偏置电流源

近期，中科院合肥研究院强磁场中心盛志高研究员课题组与中国科学技术大学张振宇教授等人合作，成功研发了一种新型二维同质偏置器件。与三维同类器件相比，该二维偏置器件具有无老化、可延长、可恢复等特点，不仅为低维磁性器件设计和交换偏置效应机理的研究提供了新思路，且有望成为二维电子技术与装备中的核心磁性元器件。相关研究成果发表在国际期刊先进材料(Advanced Materials)上，并申请了发明专利。 　　二维范德瓦尔斯磁性材料，因其层状结构、无悬键表面、强磁各向异性等特性，为基础磁性研究和低维磁性器件开发提供了极佳的平台。但弱的层间耦合作用，极大限制了二维磁性材料的功能器件应用。因此，如何有效通过界面工程，实现强的磁交换作用(如交换偏置效应，ExB)，已成为构建二维磁性器件的关键科学问题之一。 　　针对这一问题，盛志高课题组经过大量材料筛选与技术探索，最终发现通过单轴压力技术，可以将具有铁磁基态的二维铁锗碲(Fe3GeTe2)材料诱导成为具有铁磁-反铁磁共存的材料同质、磁性异质结构，且发现该结构具有实用级的交换偏置效应。这一压力诱导相变被磁光测试、高分辨透射电子显微镜测试、及第一性原理计算证实。由于该材料同质、磁性异质结构的铁磁-反铁磁耦合发生在同质结内部，其原子级平滑的磁界面使其交换偏置效应展现出无老化(non-aging)、可延长(extendable)，可恢复(rechargeable)等三维器件中不存在的优良特性。这一结果为设计和开发高性能二维磁性器件开辟了一条新的途径，其优异的交换偏置特性为二维磁性器件的有效应用提供了机遇。 　　强磁场中心盛志高研究员和中国科学技术大学张振宇教授为本文的共同通讯作者。山西师范大学许小红团队，中科院合肥研究院固体所罗轩、强磁场中心孙玉平团队共同参与此项课题研究。该项研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省实验室方向基金、中科院合肥研究院院长基金、以及国家重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”(SHMFF)的支持。图1：(a)单轴加压处理后诱导FGT磁转变的示意图；(b)加压后FGT的磁光现象；(c)FGT无老化、可延长、可恢复的交换偏置效应示意图

p style="text-align: justify text-indent: 2em "2020年11月16日，2020慕尼黑上海分析生化展在上海新国际博览中心隆重召开。世健系统（香港）携新一代测试和测量应用方案亮相展会，吸引了众多业内观众围观和交流。本次参展的产品包含了超低失真任意波形发生器和采集模块、6位半数字电压表、宽压大功率SMU、多参数水质测量系统方案、小体积低功耗嵌入式电化学传感器测量模块和超高精度皮安计模块等。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "script src="https://p.bokecc.com/player?vid=C4F4509D880788959C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=true&width=600&height=490&playerid=621F7722C6B7BD4E&playertype=1" type="text/javascript"/script/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "据介绍，世健公司是亚太区领先的电子元器件分销商，曾被美国权威杂志EPSNews评为“全球电子元器件分销商25强”。世健是新加坡上市公司，总部在新加坡。目前，世健在中国拥有十多家分公司和办事处，遍及中国主要大中型城市。凭借优秀的研发团队，丰富的技术支持和优秀的销售经验，世健在业内享有领先地位。本次展会推出的超高精度皮安计模块由世健技术团队自主研发。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "设计工程师都知道，精确的微弱电流信号测量是各种科学分析仪器、环境监控和过程控制的系统设计核心，尤其是当输入的微电流信号达到pA级，甚至fA级的时候，这对他们来说，将是一个巨大的挑战。世健的新模块为用户提供了一种简单的方法来评估系统性能和完善原型开发。