关系效应研究

表面等离子体光刻（Plasmonic lithography）作为一种近场成像技术，具有可打破衍射极限的特性，能够为发展高分辨率、低成本、高效、大面积纳米光刻技术提供重要方法和技术途径，是下一代光刻技术的主要候选方案之一。目前，虽然已通过实验验证表面等离子体光刻可以满足微纳制造领域对14 nm及以下技术节点分辨率的要求，但随着集成电路特征尺寸的进一步缩小，严重的近场光学邻近效应（Near-field optical proximity effect，near-field OPE）不仅会降低曝光图形的分辨率，而且会增大曝光图形的失真现象，造成纳米器件物理性能及电学特性的偏差，进而影响到产品的功能和成品率，限制了表面等离子体光刻技术的实际应用性。为满足集成电路中对纳米结构器件的尺寸及质量的高性能要求，有效地解决表面等离子体光刻技术中存在的near-field OPE问题，中国科学院大学集成电路学院教授韦亚一课题组通过对表面等离子体光刻特有的近场增强效应进行定量表征，从物理根源上揭示了near-field OPE的产生机理，以及倏逝波（Evanescent waves）复杂的衰减特性和场分布的不对称性对曝光图形边缘特征尺寸的影响，并从光刻参数与表征光刻图形保真度的指标之间的数学关系出发，通过对曝光剂量和目标图形的联合优化，提出了基于倏逝波场强衰减特性进行空间调制的近场光学邻近效应矫正（Near-field optical proximity correction，OPC）的优化方法。相比于传统的OPC优化方法，该方法能够实现对近场高频倏逝波信息的空间调制，可提高优化自由度，能够更有效地提高表面等离子体光刻系统的成像及曝光图形质量，为批量生产低成本、高分辨率和高保真度的任意二维纳米图形奠定了技术基础，并为微纳米光刻加工技术的发展提供了理论支持。 3月30日，相关研究成果以Enhancement of pattern quality in maskless plasmonic lithography via spatial loss modulationh为题，发表在Microsystems & Nanoengineering上。研究工作得到中科院和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目的支持。

表面等离子体光刻（Plasmonic lithography）作为一种近场成像技术，具有可打破衍射极限的特性，能够为发展高分辨率、低成本、高效、大面积纳米光刻技术提供重要方法和技术途径，是下一代光刻技术的主要候选方案之一。目前，虽然已通过实验验证表面等离子体光刻可以满足微纳制造领域对14 nm及以下技术节点分辨率的要求，但随着集成电路特征尺寸的进一步缩小，严重的近场光学邻近效应（Near-field optical proximity effect，near-field OPE）不仅会降低曝光图形的分辨率，而且会增大曝光图形的失真现象，造成纳米器件物理性能及电学特性的偏差，进而影响到产品的功能和成品率，限制了表面等离子体光刻技术的实际应用性。为满足集成电路中对纳米结构器件的尺寸及质量的高性能要求，有效地解决表面等离子体光刻技术中存在的near-field OPE问题，中国科学院大学集成电路学院教授韦亚一课题组通过对表面等离子体光刻特有的近场增强效应进行定量表征，从物理根源上揭示了near-field OPE的产生机理，以及倏逝波（Evanescent waves）复杂的衰减特性和场分布的不对称性对曝光图形边缘特征尺寸的影响，并从光刻参数与表征光刻图形保真度的指标之间的数学关系出发，通过对曝光剂量和目标图形的联合优化，提出了基于倏逝波场强衰减特性进行空间调制的近场光学邻近效应矫正（Near-field optical proximity correction，OPC）的优化方法。相比于传统的OPC优化方法，该方法能够实现对近场高频倏逝波信息的空间调制，可提高优化自由度，能够更有效地提高表面等离子体光刻系统的成像及曝光图形质量，为批量生产低成本、高分辨率和高保真度的任意二维纳米图形奠定了技术基础，并为微纳米光刻加工技术的发展提供了理论支持。 3月30日，相关研究成果以Enhancement of pattern quality in maskless plasmonic lithography via spatial loss modulationh为题，发表在Microsystems & Nanoengineering上。研究工作得到中科院和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目的支持。 论文链接 近场光学邻近效应对表面等离子体光刻曝光结果的影响及基于高频倏逝波信息空间调制式的OPC优化方法

金属纳米团簇是一类由几个到数百个金属原子组成，尺寸一般小于2 nm的新型无机材料。纳米团簇确定的组成和结构、高的比表面以及不饱和配位点，使其成为一种在原子/分子水平研究催化反应构效关系的理想模型。铜团簇(Cu NCs)由于较低的成本和丰富的自然储量，在实际应用中具有广阔的前景。然而，Cu NCs生长机制的不确定性和结晶过程的复杂性阻碍了对其特性的深入理解和开发。特别是，配体效应对Cu NCs的结构和性质具有重要影响，然而其在原子/分子水平上的调控机制仍然不清楚。 　　前期孙晓岩研究员带领的团簇化学与能源催化研究组利用基于质谱技术的离子-分子反应方法，探究了高价态铁氧物种活化甲烷的本证活性并揭示了其生成甲二醇的微观机理(J. Phys. Chem. Lett. 2023, 14, 1633-1640)。受气相反应的启发，并结合质谱技术的优势，该团队将质谱应用于凝聚相团簇中，来探究配体效应对Cu NCs生长、结构、性质以及反应活性的调控规律。 　　研究人员通过化学还原法成功合成了三种不同配体(2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑和2-巯基苯并恶唑)保护的相同核数的Cu6 NCs(Cu6-1，Cu6-2和Cu6-3)，这三种仅有微小差异的配体结构为精准对比配体效应提供了良好的模型(图1)。团队首先利用实时监测质谱技术探究了配体对Cu6 NCs合成过程的影响，发现团簇的生长过程经历“尺寸聚焦-热力学平衡-氧化刻蚀”三个阶段，由于配体的作用，使得这三个过程在时间维度上出现了显著差异，因此，通过质谱对团簇尺寸聚焦过程的准确监测能够为实现多种Cu NCs的精准合成提供重要思路。针对Cu团簇难以获得晶体结构的问题，团队利用碰撞诱导解离(CID)质谱技术进一步解析和对比了三种配体对团簇结构及稳定性的影响(图2)。基于碎片离子与O2的反应，并结合密度泛函理论计算，推导出Cu团簇催化燃料电池阴极氧还原反应(ORR)的活性位点，并筛选出Cu6-3可能具有较高的ORR活性。这项工作不仅为质谱技术研究团簇的配体效应提供了基本的见解，也为凝聚相中精准设计高活性的Cu基纳米催化剂提供了重要的思路。图1. 三种不同配体Cu6团簇的合成与表征 图2. 三种不同配体Cu6团簇结构和多级质谱分析 　　相关工作近日发表在Small上。青岛能源所博士生张丽丽为论文第一作者，孙晓岩研究员为通讯作者。该工作得到了山东能源研究院科研创新基金和山东省自然科学基金等项目的支持。

中科院广州地球化学研究所赵振华研究员及研究小组在对河北省张家口东坪特大型金矿中钾化-硅化碱性正长岩研究中，发现了一种新类型的稀土四分组效应—MW复合型，该研究成果已作为科学通报2010年第15期封面文章发表。　　赵振华研究员是国际上最早发现和研究高分异花岗岩及水岩作用过程中稀土元素四分组效应的地球化学家之一。他发现的稀土四分组效应—MW复合型显示了M型和W型稀土四分组效应同时出现在同一类岩石(矿石)中。对该种岩石中磷灰石和锆石单颗粒矿物的稀土组成原位分析一致显示了熔体结晶(岩浆)及热液流体交代叠加作用，并可能至少有两期热液活动。它揭示了具有MW复合型稀土四分组效应的东坪特大型金矿形成过程中熔体-流体共存及富Cl, CO2和Si, K, Al, 高温、中低盐度热液流体交代作用的叠加。该新发现丰富了稀土四分组效应的类型和内容，并为探讨与碱性岩浆的金成矿作用提供了新资料。　　稀土四分组效应(tetrad effect)是由于镧系元素4f电子层1/4, 1/2, 3/4, 至完全充满状态其化学性质的差异性变化造成的。即La-Ce-Pr-Nd, Pm-Sm-Eu-Gd, Gd-Tb-Dy-Ho 和Er-Tm-Yb-Lu化学性质分组，Nd/Pm, Gd, Ho/Er 为分界点，每4 个稀土元素为一组，各组在化学过程呈现出更相似的性质。在球粒陨石标准化图解中形成四组上凸或下凹的曲线，分别称为M型和W型四分组效应,它完全偏离了岩石中常见的线性分布规律。在已有研究中发现的高演化岩浆岩、水溶液和热液成因矿物中M型和W型稀土元素四分组效应均是分别单独存在的。

中国科学技术大学教授曾长淦、副研究员李林研究团队与北京大学教授冯济课题组合作，通过构筑氮化硼绝缘层间隔的多种石墨烯基电双层结构，首次揭示了在层间拖拽这一复杂的多粒子输运过程中存在显著的量子干涉效应。相关研究成果日前在线发表于《自然-通讯》。量子干涉效应是量子力学中波粒二象性的直接体现。在固体材料中，弱局域化、普适电导涨落和Aharonov-Bohm效应等独特量子输运现象，都源于载流子扩散路径之间的量子干涉。然而这些量子干涉行为均发生在单一导体内的载流子输运过程，可以在非相互作用的单粒子框架下很好地解释。与之相比，诸如层间拖拽效应这种路径更为复杂的多粒子耦合输运中是否会展现出类似的量子力学行为，是一个重要的基础科学问题。所谓拖拽效应，是指对于两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成的电双层结构，在其中一层（主动层）施加驱动电流，层间载流子之间的动量/能量转移会诱导另一层（被动层）载流子移动，从而在被动层产生一个开路电压或闭路电流。此前，拖拽效应被广泛用于研究载流子长程耦合特性，发现如间接激子波色爱因斯坦凝聚等层间关联量子态。然而，对这一独特输运过程本身的外场响应特性及可能的量子效应研究还十分缺乏。石墨烯基二维电双层结构为在二维极限下深入相关研究提供了很好的平台，作为天然且理想的二维电子气，石墨烯本身载流子类型和浓度均高度可调，且利用氮化硼作为绝缘层，两层石墨烯之间的间距可以低至数纳米，从而使得在更广阔参数空间内表征层间拖拽特性成为可能。此次研究中，研究团队构筑了双层石墨烯/氮化硼/双层石墨烯（以下称双层/双层）、单层/单层以及单层/双层等多个石墨烯基电双层结构。通过系统的外磁场下拖拽响应特性测试，研究团队发现在很大的温度/载流子浓度范围内，低磁场区间内拖拽磁电阻均会明显偏离经典库伦拖拽行为，并且这种偏离的符号直接取决于石墨烯层的能带拓扑性。如对于双层/双层和单层/单层体系，拖拽电阻在电子-电子区间的修正均表现为低场的电阻峰，而对于双层/单层体系，则为电阻谷。通过对拖拽输运过程的系统性分析，研究团队发现观察到的低场修正可以很好地归因于由时间反演和镜面对称联系起来的两个层间拖拽过程之间的量子干涉，而其干涉路径则由空间分隔的两个石墨烯层层内载流子扩散路径共同组成。这种层间量子干涉的产生依赖于两层石墨烯中空间重叠的扩散路径的形成，其中中间绝缘层的杂质势散射起到至关重要的作用。研究人员认为，这一新型量子干涉效应的发现，将固体材料中的量子干涉行为，从单一导体内单一粒子输运行为，拓展到多个导体间多粒子耦合输运过程，进一步丰富了量子干涉的物理内涵。此外，相比于传统层内量子干涉导致的磁阻修正，层间量子干涉导致的拖拽磁电阻的修正显著增大，从而有望为发展新原理存储器件提供新的思路。

近日，广东省科学院生态环境与土壤研究所研究员贺斌团队对微塑料和敌草隆对淡水及海洋硅藻的毒性效应进行了研究，发现微塑料和敌草隆对淡水硅藻的单一和联合毒性均高于海洋硅藻。相关成果发表于《整体环境科学》（Science of the Total Environment）。该研究通过开展微宇宙实验，分析了微塑料和敌草隆对两种硅藻的单一及联合毒性。结果发现，两种硅藻的生长均受到微塑料和敌草隆的单独、联合毒性显著影响。研究显示，单一微塑料暴露对硅藻产生物理损伤，而单一敌草隆暴露诱导硅藻发生氧化应激反应；微塑料和敌草隆的联合毒性表现为拮抗效应，微塑料对敌草隆的吸附行为减轻了敌草隆对硅藻的细胞内损伤，敌草隆诱导的氧化应激减轻了微塑料对硅藻的物理损伤。该研究结果表明，微塑料和/或敌草隆对淡水硅藻（小环藻）的毒性效应均高于海洋硅藻（骨条藻），并且两种硅藻的毒性机制不同。该研究的相关结果有助于深入理解淡水和海洋环境中微塑料和敌草隆的毒性效应。上述研究得到广东省重点研发计划、国家自然科学基金项目、广东省科技计划项目等项目的支持。

