的机制，也丰富了器官之间相互调控的理论基础，为临床治疗阿尔兹海默症等神经退行性疾病提供新的思路。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s42255-024-00989-x
02
重建过去20亿年的地表镁循环
南京大学地球科学与工程学院李伟强教授团队经过近十年的摸索和研究积累，解决了地质载体、数据解译、环境意义等一系列技术与理论问题，最终将海水Mg同位素记录从新生代大幅前推至古元古代（7千万年→20亿年），并重建了过去20亿年的地球表层镁循环演变历史，进而提出白云岩的源-汇差异是一个被长期忽视的碳循环调控因子。此研究揭示了地表镁循环的核心组成部分—白云岩的风化/成岩对于全球碳循环以及气候的重要调节作用，为理解地球的宜居性提供了新的视角。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5474
03
设计三元深共晶电解液用于低成本、长寿命水系镁离子电池
南京大学化学化工学院金钟、马晶教授设计了一种新型三元共晶电解质，该电解质由MgCl6·6H2O、尿素和乙酰胺三个固体混合而成，在不加入任何水作为溶剂的情况下形成室温液体即共晶电解液。这项研究表明，合理电解液设计在促进形成有利的SEI方面的关键作用，这可以显著提高电极材料与电解液之间的兼容性，从而推动水系多价离子电池的发展。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.4c00227
04
实现高效稳定的可再生能源电解海水制氢
南京大学现代工程与应用科学学院李朝升教授课题组设计了一种基于层状双氢氧化合物（CoFe-LDHs）电催化剂，来应对利用可再生能源电解海水实现低成本生产绿氢这一技术中，海水里高浓度的Cl−带来的挑战。层状双氢氧化物具有独特的层状结构、高比表面积、可调成分以及在碱性环境中的高OER活性，有望成为电解碱性海水的OER电催化剂。然而，海水中的Cl−插层会导致其结构坍塌和失活。课题组在LDHs层间引入碳酸根离子保持其结构稳定。该工作在可再生能源电解海水制氢方面迈出了坚实的一步。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41893-023-01263-w
05
在生物矿化基纳米酶用于急性胃肠炎的治疗方面取得新进展
南京大学现代工程与应用科学学院魏辉教授团队报道了纳米酶在治疗急性胃肠炎方面的新进展。抗生素疗法（如左氧氟沙星）被广泛用于对抗沙门氏菌，但是往往会加剧肠道菌群失调和损害肠道粘膜屏障功能。益生菌疗法能够抑制沙门氏菌定植同时调节肠道菌群平衡，然而有限的靶向能力和较低的ROS清除活性阻碍了其治疗潜能。为了克服以上限制，研究团队在益生芽孢（spores）上原位生长带正电荷的CeO2形成Ces3，与带负电荷的沙门氏菌有很强的静电相互作用以提高靶向性，同时具有高ROS清除活性。本研究结合抗菌、抗炎和调节氧环境性能对急性胃肠炎进行治疗，在生物医学应用中有着很大的应用前景。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04548
纳米酶-益生菌调节肠道微环境用于靶向治疗急性胃肠炎的示意图
06
构建一种可重写和可重编程的全蛋白质基多功能光学成像平台
南京大学现代工程与应用科学学院王瑜副教授、陆延青教授团队以具有优异环境友好性和生物相容性的天然蚕丝蛋白为基质材料，发展了水蒸气诱导的多策略纳米压印技术以及多模态三维变形技术，进而构建了大尺度、可擦写、可重复编程、多功能的光学成像系统。该光学平台展现了2D/3D信息编码、多通道成像、以及多模式信息复用的能力，在多维度显示、多阶段加密、多层不可克隆防伪、以及3D高安全加密等领域具有广阔的应用前景。
论文链接：
https://authors.elsevier.com/a/1idh59Cyxd6qZ-
07
提出一种锂-二氧化碳电池使用的固态氧化还原介质
南京大学现代工程与应用科学学院何平教授与周豪慎教授在前期二氧化碳电化学还原和析出机理探索和相关液相催化剂研究的基础上，首次提出了一种锂-二氧化碳电池使用的固态氧化还原介质，即将苯-1,3,5-三羧酸与Cu(II)配位形成的金属有机框架材料(RM(II)-BTC) 固定在正极上，该技术有效地规避了可溶性氧化还原介质的穿梭效应和缓慢动力学问题。结果表明，处于电化学还原态的RM(I)-BTC固态氧化还原介质有效地捕获CO2，通过涉及二聚草酸中间体的二聚反应促进Li2C2O4的形成，从而降低了充放电过电位。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-45087-4
