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来源： 发布时间：2021-03-22
Nature
热带森林内的实验增温引起土壤碳损失
Nature封面：地面控制。随着气候变暖，土壤有机质会变得不稳定，更多的CO2因此被释放到大气中。一种假设认为对于温带地区的森林而言，土壤在两年内增温4℃会让碳排放量增加约1/3，而热带土壤则被认为对增温的敏感度较低。nature杂志第7820期封面文章报道了一项土壤增温实验的结果，挑战了这种假设。研究人员在巴拿马巴罗科罗拉多岛的热带低地森林土壤中进行了一次增温实验，两年内让土壤增温4℃，CO2排放量出乎意料地增加了55%。实验结果表明，热带土壤对增温高度敏感，可能对气候变化具有明显的正反馈。
关于冠状病毒病（COVID）的问题
Nature封面：血液中的新冠病毒SARS-CoV-2的艺术示意图，创作依据是该病毒的最新冷冻电镜图像，图中显示了中和抗体（黄色）与SARS-CoV-2表面的刺突蛋白结合。Nature杂志第7821期发表了一系列关于COVID-19致病病毒的前沿研究成果，涉及的主题有助于控制未来疫情暴发的传播动力学，并为制定治疗策略提供思路的抗体反应。该期系列文章回顾了病毒和COVID-19的重要特征的关键科学发现，包括新出现的治疗和预防方法。从病毒是如何被识别的开始到其感染机制的分子细节，以及在人与人之间传播等方面展开论述。
异型细胞间通信能调节腺体干细胞多能性
Nature封面：乳腺分支的基底细胞（红色）和管腔细胞（绿色）。Nature杂志第7822期封面文章报道了基底干细胞的潜能直接受到管腔细胞分泌的肿瘤坏死因子（TNF）蛋白的调节，这种蛋白相当于基底干细胞多能性的抑制剂。乳腺和前列腺这类腺体组织的上皮由相邻的管腔细胞层和基底细胞层组成。基底层的干细胞在发育过程中能促进这两种细胞层的形成，但成体干细胞会失去它们的多能性。当组织受伤时，失去的多能性会被逆转，从而让基底干细胞促进两种细胞层的修复。
全球植物-食果动物元网络加速同质化
Nature封面：新西兰本地一只灰胸绣眼鸟（Zosteropslateralis）栖息在引入物种智利大黄（Gunnera tinctoria）上。Nature杂志第7823期封面文章报道了引入物种对肉果植物和散播这些植物种子的食果动物的共生网络的影响。贸易和运输推动植物和动物物种加速引入新的区域。通过分析410个本地网络（包括1631种动物和3208种植物之间的24455个独特的配对相互作用），发现引入的物种模糊了全球网络的生物地理格局，并且不成比例地促进了其他引入物种的成功。由此导致的结果是：生物同质化造成本地生态系统的复原力面临越来越大的风险。
（本页期刊封面图来自Nature官网）
Science
泥浆的世界
Science封面：冰岛泥泞的Markarfljót河带着沉重的沉积物流入大海。Science杂志第6506期封面文章报道了泥浆的世界。泥土（细沙和水的混合物）是地球上最常见和最重要的物质之一，人类正在影响泥浆的形成方式和堆积地点。该期封面用几个故事回顾了几个世纪前殖民时期农业耕作和埋没的溪流如何释放泥浆，以及现代工业活动如何从采矿废料和铝生产中产生出大量污染泥浆，这些泥浆可能对人类和自然社区构成严重威胁。生物学家还进一步了解了所关注的泥中生物，包括为了在缺氧沉积物中生存而导电的非凡细菌，并用图形查看沉积物如何流动。
谷歌实现了量子化学模拟