有机场效应晶体管(organic field—effecttransistors)作为新一代电子元器件，自1986年问世以来，引起了学术界和工业界的广泛关注。与传统的无机半导体材料相比，有机半导体具有材料来源广，制备工艺简单，可与柔性衬底兼容等优点，在众多领域具有广泛的应用。有机场效应管性能的调解可以采用两种不同的手段：一、通过化学修饰来调解分子聚集态结构与界面电荷陷阱；二、提高载流子注入电的效率，通常方法为采用钙、镁等低功函数材料或采用复合电，减小接触电阻。Science China Chemistry近发表的一篇文章，报道了一种基于C60单晶的新型有机场效应管。通过PFN+Br-中间层的引入，大大地减小了电与半导体层的接触电阻，提高了载流子注入电的效率。其电子迁移率高达5.60cm2V-S-，阈值电压能够低至4.90V，性能远远高于没有PFN+Br-中间层的器件。 图1. C60带状晶体的形貌与晶体结构图：（a）C60晶体光学成像图；（b）C60晶体的AFM形貌图；（c）C60晶体的TEM成像图；（d）C60晶体的SAED图本研究采用美国Delong公司生产的超小型低电压透射电镜—LVEM5来表征C60的单晶带结构（如图1c所示），其主机采用Schottky场发射电子枪，能够提供高亮度高相干的电子束，并可直接放置于实验室的桌面上。在输出曲线中可以看出，IDS与VDS具有良好线性，表现出良好饱和特性。（如图2所示）。图2. 场效应管的性能表征：C60单晶不涂覆（a-c）/涂覆（d-f）共轭聚电；(a,d)转移曲线图；（b,e）45个器件电荷迁移率柱状图；（c,f）输出曲线图LVEM5加速电压只有5KV，但可以实现1.5 nm的分辨率，纳米结构可以获得高质量的电镜照片，且直接保存Tiff格式，无需转码。无需液氮，无需专人操作管理，操作维护简单快捷，是实验室的理想选择。* 展会快讯：Quantum Design中国子公司参加了 10月17-22日 在 成都 举办的“2017年电镜年会”，欢迎各位感兴趣的老师、同学亲临展台，参观指导，我们随时期待与您相会！ * 参考文献：Enhanced performance of field-effect transistors based on C60 single crystals with conjugated polyelectrolyte. Sci China Chem. April (2017) Vol.60 No.4.相关产品及链接：LVEM5 超小型透射电子显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C157727.htmRHK 扫描探针显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C44442.htm电导率-塞贝克系数扫描探针显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C71734.htm美国RHK无液氦低温STM/qPlusAFM系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C205015.htm超高分辨散射式近场光学显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C170040.htm

10月13日，北京持续几天的雾霾刚刚散去。　　此时，国家纳米科学中心中科院纳米生物效应与安全性重点实验室的科学家们正在实验室里忙碌着。作为纳米毒理学研究者，中科院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮和同事们最近开始了一项新的研究计划。他们计划利用在纳米颗粒健康效应研究中所积累的经验，开展大气雾霾颗粒的健康效应研究。　　这也是我国纳米毒理学家首次参与雾霾健康效应研究。　　搞清机制迫在眉睫　　今年3月，世界卫生组织公布：2012年全球因为空气污染致死700万人，超过了恶性肿瘤的致死人数。然而，雾霾中到底哪些成分是导致健康损害的关键因素，细/超细颗粒物到底产生何种生物效应，这些问题仍然困扰着科学家。　　以&ldquo 雾霾颗粒物的健康效应&rdquo 为主题的第504次香山科学会议日前在北京召开，会议主题吸引了环境科学、纳米毒理学、分析科学、医学等多学科跨领域的科学家前来参会。　　专家们发现，目前，不同粒径、不同来源的大气雾霾细/超细颗粒物，尤其是纳米尺度的超细颗粒的健康效应尚不明确，粒径、来源与健康效应相关性的研究也存在空白。　　身为此次会议执行主席之一的赵宇亮告诉《中国科学报》记者：&ldquo 长期的流行病学统计研究结果表明，雾霾的健康危害已有定论，但对雾霾危害的机制和定量化研究还很少。&rdquo 　　大气环境学家也意识到，如果对雾霾颗粒物的健康危害缺乏深入的认识，容易造成雾霾防治的盲目性。因此，我国著名环境科学家、中国工程院院士唐孝炎呼吁：&ldquo 为了今后能制定更有效的控制措施，开展这方面的研究十分重要，也迫在眉睫。&rdquo 　　借鉴纳米毒理学　　唐孝炎经常到各地考察大气污染情况。&ldquo 每到一处，老百姓最关心的就是健康问题。&rdquo 她说。　　在大气雾霾中，细颗粒物对健康的影响可能最大，这在学界已基本形成共识。作为此次香山科学会议的执行主席，唐孝炎提出，在纳米科学领域，科学家们为了研究人造纳米颗粒的健康效应，已经建立了较为系统的研究方法和实验技术，因此，环境科学家应与从事纳米颗粒、超细颗粒物研究的专家合作，共同解答科学难题。　　近年来，科学家已在纳米材料的毒性研究上取得诸多进展。例如，我国学者发现，人体内存在的生物体膜泡结构可以介导纳米颗粒引起机体免疫活化，成为易感人群呼吸系统疾病发生的重要信号转运体，被学术界称为&ldquo 特洛伊木马效应&rdquo 。进入血液的纳米颗粒会吸附血液蛋白分子形成&ldquo 蛋白冠&rdquo ，从而直接影响纳米颗粒在体内的分布、吸收、转运和生物毒性等。　　国家纳米中心研究员陈春英向记者表示：&ldquo 纳米毒理学的研究方法和已有知识，将促进对大气雾霾超细颗粒物健康效应作用机制的认识。&rdquo 　　在纳米毒理学的研究中，为了模拟研究人呼吸纳米颗粒后的健康效应，赵宇亮、陈春英等在国家纳米科学中心建立起一套计算机控制的动态呼吸暴露系统，是目前国内最先进的研究呼吸暴露的实验系统之一。除了细胞暴露，这套装置还能向动物暴露舱和鼻吸入暴露单元发生纳米、亚微米和微米级的颗粒物，开展全身暴露和口鼻吸入暴露的定量实验研究。　　如今，这套系统正用于大气雾霾颗粒物健康效应研究中，一系列呼吸暴露实验即将开展。研究人员将致力于揭开雾霾健康危害的谜题。　　更复杂的研究手段　　不过，在纳米毒理学家看来，相对于人造纳米材料，大气雾霾中的超细(纳米级)颗粒物的组分更加复杂，结构更加复杂，尺寸更加复杂，还需要发展一套专门的研究方法。　　在此次香山科学会议上，科学家们经讨论提出了研究大气雾霾颗粒物健康效应的基本框架，包括分子水平、细胞水平、动物水平及模式生物系统的选择等方面。　　一些高通量、定量检测分析技术的兴起，也为开展雾霾健康效应研究提供了&ldquo 利器&rdquo ，如蛋白质组学、基因组学、金属组学等新兴方法。此外，同步辐射X射线技术和单细胞荧光成像技术，已经快速发展到纳米毒理学研究体系中，也为雾霾颗粒物健康效应研究提供了独特的超高分辨成像分析技术，能够实现三维观察、化学元素原位解析研究雾霾颗粒在单细胞内的行为。　　纳米毒理学的研究者们期待与环境科学家一起，为阐明我国大气雾霾污染问题作出贡献。

黑洞是爱因斯坦广义相对论预言的一类特殊天体。20世纪70年代初霍金、贝肯斯坦等的研究表明黑洞具有热力学性质：黑洞具有正比于其视界面积的熵；黑洞会以热辐射的形式向外辐射粒子，其辐射温度正比于其表面引力；黑洞的质量、熵和温度等满足热力学第一定律。黑洞的热力学揭示了引力的量子效应。因而普遍认为，黑洞是通向量子引力理论的窗口。   实验检验黑洞的量子效应是颇具挑战性的任务，这是由于这些效应非常微弱，且极难观测。比如一个太阳质量大小的黑洞，其对应的霍金温度只有10-8K ，远低于宇宙微波背景辐射的温度（≈3K）。缺少直接的实验检验也是”引力量子化“理论研究迟滞不前的原因之一。在这样的情形下，人们试图在实验室系统中创造出一个等效的“弯曲时空”并研究相关的效应。这一研究被称作“类比引力”（analogue gravity）。它是由Unruh效应（一个在平坦时空中作加速运动的观测者将看到他处于一个热浴中）的提出者William Unruh于1981年首先提出。近日，中国科学院理论物理研究所研究员蔡荣根和理论物理所博士毕业生、现天津大学理学院量子交叉中心副教授杨润秋，与物理所研究员范桁、副研究员许凯及博士研究生时运豪等合作，在”类比引力“的研究中取得重要进展。该工作在超导量子芯片上观察到“模拟黑洞”的霍金辐射并研究了弯曲时空对量子纠缠的影响。相关研究成果发表在《自然-通讯》【Nature Communications 14, 3263 (2023)】上。这一工作的理论基础是基于蔡荣根和杨润秋等在前期研究提出的模型，即在爱丁顿-芬克尔斯坦坐标下对空间坐标离散化，1+1维的无质量标量场和狄拉克场可以被量子化，并等价于耦合强度随格点位置变化的XY晶格模型；弯曲时空的度规信息则被编码在耦合强度的分布函数中。然而，如何在实验中实现这样一个耦合强度具有特定分布的XY晶格模型是颇有挑战性的问题。本研究利用一个具有10个量子比特与9个耦合器构成的一维阵列超导量子芯片，通过精确控制耦合器使比特之间的等效耦合强度按照从负到正分布实现了1+1维的弯曲时空背景，并观测了准粒子在弯曲时空背景下的传播行为。结果表明，在模拟黑洞的内部准粒子总是有一定概率通过视界辐射出去，其辐射概率满足霍金辐射谱。该团队利用量子态层析技术重构出黑洞外部所有比特的密度矩阵，计算了相应的辐射概率，证实了存在类比的霍金辐射。此外，该团队还在黑洞内部制备了一个Bell纠缠态并对比了平直和弯曲时空背景下的纠缠动力学。这一实验研究为在超导量子芯片中模拟弯曲时空和黑洞的量子效应开辟了新路径。该工作所使用的可调耦合器件由超导国家重点实验室SC5组研究员郑东宁和副主任工程师相忠诚提供。研究工作得到国家自然科学基金、科学技术部、北京市自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。日本理化学研究所和北京量子信息科学研究院的科研人员参与研究。超导芯片上的黑洞、弯曲时空耦合强度分布以及部分实验脉冲序列

全国方药量效关系与合理应用研讨会暨科技部“973”计划“以量效关系为主的经典名方相关基础研究”启动会12月19日在北京举行，来自科技部、国家中医药管理局以及项目承担单位的代表等出席启动会。　　经典名方是千百年来我国历代医家流传下来的宝贵遗产，是最能体现中医药学实用价值的精华，至今仍为广大临床医生所运用，在使用经典名方过程中正确处理好方药剂量与有效性和安全性的关系，将有助于提高中医药的临床治疗水平。但目前我国在方药量效关系研究方面尚未建立完整的理论体系，缺乏对临床的有效指导，存在研究模式尚不成熟、技术方法体系有待集成、经典名方本原剂量有待确证等问题。　　项目首席科学家、国家药典委员会委员、中国中医科学院广安门中医院主任医师仝小林介绍说，“973”计划“以量效关系为主的经典名方相关基础研究”的总体目标是，以方药临床量效关系研究为中心，结合实验研究和文献研究，集成现代科学技术方法，确证经典名方的本原剂量，阐明方药量效关系及其关键影响因素，揭示以药为本体的“剂量阈”的科学内涵，总结提炼以人为本的“随证施量”的用量规律，形成中医方药剂量理论，为临床合理选择剂量、安全有效用药提供科学支撑和理论依据。　　仝小林说，课题组将从以方药为载体的量效关系及其影响因素的系统研究，和通过文献考据、文物考古和实物考证的方法等方面入手，分5个课题开展研究，并借此探索构建中医方药剂量理论体系。通过5年的努力，形成具有国际水平的中医方药剂量研究基地，培养一只高水平、学术思想活跃、年富力强的学术带头人和中青年骨干队伍，使我国在方药量效关系的基础研究和关键技术等领域处于国际领先水平。

2018年第26届国际计量大会上，七个计量基本单位已全部实现用自然物理常数定义。质量单位千克通过“质能公式”和电磁力与量子力学范畴下的普朗克常量联系在一起，说明量子力学已开始逐步渗入力学计量领域。 　　近日，浙江省计量科学研究院量子重力加速度及微小力值研究课题组一行赴京参加由中关村检验检测认证产业技术联盟国际合作专委会举办的“量子力学与计量关系研究”研讨会，积极参与国内量子计量、量子测量相关技术交流。研讨会云集国家、省级计量机构及其它单位计量相关人士共计80余位，其中不乏新加坡工程院洪明辉院士等著名专家学者。 　　会上，多位资深专家学者就量子力学的背景及其与计量发展的关系进行了介绍和探讨。会议同时公布了《量子力学与计量关系研究国际合作报告项目》项目组织及其实施方案，并征求编写意见。此次研讨会描绘了量子计量的发展远景，指明量子计量的先进性及其在未来计量发展中的核心地位，其发布的国际合作项目将借助CIPM平台，联合国际计量专家对量子力学和计量关系提出共识，具有深远的意义。 用于测量普朗克常数的能量天平装置 　　会后，省计量院一行前往中国计量科学研究院昌平园区参观学习用于测量普朗克常数的能量天平装置。该装置由真空隔离系统、主动气浮隔振系统、质量比较器、感应及主激励线圈、主激励线圈驱动系统、激光干涉测量系统等部分组成，对普朗克常数的测量不确定度可达10-8级别，处国际先进水平。期间，省计量院就量子力学在力学计量领域的应用研究与国家院能量天平研究团队、力声所力值计量团队展开合作意向交流，为后续标准装置研制、科研项目申报等方面深入合作奠定基础。