基于RM(II)-BTC固态氧化还原介质的锂二氧化碳电池原理图及机理图
08
在机械自适应材料领域取得新进展
南京大学化学化工学院李承辉教授课题组利用动态配位键策略设计合成了一种具有双重刺激响应性的新型机械自适应材料。基于配位作用的刺激响应性动态解离特征，本工作报道的高分子材料展现了出色的机械自适应性能：温度敏感的强度可控调节和速率诱导的冲击硬化行为。该聚合物表现出令人印象深刻的能量耗散、阻尼能力(1.0 Hz时的损耗因子分别为1.15和2.09)、自修复和3D打印能力，具有耐用和可定制的抗冲击和保护性能。该工作创新性的将配位动态平衡引入到高分子体系中，获得了具有出色综合性能的机械自适应材料，为后续可持续材料的发展提供了一种新方向。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202400758
基于动态配位键的机械自适应材料的三维交联网络示意图及合成路线
09
实现远场深亚波长声波操控
南京大学物理学院声学研究所、近代声学教育部重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心梁彬教授和程建春教授课题组在深亚波长声场操控研究方面取得重要进展，提出了基于局部非线性效应突破声波衍射极限的物理机制，在远场实现了高达1/38波长的空间分辨率，为声波的精准操控提供了新的可能性。本研究提出的声波操控新机制解决了在深度亚波长尺度下实现声波精确操控的难题，展现了高分辨率的远场声成像的能力，并可扩展到三维声场设计和高分辨率体声全息。值得注意的是，在调制的差频波为可听声的场景下，所提出的方法对于实现高分辨率的多区域声场控制具有重要意义。
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.234001
10
在软物质光子学领域取得新进展
南京大学现代工程与应用科学学院陈鹏副教授、陆延青教授团队在软物质光子学领域取得新进展，设计了一种均匀自组装的手性液晶结构，深入剖析其光子能带的特殊物理性质，引入光束入射角作为新的调控维度，动态控制矢量不可分离态的逻辑旋转，执行了一系列量子门的经典对应，并进一步探究了该元件在角位移追踪、逻辑网络等方面的应用潜力，为经典不可分离体系和软物质光子学提供了新思路和新技术。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-45299-8
均匀手性自组装结构实现矢量不可分离态逻辑旋转的概念示意
11
开发碳硼烷官能团化新模式
南京大学化学化工学院燕红教授课题组根据前期的研究基础，开发了一种新颖的碳硼烷官能团化模式，即通过设计一类非经典的cage···π类型的电子-给体/受体（EDA）复合物，其中三维的巢式碳硼烷为电子给体，二维的吖啶阳离子作为电子受体，在绿光照射下，这类EDA复合物可发生分子间的单电子转移（SET），生成巢式碳硼烷自由基，随后经过氢原子转移和亲核取代过程，选择性合成了一系列含有B–X（X = N，S，Se）键的碳硼烷衍生物（图1）。该反应由可见光驱动，具有反应条件温和、无需金属催化剂、空气中的氧气作为氧化剂、底物范围广、位点选择性好且反应产率高等优点，为选择性活化碳硼烷B–H键提供了新思路，有望推动碳硼烷药物分子和硼中子俘获疗法（BNCT）候选药物的合成和性质研究。
论文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38461434/
巢式碳硼烷B–H键官能团化新方法
12
综述等离激元诱导的热载流子动力学及其应用
在当前纳米光学与凝聚态物理研究的前沿领域，等离激元诱导的热载流子产生与输运动力学占据着重要地位。南京大学光热调控研究中心的周林、朱嘉教授团队应邀撰写了题为“Plasmon-induced hot carrier dynamics and utilization”（等离激元诱导的热载流子动力学与应用）的综述论文。
该综述全面地总结了领域内的最新研究进展，不仅从基本原理出发，深入浅出地梳理了等离激元诱导热电子的基本物理图像，提供了理论框架和实验指导，而且还深入剖析了高效输运调控策略与器件最优性能的设计原则，以及这些研究在能源、信息等领域的应用前景，为相关领域的研究者和初学者提供了极具价值的参考。
