Nature
　　
　　
人体突触GABA-A受体的结构

　　Nature封面：GABA-A受体的结构，蓝绿色球体为与之结合的药物。Nature杂志第7712期封面文章报道了该受体主要同种型的结构。大脑快速抑制性神经传递主要由神经递质γ-氨基丁酸（GABA）及其突触靶标（A型GABA受体，GABA-A）介导。Ryan Hibbs及其同事利用冷冻电镜揭示了与氟马西尼（药品过量解毒剂）和GABA的结合的α1β2γ2GABA-A受体结构。该异聚受体中每个亚基都有不同的颜色。研究组阐明了该受体如何受到苯二氮?类药物的影响，揭示受体蛋白质亚基之间特定界面的位点，这可能代表了药物开发的潜在靶标。
　　

海鸟可提高无鼠岛珊瑚礁的生产力和功能

　　Nature封面：红脚鲣鸟（Sula sula）。Nature杂志第7713期封面文章报道了海鸟可提高无鼠岛珊瑚礁的生产力和功能。红脚鲣鸟和另外几种海鸟都栖息在印度洋中部的查戈斯群岛。Nicholas Graham和同事详细描述了这些海鸟的鸟粪不仅能被岛上动植物循环利用，还能滋养附近珊瑚礁的生态系统，增强珊瑚礁鱼类的生产力和功能。研究组还揭示了在老鼠肆虐的岛屿上，海鸟数量和海鸟所提供的营养素大幅减少。研究认为，消除海岛鼠患或能修复生态平衡，并最终帮助增强珊瑚礁的抵抗力。
　　

由DNA制成的人工神经网络

　　Nature封面：解析判断。Nature杂志第7714期封面文章报道了分子计算电路研究进展。由DNA制成的神经网络能完成一些分子计算任务，但之前仅限于识别4种4位的图案。钱璐璐和Kevin Cherry将这一数字增加到9种100位的图案，研究小组设计的人工神经网络能正确识别10×10像素网格内的1～9数字。该神经网络采用“赢家通吃”（winner take all）竞争策略来优化输出，识别数字。研究人员通过模拟手写字体的变化，倒转了100位中的30位，神经网络仍能准确“记住”图案并识别出数字。
　　

疟疾卷土重来

　　Nature封面：柬埔寨暹邦疟疾研究小组的一名医疗人员检查一名年轻男性的健康状况。Nature杂志第7715期封面文章报道了抗疟进展。以青蒿素为基础的联合用药是对抗疟疾的最佳疗法，但柬埔寨等东南亚国家陆续出现的日益增强的耐药现象令人不安。虽然东南亚的疟疾患者只占全世界的7%，但该区域不断出现耐药的疟原虫虫株，并向全球传播。目前，柬埔寨、泰国、老挝和缅甸正全力确保在恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）的耐药虫株大面积传播前将其根除。与此同时，研究人员也在开发更有效的疟原虫检测工具和预防耐药性蔓延的方法。
　　
　　
　　
　　
Science
　　
　　
通过中微子和γ射线确定了宇宙天体

　　Science封面：艺术家对南极洲冰立方IceCube的印象。Science杂志第6398期封面文章报道了人类宇宙观测史上首次从宇宙中微子的到来方向，通过γ射线天体辐射宇宙中微子及其母粒子宇宙射线，观测到了强γ(伽马)射线辐射天体TXS 0506+056。宇宙中微子辐射源天体是个谜，全球的观测设施根据检测到的宇宙中微子的到来方向等信息，实施了被称为“多信使观测”的追踪观测。另外，通过对以往的冰立方观测数据重新进行解析，确认了来自同一天体方向的大量中微子，经独立验证确认，这是一个高能中微子辐射天体。
　

第二次机会

　　Science封面：感染雅司病的少年。Science杂志第6399期封面文章报道了人们对这项长达60年的根除毁容性疾病的探索。15岁的Stanis Malom来自巴布亚新几内亚的一个叫Lihir的小岛，他的腿部长期受到雅司病的伤害。几十年前，一项全球性的根除雅司病的努力失败了，这种毁容的细菌性疾病仍然折磨着至少14个国家的人民。人们发现一种普通抗生素可以治愈雅司病，这也引发了一项新的根除工作。新的根除工作以大规模药物管理为基础。志愿者开始向所有人发放抗生素药片，无论他们是否出现症状。
　　