Science封面：量子比特qubit。Science杂志第6507期封面文章报道了谷歌人工智能量子团队使用“Sycamore”计算机开展了大规模的化学量子计算。量子计算机的计算能力可能会比传统的计算机要大。最近在谷歌的53量子位Sycamore量子处理器上展示的“量子霸权”（quantum supremacy）强化了这一想法，但下一代量子计算机是否能够解决具有实际意义的经典难题仍难知晓。研究者在超导处理器上用Hartree-Fock计算分子电子能量的实验方法来回答这个问题。虽然在经典计算机上进行的计算也很有效，但该实验展示了量子优势。
关于民主的一些科学研究
Science封面：民主。Science杂志第6508期特刊报道了对民主的研究审视，描述了如何适应发展以便在21世纪实现理想。民主是一种全球现象，它面临无数挑战，可能出现失衡。暴力压迫、两极分化、虚假信息、多样性、不平等，所有这些都促使社会科学家和行为科学家去了解民主如何克服障碍适应发展，以便积极地迎接机遇和挑战。在一些国家和地区，科技的进步使得通过选民投票来歪曲真正的选民代表变得更加容易。科学地理解构成其运作基础的社会和行为现象将有助于改善全球人类的生活和社会。
定制转录组
Science封面：个体之间的遗传变异对转录组的影响不同。Science杂志第6509期特刊报道了基因型组织表达(GTEx)联盟项目的第三阶段和最后阶段，展示了对第8版（v8）GTEx版本的分析结果。v8数据发布包括越来越多的组织和个体。研究规模的扩大还提供了将遗传变异与基因组近端和远端的基因表达联系起来的能力，无论是在基因组的近端还是远端，这样就可以检测顺式和反式效应以及基因表达中的群体和性别的特异性差异。GTEx联盟开发了许多工具如Watershed，并为科学界提供了一个全面的资源。
（本页期刊封面图来自Science官网）
先进制造
一种自驱动、透明、柔性的人机交互轨迹追踪智能微系统
电子科技大学电子学院张晓升教授课题组提出一种电极小型化策略，实现其高透光性和高电能输出的集成一体化，进而实现高灵敏透明轨迹追踪自驱动智能微系统。相关成果发表于Nano energy。纳米发电机（TENG）已被证明是一种可靠的微纳能源，而且由于其自身具有“供电+功能”集成化的独特特性，可以作为自驱动传感器和自驱动执行器来构建智能人机交互微系统。研究显示，在缩小2/3电极面积的情况下，新型微纳能源采集器件的电学输出仍能保持高度稳定。这种电极小型化策略使器件具有更高的光透率和更低的信号干扰，使其在自驱动智能微系统领域，特别是在需要优异光学性能的领域显示出潜力。
纤维素合成甲基环戊二烯新方法
中国科学院大连化学物理研究所催化与新材料研究室李宁研究员、张涛院士团队实现纤维素基3-甲基-2-环戊烯酮（MCP）直接加氢脱氧合成甲基环戊二烯（MCPD）。相关成果发表于Nature Communications。MCPD是火箭燃料RJ-4的生产原料，同时还被应用于生产各种产品，例如医药产品、汽油抗爆剂、环氧树脂固化剂及染料添加剂等。目前，MCPD主要从石油裂解焦油的副产物中制取，收率低价格高，极大地限制了它的应用。实验结果表明，MCP在气相加氢脱氧过程中，部分还原的锌-钼氧化物催化剂在碳-碳双键存在下优先与碳-氧双键发生相互作用，并高选择性地形成二烯产物MCPD（碳收率为70%）。
世界最“亮”白光有机电致发光二极管
西安交通大学吴朝新教授组与合作团队研发出世界最“亮”的白光有机电致发光二极管。相关成果发表于Nano Energy。相比白光LEDs，白光有机电致发光二极管（WOLEDs）的功率效率仍然偏低，一定程度上限制了WOLEDs的固态照明应用。首先开发出一种基于超厚有机多异质结空穴传输层的反型底发射WOLEDs器件结构，同时实现了高效的空穴注入和等离子体模式能量损失的抑制。在空穴传输层厚度为240nm的超厚反型器件中，实现了228.4lm/W的峰值正向功率效率，相比空穴传输层厚度为60nm的器件，功率效率提高了57%。同时，在1000cd/m的亮度下，实现了166.3lm/W的峰值正向功率效率。