论文链接：
https://www.researching.cn/articles/OJf807f15654ad58ba
等离激元诱导的热载流子演化的时间尺度示意图
13
设计弹性固态电解质实现零外压固态电池
南京大学现代工程与应用科学学院何平教授、周豪慎教授设计了一种基于双单体共聚物和深共晶混合物的弹性电解质，将其应用在固态电池中，实现了在零外加压力、而仅依靠电池内建压力条件下固态电池的稳定运行。该弹性电解质具有高室温离子电导率（2×10-3 S cm-1）、良好的拉伸和压缩弹性、抗疲劳性、不可燃性和自我修复能力。在电池循环的过程中，尽管活性物质会发生体积膨胀和收缩，但受益于该电解质良好的应变恢复能力和抗疲劳性，它仍可以紧密包裹在活性物质周围，既充当快速离子输运通道，又缓解了由于电极材料体积变化造成的应力集中问题，保证了固态电池在无外加压力长循环过程中的电化学和界面力学稳定性。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-46472-9
14
发现一种新的激子绝缘体单晶候选材料
南京大学物理学院张鹏教授课题组利用激光以及同步辐射角分辨光电子能谱（ARPES）揭示了Ta2Pd3Te5单晶材料中存在随温度变化的自发能隙打开行为，电子衍射显示此能隙的打开同时伴随着微弱的晶格畸变，同时进一步的观测发现该能隙会被表面钾掺杂破坏以及能隙内存在一对杂质平带，这些表现与激子态的信号高度一致，表明该材料非常有可能是一种新的激子绝缘体单晶材料。
论文链接：
https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.14.011047
准一维Ta2Pd3Te5的晶体结构、电阻曲线，以及不同温度下的电子衍射数据
15
在磁性外尔半金属超快自旋动力学研究取得突破进展
南京大学自旋芯片与技术全国重点实验室徐永兵教授、陆显扬助理教授团队与广东工业大学吴竞教授课题组、中国科学技术学曾长淦教授课题组、中科院物理所翁红明教授课题组合作，利用超快时间分辨的磁光克尔效应和反射光谱技术，结合理论计算分析，系统研究了II 型磁性Weyl 半金属Co3Sn2S2 晶体的超快自旋动力学。
该工作观察到了一种复杂的自旋驰豫行为，其中包括由spin-flip主导的快速退磁、由于整体半金属（half metal）电子结构引起的缓慢退磁，以及在飞秒激光激发后出现的特别的磁化增强，这一过程持续数百皮秒。这一发现表明了Co3Sn2S2中Weyl节点在飞秒激光诱导的自旋动力学中可能发挥了独特作用。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-46604-1
II型磁性外尔半金属Co3Sn2S2中的超快自旋动力学过程和超快自旋增强
16
合成高色纯度磷光铱配合物
南京大学化学化工学院郑佑轩教授团队针对红光铱配合物光谱窄化的科学问题，提出一种两步刚性修饰的策略，不仅合成了窄谱带发射的红光铱配合物，而且对发射光谱的形状进行了精细调节，基本消除了铱配合物普遍存在的振动肩峰。通过对比实验结果和理论模拟结果，深入分析了内在的窄化原理。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202402906
17
实现电调控单原子磁性与存储晶体管原型设计
南京大学物理学院、原子制造研究院张敏昊副研究员、宋凤麒教授课题组与华中科技大学卢兴教授课题组以及西安交通大学杨涛教授课题组等合作，基于Dy@C84团簇单分子晶体管电输运平台，结合理论计算分析，系统研究了单原子磁性的电调控。该成果在前期研究的基础上，进一步通过Dy@C84团簇设计，降低了碳笼对电场的屏蔽效应，以及镧系原子4f电子的局域性，使得电场可以对内嵌磁性原子进行有效访问与调控。单原子磁存储效应的稳定性来自于92 meV能垒引起的原子位置弛豫，为实现单原子磁存储原型晶体管提供了一种潜在的设计思路。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-46854-z
单原子磁性的电控示意图
18
在拓扑自旋光电流方面取得重要进展