该模块拥有完整的信号链，输入电流通过fA级的输入偏置电流运算放大器ADA4530-1，经由ADA4522-1作为缓存和增益设置级输入到低噪声24位Sima-Delta ADC-AD7124-4采样结果传送到MCU并通过USB端口上传到上位机，通过特别设计的Labview GUI来进行模块配置，实时波形显示直方图和统计分析测试数据将以Excel文件等功能输出。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "此外，该模块具有以下特点，模块上的ADA4530-1，采用跨阻方式配置高达10G欧姆的通孔式反馈电阻；低泄漏及屏蔽技术；线性度好；在0~20pA的输入条件下，该模块以1pA计步达到0.9999的线性度；低均方根噪声；本底RMS噪声小于50μV；输入电流范围0~200pA。该模块的一些应用场合如下，分光光度计、色谱仪、质谱仪、pH计、皮安计以及PCB泄漏测量等。目前该模块已经在世健网店上线。/p

“今年第一个诺奖，就爆了大冷门！”10月3日，2022年诺贝尔生理学或医学奖揭晓。瑞典科学家斯万特帕博（Svante Pääbo）获奖，以表彰他“在已灭绝古人类基因组和人类进化方面的发现”。不少关注者直呼“冷门”。执着，是付巧妹对他最大的评价。付巧妹是他曾经的博士生，如今已是中科院古脊椎动物与古人类研究所古DNA实验室主任，当《中国科学报》联系上她时，她给导师写的祝贺邮件还没来得及发送。2022年诺贝尔生理学或医学奖得主斯万特帕博（Svante Pääbo）图片来源：诺贝尔奖委员会官网《中国科学报》：你认识的诺奖得主是怎样的人？付巧妹：他非常执着，兴趣导向非常明确。1997年起，他就一直担任马普进化人类学研究所所长，古基因学可以说是他从无到有开创的，他一直坚定进行着这项研究。《中国科学报》：该研究为何能获诺奖？付巧妹：经过近十几年的发展，古基因学领域的研究产生了很大的辐射影响，除了基因组本身以外，还对我们现代人有很深的影响，比如功能性基因，以及解开其他一些人类未解之谜等。此外，古基因学还影响了其他领域的研究，包括人类、动物和病原菌等，可以说是辐射到了各个领域。《中国科学报》：他的哪些品质或者习惯，对你做科研有很深的影响？付巧妹：他的执着让我深受影响，尤其是发现重要研究时，他的第一反应从来不是有多开心，而是思考这个结果是否可靠，要用各种方式去验证，更多的是去证明这个发现是不是错了，是不是有问题。这对我们是一个很大的警醒。他，凭什么重塑尼安德特人的历史工作了一天的帕博特别疲倦，但5岁的儿子正是闹腾的时候。孩子睡着以后，一个疯狂的问题困住了他：如果今天所有人都带有1%~4%尼安德特人的基因，那么，在精子和卵子产生、结合过程中，DNA片段随机搭配，就可能产生一个奇怪的结果——有一个孩子一出生就完全是尼安德特人，而且这个孩子正好是他桀骜不驯的儿子？帕博特别认真地计算了这件事的概率，结果这个数字是一个零和小数点后76000个零，再加上一些数字。也就是说，期待未来有一个真的尼安德特人走进实验室为他提供血液样本的可能，不存在！　这是帕博在自己书中描述的自己。这样的他，简直“可爱到犯规”。如果有一个人的名字是与古DNA绑定在一起的，那非斯万特帕博莫属。帕博是瑞典演化遗传学家，也是德国马普学会演化人类学研究所所长。从学生时期第一个偷测千年木乃伊DNA，到史上第一次绘制出尼安德特人的基因组图谱，他用了30年把一段科研生涯推向极致。每一个杰出的科学家都携带着一部科学史20世纪80年代，一个尚未“出师”的在读博士，面对两条截然不同的职业道路时，会作何选择？一个是主流的前途可期的分子生物学，一个是神秘却难以看到未来的埃及古文物学。帕博并未听从多数同伴的建议选择前者，而是选择了13岁起就迷恋上的古老历史，继而走出了一条属于自己的路——把考古带进分子时代。为他引路的，是当时大名鼎鼎的演化生物学家艾伦威尔逊以及聚合酶链锁反应（PCR）的发明者、后来的诺贝尔化学奖得主凯利穆利斯。在帕博此后的研究生涯里，有三篇文章奠定了他在学术领域的地位。1984年，帕博悄无声息地成为了世界上第一个从死去两千多年的木乃伊身上提取DNA的人，一年之后，他的论文《对古代埃及木乃伊DNA的分子克隆》登上《自然》封面，引发了学界轰动。重要的是，他对非正统思想和项目超乎寻常的热情，让他注定成为一个与众不同的开创者。12年之后，帕博在自己一手打造的跨学科实验室，首次从已经灭绝的古人类——尼安德特人身上提取到线粒体DNA并成功进行了测序，他的团队在《细胞》杂志报告了尼安德特人的测序结果，为艾伦威尔逊“走出非洲”的现代人起源理论提供了铁证。