近日，科技部部长万钢怒斥科研经费&ldquo 恶性问题&rdquo 。&ldquo 新华视点&rdquo 记者梳理近三年国家各部委、各省份年度审计报告发现，科研经费被&ldquo 贪&rdquo &ldquo 吞&rdquo &ldquo 挪&rdquo &ldquo 骗&rdquo 屡见不鲜，&ldquo 黑洞&rdquo 惊人。　　总量居世界第三、年度过万亿元的科研投入，却没有换来与之相应的科技创新效应。科研腐败症结在哪?&ldquo 黑洞&rdquo 又该如何堵住?　　课题&ldquo 养人&rdquo ：研究未启动　钱已进腰包　　大到发放工资、福利、建经济适用房、购买汽车，小到充饭卡、交电话费，甚至重复报销车票，在一些已曝光和查处的科研腐败案例中，科研经费几乎&ldquo 无所不能&rdquo 。　　某985高校社科处的一位人士说，我国高校和研究机构科研项目主要来自政府部门和社会合作，国家级项目对可支配的劳务、餐饮、会议等费用会有一定的额度限制，社会合作项目却基本上由课题负责人一人决定，除了可计提30%左右的劳务费，可报销的单据也几无限制，科研经费成为变相收入补贴已是&ldquo 公开的秘密&rdquo 。　　原本用于支持创新、推动科技进步的经费，为何变成众人争抢的&ldquo 唐僧肉&rdquo ?　　广州某部属高校一位从境外回国任教的教授，在国外每年薪水近100万元人民币，而回到广州后工资收入不过10余万元。&ldquo 之所以回国，一是职称提高了，二是，工资收入虽然降低了，但有科研经费作补贴，实际收入并不低。&rdquo 　　21世纪教育研究院副院长熊丙奇说，课题还没开，一部分资金就已进入某些人员的腰包，这同我国科研人员的薪酬体系有关。一些科研机构、高校对科研人员采取&ldquo 基本工资+津贴+奖励&rdquo 的薪酬制度，津贴、奖励部分主要源于&ldquo 科研提成&rdquo 。　　审计报告也印证了这种说法。2007年至2009年，陕西省6所省属高校项目负责人按5%到20%的比例提取开题费、特支费等上千万元，正是高校&ldquo 自行规定&rdquo 的。　　&ldquo 某种程度上说，一些课题经费已异化为科研人员的&lsquo 红包&rsquo 。&rdquo 熊丙奇说。　　利益勾结：凭关系立项　按立项分成　　针对科研领域乱象，相关部门近年花了很大力气治理，但当前科研腐败问题依然触目惊心，原因何在?科技部部长万钢一语中的：&ldquo 科技人员和管理人员是坐在同一条船上。&rdquo 　　科研人员和行政管理人员结成&ldquo 利益共同体&rdquo ，甚至出现&ldquo 既当裁判员又当运动员&rdquo 的怪象，使得科研经费失去了应有的纯洁性，一些科研人员将功夫用在了科研之外。　　河南财经政法大学教授史璞告诉记者：&ldquo 要想立项，就要有关系，甚至还有一些掌握科研经费的部门找人家来立项，立完项再要分成，这并不鲜见。&rdquo 　　在一些用于鼓励企业加大自主研发力度的科研专项资金分配中，企业往往也要为获得有限的资源&ldquo 挤破头皮&rdquo 。南方某省近年设立的LED产业发展专项资金，每年高达4.5亿元，当地一家LED生产企业负责人告诉记者，尽管有申报程序和评选办法，实际上科技主管部门的主要官员掌握着分配权，能否拿到钱，能拿到多少钱，就看企业&ldquo 公关&rdquo 力度有多大了。　　浙江省审计厅2012年在年度审计报告中也指出，部分高校领导和科研管理人员既是管理监督者，又是科研项目承担者，这是高校科研经费管理不严的主要原因之一，且违规较多的通常是项目经费量大的学科带头人，而学校往往出于科研成果和学科建设等考虑，未能严格执行相关制度。　　对科研经费的管理和监督，并非无章可循，但科研项目封闭运行，监管制度难以形成有效约束。上述985高校社科处人士说，课题经费既然已经拨下来，财务人员一般认为这笔钱就是属于课题负责人的，财务报销程序不过是走个过场，这让一些不法人员敢于冒险违规。　　机制变形：为立项而立项 &ldquo 好钢&rdquo 未用在刀刃上　　国家统计局最新数据显示，2012年，我国全社会研究与试验发展经费投入总量达10298.4亿元，增长18.5%，总量居世界第三，投入强度在新兴发展国家中居领先地位。　　多位科研人员反映，现行体制下，我国大学和科研机构把课题多少作为科研人员晋升、考核的重要指标，一些课题成果&ldquo 注水&rdquo ，&ldquo 重立项，轻研究&rdquo &ldquo 重投入、轻绩效&rdquo 成为突出问题，这表明我国科研体制在运行过程中出现了种种扭曲，科研投入与叫得响的科技成果不成正比。　　史璞说，很多科研人员把精力花在立项上，没有多少精力搞研究，就用科研经费去包装成果，再用包装的成果去申请新的课题，科研经费就在这种&ldquo 课题复课题&rdquo 的循环中被浪费掉。　　部分行政领导敷衍了事，采取&ldquo 撒胡椒面&rdquo 的方式分配科研经费，也造成严重浪费。审计结果显示，2012年，湖南省科技厅安排的3578个科技项目中，接近四成项目金额不超过2万元 2011年，福建省教育厅分配的800万元科研经费，平均每个项目不到1万元。　　扭曲的机制导致科研成果转化率低。如2008至2010年，贵州师范大学、贵州财经学院、贵阳中医学院三所高校取得专利和技术成果转让33项，仅占取得科研成果总数1434项的2.3%。　　如何让科研投入真正发挥应有的效益，专家和科技界人士呼吁，必须加快推进科研制度的改革与创新，清除当前体制运行中存在种种弊端，让科研经费的&ldquo 好钢&rdquo 真正用在刀刃上。　　中国社会科学院法学研究所副研究员吕艳滨等认为，遏制科研腐败，应彻底改革科研经费分配机制和评价机制，让科研经费&ldquo 晒&rdquo 在阳光下，并以现代财务制度管理加以管理 还应对科研人员实行阳光化的&ldquo 年薪制&rdquo ，改变课题养人的怪象，让科研资金释放出最大效应，激发科研体制改革的活力。

p　　流行病学及毒理学研究已经确证大气污染是心肺系统疾病的重要风险因素。近年，少量研究也指出大气污染物暴露与代谢异常疾病(例如糖尿病)的健康指标可能存在关联。br//pp　　北京大学环境科学与工程学院朱彤课题组就此提出了一系列科学问题：代谢异常人群是否对大气污染更易感?大气污染暴露是否会加快代谢疾病进程?其背后的生物学机制如何?哪些污染物是更重要的危险因素?等等。考虑到中国严重的空气污染现状、庞大的糖尿病人口基数及疾病负担，回答这些科学问题对于我国的公共卫生政策具有重要意义。但由于相关研究非常有限，在研究设计及方法上也存在局限性，因此这些科学问题目前还没有得到系统的证据支持。/pp　　在上述背景下，朱彤课题组于2013年起开展了前瞻性人群定组研究(SCOPE)，通过与北京大学校医院合作，招募糖尿病前期人群(血糖浓度高于正常水平、但未确诊糖尿病)及健康对照人群各60名，在一年间对受试人群进行了四次重复随访测量。临床随访中完成功能性指标测量并采集呼出气、呼出气冷凝液、血清、血浆、尿样等多种生物样品，结合流式细胞仪、代谢组学等分析手段，详尽评价了每名受试者呼吸及心血管系统性炎症、血糖血脂代谢、血管内皮功能、氧化应激损伤等多条机制通路的相关生物标志物水平 同时利用北大环境观测站点以及个体采样器，发展大气污染的暴露组学研究，获得大气颗粒物全面的理化特征(各粒径段数浓度及化学组分)和个体暴露水平。/pp　　通过多项精细的生物标志物及大气污染浓度测量及暴露、代谢、基因等多种组学的综合分析，SCOPE研究有助于回答“代谢异常人群是否对大气污染更易感、大气污染暴露是否会加快代谢疾病进程”等科学问题，并可深入揭示大气污染物暴露对人群心肺及代谢系统的损伤效应及潜在生物学机制。/pp　　SCOPE人群项目的研究方法设计相关论文近日在线发表于SCIENCE CHINA Life Sciences (《中国科学：生命科学》英文版)，敬请关注 ▼/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/9d3ea031-01c4-44c5-89ba-7d0b2fa1c9ad.jpg" title="1.jpg" width="597" height="124" style="width: 597px height: 124px "//pp　　[该研究得到了国家自然科学基金(41421064, 21190051,41121004)、以及中国博士后基金(154248)的支持。朱彤教授为通讯作者，朱彤课题组王彦文博士和韩逸群博士后为论文共同第一作者]/pp　　点击下方链接，可免费阅读该论文详细内容↙/pp　　http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-017-9074-2?slug=full%20text/ppbr//p

多铁性是指铁电性、铁磁性、铁弹性等多种有序的共存。多铁性材料与磁电耦合效应不仅蕴含着丰富的基础物理问题，而且具有重要的应用前景，是近年来凝聚态物理和材料科学的一个研究热点。多铁性材料分为复合材料和单相材料两大类，复合材料的磁电耦合是利用界面效应实现的间接耦合，单相材料的磁电耦合是一种本征的体效应。在过去的十多年里，人们已经发现了种类繁多的单相多铁性材料。然而，已知的单相多铁性材料的磁电耦合效应（磁场控制电化或者电场控制磁性）通常比较微弱，这大地限制了单相多铁性材料在未来磁电子学器件中的应用。如何大幅度提高单相材料的磁电耦合效应成为该领域面临的一个重大挑战。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理实验室孙阳研究员（Quantum Design产品用户）、柴一晟副研究员和博士生翟昆等在一种Y-型六角铁氧体Ba0.4Sr1.6Mg2Fe12O22中实现了巨大的磁电耦合效应，获得了高达33000 ps/m的正磁电耦合系数和32000 ps/m的逆磁电耦合系数，创造了单相材料磁电耦合效应的新记录。图1. 六角铁氧体Ba2-xSrxMg2Fe12O22在 10 K下的正磁电耦合效应六角铁氧体是一类具有六角晶系的铁基氧化物，按照结构单元的不同，可进一步划分为M, W, X, Y, Z, 和U型六角铁氧体。由于存在多种磁性相互作用的竞争，在六角铁氧体中可以通过部分元素替换产生丰富的非共线螺旋磁结构。对于一些特定的螺旋磁结构，非共线的自旋之间可以通过逆Dzyaloshinskii-Moriya相互作用产生宏观电化，从而导致磁有序驱动的二类多铁性与磁电耦合效应。在以往的研究中，虽然人们已经在一些六角铁氧体中观察到较强的磁电耦合效应，但是，对于如何在六角铁氧体中进一步实现巨大的磁电耦合效应，还缺乏清晰的认识和思路。　图2. 六角铁氧体Ba2-xSrxMg2Fe12O22(x = 1.6)在 10 K下的逆磁电耦合效应为了理解Y-型六角铁氧体Ba0.4Sr1.6Mg2Fe12O22中巨磁电耦合效应的物理起源，博士生翟昆合成出Ba2-xSrxMg2Fe12O22 (0.0≤x≤1.6) 一系列单晶样品，系统研究了其宏观磁性和磁电耦合效应随Sr含量的变化关系。同时，孙阳研究组与美国橡树岭实验室曹慧波博士等合作，利用中子散射技术详细研究了这一系列单晶样品的磁结构，给出了Ba2-xSrxMg2Fe12O22体系中圆锥状螺旋磁结构随Sr含量及外加磁场变化的相图。图3. 六角铁氧体中自旋锥对称性与磁电耦合系数的关系研究结果发现，六角铁氧体中磁电耦合效应的强度与自旋锥的对称性密切相关：当自旋锥的对称性从四重对称性降低到二重对称性时，在外加磁场驱动下自旋锥可以发生180度翻转；同时，自旋结构产生的电化也会随之发生180度反向。通过元素替换调控磁各向异性使得这一相变发生在零磁场附近，就会导致巨大的磁电耦合系数。因此，该项研究不仅获得了迄今为止单相材料中大的正逆磁电耦合系数，也为如何提高多铁性六角铁氧体中的磁电耦合效应指明了方向。以上研究成果发表于Nature Communications 8，519（2017）。该工作得到了自然科学基金（11534015，11374347），科技部（2016YFA0300701）和中国科学院项目（XDB07030200）的支持。文章来源：（中国科学院物理研究所磁学重点实验室，终解释权归中国科学院物理研究所磁学重点实验室官网所有） 相关产品： SuperME 多铁材料磁电测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C148929.htmTEGeta 多功能热电材料测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C277658.htm完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htmMPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C19330.htm

