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来源： 发布时间：2017-12-25
Nature
斑马鱼幼鱼的趋流性
Nature封面：斑马鱼幼鱼。Nature杂志第7664期封面文章报道了斑马鱼幼鱼的趋流性。Florian Engert与合作者考察了让鱼能够探测到所在水域水流的感觉系统。趋流性使鱼即使在缺乏任何视觉线索的情况下，也能始终溯流而上。科学家调查了斑马鱼幼鱼的这种能力，发现其中的奥秘存在于一系列毛细胞（红色），又称为侧线。研究者进一步提出毛细胞通过探测鱼身体周边的局部流场旋转，从而可以判断水流的流动方向。因此，在野外，这让斑马鱼能够在缺乏视觉线索的情况下感知环境。
离子碰撞产生漩涡
Nature封面：美国纽约布鲁克黑文国家实验室相对论重离子对撞机所执行的STAR实验中，两颗金原子核发生碰撞后产生的轨迹。Nature杂志第7665期封面文章报道了离子碰撞研究。当这样的重离子碰撞时，它们会产生一种在本质上同流体一样的奇异物质态。如果两个粒子发生斜碰，这种流体就会产生漩涡。STAR合作项目首次报告称在实验中观察到了这种漩涡的存在。该团队表示，这次观察到的由碰撞产生的夸克—胶子等离子体的涡量是有史以来最高的。这项研究或许能够为认识将质子内夸克结合在一起的力提供新的见解。
人造光威胁传粉
Nature封面：红天蛾，一种夜行性传粉者。Nature杂志第7666期封面文章报道了人造光威胁传粉。在全球范围内，传粉者的数量正在下降，已知造成这种情况的原因包括农业集约化和外来物种入侵。已有研究认为夜间的人造光对它具有影响。为了验证这个观点，Eva Knop及同事在瑞士开展了一项田间试验。他们在夜间用人造光照射杂草丛生的草地，并监测植物和传粉者在夜间和日间的互作情况以及相应的传粉服务。在被照射区域，传粉者造访植物的次数下降了62%，一种核心植物所产的果实也减少了13%。
关于转移癌的临床综合基因组学研究
Nature封面：个体中多种癌细胞从原发部位扩散到其他部位，即癌细胞转移的情况。Nature杂志第7667期封面文章报道了转移癌的临床综合基因组学研究。图中的原发癌包括前列腺癌（蓝色）、乳腺癌（粉色）、肺癌（绿色）和结肠癌（橙色）。Arul Chinnaiyan及同事报告了密歇根肿瘤学测序项目下对500位转移癌病人的DNA和RNA进行测序的结果。论文表征了癌细胞中基因组改变的全图，其中包括生殖DNA的某些突变。进一步表明临床RNA测序可被用于表征转移癌的基因融合、转录特征和免疫微环境。
Science
绝缘聚对苯二甲酸对半导体聚乙炔的机械化学解离
Science封面：采用外力将绝缘聚合物变成半导体聚合物。Science杂志第6350期封面文章报道了机械力转化为本征特性多重改变的合成材料。Chen等合成了一种机械化学响应的非共轭聚合物，可以通过受力响应引起的大分子结构的广泛重排而转变为共轭聚合物。该设计是基于对聚合类梯状烯的简单机械化学解离，这是一种受脂质天然产物结构启发得到的聚合物，并通过直接易位聚合制备得到。得到的聚乙炔嵌段共聚物表现出较长的共轭长度和均匀的反式构型并自组装成半导体纳米线。计算结果也支持了梯状烯单元的串联解压缩机制。
古代海员的踪迹
Science封面：沿海航线。Science杂志第6351期封面文章报道了首批美洲人的旅途。考古学家曾以为，最早到达美洲的人是通过加拿大冰河时期冰川的缺口进入美洲大陆的。但是今天大多数研究人员认为第一批居民来自海洋。持这一观点的研究人员认为，海上探险者乘船离开了伯林加——这片古老的土地现在部分淹没在白令海峡的水下，大约在16000年前，并迅速沿着太平洋海岸移动，至少在14500年前到达智利。然而，很难找到回答这个问题的证据。一名专门的考古学家正在搜寻14000年到16000年前的海上遗址。研究人员也在墨西哥的Cedros岛开展研究工作。
追踪黄热病
Science封面：黑吼猴。Science杂志第6352期封面文章报道了巴西前段时间发生了70多年来最严重的黄热病疫情，有792例确诊病例。猴子，如黑吼猴，尤其容易受到黄热病的攻击，它们的死亡通常是一种警告，认为这种疾病正在蔓延到新的地区。巴西人在忍受着疫苗短缺、耸人听闻的媒体报道，以及偶尔屠杀无辜的猴子。科学家们已经在这个庞大的国家里寻找病毒潜伏之地，以及它是如何传播的，这对于应对未来的疫情至关重要。但人们的恐惧仍然存在，尤其是担心黄热病会破坏巴西东部沿海的大城市。