高效稳定钙钛矿太阳能电池模块研究
上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室教授韩礼元、副教授陈汉团队在高效稳定大面积模块研究方面取得进展。相关成果发表于Advanced Energy Materials。研究者通过新方法保证了空穴传输层稳定的p型半导体性质与空穴提取及传输能力。进一步制备了可规模化的无掺杂异质结，该结构由富碘表面的无甲铵钙钛矿吸光层、桥连的超薄BJ-GO纳米片中间层以及无掺杂的空穴传输层组成。最终，采用这种无掺杂异质结的大面积钙钛矿电池模组（35.80cm2）获得15.3%的第三方认证光电转换效率。封装的钙钛矿模块的效率和功率均通过了实验室有关湿热试验。
钙钛矿光伏器件“埋底界面”研究进展
北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”朱瑞研究员、龚旗煌院士与英国萨里大学张伟教授合作，阐明了“埋底界面”中“微结构-化学分布-光电功能”的科学关系，指出“埋底界面”非辐射复合能量损失的主要来源，建立了钙钛矿光伏器件“埋底界面”的可视化研究平台。相关成果发表于Advanced Materials。论文对钙钛矿多晶薄膜“埋底界面”的微区形貌、化学组分、电子结构及光物理性质进行了充分分析，创新发展了多晶薄膜无损剥离技术、原位共聚焦荧光成像技术等，为今后研究多晶薄膜的底面特性提供了通用平台；研究也发现了薄膜底部的异质性，揭示了薄膜底部大量非辐射复合区域的主要来源。
集成存储计算的铁电晶体管技术
复旦大学微电子学院周鹏教授团队发现了新型二维铁电半导体在集成电路领域的应用方案，实现了铁电存储计算技术的原始创新，提供了发展存算融合系统的器件范式。相关成果发表于Nature Communications。研究团队开发出集成存储和计算能力的二维铁电沟道晶体管（2D FeCTs），不同于传统FeFETs，FeCTs直接将二维铁电半导体作为晶体管沟道，而非栅极介电层。此外，二维铁电半导体中天然存在的移动电荷可以形成一个内建电场，从而有效屏蔽铁电半导体内部的去极化场，使传统FeFETs的抗疲劳特性改善，电荷俘获和泄漏电流效应消除，最终实现铁电存储器性能优化。
超低冰黏附强度的超疏水抗结冰表面
清华大学材料学院钟敏霖教授团队利用超快激光微纳制造结合化学氧化方法，制备出独特的三级微纳米结构超疏水表面，具有优异的超疏水稳定性和防结冰性能，其冰黏附强度最低为1.7MPa。相关成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces。超低冰黏附强度超疏水表面依靠自身的不沾水防冰性能和冰自动脱落的优异疏冰性能，可以在不消耗能量、不增加复杂结构的情况下提升防除冰能力、有效减缓结冰危害，因而更具发展潜力，是目前领域的热门方向。钟敏霖团队发展的方法，经过10次推冰测试后，制备表面的冰黏附强度依然不高于10kPa，表明三级微纳超疏水表面具有较好的推冰机械耐久性。
新型柔性无线可穿戴手势翻译系统
重庆大学光电工程学院杨进教授团队研制了一款柔性无线可穿戴手势翻译系统，手语识别率达98.63%。相关成果发表于Nature Electronics。该系统由螺旋芯鞘型可拉伸传感阵列和无线电路模块组成；螺旋芯鞘型可拉伸传感阵列最大拉伸应变可达100%，同时具备高灵敏度、快速响应时间以及良好的机械和化学稳定性，可以舒适地贴附在皮肤表面实现关节运动信息和表情变化实时、精确的捕捉；结合无线电路模块与机器学习算法，该系统可以将手语手势直接转换为语音进行输出，系统的识别准确率高，平均识别时间小于1秒，同时系统的总重量仅为25.8克，提高了手语翻译系统的可穿戴性及实用性。
