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飞秒激光改写半导体材料“基因”

在非平衡态超快动力学和瞬时物态调控研究中，一个备受关注的重要研究方向是通过周期振荡的势场诱导量子物态的变化，进而实现对其电子结构的调控，该方案被称为“弗洛凯工程”。

清华大学物理系周树云研究组多年来致力于低维量子材料的电子能谱和非平衡态超快动力学的研究，尤其是弗洛凯能带及物态调控的实验研究。他们针对领域难点投入了大量的精力，攻克了中红外强场脉冲激发光源以及与角分辨光电子能谱仪结合方面的困难，研制出具有前沿技术指标的超快时间分辨角分辨光电子能谱系统。

在材料体系方面，他们巧妙地选取了黑磷这个具有小带隙、高迁移率的经典半导体材料。通过精细调节中红外激发光源的光子能量，他们发现当光子能量与带隙接近共振时，黑磷的电子结构从平衡态的抛物线形状演化为在带顶打开能隙的“墨西哥帽”形状，并观察到了复制的弗洛凯边带。

“我们研究的电子能带结构可以通俗地理解成这些材料的‘DNA，它决定了材料的各种属性。”该工作的主要参与者之一、清华大学“水木学者”鲍昌华解释道：“而我们所做的就是利用飞秒激光来调控这些材料的‘DNA，从而获得我们想要得到的一些性质。”

科学家识破罕见脑肿瘤细胞“间谍”

香港科技大学吴若昊教授及其博士后研究员于雷博士带领的研究团队开发了一种新型多功能单细胞多组学分析技术scONE-seq。这种技术不仅能分析冷冻细胞及难以取得的细胞类型，如骨骼和大脑；同时也大大简化了收集肿瘤中的DNA和RNA数据的实验流程。

星形胶质瘤是一种致命且具扩散性的脑肿瘤，患有此类肿瘤的患者在确诊后五年内的存活率仅为5%左右。团队利用其新型单细胞技术，在星形胶质瘤患者样本中发现了一种细小而独特的肿瘤细胞亚群。这种独特的肿瘤细胞群体通过伪装成大脑的正常星形胶质细胞，逃过使用其他常见肿瘤测序方法的检测。此外，团队亦发现这种“间谍”肿瘤细胞具有耐药性分子特征；有关“间谍”肿瘤细胞在肿瘤恶化中所起的作用将是未来研究的重要方向。这项发现将为一些最复杂和罕见肿瘤的研究带来突破，并为未来的药物靶标发现开辟新方向。

我国科学家取得柔性可拉伸封装技术领域原创性成果

高性能密封材料对于保障柔性器件的长期稳定运行至关重要。然而，目前已有的封装材料无法同时兼顾密封性能与可拉伸性能。

针对这一挑战，上海交通大学邓涛教授和尚文副研究员课题组与其合作团队历经3年多的合作努力，设计制备了基于液态金属的复合封装材料，通过将常见液态金属镓铟共晶合金与弹性体材料复合，并巧妙地利用微米玻璃球阵列作为支撑体防止该封装材料在变形过程中塌陷而引起密封性能的衰减，开发了一种高气密性、可拉伸、能集成无线通讯功能的封装材料，测得其氧透过系数为5.0×10-23 m²/（s Pa），接近于金属铝，比传统硅胶弹性体材料低8个数量级以上。

针对液态金属材料因自身具有电磁屏蔽效应而会限制封装器件与外界的无线通信的功能这一问题，研究团队进一步提出了分隔式结构设计，通过在液态金属封装系统中引入电磁波信号传输窗口，赋予了封装系统可无线通信的功能。

自供电敷料重塑伤口内源性电场促进创面修复

负压创面治疗技术（NPWT）是控制急/慢性创面感染的核心技术；但有研究发现，传统NPWT使创缘电解质持续流失，导致创面内源性电场衰降，不利于创面再上皮化。

鉴于此，中科院北京纳米能源与系统研究所李舟、罗聃研究团队及其合作者，将摩擦纳米发电机（TENG）与NPWT相结合，开发出一种基于自供电敷料（EGD）的电场耦合负压一体化治疗新技术。在EGD治疗系统中，间歇负压带来的敷料机械形变驱动TENG产生高压/低电流特性脉冲电，为创面提供稳定和安全地补偿电势，不仅抵消NPWT的副作用，而且重塑和增强创面内源性电场。EGD产生的电场诱发表皮细胞强大的趋电性迁移反应，并且促进巨噬细胞向M2表型转化；采用急/慢性皮肤创面模型证实，EGD显著抑制炎症反应，促使创面更早地进入增殖期；通过诱导表皮细胞增殖和定向迁移，加速创面再上皮化；通过重建有序的细胞外基质和成熟的上皮微结构，提升重塑期新生皮肤愈合质量。