肠道的季节
Science封面：一名来自坦桑尼亚的Hadza部落采猎者拿着一块蜂巢。Science杂志第6353期封面文章报道了坦桑尼亚Hadza部落狩猎者的肠道微生物的季节性循环。我们生活在一个动态的环境，各种因素涉及饮食，天气，社会交往，生活方式。即使是健康人的肠道微生物组成也会受到自然变化的影响。科学家研究了从坦桑尼亚的Hadza部落狩猎者那里收集的350个粪便样本的微生物组分布图。这些数据揭示了微生物群落的年循环重组；同时表明，在现代化人群中，一些微生物的微生物动态谱系已经减少了。
高新技术
“墨子号”量子卫星实现星地量子密钥分发和地星量子隐形传态
中科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中科院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、南京天文仪器有限公司、国家空间科学中心等，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态；两项成果同时发表于同期《自然》。“墨子号”量子卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标。量子通信通常采用单光子作为物理载体，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点，通过卫星的辅助可以极大扩展量子通信距离。
硒化铁薄膜中向列性极限下的条纹相
清华大学物理系助理教授李渭、陈曦教授和薛其坤教授与国内外科学家合作，报道了铁基高温超导研究的最新成果，研究论文发表于《自然—物理》。利用低温扫描隧道显微镜对多层的硒化铁薄膜进行了系统的表征，发现该体系中的电子在其电荷自由度与其自旋自由度相互耦合，形成了全新的条纹相；这一发现实现了铁基高温超导体中条纹相的首次实验观测。条纹相的周期与理论计算所预言的一个新的反铁磁态(条纹状反铁磁序)相一致。单层硒化铁被外延生长到STO衬底上会引入额外的拉应力，这样的调控可获得单层硒化铁压力相图在负压时的宝贵信息。
柔性传感及智能穿戴应用
中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦研究员团队发展了以纳米复合材料为电极，离子聚合物为中间层的“三明治”结构柔性力学传感器件，实现了复杂大形变稳定性、无源自驱动以及方位识别等优异性能，相关论文发表于ACS Nano。所采用的打孔石墨烯（H-RGO）和单壁碳纳米管（CNTs）交联电极，既利于形成有效的离子迁移通道，又具有力、电学性能稳定的三维网络结构，从而保证了优异的大应变力学传感稳定性。基于这些优势，将其应用于灵巧手语识别和编译过程，所发展的智能手套可以感知手语动作的变化，对不同构型甚至是细微变化、动作相近的手语做出精确的响应与识别。
多细胞单层中振荡形貌动力学的激活与同步化
清华大学航天航空学院冯西桥课题组揭示群体细胞协同振荡的力学—生物学耦合作用机制，该细胞力学研究最新成果发表于《美国科学院院报》。力学因素在生物体发育过程中扮演着重要角色，但之前研究多集中在力学因素对宏观组织与器官形态的影响。随着细胞生物学的快速发展，力学因素在细胞尺度上的调控作用受到越来越多的关注。细胞之间的拉伸应力可视作该振荡的门控机制，并激活生化反应作为维持振荡的能量输入。羊浆膜的力学边界条件不仅有助于保持该组织在发育过程中的几何完整性，而且对羊浆膜内多细胞振荡的极化和同步化起关键作用。论文进一步揭示了力学因素在细胞群体行为中处于重要地位。
高新技术
酸锶上单层铁硒中的电荷转移及电声耦合增强的起源
清华大学物理系助理教授张定、王立莉副研究员、薛其坤教授与中科院大连化物所姜鹏研究员、包信和教授等合作，阐述了钛酸锶中能带弯曲导致的电荷转移以及强化的钛氧(Ti-O)键对电声耦合的增强作用，在解决该体系的高温超导机理方面走出了关键一步；研究成果发表于《自然—通讯》。发现新的超导材料和理解高温超导机理是当今凝聚态物理研究的两个重要方向。研究通过XPS定量分析了钛酸锶中不同元素的深能级在铁硒生长前后的移动，观察到了这个能带弯曲的存在。这表明铁硒—钛酸锶作为一个异质结，在结区发生的能带弯曲是导致铁硒一侧电子浓度升高的主要原因。