南京大学电子科学与工程学院张荣院士、王学锋教授课题组与金飚兵教授、南京理工大学翟学超教授等多个课题组合作在拓扑自旋光电流方面取得重要进展。他们通过在狄拉克半金属二碲化铂（PtTe2）薄膜中引入对称性破缺调控拓扑体系的能带结构，实现了贝里曲率偶极矩驱动的高效自旋光电流太赫兹发射，并通过缺陷工程建立了两者之间的定量关系。该工作不仅提供了一条引入对称性破缺实现拓扑体系高效非线性输运的普适路径，而且为发展基于大面积拓扑薄膜材料的自旋集成光电器件奠定了实验基础。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-46821-8
在对称性破缺的PtTe2薄膜中所观测到的螺旋依赖太赫兹发射。
19
在重力测量研究上取得进展
南京大学物理学院黄璞教授研究团队与中科大、浙江大学团队合作，利用室温磁悬浮技术成功地对地球重力潮汐进行了观测，这是重力仪研究领域的一项新技术。该研究是首次利用室温磁悬浮力学系统作为超高灵敏力学传感器来进行重力的长时间精密测量，未来通过将该技术与NV色心固态自旋等量子系统结合，指标还有望进一步提升。该实验系统未来具有芯片化的潜力，为磁悬浮重力仪的小型化和大规模部署提供了一条思路，未来这一技术有望在地球测绘、国防等重要领域发挥作用。
论文链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.132.123601
基于磁悬浮振子重力仪原理
20
在大陆弧地壳再造方面取得新进展
南京大学地球科学与工程学院和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室王孝磊教授团队近些年围绕扬子陆块周缘前寒武纪构造-岩浆演化开展深入研究，尤其在扬子陆块西缘约8亿年前的大陆弧地壳的增生和再造过程取得了新的认识。在前期的研究中，发现了扬子陆块西缘可代表新元古代大陆弧的中-上地壳（2021, Nature Commun.12: 3533）的典型剖面，揭示了大陆弧地壳物质再循环的快速过程和机制。近期，该团队进一步的研究工作发现，渗透反应流在弧地壳分异中扮演了突出的角色，不仅对固相线以下的弧地壳围岩进行了改造（Li JY and Wang XL et al., 2024, EPSL），还对未完全结晶的弧晶粥储库进行了改造（Li JY and Wang XL et al., 2024, CEE）。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s43247-024-01279-w
21
实现新光学材料：透明哑光材料，展示单向“隐形”窗户和高清透明显示
南京大学物理学院赖耘教授、彭茹雯教授和王牧教授合作团队，利用新型超表面实现了全可见光波段的极端不对称光散射，进而实现了一种融合了高透明性与哑光特征的宏观光学材料，其可以在保持完美透明性的同时，展现出如粗糙物体表面一般的哑光外貌。这类新型光学材料在隐形、成像和显示等领域可能具有广泛的应用前景，有望切实改善人们日常生活中的视觉体验。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adm8061
基于透明哑光表面的透明显示
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实验上首次发现引力子激发
南京大学物理学院杜灵杰教授团队在量子物理研究方面取得重大进展。他们利用极端条件下的偏振光散射技术在砷化镓量子阱中对分数量子霍尔效应的集体激发进行了测量，世界上首次观察到引力子激发（引力子模）——引力子在凝聚态物质中的新奇准粒子。北京时间2024年3月28日，国际顶级学术期刊Nature在线发表了杜灵杰教授及其合作者的论文“Evidence for chiral graviton modes in fractional quantum Hall liquids”。
全球关于引力子的研究，一直是物理学界的终极问题之一；如证实引力子的存在，将是颠覆当代物理学乃至整个科学领域的巨大突破。南京大学在这项工作中首次观察到的引力子模是引力子在凝聚态系统中的投影（存在）。这一重大发现，也对理解全新的关联量子物理以及实现拓扑量子计算机的运行有至关重要的意义。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07201-w
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来源：科技处 新闻中心
编辑：步欣洁
审校：宗 和
责编：李烨婧
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