近日，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所&ldquo 百人计划&rdquo 黄行九研究员和&ldquo 973&rdquo 首席科学家刘锦淮研究员带领的研究团队成功地实现了小于20纳米的四氧化三铁纳米颗粒晶面可控生长，并以此实现对磁性的精确调制和电化学行为的调控，揭示了电化学检测砷污染过程中的纳米晶面效应。　　环境中砷污染物的检测是一个重要的研究课题，一直备受关注。电化学检测由于其本身具有快速、高灵敏、便携等优点成为检测水中砷污染物的重要方法之一，常规的电化学检测大部分采用了比较昂贵的贵金属电极(如金、铂等)。智能所的研究人员致力于发展氧化物纳米材料取代贵金属电极，并取得了初步的研究成果(Analytical Chemistry, 2013, 85, 2673-2680)。　　为了进一步揭示氧化物纳米材料取代贵金属的高灵敏电化学响应机制，研究人员对修饰电极的纳米四氧化三铁材料的尺寸和形貌进行了调控，合成了15纳米左右的方形与圆形纳米片，分别暴露(001)和(111)晶面，并将其用于水中的As(III)的电化学分析。实验结果表明，As(III)在四氧化三铁纳米片(001)晶面上的电化学响应信号强度是在(111)晶面上的3.5倍。同时，研究人员将电分析化学与理论模拟计算相结合，从晶面效应角度理解As(III)在电极修饰材料表面的电化学过程。理论计算结果表明，亚砷酸在四氧化三铁(001)晶面上的吸附能为-1.73eV，远远大于在(111)晶面上的吸附能-1.06eV。　　该研究揭示了纳米晶表面原子排列的不同对电化学敏感行为的影响机制，为更加精细的电极修饰材料和电化学敏感界面设计提供了新方向。评审人认为此项研究的视角是新颖而有趣的。相关研究结果发表在英国皇家化学学会的《化学通讯》(Chemical Communication 2014, 50, 15952-15955)上。　　该研究工作得到了国家重大科学研究计划纳米专项项目&ldquo 应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究(2011CB933700)&rdquo 和中科院&ldquo 引进海外杰出人才&rdquo 百人计划等项目的支持。暴露(001)和(111)晶面的四氧化三铁纳米片及其修饰电极对As(III)电化学检测

p　　高分辨透射电子显微镜是研究微观结构的有力工具。获得可解释的高分辨像，样品厚度要满足苛刻的要求-弱相位物体近似。可以选择在Scherzer欠焦下观察，但有时不得不在大欠焦下拍摄图像提高图像衬度，比如在冷冻电镜中通常拍摄的离焦量为1-2μm，通过扣除成像过程中的衬度传递函数来获得样品的投影结构。实际中，很难获得如此薄的样品(冷冻电镜中样品厚度通常在100nm左右)，此时高分辨成像过程中电子束之间会发生强烈的相互作用。高分辨电子显微像包含线性成像信息、非线性成像信息，而已有的像衬理论通常以线性信息为研究对象，难以满足定量化的要求，因此有必要对非线性信息进行更加深入的研究。/pp　　在以往研究中，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)软物质物理实验室常云杰等结合透射交叉系数理论和赝弱相位物体近似理论，获得了衍射图中线性信息和非线性信息的解析表达式，并提出线性、非线性分离的方法。对分离后结果的研究发现，晶体厚度增大后，即使在Scherzer欠焦下线性成像也会偏离晶体结构，而非线性信息则更复杂。特殊条件下，非线性信息能够在某种程度下反映轻原子位置，比如负球差成像(这一现象已在实验上观察到)。这表明，可尝试利用非线性成像所包含的信息用于晶体结构的确定而不是简单地抛弃。/pp　　此外，透射交叉系数理论(TCC)以及杨氏干涉条纹实验表明，非线性信息的信息极限远高于线性信息的信息极限，在高频信息中起到主要作用。在球差为零的条件下，S.Van Aert等提出非线性信息的信息极限约是线性信息的1.41倍。研究结果显示，在通常理论可解释的线性信息极限之外，仍存在高频率的结构信息，有可能被用作结构信息的测定，但目前关于利用非线性信息进行结构研究的报道甚少。/pp　　近日，物理所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)软物质物理实验室的科研人员，以AlN为模型使用数值模拟方法，研究了不同厚度不同成像条件下衍射束的相位。研究发现对于普通电镜成像，当样品比较薄的时候，信息极限以内的012衍射斑的相位随着离焦量的变化而变化，但当样品厚度较厚时相位近似为一个常数，且与物体的结构因子的相位基本一致。通过分离线性和非线性部分发现，当样品较薄时非线性部分的影响可以忽略，线性部分的相位随着离焦量的变化而变化 当样品较厚时，非线性成像的影响占主导地位，且非线性部分的相位近似为一个常数，接近结构因子。对超出线性信息极限的更高频的013衍射的研究可以得到类似的结论，且由于频率更高，013衍射的相位在样品更薄的时候就趋于常数，即对于高频的衍射束，其非线性效应在同等样品厚度下比低频衍射束更显著。利用超出线性信息极限的衍射点013的信息进行结构解析，可分开AlN 110 方向投影的Al-N的哑铃对。也就是说，得益于非线性信息的存在，即使普通的透射电子显微镜也可以得到更高分辨率的结构信息。虽然部分机理尚不清楚，但提供了新思路，即“变废为宝”，充分利用不可避免的厚样品的非线性效应。相关研究结果发表在Microscopy上。/pp　　研究工作受到国家自然科学基金项目和中科院的支持。/pp 论文标题：Applicability of non-linear imaging in high-resolution transmission electron microscopy/pp /p

近日，2020国际电子器件大会（IEDM）以视频会议的形式召开。会上，微电子所刘明院士科研团队展示了二硫化钼负电容场效应晶体管的最新研究成果。 功耗是制约未来集成电路发展的瓶颈问题。在栅极中引入铁电新材料的“负电容晶体管”（NCFET）可突破传统场效应晶体管的亚阈值摆幅开关极限，有望在极低电源电压下工作，从而降低功耗并保持高性能。同时，原子层厚度的二硫化钼（MoS2）免疫于短沟道效应，具有较高的迁移率、极低的关态电流和CMOS兼容的制造工艺等优势，是面向先进晶体管的可选沟道材料之一。近期的一些实验显示，MoS2 NCFET能实现低于60mV/dec的亚阈值摆幅。但这些研究仅实现了较长沟道（500 纳米）的器件，没有完全发掘和利用负电容效应在短沟道晶体管中的优势。 针对该问题，刘明院士团队通过对器件参数以及制造工艺的设计与优化，首次把MoS2 NCFET的沟道长度微缩至83 纳米，并实现了超低的亚阈值摆幅（SSmin=17.23 mV/dec 和 SSave=39 mV/dec）、较低回滞和较高的开态电流密度。相比基准器件，平均亚阈值摆幅从220 mV/dec提高至39 mV/dec，沟道电流在VGS=0 V和1.5 V下分别提高了346倍和26倍。这项工作推动了MoS2 NCFET尺寸持续微缩，对此类器件面向低功耗应用有一定意义。 基于上述研究成果的论文“Scaling MoS2 NCFET to 83 nm with Record-low Ratio of SSave/SSRef.=0.177 and Minimum 20 mV Hysteresis”入选2020 IEDM。微电子所杨冠华博士为第一作者。图(a) MoS2 NCFET转移曲线。(b)亚阈值摆幅~沟道电流关系。MoS2 NCFET与MoS2 FET对比数据：(c)转移曲线和(d)输出曲线

增生性瘢痕(HS)是一种病理性瘢痕，表现为异常僵硬、肿胀、抗拉强度降低和色素沉着，可引发瘢痕患者机体功能障碍、情绪焦虑、抑郁等症状。因此，增生性瘢痕的防治一直是创伤后面临的一个重要挑战。聚合物微针(MNs)已成为一种的非常有效的透皮物质交换介质，其可以最小的侵入性帮助在疾病治疗如肿瘤、糖尿病、细菌生物被膜、真菌感染和疤痕中提供各种药物的透皮传递。但换个角度看，微针可穿透表皮层角质层，在组织中形成微孔阵列，往往会改变疤痕组织的生物力学环境和超微结构，这给增生性瘢痕的临床管理寻找一新的方便、耐受性好和可用性强的治疗策略提供了应用可能性。近日，陆军军医大学第一附属医院烧伤科罗高兴教授/谭江琳教授团队的张庆博士联合加拿大曼尼托巴大学Malcolm Xing院士在ACS Nano在线发表了最新研究成果：Down-Regulating Scar Formation by Microneedles Directly via a Mechanical Communication Pathway。该研究提出了微针介导的物理干预调节局部机械应力以改善瘢痕病理特征的增生性瘢痕机械治疗新策略，以阵列密度和三维尺度为变量因素探究聚合物微针微结构对瘢痕治疗效果影响的规律性来提升治疗效率，借助高精度3D打印平台（nanoArch S140，摩方精密）制造不同阵列密度和针体深度的微针阵列三维模型，以丝素蛋白为基础材料通过两步倒模法制造出对应规格的微针贴片。研究团队仅通过调整微针的纵深尺寸和阵列密度，即实现了增生性瘢痕外观和组织力学性能的显著改善。其核心的作用机制：微针的物理干预减少了成纤维细胞产生的收缩和机械应力，减弱整合素- fak通路中机械力信号的传导，下调TGF-β1、α-SMA、I型胶原和纤维连接蛋白的表达，进而产生一个低压力的微环境，有助于显著减少疤痕的形成。这种物理作用与微针的长度和阵列密度密切相关，表现为：微针尺寸太短（≤500μm）无法实现有效的组织穿透，随着针长增加，穿透力提高，但刺入深度太深（≥150μm）存在出血、炎症反应等不良反应，有加剧瘢痕增生的风险。在阵列密度效应方面，研究结果显示，结合有限元分析模型进一步预测，随着阵列密度的增加，有利于机械微环境重构，微针的治疗效果显著增加，但过高的阵列密度(≥20×20) 导致的空间压缩，胶原基质受到明显挤压，反而不利于机械微环境重构。因此，研究团队提出，基于不同瘢痕中的组织厚度分布范围，优先选择组织厚度中位值作为微针尺寸设计的参考值；而微针阵列密度为15×15/cm2时更为合适。这一研究结果与当前其他报道的微针介导的增生性瘢痕治疗策略(主要是透皮给药)显著不同。图 1. 高精密3D打印微针阳模与PDMS翻模流程图2. 微针通过干扰机械力传导下调瘢痕形成的尺寸效应图3. 微针通过干扰机械力传导下调瘢痕形成的阵列密度效应此外，研究团队还指出，与临床上常用的商用张力减压带通过减少线性切口周围的张力来防止疤痕形成相比，微针诱导的物理干预倾向于减少瘢痕组织中细胞与细胞、细胞与细胞外基质之间的机械通信（mechanical communication），从而重构一个有利于瘢痕逆转的低应力微环境。因此，微针贴片除适用于线性手术瘢痕外，对宽片状瘢痕的适应性也优于商用张力减压带。由此可以看出，作为一种微创无痛的选择，这种微针介导的机械治疗策略有很大的潜力为患者提供一种具有成本效益和方便的增生性瘢痕管理。原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c11016

仪器信息网讯 扫描隧道显微镜(STM)能够以原子精度捕获材料图像，可用于操纵单个分子或原子。多年来，研究人员一直在使用这类仪器来探索纳米尺度世界。近日， 德国Jülich研究中心（Forschungszentrum Jülich）的物理学家开发了一种新方法，这种方法帮助使用STM来研究量子效应创造了新的可能性。由于该技术方法采用磁冷却，他们的扫描隧道显微镜无需任何移动部件即可工作，并且在低至 30 毫开尔文的极低温度下几乎无振动。该仪器可以帮助研究人员解锁量子材料的特殊特性，这对量子计算机和传感器的发展至关重要。物理学家认为接近绝对零度的温度范围是一个特别令人兴奋的研究领域。热波动降至最低，量子物理定律开始发挥作用，揭示材料的特殊性质。电流自由流动，没有任何阻力。另一个例子是一种称为超流体的现象：单个原子融合成一个集体状态，并在没有摩擦的情况下相互移动。Stefan Tautz 教授（左下）、Taner Esat 博士（左上）和 Ruslan Temirov 教授（右）与Jülich量子显微镜，图片自：Forschungszentrum Jülich / Sascha Kreklau研究和利用量子效应进行量子计算也需要这些极低的温度。全世界以及 Jülich研究中心的研究人员目前正在全速追求这一目标。在某些项目上，量子计算机可能远远优于传统的超级计算机。然而，发展仍处于起步阶段。一个关键的挑战是寻找材料和工艺，使具有稳定量子位的复杂架构成为可能。来自 Jülich 研究中心的 Ruslan Temirov 解释说：“我相信像我们这样的多功能显微镜是完成这项迷人任务的首选工具，因为它能够以多种不同方式在单个原子和分子的水平上对物质进行可视化和操作。”量子物理研究的一个典型对象：在中心，可以看到一个单一的分子，它是通过显微镜尖端分离出来的。在接近绝对零的温度下，没有干扰图像的噪声。图片来源：Forschungszentrum Jülich / Taner Esat, Ruslan Temirov经过多年的工作，他和他的团队为此装备了带有磁冷却的扫描隧道显微镜。 “我们的新显微镜与所有其他显微镜的不同之处类似于电动汽车与内燃机汽车的不同之处，”Jülich 物理学家解释说。到目前为止，研究人员一直依靠一种液体燃料，即两种氦同位素的混合物，将显微镜带到如此低的温度。 “在操作过程中，这种冷却混合物通过细管不断循环，这会导致背景噪音增加，”Temirov 说。另一方面，Jülich 显微镜的冷却装置则是基于绝热退磁过程。这个原理并不新鲜。它在20世纪30年代首次用于在实验室中达到低于 1 开尔文的温度。 Ruslan Temirov 说，对于显微镜的操作，它有几个优点：“通过这种方法，我们可以通过改变通过电磁线圈的电流强度来冷却我们的新显微镜。因此，我们的显微镜没有移动部件，几乎没有振动。”Jülich 科学家是有史以来第一个使用这种技术构建扫描隧道显微镜的人。 “新的冷却技术有几个实际优势。它不仅提高了成像质量，而且简化了整个仪器的操作和整个设置，”研究所主任 Stefan Tautz补充说，由于采用模块化设计，Jülich 量子显微镜也对技术进步保持开放态度，因为可以轻松实施升级。“绝热冷却是扫描隧道显微镜的真正飞跃。优势非常显着，作为下步计划我们现在正在开发商业原型机。”Stefan Tautz 解释说，量子技术是目前许多研究的焦点，这种仪器也势必会吸引许多相关研究学者的关注。这项研究发表在《Review of Scientific Instruments》上，DOI: 10.1063/5.0050532。mK STM 设置的示意图布局，包括 UHV 室、承载 mK 棒的 ADR 低温恒温器和高容量低温泵。 主 UHV 系统，包括负载锁、制备室 1 和 2 以及转移室，通过柔性波纹管连接到低温恒温器。 要将 mK 棒从真空中取出，低温恒温器和 UHV 系统必须在虚线标记的平面上分开。 右下角：插图显示了从 UHV 中提取 mK 棒的过程。 支撑 UHV 系统的框架在垂直于主图平面的方向侧向平移以进行提取。mK 棒的渲染 CAD 模型。 左：mK 棒全长 156.5 厘米。 箭头表示不同温度阶段的位置。 右上角：mK 棒的头部，其机制将其锁定到垂直操纵器，将其加载到低温恒温器中。 用于与温度传感器和 STM 压电元件建立电接触的两个接触板也是可见的。 建立同轴偏置和隧道电流触点的第三个接触板位于背面。 右下角：4K 载物台下方的 mK 棒的图像细节，无需布线。 左图：自制 STM 的分解图。 STM 的顶部通过蓝宝石板与 STM 主体电隔离。 STM 主体包含一个单独的压电管，用于 STM 尖端的粗略和精细运动。 右图：压电管的剖视图，显示粘滑粗调电机。