新型高能量密度炸药分子
中国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创制团队用两步法合成了新型高能量密度炸药分子二硝胺联（口恶）二唑，研究论文发表于《自然—通讯》。传统由碳、氢、氮、氧4种元素组成的有机炸药分子存在一个堆积密度上限，以致于目前室温晶体密度超过2克每立方厘米的单质炸药分子寥寥无几。研究团队采用材料基因组方法自主设计，以高度对称性的连1，3，4-（口恶）二唑结构为母体，定向引入硝胺基团提高能量，采用分子氢键及π-π堆积等策略提高密度，通过这两步反应进行高效合成，制备出实测密度达到2克每立方厘米的新型高能量密度炸药分子二硝胺联（口恶）二唑。
永磁同步电机转矩脉动抑制方法
中科院长春光学精密机械与物理研究所光电探测部精密跟踪控制团队，提出了滑模控制和迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法，抑制了电机转矩脉动对控制系统转速跟踪性能的影响，与传统算法相比较，该控制算法使电机转矩脉动降低了33%，研究论文发表于IEEE Transactions on Power Electronics。该控制算法为4m大口径望远镜的永磁同步驱动电机的低速、高精度控制提供了技术基础。迭代学习控制器对系统未知周期性扰动进行实时估计，以抑制系统的周期性转矩脉动。鲁棒迭代学习控制方法在实现对永磁同步电机转矩脉动有效抑制的同时，保证了系统的鲁棒性和动态响应能力。
新型二维多铁体结构
华中科技大学物理学院凝聚态物理研究所吴梦昊教授团队开展化学功能化磷烯研究，提出拥有垂直极化和可移动磁性的二维多铁体，相关论文发表于《美国化学会志》。铁电材料可用于数据的非易失性存储，有望解决因内存进一步小型化后棘手的量子隧穿和散热等问题。通过第一性原理计算表明，卤素功能化磷烯双层具有诸多优异性能。卤素功能化磷烯双层坚挺的垂直极化可归因于共价铁电体不同于离子铁电体的特性，该规律可扩展至其它二维材料双层，其中每个插入的卤素或氢的吸附原子都可存储1比特数据。当其与上层成键时可表述为“0”，与下层成键时可表述为“1”，这一结构设计有可能用于制成高密度存储的单原子内存。
斑马鱼幼鱼的趋流性
Nature封面：斑马鱼幼鱼。Nature杂志第7664期封面文章报道了斑马鱼幼鱼的趋流性。Florian Engert与合作者考察了让鱼能够探测到所在水域水流的感觉系统。趋流性使鱼即使在缺乏任何视觉线索的情况下，也能始终溯流而上。科学家调查了斑马鱼幼鱼的这种能力，发现其中的奥秘存在于一系列毛细胞（红色），又称为侧线。研究者进一步提出毛细胞通过探测鱼身体周边的局部流场旋转，从而可以判断水流的流动方向。因此，在野外，这让斑马鱼能够在缺乏视觉线索的情况下感知环境。
离子碰撞产生漩涡
Nature封面：美国纽约布鲁克黑文国家实验室相对论重离子对撞机所执行的STAR实验中，两颗金原子核发生碰撞后产生的轨迹。Nature杂志第7665期封面文章报道了离子碰撞研究。当这样的重离子碰撞时，它们会产生一种在本质上同流体一样的奇异物质态。如果两个粒子发生斜碰，这种流体就会产生漩涡。STAR合作项目首次报告称在实验中观察到了这种漩涡的存在。该团队表示，这次观察到的由碰撞产生的夸克—胶子等离子体的涡量是有史以来最高的。这项研究或许能够为认识将质子内夸克结合在一起的力提供新的见解。
人造光威胁传粉
Nature封面：红天蛾，一种夜行性传粉者。Nature杂志第7666期封面文章报道了人造光威胁传粉。在全球范围内，传粉者的数量正在下降，已知造成这种情况的原因包括农业集约化和外来物种入侵。已有研究认为夜间的人造光对它具有影响。为了验证这个观点，Eva Knop及同事在瑞士开展了一项田间试验。他们在夜间用人造光照射杂草丛生的草地，并监测植物和传粉者在夜间和日间的互作情况以及相应的传粉服务。在被照射区域，传粉者造访植物的次数下降了62%，一种核心植物所产的果实也减少了13%。
关于转移癌的临床综合基因组学研究
Nature封面：个体中多种癌细胞从原发部位扩散到其他部位，即癌细胞转移的情况。Nature杂志第7667期封面文章报道了转移癌的临床综合基因组学研究。图中的原发癌包括前列腺癌（蓝色）、乳腺癌（粉色）、肺癌（绿色）和结肠癌（橙色）。Arul Chinnaiyan及同事报告了密歇根肿瘤学测序项目下对500位转移癌病人的DNA和RNA进行测序的结果。论文表征了癌细胞中基因组改变的全图，其中包括生殖DNA的某些突变。进一步表明临床RNA测序可被用于表征转移癌的基因融合、转录特征和免疫微环境。