不可思议的模型

　　Science封面：美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的“Summit”超级计算机的频闪灯光视图，其峰值运算能力为200千万亿次，计算能力和算法开发的进步增强了在天文学、物理学、化学和材料科学以及生物学领域的建模能力。Science杂志第6400期特刊重点介绍了最近取得进展的几个科学计算领域。例如，科学记者Paul Voosen的一篇专题文章聚焦于一个雄心勃勃且备受争议的项目，由高科技慈善家支持，利用人工智能、卫星成像和高分辨率模拟技术的突破，创造出了一种新的气候模型。
　　

阳光下的地方

　　Science封面：来自美国宇航局太阳动力学观测站的彩色图像，从太阳表面跃入太空的热等离子体轨迹磁力线喷射物。Science杂志第6401期封面文章报道了科学家对太阳的观测与研究。美国宇航局的Parker太阳能探测器将发射升空，目标是太阳的日冕。耗资15亿美元的Parker并不是唯一一个面向太阳的大型项目。在夏威夷毛伊岛，天文学家们正在对Daniel K. Inouye太阳望远镜（DKIST）进行最后的润色，它由美国国家科学基金会提供了3.5亿美元的资助，预计2020年6月运行；同年，太阳轨道飞行器即将启动，欧洲航天局提供7.8亿欧元的核心支持。
　　
　　
　　
　　
能源
　　
　　

非洲撒哈拉沙漠的大型风能和太阳能发电将增加降水和植被

　　北京师范大学地理科学学部李琰副教授与国内外科学家合作，通过动态植被的气候模式进行数值模拟实验，研究发现在非洲撒哈拉沙漠建立大规模风力和太阳能发电将有助于增加区域降水和植被，有利于区域气候和生态环境。其中非洲撒哈拉沙漠的降雨量可增加一倍以上，在萨赫勒（Sahel）地区增加高达～500毫米/年，区域植被覆盖度增加20％。研究成果发表于Science。论文指出，风电和太阳发电对区域气候的影响是通过两种不同机制来实现。风电和太阳能发电设施会改变地表特性，当规模足够大时，可能会对区域气候产生显著影响。论文成果对于解决能源—水—食物系统的可持续性挑战具有重要意义。
　　

高效钙钛矿太阳能电池研究

　　北京大学物理学院俞大鹏院士领导的“纳米结构与低维物理”研究团队中，赵清教授与合作者以传统两步法为基础，设计提出了钙钛矿籽晶诱导生长的两步旋涂法，通过在碘化铅薄膜中引入含铯钙钛矿籽晶，使籽晶提供后续钙钛矿生长的成核位点，引导高质量薄膜生长，解决两步法中无机阳离子的有效掺杂问题。相关研究成果发表于Nature Communications。研究者通过籽晶诱导，可实现对成核和晶粒大小的精确调控，有效掺入无机Cs离子，器件的能量转化效率提升至21.7%。同时，器件在AM1.5G太阳光下持续工作140小时后，仍然保持超过60%的初始效率，远优于传统两步法数小时的稳定性。
　　

三元有机太阳能电池活性层形貌控制

　　中国科学院化学研究所有机固体重点实验室研究员朱晓张课题组科研人员利用前期发展的噻吩并噻吩类光伏受体新材料NITI，合理选择二元体系，构筑了具有“分级结构”的三元活性层形貌，实现了光电转化效率的大幅提升，阐释了形貌对光电过程和器件参数的决定性影响，相关论文发表于Nature Energy。三元有机太阳能电池保持单节电池结构，在二元活性层中引入吸收互补的第三组分，增强光谱吸收。尽管三元电池取得了一定成功，但面临着严峻的挑战，其核心问题在于对三元共混薄膜难以实现清晰、有效的形貌控制，用以同时保证高效的激子解离和电荷传输。
　　

层状氮化物中电场诱导的稳态超导电性研究

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心超导国家重点实验室SC10组陈根富研究员等在层状氮化物MNCl (M: Hf, Zr)的电场调控研究中取得进展，实现了电场诱导的永久超导电性，并对其机制进行了全面和深入的研究。研究论文发表于Chinese Physics Letters。近年来，利用离子液体作为电介质进行电场调控物性的研究引起了凝聚态物理领域的极大关注，其中电荷双层三极管成为一种典型的电场调控工具。电场诱发的部分Cl离子空位会对体系产生电子掺杂，并最终形成不可逆的稳态超导转变。这为在具有类似结构的低维化合物中探索和研究超导电性提供了新的实验思路和视野。
　　
　　
　　　　
能源
　　
　　

水溶液实现铁电极化的“活字印刷”