热带森林内的实验增温引起土壤碳损失
Nature封面：地面控制。随着气候变暖，土壤有机质会变得不稳定，更多的CO2因此被释放到大气中。一种假设认为对于温带地区的森林而言，土壤在两年内增温4℃会让碳排放量增加约1/3，而热带土壤则被认为对增温的敏感度较低。nature杂志第7820期封面文章报道了一项土壤增温实验的结果，挑战了这种假设。研究人员在巴拿马巴罗科罗拉多岛的热带低地森林土壤中进行了一次增温实验，两年内让土壤增温4℃，CO2排放量出乎意料地增加了55%。实验结果表明，热带土壤对增温高度敏感，可能对气候变化具有明显的正反馈。
关于冠状病毒病（COVID）的问题
Nature封面：血液中的新冠病毒SARS-CoV-2的艺术示意图，创作依据是该病毒的最新冷冻电镜图像，图中显示了中和抗体（黄色）与SARS-CoV-2表面的刺突蛋白结合。Nature杂志第7821期发表了一系列关于COVID-19致病病毒的前沿研究成果，涉及的主题有助于控制未来疫情暴发的传播动力学，并为制定治疗策略提供思路的抗体反应。该期系列文章回顾了病毒和COVID-19的重要特征的关键科学发现，包括新出现的治疗和预防方法。从病毒是如何被识别的开始到其感染机制的分子细节，以及在人与人之间传播等方面展开论述。
异型细胞间通信能调节腺体干细胞多能性
Nature封面：乳腺分支的基底细胞（红色）和管腔细胞（绿色）。Nature杂志第7822期封面文章报道了基底干细胞的潜能直接受到管腔细胞分泌的肿瘤坏死因子（TNF）蛋白的调节，这种蛋白相当于基底干细胞多能性的抑制剂。乳腺和前列腺这类腺体组织的上皮由相邻的管腔细胞层和基底细胞层组成。基底层的干细胞在发育过程中能促进这两种细胞层的形成，但成体干细胞会失去它们的多能性。当组织受伤时，失去的多能性会被逆转，从而让基底干细胞促进两种细胞层的修复。
全球植物-食果动物元网络加速同质化
Nature封面：新西兰本地一只灰胸绣眼鸟（Zosteropslateralis）栖息在引入物种智利大黄（Gunnera tinctoria）上。Nature杂志第7823期封面文章报道了引入物种对肉果植物和散播这些植物种子的食果动物的共生网络的影响。贸易和运输推动植物和动物物种加速引入新的区域。通过分析410个本地网络（包括1631种动物和3208种植物之间的24455个独特的配对相互作用），发现引入的物种模糊了全球网络的生物地理格局，并且不成比例地促进了其他引入物种的成功。由此导致的结果是：生物同质化造成本地生态系统的复原力面临越来越大的风险。
（本页期刊封面图来自Nature官网）
Science
泥浆的世界
Science封面：冰岛泥泞的Markarfljót河带着沉重的沉积物流入大海。Science杂志第6506期封面文章报道了泥浆的世界。泥土（细沙和水的混合物）是地球上最常见和最重要的物质之一，人类正在影响泥浆的形成方式和堆积地点。该期封面用几个故事回顾了几个世纪前殖民时期农业耕作和埋没的溪流如何释放泥浆，以及现代工业活动如何从采矿废料和铝生产中产生出大量污染泥浆，这些泥浆可能对人类和自然社区构成严重威胁。生物学家还进一步了解了所关注的泥中生物，包括为了在缺氧沉积物中生存而导电的非凡细菌，并用图形查看沉积物如何流动。
谷歌实现了量子化学模拟
Science封面：量子比特qubit。Science杂志第6507期封面文章报道了谷歌人工智能量子团队使用“Sycamore”计算机开展了大规模的化学量子计算。量子计算机的计算能力可能会比传统的计算机要大。最近在谷歌的53量子位Sycamore量子处理器上展示的“量子霸权”（quantum supremacy）强化了这一想法，但下一代量子计算机是否能够解决具有实际意义的经典难题仍难知晓。研究者在超导处理器上用Hartree-Fock计算分子电子能量的实验方法来回答这个问题。虽然在经典计算机上进行的计算也很有效，但该实验展示了量子优势。