而到了2010年，尼安德特人的基因组草图完成，那个有关人类起源的故事发生了戏剧性的转折。帕博及其合作的50位科学家一起在《科学》上揭示了，今天除非洲以外的所有人都带有尼安德特人的遗传密码，这种古老的人类从未消失！酷爱在阿尔卑斯山滑雪的帕博曾经说过，比那周围陡峭的雪景更为壮观的，是他们描述尼安德特人DNA序列的论文。那是生命的天书。如果把古DNA研究领域比作阿尔卑斯群山，那么在后来者眼里，帕博无疑是在这个年代登顶勃朗峰的人。对待科研，他寸步不让 1987年，扩增特定DNA片段的聚合酶连锁反应（PCR）技术兴起，这使得扩增古代材料中微量DNA成为可能，但这项技术对研究人员挑战巨大。老旧样本的保存条件不利，含有可获取的DNA非常有限，甚至完全没有，即便通过PCR也很难做到。因此，从科学的角度，系统建立可靠的DNA扩增流程非常重要。但帕博很快意识到，现代外源DNA污染实验是个严重的问题。它甚至造成了古DNA研究领域此后长达十几年的低谷期。所谓外源DNA污染，指的是任何接触过古代标本的人、检测仪器甚至是环境中的DNA片段都可能进入样本，并被当成是残存的古DNA，从而毁掉整个实验。1990年，来到慕尼黑大学开始独立科研生涯的帕博做的第一件事，就是“为人类历史研究注入新的严谨风貌”。他用近乎疯狂的偏执，建起了世界上第一个古DNA研究的洁净室，他为实验制定“可靠性准则”，以及一系列工作铁律。那些步骤要求看上去就像充满神圣感的仪式内容，不容丝毫亵渎。团队尽力做到一丝不苟，帕博依旧夜不能寐地担心污染问题，即便如此虔诚，他们仍旧一次又一次无功而返。然而，就在帕博团队煞费苦心地开发方法进行检测和消除污染时，他发现，《自然》《科学》却发表了一系列华而不实的论文，争相寻找超级古老DNA，这在当时的技术条件下简直是天方夜谭。团队千辛万苦得到的那点可怜的数万年之久的DNA序列，在那些文章面前不值一提。他不止一次地看到，科学的进步是一个痛苦的过程，“说服你最亲密的伙伴以及全世界的大部分人好好考虑新的想法需要很长的时间”。作为帕博的学生，坚持以事实为导向的严苛作风，对中科院古脊椎所古DNA实验室主任付巧妹确立科研态度，也产生了重要影响。她说：“每当得到一个可能改变之前认识的结果时，我的第一反应经常都是‘我是不是犯了什么错误’，担心样本有污染或者分析方法有错，接着就是不停地自我找碴和论证。所有找碴的办法都试过了，确信无疑后，我才能高兴地放松下来。”科学发展的反复无常20世纪90年代末，随着帕博团队成功提取并测序尼安德特人的线粒体DNA，“线粒体夏娃”的假说得到了证实，支持所有现代人都是从非洲走出的智人进化而来，而不是多地起源。可实际上，关于人类起源模式的对峙并未减弱，因为这个证据并不完整。线粒体DNA的局限在于，它只能通过母系遗传，要找到现代人类与尼安德特人的准确关系，必须依靠核DNA。可是，在提取物中，核DNA的数量只有线粒体DNA数量的1/1000~1/100，除非扩增技术出现巨大进展。在这之前，帕博团队只能一边努力改进提取技术，一边祈祷实验室成员能活得足够长。2000年初，“第二代测序法”诞生，它被寄希望于从根本上改变古DNA以及其他许多生物学研究。帕博于是决定在他一手创建的德国马普学会演化人类学研究所，正式启动尼安德特人基因组计划。可这个计划很快便遇到了瓶颈，当时的二代测序法尽管使获得DNA序列的效率得到提高，但仍需要基于足够多的骨骼样本。如何从当年的东欧国家取得珍贵的标本，是一场科学以外的较量，但对帕博来说，他甚至不清楚对手究竟是谁。最令人失望的是，他倾尽人脉以及所有的斡旋能力，得到的骨头根本无法支撑他完成测序工作。那一刻，所有的努力化为乌有。除了等待下一次技术的重大革新以外，他们已经无计可施了。但也只有帕博相信，那还不是他们的极限。他想起了年轻时曾在瑞典接受过的军事训练，包括战犯审讯训练，其中一个手段就是一遍又一遍重复询问同一个问题。他用这种近乎“残忍”的方式，逼迫自己的团队，提取和扩增技术无法突破，唯一的办法就是如何减少实验过程中的DNA损失。最终，他们找出并改进了造成DNA损失的步骤，而这是实实在在逆转乾坤的进步。但好景不长，让帕博再次陷入绝望的，是他们的实验结果受到了来自外源DNA污染的质疑… … 这不仅有来自人类本身探索未知的局限，还如帕博所揭示的，“科学研究是一项社会工作，其中位高权重的人和具有影响力的学者所主张的教条，经常决定了科学的‘常识’”，这会阻碍更多科学家客观地、不偏不倚地追求真理。但与此同时，这一过程也让人看到到，唯有包容、开放、合作的心态，才能在科学研究的危机笼罩之时，将团队凝结成冲破阴霾的最终力量。