Science
绝缘聚对苯二甲酸对半导体聚乙炔的机械化学解离
Science封面：采用外力将绝缘聚合物变成半导体聚合物。Science杂志第6350期封面文章报道了机械力转化为本征特性多重改变的合成材料。Chen等合成了一种机械化学响应的非共轭聚合物，可以通过受力响应引起的大分子结构的广泛重排而转变为共轭聚合物。该设计是基于对聚合类梯状烯的简单机械化学解离，这是一种受脂质天然产物结构启发得到的聚合物，并通过直接易位聚合制备得到。得到的聚乙炔嵌段共聚物表现出较长的共轭长度和均匀的反式构型并自组装成半导体纳米线。计算结果也支持了梯状烯单元的串联解压缩机制。
古代海员的踪迹
Science封面：沿海航线。Science杂志第6351期封面文章报道了首批美洲人的旅途。考古学家曾以为，最早到达美洲的人是通过加拿大冰河时期冰川的缺口进入美洲大陆的。但是今天大多数研究人员认为第一批居民来自海洋。持这一观点的研究人员认为，海上探险者乘船离开了伯林加——这片古老的土地现在部分淹没在白令海峡的水下，大约在16000年前，并迅速沿着太平洋海岸移动，至少在14500年前到达智利。然而，很难找到回答这个问题的证据。一名专门的考古学家正在搜寻14000年到16000年前的海上遗址。研究人员也在墨西哥的Cedros岛开展研究工作。
追踪黄热病
Science封面：黑吼猴。Science杂志第6352期封面文章报道了巴西前段时间发生了70多年来最严重的黄热病疫情，有792例确诊病例。猴子，如黑吼猴，尤其容易受到黄热病的攻击，它们的死亡通常是一种警告，认为这种疾病正在蔓延到新的地区。巴西人在忍受着疫苗短缺、耸人听闻的媒体报道，以及偶尔屠杀无辜的猴子。科学家们已经在这个庞大的国家里寻找病毒潜伏之地，以及它是如何传播的，这对于应对未来的疫情至关重要。但人们的恐惧仍然存在，尤其是担心黄热病会破坏巴西东部沿海的大城市。
肠道的季节
Science封面：一名来自坦桑尼亚的Hadza部落采猎者拿着一块蜂巢。Science杂志第6353期封面文章报道了坦桑尼亚Hadza部落狩猎者的肠道微生物的季节性循环。我们生活在一个动态的环境，各种因素涉及饮食，天气，社会交往，生活方式。即使是健康人的肠道微生物组成也会受到自然变化的影响。科学家研究了从坦桑尼亚的Hadza部落狩猎者那里收集的350个粪便样本的微生物组分布图。这些数据揭示了微生物群落的年循环重组；同时表明，在现代化人群中，一些微生物的微生物动态谱系已经减少了。
高新技术
“墨子号”量子卫星实现星地量子密钥分发和地星量子隐形传态
中科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中科院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、南京天文仪器有限公司、国家空间科学中心等，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态；两项成果同时发表于同期《自然》。“墨子号”量子卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标。量子通信通常采用单光子作为物理载体，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点，通过卫星的辅助可以极大扩展量子通信距离。
硒化铁薄膜中向列性极限下的条纹相
清华大学物理系助理教授李渭、陈曦教授和薛其坤教授与国内外科学家合作，报道了铁基高温超导研究的最新成果，研究论文发表于《自然—物理》。利用低温扫描隧道显微镜对多层的硒化铁薄膜进行了系统的表征，发现该体系中的电子在其电荷自由度与其自旋自由度相互耦合，形成了全新的条纹相；这一发现实现了铁基高温超导体中条纹相的首次实验观测。条纹相的周期与理论计算所预言的一个新的反铁磁态(条纹状反铁磁序)相一致。单层硒化铁被外延生长到STO衬底上会引入额外的拉应力，这样的调控可获得单层硒化铁压力相图在负压时的宝贵信息。
柔性传感及智能穿戴应用