关于民主的一些科学研究
Science封面：民主。Science杂志第6508期特刊报道了对民主的研究审视，描述了如何适应发展以便在21世纪实现理想。民主是一种全球现象，它面临无数挑战，可能出现失衡。暴力压迫、两极分化、虚假信息、多样性、不平等，所有这些都促使社会科学家和行为科学家去了解民主如何克服障碍适应发展，以便积极地迎接机遇和挑战。在一些国家和地区，科技的进步使得通过选民投票来歪曲真正的选民代表变得更加容易。科学地理解构成其运作基础的社会和行为现象将有助于改善全球人类的生活和社会。
定制转录组
Science封面：个体之间的遗传变异对转录组的影响不同。Science杂志第6509期特刊报道了基因型组织表达(GTEx)联盟项目的第三阶段和最后阶段，展示了对第8版（v8）GTEx版本的分析结果。v8数据发布包括越来越多的组织和个体。研究规模的扩大还提供了将遗传变异与基因组近端和远端的基因表达联系起来的能力，无论是在基因组的近端还是远端，这样就可以检测顺式和反式效应以及基因表达中的群体和性别的特异性差异。GTEx联盟开发了许多工具如Watershed，并为科学界提供了一个全面的资源。
（本页期刊封面图来自Science官网）
先进制造
一种自驱动、透明、柔性的人机交互轨迹追踪智能微系统
电子科技大学电子学院张晓升教授课题组提出一种电极小型化策略，实现其高透光性和高电能输出的集成一体化，进而实现高灵敏透明轨迹追踪自驱动智能微系统。相关成果发表于Nano energy。纳米发电机（TENG）已被证明是一种可靠的微纳能源，而且由于其自身具有“供电+功能”集成化的独特特性，可以作为自驱动传感器和自驱动执行器来构建智能人机交互微系统。研究显示，在缩小2/3电极面积的情况下，新型微纳能源采集器件的电学输出仍能保持高度稳定。这种电极小型化策略使器件具有更高的光透率和更低的信号干扰，使其在自驱动智能微系统领域，特别是在需要优异光学性能的领域显示出潜力。
纤维素合成甲基环戊二烯新方法
中国科学院大连化学物理研究所催化与新材料研究室李宁研究员、张涛院士团队实现纤维素基3-甲基-2-环戊烯酮（MCP）直接加氢脱氧合成甲基环戊二烯（MCPD）。相关成果发表于Nature Communications。MCPD是火箭燃料RJ-4的生产原料，同时还被应用于生产各种产品，例如医药产品、汽油抗爆剂、环氧树脂固化剂及染料添加剂等。目前，MCPD主要从石油裂解焦油的副产物中制取，收率低价格高，极大地限制了它的应用。实验结果表明，MCP在气相加氢脱氧过程中，部分还原的锌-钼氧化物催化剂在碳-碳双键存在下优先与碳-氧双键发生相互作用，并高选择性地形成二烯产物MCPD（碳收率为70%）。
世界最“亮”白光有机电致发光二极管
西安交通大学吴朝新教授组与合作团队研发出世界最“亮”的白光有机电致发光二极管。相关成果发表于Nano Energy。相比白光LEDs，白光有机电致发光二极管（WOLEDs）的功率效率仍然偏低，一定程度上限制了WOLEDs的固态照明应用。首先开发出一种基于超厚有机多异质结空穴传输层的反型底发射WOLEDs器件结构，同时实现了高效的空穴注入和等离子体模式能量损失的抑制。在空穴传输层厚度为240nm的超厚反型器件中，实现了228.4lm/W的峰值正向功率效率，相比空穴传输层厚度为60nm的器件，功率效率提高了57%。同时，在1000cd/m的亮度下，实现了166.3lm/W的峰值正向功率效率。
高效稳定钙钛矿太阳能电池模块研究