这里是TESCAN电镜学堂第三期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！第四节 各种信号与衬度的总结前面两节详细的介绍了扫描电镜中涉及到的各种电子信号、电流信号、电磁波辐射信号和各种衬度的关系，下面对常见的电子信号和衬度做一个总结，如图2-36和表2-4。图2-36 SEM中常见的电子信号和衬度关系表2-4 SEM中常见的电子信号和衬度关系第五节 荷电效应扫描电镜中还有一种不希望发生的现象，如荷电效应，它也能形成某些特殊的衬度。不过在进行扫描电镜的观察过程中，我们需要尽可能的避免。§1. 荷电的形成根据前面介绍的扫描电镜原理，电子束源源不断的轰击到试样上，根据图2-6，只有原始电子束能量在v1和v2时，二次电子产额δ才为1，即入射电子和二次电子数量相等，试样没有增加也没减少电子，没有吸收电流的形成。而只要初始电子束不满足这个条件，都要形成吸收电流以满足电荷的平衡， i0= ib+is+ia。要实现电荷平衡，就需要试样具备良好的导电性。对于导体而言，观察没有什么问题。但是对于不导电或者导电不良、接地不佳的试样来说，多余的电荷不能导走，在试样表面会形成积累，产生一个静电场干扰入射电子束和二次电子的发射，这就是荷电效应。荷电效应会对图像产生一系列的影响，比如：① 异常反差：二次电子发射受到不规则影响，造成图像一部分异常亮，一部分变暗；② 图像畸变：由于荷电产生的静电场作用，使得入射电子束被不规则偏转，结果造成图像畸变或者出现阶段差；③ 图像漂移：由于静电场的作用使得入射电子束往某个方向偏转而形成图像漂移；④ 亮点与亮线：带点试样经常会发生不规则放电，结果图像中出现不规则的亮点与亮线；⑤ 图像“很平”没有立体感：通常是扫描速度较慢，每个像素点驻留时间较长，而引起电荷积累，图像看起来很平，完全丧失立体感。如图2-37都是典型的荷电效应。图2-37 典型的荷电效应§2. 荷电的消除荷电的产生对扫描电镜的观察有很大的影响，所以只有消除或降低荷电效应，才能进行正常的扫描电镜观察。消除和降低荷电的方法有很多种，这里介绍一下常用的方法。首先，在制样环节就要注意以便减小荷电：1） 缩小样品尺寸、以及尽可能减少接触电阻：这样可以增加试样的导电性。2）镀膜处理：给试样镀一层导电薄膜，以改善其导电性，这也是使用的最多的方法。常用的镀膜有蒸镀和离子溅射两种，常用的导电膜一般是金au和碳，如果追求更好的效果，还可使用铂pt、铬cr、铱ir等。镀导电膜不但可以有效的改善导电性，还能提高二次电子激发率，而且现在的膜厚比较容易控制，一定放大倍数内不会对试样形貌产生影响。不过镀膜也有其缺点，镀膜之后会有膜层覆盖，影响样品的真实形貌的，严重的话还会产生假象，对一些超高分辨的观察或者一些细节（如孔隙、纤维）的测量以及eds、ebsd分析产生较大影响。如图2-38，石墨在镀pt膜后，产生假象；如图2-39，纤维在镀金之后，导致显微变粗，孔隙变小。图2-38 石墨镀金膜之后的假象图2-39 纤维在镀金前（左）后（右）的图像除了制样外，还要尽可能寻找合适的电镜工作条件，以消除或减弱荷电的影响：3） 减小束流：降低入射电子束的强度，可以减小电荷的积累。4） 减小放大倍数：尽可能使用低倍观察，因为倍数越大，扫描范围越小，电荷积累越迅速。5） 加快扫描速度：电子束在同一区域停留时间较长，容易引起电荷积累；此时可以加快电子束的扫描速度，在不同区域停留的时间变短，以减少荷电。6） 改变图像采集策略：扫描速度变快后，图像信噪比会大幅度降低，此时利用线积累或者帧叠加平均可以减小荷电效应同时提升信噪比。线积累对轻微的荷电有较好的抑制效果；帧叠加对快速扫描产生的高噪点有很好的抑制作用，但是图像不能有漂移，否则会有重影引起图像模糊。如图2-40，样品为高分子球，在扫描速度较慢时，试样很容易损伤而变形，而快速扫描同时进行线积累的采集方式，试样完好且图像依然有很好的信噪比。图2-40 高分子球试样在不同扫描方式下的对比7）降低电压：减少入射电子束的能量（降至v2以内）也能有效的减少荷电效应。如图2-41，试样是聚苯乙烯球，加速电压在5kV下有明显的荷电现象，降到2kV下荷电基本消除。不过随着加速电压的降低，也会带来分辨率降低的副作用。图2-41 降低加速电压消除荷电影响8）用非镜筒内二次电子探测器或者背散射电子探测器观察：在有大量荷电产生的时候，会有大量的二次电子被推向上方，倒是镜筒内二次电子接收的电子信号量过多，产生荷电，尤其在浸没式下，此时使用极靴外的探测器，其接收的电子信号量相对较少，可以减弱荷电效应，如图2-42；另外，背散射电子能量高，其产额以及出射方向受荷电的影响相对二次电子要小很多，所以用bse像进行观察也可以有效的减弱荷电效应，如图2-43，氧化铝模板在二次电子和背散射图像下的对比。图2-42 镜筒内（左）和镜筒外（右）探测器对荷电的影响图2-43 SE（左）和BSE（右）图像对荷电的影响9） 倾转样品：将样品进行一定角度的倾转，这样可以增加试样二次电子的产额，从而减弱荷电效应。 除此之外，电镜厂商也在发展新的技术来降低或消除荷电，最常见的就是低真空技术。低真空技术是消除试样荷电的非常有效的手段，但是需要电镜自身配备这种技术。10）低真空模式：低真空模式下可以利用电离的离子或者气体分子中和产生的荷电，从而在不镀膜或者不用苛刻的电镜条件即可消除荷电效应。不过低真空条件下，原始电子束会被气体分子散射，所以分辨率、信噪比、衬度都会有一定的降低。如图2-44，生物样品在不镀导电膜的情况下即可实现二次电子和背散射电子的无荷电效应的观察。图2-44 低真空BSE（左）和SE（右）的效果对比福利时间每期文章末尾小编都会留1个题目，大家可以在留言区回答问题，小编会在答对的朋友中选出点赞数最高的两位送出本书的印刷版。奖品公布上期获奖的这位童鞋，请您关注“TESCAN公司”微信公众号，后台私信小编邮寄地址，我们会在收到您的信息并核实后即刻寄出奖品。【本期问题】低真空模式下，空气浓度高低对消除荷电能力的强弱有什么影响？（快关注微信去留言区回答问题吧~）简介《扫描电子显微镜及微区分析技术》是由业内资深的技术专家李威老师（原上海交通大学扫描电镜专家，现任TESCAN技术专家）、焦汇胜博士（英国伯明翰大学材料科学博士，现任TESCAN技术专家）、李香庭教授（电子探针领域专家，兼任全国微束分析标委会委员、上海电镜学会理事）编著，并于2015年由东北师范大学出版社出版发行。本书编者都是非常资深的电镜工作者，在科研领域工作多年，李香庭教授在电子探针领域有几十年的工作经验，对扫描电子显微镜、能谱和波谱分析都有很深的造诣，本教材从实战的角度出发编写，希望能够帮助到广大电镜工作者，特别是广泛的TESCAN客户。↓ 往期课程，请关注微信查阅以下文章：电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(一) - 电子与试样的相互作用电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(二) - 像衬度形成原理

接触角测量仪表面电荷和接触角的关系表面电荷和接触角之间存在一定的关系，表面电荷状态可以影响液体在固体表面上的润湿性质，从而影响接触角。以下是表面电荷和接触角之间可能的关系：表面电荷引起的电场效应： 表面电荷会在固体表面形成电场。这个电场可以影响液体分子在表面的分布，进而改变液滴在表面上的形状。在一些情况下，表面电荷可能导致电场效应使得液滴更容易在表面展开，从而使接触角减小。表面电荷和表面能： 表面电荷状态可以影响固体表面的表面能。一般而言，表面电荷越高，表面能越大。而表面能的变化会直接影响接触角，即固液界面的润湿性。高表面能通常与低接触角（液滴更容易湿润表面）相关。电荷导致的化学反应： 表面电荷可能引发固体表面与液体之间的化学反应，形成新的化合物。这些化合物的性质可能与原有的表面性质不同，从而改变了液体在固体表面上的润湿性，影响接触角。电荷中性化和润湿性质：表面电荷可能被中性化，特别是在高湿度环境下。这种中性化可能导致原先带有电荷的固体表面变得更加亲水（亲湿），从而减小接触角。电荷分布和表面纹理：表面电荷的分布可能影响固体表面的纹理。表面纹理是影响液滴在固体表面行为的重要因素，进而影响接触角。需要注意的是，表面电荷与接触角之间的关系是复杂的，取决于多种因素的相互作用，包括表面材料的性质、电荷密度、液体性质、环境条件等。在研究和应用中，需要综合考虑这些因素，以更好地理解和控制固液界面的性质。

2024年8月15日，上海凯来仪器有限公司与南京大学国际同位素效应研究中心达成战略合作，正式成立《飞秒原位同位素技术合作实验室》，揭牌仪式在南京大学国际同位素效应研究中心（现代工程与应用科学学院大楼）三楼举行。 上海凯来仪器有限公司与南京大学国际同位素效应研究中心成立的《飞秒原位同位素技术合作实验室》，聚焦地球科学和行星科学中在高空间分辨率上亟待解决的关键科学问题，将联合研发飞秒原位同位素测试技术，包括碳酸岩碳氧同位素，有机碳同位素，黄铁矿硫同位素，叁氧和多硫同位素的微米级高空间分辨率原位高精度同位素分析测试方法。中心主任鲍惠铭教授、彭永波教授、上海凯来总经理胡勇刚、副总经理梁燕共同为联合实验室揭牌。 揭牌仪式现场中心主任鲍惠铭教授表示：“飞秒原位同位素技术合作实验室旨在加强原位同位素分析技术发展和方法开发。未来双方需要共同努力，推动技术创新和科研发展，为同位素效应理论与应用研究打开新的大门。”中心彭永波教授表示：“目前对全样样品的同位素研究已经到达极限，需要从微米级空间分辨率进行原位分析，从而寻求空间分辨率和分析精度之间的平衡发展。上海凯来全自研的国产飞秒激光剥蚀系统性能远超国际水平，与上海凯来的合作将为中心提供更多技术支持和创新动力，双方将共同努力打造前沿科研平台。”上海凯来胡勇刚总经理表示：“飞秒激光剥蚀系统短脉宽、低分馏的特点在原位同位素分析的应用前景广阔。GenesisGEO新型飞秒激光剥蚀系统是全国首台全自研国产飞秒激光系统，我们一直坚持创新自主研发，做靠谱的高端国产仪器。公司与南京大学国际同位素效应研究中心达成正式合作，期待通过双方在仪器开发优化、原位同位素技术方法开发等方面的紧密合作，在飞秒原位同位素研究领域取得创新和突破性成果。” 仪式适逢2024同位素效应研学营召开，本次课程为期两天，来自全国各个高校及研究机构的近百名参会代表参加课程，并共同见证了合作仪式。揭牌仪式结束后，中心实验室负责老师和上海凯来工程师带领现场参加揭牌仪式和参加暑期同位素效应研学营的老师同学们参观了中心实验室，并现场演示上海凯来自主研发的新型飞秒激光剥蚀系统。 南京大学国际同位素效应研究中心国际同位素效应研究中心（ICIER）是国家级引进人才鲍惠铭教授全职回国在南京大学创立的跨学科的独立的研究中心。中心以研究同位素效应为核心，促进各学科的交叉，融合和突破，解决重大交叉科学问题为使命，涉及的主要学科包括：地球、行星，大气、海洋，环境，考古，生态，材料，生命等科学。凯来 上海凯来成立于2004年，起始于专业代理国际先进分析仪器，定位为专业技术服务商，聚焦专业细分市场，目前已经成为多个领域的领导者。上海凯来总部位于上海临港新片区海洋科技创业园，设有应用演示及服务实验室，客户定制产品及研发中心，专注于推广和研发前沿的元素分析测试解决方案。目前在北京，武汉，成都，青岛设有应用实验室，并处于快速扩展中。公司文化：“只有精英才能生存”。