　　北京师范大学张金星教授课题组与清华大学、中国科学院物理研究所、北京理工大学和宾州州立大学合作，探索了无铅铁电材料（铁酸铋）与水溶液（普适的化学溶剂和生命之源）的界面物理和化学行为，发现不同铁电极化表面可以有选择性地诱导界面化学反应和离子成键，帮助有效构建固—液界面结构。研究论文发表于Nature Communication。不同于传统的控制方法如电场、机械力等，全水溶液原位可逆翻转铁电极化不需要消耗化石能源，实现了电极化翻转的绿色调控。此工作以中国书法艺术《兰亭序》中的“水“字为例，展示了对铁电极化大面积、低成本的“活字印刷”技术。
　　

我国实现火力发电增长与用水脱钩

　　同济大学经济与管理学院张超副教授与学者合作，发现海河流域大部分地区火电水资源压力指数明显下降，而西北大型煤电基地所处汇水区的压力指数则显著上升，为此建议西北地区煤电基地开发应实行“取水总量控制”措施，研究论文发表于Nature Energy。我国拥有世界上规模最大的火力发电装机，研究首次建立了我国长时间序列高分辨率火力发电用水地理信息数据库，揭示了2000至2015年间火电取水、耗水及其水资源压力的时空格局演变过程，定量评估了多种影响因素对火力发电水资源利用效率提升的贡献。该研究对我国制定合理的水资源管理政策和电力工业发展政策均具有借鉴意义。 
　　

原位探测锂电池层状材料制备过程结构演化的研究

　　北京大学深研院新材料学院潘锋教授课题组和美国Brookhaven国家实验室王峰教授课题组合作，揭示了高Ni层状材料结构无序的合成起源，为合成过程中降低甚至消除结构无序提供了理论指导，有望显著提升富镍材料的实际容量及能量密度。研究论文发表于Journal of American Chemical Society。锂离子电池（LIB）在便携式电子设备、电动车等领域有着广泛的用途。富Ni层状氧化物正极材料，由于能量密度高、成本低等特点，已成为最有应用前景的下一代LIB正极材料之一。然而，随着层状材料中Ni含量的增加，产生了许多相关的问题，如实际容量和理论容量相差大、热稳定性低、循环稳定性差等。
　　

共价有机框架材料太阳能转化电化学能研究

　　中国科学院福建物质结构研究所王要兵课题组和袁大强课题组报道了一种利用同时具有光吸收和可逆电化学能量存储的双功能材料，直接将太阳能转化为电化学能的新方法。科研成果发表于Angewandte Chemie International Edition。将太阳能存储在电化学储能器件中，是解决太阳能间歇性供应，实现其广泛应用的有效方法。该研究以同时具有可逆电化学反应和分子内电荷转移协同作用的双功能阴极材料为基础，设计了一种新型的太阳能—电化学能量转换/存储系统，实现了对太阳能的有效利用。为替代集成的太阳能电池和电池系统提供了新的思路。
　　
　　
　　　　
信息与工程
　　
　　

首次实现器件无关的量子随机数

　　中国科学技术大学潘建伟教授及其同事张强、范靖云、马雄峰等与中国科学院上海微系统与信息技术研究所和日本NTT基础科学实验室合作，在发展高品质纠缠光源和高效率单光子探测器件的基础上，利用量子纠缠的内禀随机性，首次成功实现器件无关的量子随机数。相关论文发表于Nature。该成果将在数值模拟和密码学等领域得到广泛应用，有望形成新的随机数国际标准。该工作及后续工作将为密码学和数值模拟以及需要随机性输入的各个领域提供真正可靠的随机性来源，同时由于可信任的随机数源是现实条件下量子通信安全性的关键环节，器件无关随机数的实验实现也进一步确保了现实条件下量子通信的安全性。
　　

大脑皮层神经元信息的读码机制解析

　　中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、中国科学院灵长类神经生物学重点实验室空间感知课题组顾勇研究员等，通过结合决策信号的测量与微电流刺激的干扰两种方法来解析大脑神经元信息的读码机制，研究论文发表于《神经元》。在猕猴大脑皮层中存在两类细胞，感觉—决策一致性细胞和感觉—决策相反性细胞。两类细胞之间通过特定的相关性噪音结构连接。微电流刺激实验表明两类细胞都贡献于猕猴的认知决策，但前者的读取权重更大，大约是后者的两倍。研究表明，大脑神经元信息的读码权重不仅与特定脑区有关，还与特定脑区中的特定神经元集群有关。
　　