上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室教授韩礼元、副教授陈汉团队在高效稳定大面积模块研究方面取得进展。相关成果发表于Advanced Energy Materials。研究者通过新方法保证了空穴传输层稳定的p型半导体性质与空穴提取及传输能力。进一步制备了可规模化的无掺杂异质结，该结构由富碘表面的无甲铵钙钛矿吸光层、桥连的超薄BJ-GO纳米片中间层以及无掺杂的空穴传输层组成。最终，采用这种无掺杂异质结的大面积钙钛矿电池模组（35.80cm2）获得15.3%的第三方认证光电转换效率。封装的钙钛矿模块的效率和功率均通过了实验室有关湿热试验。
钙钛矿光伏器件“埋底界面”研究进展
北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”朱瑞研究员、龚旗煌院士与英国萨里大学张伟教授合作，阐明了“埋底界面”中“微结构-化学分布-光电功能”的科学关系，指出“埋底界面”非辐射复合能量损失的主要来源，建立了钙钛矿光伏器件“埋底界面”的可视化研究平台。相关成果发表于Advanced Materials。论文对钙钛矿多晶薄膜“埋底界面”的微区形貌、化学组分、电子结构及光物理性质进行了充分分析，创新发展了多晶薄膜无损剥离技术、原位共聚焦荧光成像技术等，为今后研究多晶薄膜的底面特性提供了通用平台；研究也发现了薄膜底部的异质性，揭示了薄膜底部大量非辐射复合区域的主要来源。
集成存储计算的铁电晶体管技术
复旦大学微电子学院周鹏教授团队发现了新型二维铁电半导体在集成电路领域的应用方案，实现了铁电存储计算技术的原始创新，提供了发展存算融合系统的器件范式。相关成果发表于Nature Communications。研究团队开发出集成存储和计算能力的二维铁电沟道晶体管（2D FeCTs），不同于传统FeFETs，FeCTs直接将二维铁电半导体作为晶体管沟道，而非栅极介电层。此外，二维铁电半导体中天然存在的移动电荷可以形成一个内建电场，从而有效屏蔽铁电半导体内部的去极化场，使传统FeFETs的抗疲劳特性改善，电荷俘获和泄漏电流效应消除，最终实现铁电存储器性能优化。
超低冰黏附强度的超疏水抗结冰表面
清华大学材料学院钟敏霖教授团队利用超快激光微纳制造结合化学氧化方法，制备出独特的三级微纳米结构超疏水表面，具有优异的超疏水稳定性和防结冰性能，其冰黏附强度最低为1.7MPa。相关成果发表于ACS Applied Materials & Interfaces。超低冰黏附强度超疏水表面依靠自身的不沾水防冰性能和冰自动脱落的优异疏冰性能，可以在不消耗能量、不增加复杂结构的情况下提升防除冰能力、有效减缓结冰危害，因而更具发展潜力，是目前领域的热门方向。钟敏霖团队发展的方法，经过10次推冰测试后，制备表面的冰黏附强度依然不高于10kPa，表明三级微纳超疏水表面具有较好的推冰机械耐久性。
新型柔性无线可穿戴手势翻译系统
重庆大学光电工程学院杨进教授团队研制了一款柔性无线可穿戴手势翻译系统，手语识别率达98.63%。相关成果发表于Nature Electronics。该系统由螺旋芯鞘型可拉伸传感阵列和无线电路模块组成；螺旋芯鞘型可拉伸传感阵列最大拉伸应变可达100%，同时具备高灵敏度、快速响应时间以及良好的机械和化学稳定性，可以舒适地贴附在皮肤表面实现关节运动信息和表情变化实时、精确的捕捉；结合无线电路模块与机器学习算法，该系统可以将手语手势直接转换为语音进行输出，系统的识别准确率高，平均识别时间小于1秒，同时系统的总重量仅为25.8克，提高了手语翻译系统的可穿戴性及实用性。
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