更重要的是，将NPWT升级为EGD的费用仅为6.78美元，这使得患者通过可负担的支出获得更好的预后。

科学家突破光学超构表面偏振复用容量极限

最近，南京大学彭茹雯、王牧研究组与美国东北大学刘咏民研究组联合，创新性地将精心设计的光学响应噪声引入琼斯矩阵方案中，突破超构表面偏振复用容量的物理极限，理论演绎并实验证实利用单一超构表面成功获得高达11个独立偏振通道，该超构表面在不同偏振的单色可见光照射下可观测到11种独立的全息图像。该研究结果为目前光学超构表面偏振复用的最高容量。

基于该理论策略，研究团队又进一步证实这种新型的偏振复用技术能够与其他复用技术，比如空间复用，角动量复用等相融合，并实验展示单一超构表面（样品大小仅0.33mm×0.33mm）能够产生36种独立的全息图像，形成包含26个英文字母和10个数字的全息键盘图案。该研究为发展亚波长尺度下高容量光学显示、信息加密、数据存储提供新思路，在光通信和互联、光计算、光传感与探测、增强现实和虚拟现实（AR/VR）技术等领域具有广阔的应用前景。

磁存储材料新技术，可提升信息存储速度和密度

反铁磁材料便是一类新型磁存储材料，作为数据存储介质，相邻数据位可以密排列以提升存储密度，并且可使数据写入速度大幅提升。此前已有的反铁磁存储器件的电信号输出，主要依赖面内电子输运的各向异性磁电阻效应，高低阻态之间的电阻差值很小，常温下数据写入后難以有效读出，导致出现乱码等无效储存情况。

为此，北京航空航天大学材料学院磁性功能材料研究团队、华中科技大学物理学院、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所加工平台合作攻关，突破了原子级平整反铁磁金属单晶薄膜的关键制备技术，通过界面应力诱导非共线反铁磁单晶薄膜的晶格四方度变化，产生了单轴磁各向异性，以及显著的反常霍尔效应。基于该反常霍尔效应，实验发现了全反铁磁异质界面（共线反铁磁/非共线反铁磁）的交换偏置效应，从而设计制备出多层膜新型全反铁磁存储器件，大幅提升了数据读出可靠性。器件的常温高低阻态差值提升了近3个数量级，使超快速响应超高密度反铁磁随机存取存储器的研制成为可能，有望大幅提升手机、计算机等信息产品运行速度。

全球野火天气反馈机制研究取得重大进展

南京大学大气科学学院丁爱军教授团队最新研究发现，野火不仅受气象条件影响，而且其所排放气溶胶的辐射效应也可改变气象要素，由此产生天气尺度的正反馈机制显著增强全球不同沿海地区的极端野火事件。

该研究团队通过分析过去20年全球不同野火燃烧区的卫星观测数据，发现美国西岸和东南亚的中南半岛地区的野火燃烧面积存在着显著的天气尺度变化，并分别在1周和2周时间尺度频谱最强，前者受风速和湿度控制，而后者则主要受降雨调制。

研究发现，在美国西部的地中海气候区，野火排放的烟羽可增加气溶胶光学厚度，通过气溶胶—辐射—边界层相互作用增强局地热力环流，产生更多的干热山风，由此引起野火区风速的增大、湿度的减小和大火潜势的上升，从而显著增强野火气溶胶的排放并导致峡谷城市空气质量的急剧恶化。然而，位于亚洲季风区的中南半岛则有所不同，中南半岛地区野火燃烧烟羽可被抬升至高空后沿着我国南部沿海传输上千公里，并伴有复杂的云与降水过程以及大尺度环流的参与，故而该地区野火天气反馈的时间尺度较北美西岸则相对更长。