【科学背景】分数量子霍尔效应是一种在强磁场下发生的量子相变，其中电子在二维材料中以特殊的方式组织，表现出量子化的电导特性。此效应下的准粒子称为任何子，它们具有分数量子电荷，并在交换位置时显示出分数统计，这为研究量子物理的基本问题提供了独特的视角。阿贝尔任何子表现出简单的分数统计，而非阿贝尔任何子则具有更复杂的交换行为，这些特性可以通过量子干涉实验进行探测。然而，尽管已有大量研究探索了量子霍尔状态下的电子干涉，实际操作中仍存在一些问题。例如，传统的GaAs/AlGaAs基干涉仪在调节干涉状态和处理库伦相互作用方面存在局限，这限制了对分数量子霍尔态的深入研究。为了解决这些问题，研究者们将目光转向了具有更高调节能力的石墨烯基干涉仪。双层石墨烯的高迁移率和电气调节特性使得其在分数量子霍尔效应研究中表现出色。近期，以色列魏茨曼研究所Yuval Ronen教授团队在双层石墨烯平台上成功构建了Fabry-Pérot干涉仪（FPI），该装置能够在单一Landau能级内通过精确的电静态调节动态地切换干涉状态，从库伦主导状态到Aharonov-Bohm干涉状态。本研究解决了在分数量子霍尔态下量子干涉的具体实现问题。通过在双层石墨烯基FPI中进行实验，作者能够在填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下观察到纯净的Aharonov-Bohm干涉模式。当电荷密度和磁场变化时，作者不仅观察到常数填充条件下的干涉现象，还在常数密度条件下发现了相位跳跃。这些跳跃表现出准粒子在干涉回路中积累的相位与回路内电子数的关系，验证了e/3准粒子的分数统计特性。【科学亮点】（1）实验首次构建并测量了基于范德华力的双层石墨烯Fabry-Pérot干涉仪（FPI），在分数量子霍尔效应（FQHE）中实现了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的动态调节。该装置利用高迁移率双层石墨烯导电层，通过精确的电静态调节，允许在单一Landau能级内实现这一调节。（2）实验通过调节磁场和电子密度，探测了填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下的AB干涉现象。在保持常数填充因子的情况下，作者观察到纯净的AB干涉模式，确认了准粒子电荷为e/3。（3）当实验从常数填充的条件转向常数密度的条件时，干涉模式中出现了相位跳跃的演变。这些相位跳跃对应于准粒子在干涉回路中添加或去除的离散事件。（4）作者还发现，干涉准粒子所积累的相位可以表示为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内的电子数。这个观察验证了准粒子遵循分数统计的预期，并为研究阿贝尔任何子提供了新的平台。【科学图文】图1： 基于双层石墨烯的法布里-珀罗干涉仪Fabry–Pérot interferometer，FPI。图2：可调谐整数量子霍尔效应 integer quantum Hall effect，IQHE干涉态，从库仑作用主导Coulomb-dominated，CD到阿哈勒诺夫-玻姆Aharonov–Bohm，AB态。图3：在1/3分数填充处的AB干涉。图4：恒定填充和恒定密度之间可调性。【科学结论】本文的研究通过在高迁移率双层石墨烯的基础上构建并测量范德华力Fabry-Pérot干涉仪（FPI），作者成功地在一个Landau能级内动态调节了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的状态。这一实验不仅验证了在填充因子ν=1/3下的Aharonov-Bohm干涉模式，还揭示了在常数填充条件下的纯净干涉图样和在常数密度条件下的相位跳跃现象。这些发现表明，干涉准粒子所积累的相位可以被理解为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内电子数，这为理解准粒子的分数统计特性提供了新的视角。通过这种精确的调节能力和测量手段，作者为研究阿贝尔任何子和探索更复杂的非阿贝尔统计奠定了坚实的基础。双层石墨烯所展示的偶数分母分数量子霍尔态的潜力，预示着未来在这一领域的广泛应用前景，为进一步的研究和技术发展提供了有力的支持。参考文献：Kim, J., Dev, H., Kumar, R. et al. Aharonov–Bohm interference and statistical phase-jump evolution in fractional quantum Hall states in bilayer graphene. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01751-w

【科学背景】分数量子霍尔效应是一种在强磁场下发生的量子相变，其中电子在二维材料中以特殊的方式组织，表现出量子化的电导特性。此效应下的准粒子称为任何子，它们具有分数量子电荷，并在交换位置时显示出分数统计，这为研究量子物理的基本问题提供了独特的视角。阿贝尔任何子表现出简单的分数统计，而非阿贝尔任何子则具有更复杂的交换行为，这些特性可以通过量子干涉实验进行探测。然而，尽管已有大量研究探索了量子霍尔状态下的电子干涉，实际操作中仍存在一些问题。例如，传统的GaAs/AlGaAs基干涉仪在调节干涉状态和处理库伦相互作用方面存在局限，这限制了对分数量子霍尔态的深入研究。为了解决这些问题，研究者们将目光转向了具有更高调节能力的石墨烯基干涉仪。双层石墨烯的高迁移率和电气调节特性使得其在分数量子霍尔效应研究中表现出色。近期，以色列魏茨曼研究所Yuval Ronen教授团队在双层石墨烯平台上成功构建了Fabry-Pérot干涉仪（FPI），该装置能够在单一Landau能级内通过精确的电静态调节动态地切换干涉状态，从库伦主导状态到Aharonov-Bohm干涉状态。本研究解决了在分数量子霍尔态下量子干涉的具体实现问题。通过在双层石墨烯基FPI中进行实验，作者能够在填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下观察到纯净的Aharonov-Bohm干涉模式。当电荷密度和磁场变化时，作者不仅观察到常数填充条件下的干涉现象，还在常数密度条件下发现了相位跳跃。这些跳跃表现出准粒子在干涉回路中积累的相位与回路内电子数的关系，验证了e/3准粒子的分数统计特性。【科学亮点】（1）实验首次构建并测量了基于范德华力的双层石墨烯Fabry-Pérot干涉仪（FPI），在分数量子霍尔效应（FQHE）中实现了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的动态调节。该装置利用高迁移率双层石墨烯导电层，通过精确的电静态调节，允许在单一Landau能级内实现这一调节。（2）实验通过调节磁场和电子密度，探测了填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下的AB干涉现象。在保持常数填充因子的情况下，作者观察到纯净的AB干涉模式，确认了准粒子电荷为e/3。（3）当实验从常数填充的条件转向常数密度的条件时，干涉模式中出现了相位跳跃的演变。这些相位跳跃对应于准粒子在干涉回路中添加或去除的离散事件。（4）作者还发现，干涉准粒子所积累的相位可以表示为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内的电子数。这个观察验证了准粒子遵循分数统计的预期，并为研究阿贝尔任何子提供了新的平台。【科学图文】图1： 基于双层石墨烯的法布里-珀罗干涉仪Fabry–Pérot interferometer，FPI。图2：可调谐整数量子霍尔效应 integer quantum Hall effect，IQHE干涉态，从库仑作用主导Coulomb-dominated，CD到阿哈勒诺夫-玻姆Aharonov–Bohm，AB态。图3：在1/3分数填充处的AB干涉。图4：恒定填充和恒定密度之间可调性。【科学结论】本文的研究通过在高迁移率双层石墨烯的基础上构建并测量范德华力Fabry-Pérot干涉仪（FPI），作者成功地在一个Landau能级内动态调节了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的状态。这一实验不仅验证了在填充因子ν=1/3下的Aharonov-Bohm干涉模式，还揭示了在常数填充条件下的纯净干涉图样和在常数密度条件下的相位跳跃现象。这些发现表明，干涉准粒子所积累的相位可以被理解为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内电子数，这为理解准粒子的分数统计特性提供了新的视角。通过这种精确的调节能力和测量手段，作者为研究阿贝尔任何子和探索更复杂的非阿贝尔统计奠定了坚实的基础。双层石墨烯所展示的偶数分母分数量子霍尔态的潜力，预示着未来在这一领域的广泛应用前景，为进一步的研究和技术发展提供了有力的支持。参考文献：Kim, J., Dev, H., Kumar, R. et al. Aharonov–Bohm interference and statistical phase-jump evolution in fractional quantum Hall states in bilayer graphene. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01751-w

中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室张庆华研究员课题组李英明研究员等人，与岛津中国创新中心合作开发人体血清中卤代多环芳烃的气相色谱串联质谱定量分析方法，应用于母体（PAHs）及卤代多环芳烃的人体内暴露与健康研究中并取得新进展，揭示了相关暴露人群血清中目标化合物的浓度水平、性别差异、累积趋势和健康风险。研究成果以“Parent and Halogenated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Serum of Coal-Fired Power Plant Workers: Levels, Sex Differences, Accumulation Trends, and Risks”为题，发表在环境领域国际顶级期刊《Environmental Science & Technology》(中科院JCR 1区，影响因子11.4）（DOI: 10.1021/acs.est.2c03099)。背景介绍多环芳烃 (PAHs)是一类众所周知且普遍存在的致癌物。伴随着燃料的燃烧过程，会产生一类新持久性有机污染物卤代多环芳烃 (HPAHs)。HPAHs是PAHs母环上一个或者多个氢原子被卤素原子取代的化合物，包括氯代多环芳烃和溴代多环芳烃。相较于母体PAHs， HPAHs具有更强的持久性、毒性和生物累积性，而目前其在人体的内暴露水平和潜在的健康风险间的关联尚不清晰。燃煤电厂相关人员对于PAHs和HPAHs具有较高的暴露风险，其内暴露水平以及与健康指标的关联亟待研究（图1）。图1 燃煤电厂相关人员血清中HPAHs内暴露水平和体内累积及其与健康指标的关联研究研究内容本研究采用岛津气相色谱三重四极杆质谱仪（GCMS-TQ8050 NX），建立了血清中16种多环芳烃和23种卤代多环芳烃的定量分析方法。实验结果发现超过80%的血清样本中均可检测到12种PAHs和8种氯代PAHs，以三环PAHs和一氯代HPAHs为主。燃煤电厂相关人员的血清HPAHs浓度显著高于对照组（图2），PAHs和HPAHs血清浓度随年龄和职业暴露持续时间的增加而增加，表明其在人体内的持续累积（图3）。图2 对照组和暴露组中男性与女性PAHs及HPAHs的血清浓度对比(a)和BaPeq（b）对比（C：对照组，E：暴露组；*: p 0.05, **: p 0.01）图3 全部参与者(a, d)、男性(b, e)和女性(c, f)的∑12PAHs和∑8HPAHs血清浓度与年龄和职业暴露时间(年)的相关性此外，尽管男性和女性受试者的HPAHs血清浓度差异不显著，但HPAHs各单体与各项健康指标的相关性呈现出性别差异。男性的HPAHs各单体血清水平虽与肝功能指标均呈正相关，但不显著；3-氯菲(3-ClPhe)、9-氯菲(9-ClPhe)和7-氯苯并[a]蒽（7-ClBaA）与高血压和肺功能减退呈正相关（p 0.05）。而在女性中，1-氯芘（1-ClPyr）与肝功能指标呈负相关，与空腹血糖水平呈正相关。根据苯并[a]芘当量，氯代多环芳烃中9-ClPhe、7-ClBaA和1-ClPyr具有较高的健康风险。结论基于岛津气相色谱三重四极杆质谱仪GCMS-TQ8050NX开发建立人体血清中PAHs和HPAHs的定量分析方法，通过分析人体血清中PAHs和HPAHs的浓度水平，首次揭示了燃煤电厂暴露人群血清中HPAHs内暴露水平和体内累积及其与健康指标的关系，为HPAHs的人体健康风险评估提供了证据。此外，该定量分析方法已形成岛津特色GCMS-TQ Smart MRM数据库，助力用户开展相关研究工作，为新污染物人群内暴露与健康效应关联研究提供有力分析工具。岛津气相色谱三重四极杆质谱仪GCMS-TQ8050 NX本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。参考文献：[1] Zhao, C, et al. Ultrasensitive determination of 39 parent and emerging halogenated polycyclic aromatic hydrocarbons in human serum. Analytical Methods. 2022, 14, (14), 1430-1438.[2] Zhao, C, et al. Parent and Halogenated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Serum of Coal-Fired Power Plant Workers: Levels, Sex Differences, Accumulation Trends, and Risks. Environmental Science & Technology. 2022, 56, (17), 12431–12439.