阐释量子混沌系统

　　清华大学丘成桐数学科学中心助理教授金龙与美国加州大学伯克利分校Semyon Dyatlov教授合作，开展双曲曲面上半经典测度具有全支集的研究，研究论文发表于Acta Mathematica。曲面或区域上的拉普拉斯算子特征函数是量子态的简单模型，其在半经典极限下的分布情况由半经典测度描述，与对应的经典力学系统的性质紧密联系。负曲率曲面上的测地流是经典的混沌系统，刻画其上的半经典测度是量子混沌领域中最重要的问题。对于曲率为负常数的双曲曲面研究证明了半经典测度具有全支集，即半经典极限下特征函数不能完全地集中在一个子集上。由此还可推出双曲曲面上线性薛定锷方程可由任意非空开集控制。
　　

单分子场效应晶体管研究进展

　　北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组和合作者开发了国际上第一种基于离子液体栅和石墨烯基单分子器件平台的单分子场效应器件，实现了单分子电荷输运的高效控制。相关研究成果发表于Angewandte Chemie International Edition。场效应晶体管是构建电子电路的基本单元器件，其基础原理为使用第三端栅电极来调控源漏两端电极之间的电流。通过外加电场调控单个分子中的电荷传输可以实现单分子场效应功能。这种新器件结构克服了长期困扰该领域的短沟道效应，为构建高性能的单分子场效应晶体管和研究与分子轨道能级相关的量子输运效应提供了可靠平台。
　　
　　
　　
　　　　
信息与工程
　　
　　

生成对抗网络研究在人脸识别领域新进展

　　中国科学院自动化研究所智能感知与计算研究中心孙哲南、赫然研究团队，在生成对抗网络基础上提出高保真度的姿态不变模型来克服人脸识别任务中最为经典的姿态不一致问题。研究论文发表于NIPS（人工智能顶级会议神经信息处理系统大会）。研究者总结了先前工作中存在的一些限制，例如，过于依赖低维信息约束，不能很好地保持原图的语义信息等。设计新过程，解决了这些问题。实验结果表明，该方法在基准数据集上的表现的视觉效果和定量性能指标都优于目前最好的基于对抗生成网络的方法。此外，HF-PIM所支持的生成图像分辨率也在原有方法的基础上提升了一倍。
　　

高灵敏聚合物/AIE荧光气体传感器

　　中国科学院院士、中国科学院理化技术研究所研究员江雷团队通过结合聚合物和聚集诱导发光（AIE）分子，在不对称浸润性界面上限域构建聚合物/AIE荧光微米线阵列作为气体传感器，利用聚合物溶胀诱导光强变化实现对有机气体的高灵敏和特异性检测；该成果发表于Nature Communications。通过理论计算揭示了荧光传感器对气体检测的机理，并且利用现有商品化聚合物或AIE材料构建传感器阵列，实现对不同有机气体的识别，证明方法具有普适性。更为重要的是，通过调控聚合物侧链结构，可特异性识别并准确区分性质相似的有机气体。
　

宇宙学和暗物质前沿交叉研究

　　中国科学院理论物理研究所研究员李田军及其合作者提出利用一种暗物质候选粒子——轴子来自然地解释一种反常的冷却效应。相关研究成果发表于《物理评论快报》。轴子（Axion）和类轴子（Axion-Like Particles）属于WISPs，是一种理想的暗物质粒子候选者。轴子暗物质在早期宇宙演化的适当时期可通过引力相互作用在Condensed Regime形成玻色—爱因斯坦凝聚（Axion BEC）。利用暗物质轴子的玻色—爱因斯坦凝聚，在黎明时代前冷却中性气体氢，在此过程中，轴子凝聚形成的大尺度关联放大了这种冷却效应，因此，中性气体氢能够以一种简单合理的方式被冷却，最终自然地解释了EDGES观测到的反常信号。
　　

铋氧化物高温超导机理

　　复旦大学物理学系教授封东来团队与南京大学教授闻海虎、北京师范大学教授殷志平等合作，揭示钡钾铋氧体系高温超导机理，研究论文发表于Physical Review Letter。高温超导是凝聚态物理的重要前沿方向。铋氧化物即是一种重要的疑难超导体系，其超导电性首次发现于1976年。合作团队通过不断优化样品质量、在世界上多个同步辐射线站优化实验条件，利用十微米量级的聚焦光束在不平整的表面上找到平整的小区域，最终获得高质量的光电子能谱。实验材料长程库伦相互作用导致了带宽极大地增加。HSE/GW计算结果也表明长程库伦相互作用所引发的带宽增加效应会导致这样远高于传统理论估算值的电声子耦合强度。