中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦研究员团队发展了以纳米复合材料为电极，离子聚合物为中间层的“三明治”结构柔性力学传感器件，实现了复杂大形变稳定性、无源自驱动以及方位识别等优异性能，相关论文发表于ACS Nano。所采用的打孔石墨烯（H-RGO）和单壁碳纳米管（CNTs）交联电极，既利于形成有效的离子迁移通道，又具有力、电学性能稳定的三维网络结构，从而保证了优异的大应变力学传感稳定性。基于这些优势，将其应用于灵巧手语识别和编译过程，所发展的智能手套可以感知手语动作的变化，对不同构型甚至是细微变化、动作相近的手语做出精确的响应与识别。
多细胞单层中振荡形貌动力学的激活与同步化
清华大学航天航空学院冯西桥课题组揭示群体细胞协同振荡的力学—生物学耦合作用机制，该细胞力学研究最新成果发表于《美国科学院院报》。力学因素在生物体发育过程中扮演着重要角色，但之前研究多集中在力学因素对宏观组织与器官形态的影响。随着细胞生物学的快速发展，力学因素在细胞尺度上的调控作用受到越来越多的关注。细胞之间的拉伸应力可视作该振荡的门控机制，并激活生化反应作为维持振荡的能量输入。羊浆膜的力学边界条件不仅有助于保持该组织在发育过程中的几何完整性，而且对羊浆膜内多细胞振荡的极化和同步化起关键作用。论文进一步揭示了力学因素在细胞群体行为中处于重要地位。
高新技术
酸锶上单层铁硒中的电荷转移及电声耦合增强的起源
清华大学物理系助理教授张定、王立莉副研究员、薛其坤教授与中科院大连化物所姜鹏研究员、包信和教授等合作，阐述了钛酸锶中能带弯曲导致的电荷转移以及强化的钛氧(Ti-O)键对电声耦合的增强作用，在解决该体系的高温超导机理方面走出了关键一步；研究成果发表于《自然—通讯》。发现新的超导材料和理解高温超导机理是当今凝聚态物理研究的两个重要方向。研究通过XPS定量分析了钛酸锶中不同元素的深能级在铁硒生长前后的移动，观察到了这个能带弯曲的存在。这表明铁硒—钛酸锶作为一个异质结，在结区发生的能带弯曲是导致铁硒一侧电子浓度升高的主要原因。
新型高能量密度炸药分子
中国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创制团队用两步法合成了新型高能量密度炸药分子二硝胺联（口恶）二唑，研究论文发表于《自然—通讯》。传统由碳、氢、氮、氧4种元素组成的有机炸药分子存在一个堆积密度上限，以致于目前室温晶体密度超过2克每立方厘米的单质炸药分子寥寥无几。研究团队采用材料基因组方法自主设计，以高度对称性的连1，3，4-（口恶）二唑结构为母体，定向引入硝胺基团提高能量，采用分子氢键及π-π堆积等策略提高密度，通过这两步反应进行高效合成，制备出实测密度达到2克每立方厘米的新型高能量密度炸药分子二硝胺联（口恶）二唑。
永磁同步电机转矩脉动抑制方法
中科院长春光学精密机械与物理研究所光电探测部精密跟踪控制团队，提出了滑模控制和迭代学习控制相结合的鲁棒迭代学习控制方法，抑制了电机转矩脉动对控制系统转速跟踪性能的影响，与传统算法相比较，该控制算法使电机转矩脉动降低了33%，研究论文发表于IEEE Transactions on Power Electronics。该控制算法为4m大口径望远镜的永磁同步驱动电机的低速、高精度控制提供了技术基础。迭代学习控制器对系统未知周期性扰动进行实时估计，以抑制系统的周期性转矩脉动。鲁棒迭代学习控制方法在实现对永磁同步电机转矩脉动有效抑制的同时，保证了系统的鲁棒性和动态响应能力。
新型二维多铁体结构
华中科技大学物理学院凝聚态物理研究所吴梦昊教授团队开展化学功能化磷烯研究，提出拥有垂直极化和可移动磁性的二维多铁体，相关论文发表于《美国化学会志》。铁电材料可用于数据的非易失性存储，有望解决因内存进一步小型化后棘手的量子隧穿和散热等问题。通过第一性原理计算表明，卤素功能化磷烯双层具有诸多优异性能。卤素功能化磷烯双层坚挺的垂直极化可归因于共价铁电体不同于离子铁电体的特性，该规律可扩展至其它二维材料双层，其中每个插入的卤素或氢的吸附原子都可存储1比特数据。当其与上层成键时可表述为“0”，与下层成键时可表述为“1”，这一结构设计有可能用于制成高密度存储的单原子内存。
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