科技日报北京1月22日电 德国维尔茨堡—德累斯顿卓越集群ct.qmat团队的理论和实验物理学家开发出一种由铝镓砷制成的半导体器件。这项开创性的研究发表在最新一期《自然物理学》杂志上。由于拓扑趋肤效应，量子半导体上不同触点之间的所有电流都不受杂质或其他外部扰动的影响。这使得拓扑器件对半导体行业越来越有吸引力，因为其消除了对材料纯度的要求，而材料提纯成本极高。拓扑量子材料以其卓越的稳健性而闻名，非常适合功率密集型应用。新开发的量子半导体既稳定又高度准确，这种罕见组合使该拓扑器件成为传感器工程中令人兴奋的新选择。利用拓扑趋肤效应可制造新型高性能量子器件，而且尺寸也可做得非常小。新的拓扑量子器件直径约为0.1毫米，且易于进一步缩小。这一成就的开创性在于，首次在半导体材料中实现了微观尺度的拓扑趋肤效应。这种量子现象3年前首次在宏观层面得到证实，但只是在人造超材料中，而不是在天然超材料中。因此，这是首次开发出高度稳健且超灵敏的微型半导体拓扑量子器件。通过在铝镓砷半导体器件上创造性地布置材料和触点，研究团队在超冷条件和强磁场下成功诱导出拓扑效应。他们采用了二维半导体结构，触点的排列方式可在触点边缘测量电阻，直接显示拓扑效应。研究人员表示，在新的量子器件中，电流—电压关系受到拓扑趋肤效应的保护，因为电子被限制在边缘。即使半导体材料中存在杂质，电流也能保持稳定。此外，触点甚至可检测到最轻微的电流或电压波动。这使得拓扑量子器件非常适合制造尺寸极小的高精度传感器和放大器。

众所周知，在经济危机到来、大环境不景气或个人经济困难的时候，消费者没钱去度假或购买昂贵的名牌商品时，他们就会把钱花在“小确幸”的小奢侈品上，比如高档口红。消费者将口红视为一种“廉价的奢侈品”，其作为一种“廉价的非必要之物”，可以对消费者起到一种“安慰”的作用，这一趋势最早在2001年经济危机时期由时任雅诗兰黛公司董事长的伦纳德兰黛（Leonard Lauder）提出，也被称为“口红效应”。“口红效应”向来是美妆品牌衡量消费者对市场信心的一个既定经济指标，但彭博社于上周五（8月9日）的报道中却对化妆品行业敲响警钟：“口红效应”已经失去了魔力。“历史告诉我们，当通货膨胀加剧、收入受到压力时，消费者确实会购买更多的口红、香水和昂贵的护发精华。”彭博社作者Andrea Felsted写道，“但随着全球经济复苏步履蹒跚，以及对美国经济衰退的担忧重现，这次的消费者对化妆品的需求可能远不如品牌想象的那么明显。”01 各大巨头财报均下滑彭博社指出，夏洛特蒂铂里的所有者Puig集团的股票自5月份上市以来已经下跌了约5%，而包括知名美国女歌手赛琳娜戈麦斯的Rare Beauty在内的独立美妆品牌最近也在寻求出售；联合利华集团于7月25日公布2024上半年财报，高管们在对上半年业绩的评论中提到了美国美容市场的放缓，其中高档美容产品受到的影响最大。尽管丝芙兰的业绩增长强劲，但LVMH集团在2024年上半年的业绩仍未达到分析师的预期，凸显了奢侈品行业的增长放缓。该集团净利润下降了14%，第二季度的有机收入增长仅为 1%。在财报电话会议上，LVMH首席财务官 Jean-Jacques Guiony承认，这一转变并不是集团预料之中的，并表示，上半年的业绩表现迫使集团下调了对2024年剩余时间的预期。欧莱雅集团7月底公布的财报中，其第二季度销售额增长5.3%，也没有达到预期。包括CeraVe和理肤泉在内的皮肤美容品牌的表现优于其他美容品类，销售额同比增长10.8%，但仍低于预期的17.4%。今年5月，雅诗兰黛集团公布的2024财年第三季度净销售额为39.4亿美元，同比增长5%。其2024财年九个月的销售额总计为111.4亿美元，同比下降5%。“综上所述，很难不认为我们的美容市场已经达到了‘过饱和’的程度。美容业多年来的大幅增长，也意味着消费者囤货的需求可能会减少。” Andrea Felsted在报道中称。彭博社援引杰富瑞（Jefferies）的分析师观点指出，2021年至2023年，全球美容市场将增长6%至8%。但越来越多的迹象表明，需求正在放缓。“市场研究公司LookLook定期对100名高消费中国女性进行调查。该公司表示，首先，中国消费者正在削减化妆品方面的开支，并开始转向本土品牌，因为在她们看来，国货品牌比国际品牌更物美价廉；其次，迄今为止，美国和欧洲一直在试图接过美容市场的接力棒，但这正变得越来越困难。在过去的三年里，化妆品品牌与巨头们在欧美市场强劲扩张，销售额最终不可避免地会出现回落。通货膨胀和高借贷成本给当地中低收入购物者带来压力，加剧了这种情况。”02 护肤彩妆市场双双疲软香水与轻医美成“中流砥柱”彭博情报(Bloomberg Intelligence)分析师林赛&bull 达奇(Lindsay Dutch)进行的一项调查显示，自今年1月以来，欧美化妆品市场需求已经疲软。在该公司6月份对欧盟与美国各650名化妆品消费者发起的调查中，受访者中40%以上的人表示，今年他们会先削减其他方面的支出，然后再削减美容和个人护理用品的支出。但这一比例比1月份的调查结果低了10个百分点，也是该调查自两年前开始以来的最低水平。美国大型美妆连锁零售商Ulta Beauty在4月初表示，它看到大众市场和高端市场的化妆品销售额都在放缓。6月，欧莱雅集团将其对今年全球美容市场销售增长的预测从之前的5%下调至4.5%-5%。就连它的新预测也可能过于乐观。市场咨询公司Circana的数据也印证了这一说法，该公司显示，今年上半年，美国高端化妆品产品的销售额仍增长了8%，但这一数据与前两年每年高达两位数的增长额相比，增速已大大放缓。大众市场在上半年亦表现平平，唯一的特例是e.l,f,Beauty，Circana指出，这得益于该品牌其实惠的价格定位。Circana还在报告中表示，TikTok出现的一个显著趋势值得注意，那就是“消费不足”（Underconsumption），各个美妆网红都出现在这一标签下，鼓励粉丝少买化妆品。并非所有化妆品品类都走势低迷，价格昂贵的香水和美发用品依然坚挺，不过，即使在这两个领域，一些年轻消费者也开始购买迷你装的香水和身体喷雾，价格低于25 美元。另一亮点是“轻医美”——这也解释了为什么欧莱雅集团于本月收购了Galderma Group AG 公司 10% 的股份，该公司生产治疗各种皮肤病的产品以及医用注射填充剂。然而，据彭博情报称，全球注射美容市场的价值可达90亿至150亿美元，这只是整个美容市场的一小部分，根据欧睿国际（Euromonitor International）的数据，2023 年美容市场的销售额约为 5700 亿美元。但是，如果消费者将资金从传统的护肤品转向此类产品，那么欧莱雅就不能“坐视不理”。“这两家公司将结成战略合作伙伴关系，我们不难看出，涂抹在皮肤上的产品（如外用面霜）和进入皮肤的产品（如注射填充剂）之间的界限正在逐渐模糊。欧莱雅可能会把医用美容疗法推向主流，就像它在抗衰老成分（如透明质酸和发油）方面所做的那样。”彭博社评论道，“此举也凸显出，作为全球最大的美容集团，欧莱雅拥有向邻近品类转型的灵活性和敏锐嗅觉。目前，这使它领先于雅诗兰黛等其他竞争对手——尽管如此，如果美容产品的整体销售不能从经济低迷中复苏，即使是最强大的美妆集团也不得不承受损失。” 编辑视角：针对美妆行业出现的增长放缓趋势这一现象，彭博社的报道指出，“口红效应”失灵，美妆巨头们的财报纷纷下滑，这引发了市场对美妆行业未来发展的担忧。报告中提到，通货膨胀和消费者收入压力是导致美妆行业增长放缓的主要原因。随着全球经济复苏步履蹒跚，消费者对未来的信心不足，开始削减非必需品的开支，包括化妆品。此外，美妆市场竞争激烈，消费者选择更加多样化，本土品牌崛起也对国际品牌造成冲击。尽管如此，美妆行业并非全然没有亮点。香水和轻医美等细分市场依然保持着稳健的增长，欧莱雅集团也通过收购 Galderma Group AG 公司股份，布局轻医美领域，展现出对市场变化的敏锐洞察和转型能力。总体而言，美妆行业面临着挑战，但也蕴藏着机遇。企业需要更加关注消费者需求的变化，进行产品创新和渠道拓展，才能在激烈的市场竞争中脱颖而出。

5月19日，董事长刘召贵博士率领我公司代表团访问了浙江大学分析仪器研究中心，受到研究中心执行主任金钦汉教授的热情接待。 浙江大学分析仪器研究中心，成立于2007年，中心主任为中国科学院院士方肇伦教授，执行主任为科学仪器专家金钦汉教授。主要成员为医学博士、教授、博士生导师牟颖，理学博士、教授周建光，工学博士、高级工程师金伟等。 中心拥有国内一流的分析仪器工程技术研究开发、设计和试验的专业人才队伍，具有较完备的工程技术综合配套试验条件，能够提供多种综合性服务，与相关企业联系紧密，同时具有自我良性发展机制。 目前，该中心下设有六个研究室，分别为质谱分析仪器研究室、光谱分析仪器研究室、过程分析仪器研究室、微波控分析仪器研究室、生物医学分析仪器研究室以及分析仪器新方法、新技术研究室。 刘博士一行到达浙江大学分析仪器研究中心后，在金钦汉教授和中心其他教授和博士的陪同下，参观了研究中心的各实验室。参观完毕，刘博士一行到达研究中心的会议室，与金教授等进行了亲切会晤。宾主经过友好、诚恳的会谈，达成了进行深入合作的意见。 双方表示：加强产学研合作、推动科学仪器发展是大势所趋，研究中心具备雄厚的科技开发实力，天瑞仪器公司拥有完备的企业运行机制和深厚的市场资源，双方的合作是互利、共赢、强强联合的，发展潜力很大。会谈中，大家还就工程技术研究中心的建立交换了意见， 双方都表达了建立该中心的强烈愿望，因而，&ldquo 天瑞---浙大工程技术研究中心&rdquo 有望在2008年顺利诞生。 会谈后，刘博士一行和浙江大学分析仪器研究中心的全体研究人员合影留念。 在金钦汉教授的陪同下，刘召贵博士参观了分析仪器研究室 天瑞仪器与浙大分析仪器研究中心达成合作关系

Nature Communications：纳米红外研究无机纳米颗粒-聚合物复合材料界面效应布鲁克纳米表面事业部 魏琳琳 博士英文题目：Nature Communications: Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites摘要以聚合物为基体，无机纳米粒子为填料的聚合物纳米复合材料具有优异的力学、电学和热学性能。纳米颗粒和聚合物之间的界面效应通常被认为是实现这些性能增强的关键因素。然而，如何理解界面效应以及界面微区的结构与性能是聚合物纳米复合材料领域长期面临的基础性难题。近期，来自武汉理工大学、清华大学、伍伦贡大学等学校的科学家们将Bruker的光热诱导纳米红外技术与其他先进技术相结合，直接探索纳米颗粒-聚合物纳米级界面区域。研究发现无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构，包括10纳米厚的内层和大于100纳米的外层界面。分子动力学及相场模拟结果表明纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用是形成界面极性构型的关键作用机制。这项研究的结果有助于阐明界面处的相互作用机制，并为制备纳米复合材料以获得最佳性能提供有价值的见解。利用无机纳米粒子/聚合物复合材料的高极性“双界面层”行为，科学家们在具有超低无机填料含量的纳米复合材料中获得了显著增强的介电及压电性能。相关研究成果以Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites为题，发表在Nature Communications上。实验内容实验选择典型的铁电聚合物PVDF作为基体，填充TiO2纳米颗粒。其中PVDF膜层的厚度低于纳米颗粒的直径，使TiO2能够暴露在膜层表面（图1 a）。图1b，c 样品表面和横截面的SEM图像显示颗粒表面存在约10nm的包裹层。HADDF和碳成像图（图1d，f）进一步表明10nm的结合层富含碳元素，为有机碳链键合在纳米颗粒表面。采用布鲁克nanoIR3纳米红外系统进一步研究了界面区域的化学结构（图1 e f）。采用PVDF极性构象的波数（866cm-1）和非极性构象的吸收波数（766cm-1）进行红外成像，分别对应图1f中图和右图。红外成像图显示纳米颗粒周围存在100nm以上强极性构象区域。压电力显微镜（PFM）采集平行于膜平面和垂直于膜平面的L-PFM图像及面外V-PFM图像，结果显示颗粒的L-PFM呈现一半亮一半暗的结构，V-PFM呈现全亮的结构。表明纳米颗粒/聚合物的内层界面区域内偶极子的极化方向垂直于纳米颗粒表面。综合以上的观测结果，作者揭示了无机纳米颗粒与聚合物基体的界面存在强极性构型的“双界面层”结构， 由10nm的极性偶极子内层界面的和100nm强极性构象的外层界面组成。 图1 直接观测无机纳米颗粒与聚合物基体的“双界面层”结构作者采用nanoIR3纳米红外系统进一步研究了纳米颗粒的间距对界面效应的影响（图2）。距离较远的纳米颗粒会形成强极性构象结构界面（图2 b左图）；距离相对较近的纳米颗粒，其界面区域相互重叠，将抑制极性构象的形成（图2 b中图）；纳米颗粒相互连接时，界面区域也倾向于相互合并（图2 b右图）。FTIR检测不同TiO2纳米颗粒含量的宏观材料中极性构象的比例（840 cm&minus 1/766 cm&minus 1及 1279 cm&minus 1/766 cm&minus 1峰强比），TiO2纳米颗粒含量0.35%时极性构象最多，继续增加纳米颗粒含量，由于纳米颗粒间距变小，界面区域相互重叠使极性构象含量降低。分子动力学及相场模拟表明极性构象界面的形成取决于纳米颗粒表面电势以及颗粒间距的协同作用。图2 纳米颗粒/聚合物复合材料界面极性区域采用纳米叠层设计（Al2O3/PVDF/ Al2O3）表征单一界面层的贡献。纳米叠层纳米复合材料的介电常数εr与PVDF的膜厚具有很大的相关性，并随着PVDF膜厚的减小而增加。由于界面极性层的影响，纳米叠层纳米复合材料显示出比Al2O3（εr~9.8）和PVDF（εr~7.8）更高的εr。而Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)/PVDF (10 nm)/Al2O3 (15 nm)，包含两层内层界面层结构，表现出86 J/cm3的超高介电能量密度，远高于文献报道的纳米复合材料的介电能量密度。同时具有76%的能量效率，与大多数介电聚合物或纳米复合材料相当。图3 内层界面层增强复合材料介电性能 总结借助于布鲁克纳米红外系统，直接观测到纳米颗粒-聚合物复合材料的极性界面构象，并研究了颗粒间距对极性构象的影响。结合其他科学工具的结果，本文的工作促进了对聚合物纳米复合材料中界面基础科学问题的理解，可为高性能极性聚合物复合材料的设计与开发提供指导，并推动介电储能、电卡制冷、柔性压电传感等高新前沿技术领域的发展。 本文相关链接：Unraveling bilayer interfacial features and their effects in polar polymer nanocomposites [J] Nature Communications volume 14, Article number: 5707 (2023)https://www.nature.com/articles/s41467-023-41479-0

2018年，由北京普瑞亿科科技有限公司研发的PRI-8800全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，一经推出便得到了广泛关注。该系统在土壤有机质分解速率、Q10及其调控机制方面提供了一整套高效的解决方案，为科研人员提供室内变温培养模拟野外环境的条件，让科研可以更广、更深层次地开展。目前以PRI-8800为关键设备发表的相关文章已达23篇。 今天与大家分享的是肖春旺教授团队在草地土壤碳激发效应研究领域取得新进展，在该项研究中，研究团队利用PRI-8800对来自外源碳和土壤有机质的土壤微生物呼吸的快速、连续、高频观测，为研究结果提供了有力的数据支撑。 来自植物根际和凋落物层淋溶的易分解外源碳（LOC）输入土壤是生态系统常见的自然现象，其在微生物介导的土壤碳循环中发挥着关键作用，尤其是在植物根系密集的草原生态系统。然而，外源碳的输入并不总是意味着土壤碳的净增加，因其能为异养微生物群落提供可用的碳和能量，进一步对土壤有机质的分解产生影响，即激发效应（Priming Effect，PE）。长期以来，尽管许多研究已经探讨了由外源碳添加诱导的激发效应，但很少有研究关注其短期效应。其次，输入土壤的外源碳是高度动态变化的，会迅速融入微生物、土壤有机质，或分解为CO2，但由于土壤微生物对外源碳输入的反应很快，来自外源碳的呼吸作用对微生物呼吸作用的相对贡献及其影响因素仍不确定。此外，围栏禁牧被认为是实现草地生态系统自我恢复的重要途径，其对土壤碳氮特性具有重要的积极影响，而围栏禁牧所导致的土壤碳氮特征变化可能进一步影响微生物对外源碳和土壤有机质的分解，但目前仍然缺乏对此的全面了解。 针对以上科学问题，肖春旺教授团队在中科院内蒙古草原生态站开展了相关研究，研究人员采集了3个不同围封禁牧时间（42年、22年和0年[自由放牧]）和4个不同土层深度（0–10、10–30、30–50、50–100 cm）的土壤。通过向土壤中添加δ13C标记的葡萄糖以模拟自然界的碳输入，并使用北京普瑞亿科科技有限公司研发的PRI–8800全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，在105-h内实现了分钟尺度上对来自外源碳和土壤有机质的土壤微生物呼吸的快速、连续、高频观测，主要探究了土壤碳氮特征变化对土壤微生物响应外源碳输入的短期过程以及对外源碳和土壤有机质分解的影响及机制。 研究结果发现，土壤微生物对外源碳的输入反应迅速，由土壤有机碳和碳氮比控制的微生物生物量是直接影响微生物对外源碳输入反应强度的最重要因素。放牧和较深的土壤层减少了来自外源碳的呼吸作用及其对总呼吸作用的相对贡献（图1），主要归因于土壤碳氮比和真菌/细菌的变化。此外，外源碳添加促进了所有土壤中有机质的分解，使土壤有机质的呼吸作用增加了11.3–92.4 mg C g-1 SOC，相当于18.7–266.1%的激发效应。放牧和土壤深度增加导致了更大的激发效应和土壤碳损失，其中土壤碳氮比和有机碳含量是最重要的调节因素。图1 不同土壤中来自外源碳和土壤有机质的累积碳矿化量及其比值注：GE42（10）、GE22（10）和GE0（10）分别代表围栏禁牧42年、22年和0年样点的0–10 cm土壤；GE42（10）、GE42（30）、GE42（50）和GE42（50）分别代表围栏42年样点的0–10、10–30、30–50、50–100 cm的土壤。 禁牧被认为是实现草原生态系统自我恢复的重要途径，了解放牧对外源碳输入下草原碳循环的影响可能有助于提高我们对未来草原土壤碳动态的预测。因此，结合本研究结果，研究人员建立了一个概念框架，阐明了禁牧年限和土壤深度变化对外源碳输入下草原土壤微生物呼吸和土壤碳动态的影响（图2）。禁牧对植被的积极影响进一步提升了土壤有机质的质和量，进而通过影响微生物特性导致更多的外源碳被微生物呼吸代谢，并增大其对总微生物呼吸的贡献，但是却会减小其诱导的激发效应和土壤碳损失。然而，对于不同深度的土壤而言，增加土层深度会影响土壤有机质的质和量，导致来自外源碳的呼吸及其对总微生物呼吸的贡献均减小，但是却会减小其诱导的激发效应和土壤碳损失。目前在世界大部分地区，由于受到人类活动的影响，草原正面临着严重退化的困境，而禁牧可能是实现表层土壤碳固持的有效措施。图2 禁牧和土壤深度变化对外源碳输入下草原土壤微生物呼吸和土壤碳动态影响的概念图 相关研究成果以“The quality and quantity of SOM determines the mineralization of recently added labile C and priming of native SOM in grazed grasslands”为题在线发表于国际土壤学领域主流期刊《Geoderma》（中科院一区Top，IF5 = 7.444）上。 生命与环境科学学院2019级博士研究生李超为本论文第一作者，肖春旺教授为本论文的通讯作者。中国科学院地理科学与资源研究所何念鹏研究员为本研究的重要合作作者，另外，中国科学院地理科学与资源研究所的徐丽副研究员和李明旭博士也参与了本研究。来源丨中央民族大学生命与环境科学学院官网相关论文信息：Li C, Xiao C, Li M, et al. The quality and quantity of SOM determines the mineralization of recently added labile C and priming of native SOM in grazed grasslands[J]. Geoderma, 2023, 432: 116385.原文链接：https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116385. 自2018年上市以来，PRI-8800全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统得到了广泛关注。该系统在土壤有机质分解速率、Q10及其调控机制方面提供了一整套高效的解决方案，为科研人员提供室内变温培养模拟野外环境的条件，让科研可以更广、更深层次地开展。目前以PRI-8800为关键设备发表的相关文章已达23篇。 为响应国家“双碳”目标，针对国内“双碳”行动有效性评估，普瑞亿科全新升级了PRI-8800 全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统，结合了连续变温培养和高频土壤呼吸在线测量的优势，模式的培养与测试过程非常简单高效，这极大方便了大量样品的测试或大尺度联网的研究，可以有效服务科学研究和生态观测。PRI-8800的成功推出，为“双碳”目标研究和评价提供了强有力的工具。 土壤有机质分解速率（R）对温度变化的响应非常敏感。温度敏感性参数（Q10）可以刻画土壤有机质分解对温度变化的响应程度。Q10是指温度每升高10℃，Ｒ所增加的倍数；Q10值越大，表明土壤有机质分解对温度变化就越敏感。Q10不仅取决于有机质分子的固有动力学属性，也受到环境条件的限制。Q10能抽象地描述土壤有机质分解对温度变化的响应，在不同生态类型系统、不同研究间架起了一个规范的和可比较的参数，因此其研究意义重大。 以往Q10研究通过选取较少的温度梯度（3-5个点）进行测量，从而导致不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题无法被克服。Robinson最近的研究（2017）指出，最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度的响应曲线可以有效解决上述问题。PRI-8800全自动变温土壤温室气体在线测量系统为Q10的研究提供了强有力的工具，不仅能用于测量Q10对环境变量主控温度因子的响应，也能用于测量其对土壤含水量、酶促反应、有机底物、土壤生物及时空变异等的响应。PRI-8800为Q10对关联影响因子的研究，提供了一套快捷、高效、准确的整体解决方案。可设定恒温或变温培养模式；温度控制波动优于±0.05℃；平均升降温速率不小于1°C/min；150ml样品瓶，25位样品盘；大气本底缓冲气或钢瓶气清洗气路；一体化设计，内置CO2 H2O模块；可外接高精度浓度或同位素分析仪。 为了更好地助力科学研究，拓展设备应用场景，普瑞亿科重磅推出「加强版」PRI-8800——PRI-8800 Plus全自动变温培养土壤温室气体在线测量系统。 1）原状土冻融过程模拟：气候变化改变了土壤干湿循环和冻融循环的频率和强度。这些波动影响了土壤微生物活动的关键驱动力，即土壤水分利用率。虽然这些波动使土壤微生物结构有少许改变，但一种气候波动的影响（例如干湿交替）是否影响了对另一种气候（例如冻融交替）的反应，其温室气体排放是如何响应的？通过PRI-8800 Plus 的冻融模拟，我们可以找出清晰答案。 2）湿地淹水深度模拟：在全球尺度上湿地甲烷（CH4）排放的温度敏感性大小主要取决于水位变化，而二氧化碳（CO2）排放的温度敏感性不受水位影响。复杂多样的湿地生态系统不同水位的变化及不同温度的变化如何影响和调控着湿地温室气体的排放？我们该如何量化不同水位的变化及不同温度的变化下湿地的温室气体排放？借助PRI-8800 Plus，通过淹水深度和温度变化的组合测试，可以查出真相。 3）温度依赖性的研究：既然温度的变化会极大影响土壤呼吸，基于温度变化的Q10研究成为科学家研究中重中之重。2017年Robinson提出的最低20个温度梯度拟合土壤呼吸对温度响应曲线的建议，将纠正以往研究人员只设置3-5个温度点(大约相隔5-10℃)进行呼吸测量的做法，该建议能解决传统方法因温度梯度少而导致的不同土壤的呼吸对温度变化拟合相似度高的问题，更能提升不同的理论模型或随后模型推算结果的准确性。而上述至少20个温度点的设置和对应的土壤呼吸测量，仅仅需要在PRI-8800 Plus程序中预设几个温度梯度即可完成多个样品在不同温度下的自动测量，这将极大提高科学家的工作效率。 除了上述变温应用案例外，科学家还可以依据自己的实验设计进行诸如日变化、月变化、季节变化、甚至年度温度变化的模拟培养，通过PRI-8800 Plus的“傻瓜式”操作测量，将极大减少科学家实验实施的周期和工作量，并提高了工作效率。 PRI-8800 Plus除了具有上述变温培养的特色，还可以进行恒温培养，抑或是恒温/变温交替培养，这些组合无疑拓展了系统在不同温度组合条件下的应用场景。 4）水分依赖性的研究：多数研究表明，在温度恒定的情况下，Q10很容易受土壤含水量的影响，表现出一定的水分依赖特性。PRI-8800 Plus可以通过手动调整土壤含水量的做法，并在PRI-8800 Plus快速连续测量模式下，实现不同水分梯度条件下土壤呼吸的精准测量，而PRI-8800 Plus的逻辑设计，为短期、中期和长期湿度控制条件下的土壤呼吸的连续、高品质测量提供了可能。 5）底物依赖性的研究：底物物质量与Q10密切相关，这里的底物包含不限于自然态的土壤，如含碳量，含氮量，易分解/难分解的碳比例、土壤粘粒含量、酸碱盐度等；也可能包含了某些外源底物，如外源的生物质碳、微生物种群、各种肥料、呼吸促进/抑制剂、同位素试剂等。通过PRI-8800快速在线变温培养测量，能加速某些研究进程并获得可靠结果，如生物质炭在土壤改良过程中的土壤呼吸研究、缓释肥缓释不同阶段对土壤呼吸的持续影响、盐碱土壤不同改良措施下的土壤呼吸的变化响应等等。 6）生物依赖性的研究：土壤呼吸包含土壤微生物呼吸（90%）和土壤动物呼吸（1-10%），土壤微生物群落对Q10影响重大。通过温度响应了解培养前后的微生物种群和数量的变化以及对应的土壤呼吸速率的变化有重要意义。外源微生物种群的添加，或许帮助科学家找出更好的Q10对土壤生物依赖性的响应解析。1.Li C, Xiao C, Li M, et al. The quality and quantity of SOM determines the mineralization of recently added labile C and priming of native SOM in grazed grasslands[J]. Geoderma, 2023, 432: 116385.2.Ma X, Jiang S, Zhang Z, et al. Long‐term collar deployment leads to bias in soil respiration measurements[J]. Methods in Ecology and Evolution, 2023, 14(3): 981-990.3.He Y, Zhou X, Jia Z, et al. Apparent thermal acclimation of soil heterotrophic respiration mainly mediated by substrate availability[J]. Global Change Biology, 2023, 29(4): 1178-1187.4.Mao X, Zheng J, Yu W, et al. Climate-induced shifts in composition and protection regulate temperature sensitivity of carbon decomposition through soil profile[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 172: 108743.5.Pan J, He N, Liu Y, et al. Growing season average temperature range is the optimal choice for Q10 incubation experiments of SOM decomposition[J]. Ecological Indicators, 2022, 145: 109749.6.Li C, Xiao C, Guenet B, et al. Short-term effects of labile organic C addition on soil microbial response to temperature in a temperate steppe[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2022, 167: 108589.7.Jiang ZX, Bian HF, Xu L, He NP. 2021. Pulse effect of precipitation: spatial patterns and mechanisms of soil carbon emissions. Frontiers in Ecology and Evolution, 9: 673310.8.Liu Y, Xu L, Zheng S, Chen Z, Cao YQ, Wen XF, He NP. 2021. Temperature sensitivity of soil microbial respiration in soils with lower substrate availability is enhanced more by labile carbon input. Soil Biology and Biochemistry, 154: 108148.9.Bian HF, Zheng S, Liu Y, Xu L, Chen Z, He NP. 2020. Changes in soil organic matter decomposition rate and its temperature sensitivity along water table gradients in cold-temperate forest swamps. Catena, 194: 104684.10.Xu M, Wu SS, Jiang ZX, Xu L, Li MX, Bian HF, He NP. 2020. Effect of pulse precipitation on soil CO2 release in different grassland types on the Tibetan Plateau. 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