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持續(xù)推進(jìn)科教融合、產(chǎn)教融合

為國家高水平科技自立自強(qiáng)

貢獻(xiàn)交大力量！

近期，西安交大科研人員在細(xì)胞生物力學(xué)、精神分裂癥腸道—免疫—腦軸新機(jī)制、鋰金屬電池、隨機(jī)散斑光場(chǎng)調(diào)控、鋰硫電池、實(shí)驗(yàn)室天體物理、多孔介質(zhì)孔隙尺度輸運(yùn)過程、等離激元光熱材料、時(shí)空高分辨酶微區(qū)域放熱檢測(cè)、二維磁性半導(dǎo)體、合金固態(tài)相變、氣候變化與長(zhǎng)江下游文明演化、變換光學(xué)、分子選擇性富集與增強(qiáng)光譜檢測(cè)、函數(shù)型數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。

科研創(chuàng)新，探索未知，交大人，永不止步！

｜內(nèi)容速覽｜

1、西安交大研究人員在細(xì)胞生物力學(xué)領(lǐng)域取得新進(jìn)展

2、西安交大科研人員發(fā)現(xiàn)精神分裂癥腸道—免疫—腦軸新機(jī)制

3、西安交大科研人員調(diào)控鋰枝晶生長(zhǎng)界面助力長(zhǎng)循環(huán)鋰金屬電池

4、西安交大科研人員在隨機(jī)散斑光場(chǎng)調(diào)控研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

5、西安交大科研團(tuán)隊(duì)在鋰硫電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展

6、西安交大與四川大學(xué)聯(lián)合研發(fā)ECMO進(jìn)入臨床階段

7、西安交大科研人員揭示液滴融合過程中的類生命生長(zhǎng)行為

8、西安交大科研人員在實(shí)驗(yàn)室天體物理研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

9、西安交大科研人員在多孔介質(zhì)孔隙尺度輸運(yùn)過程研究方面取得系列進(jìn)展

10、西安交大科研人員在等離激元光熱材料領(lǐng)域取得進(jìn)展

11、西安交大研究人員在時(shí)空高分辨酶微區(qū)域放熱檢測(cè)方面取得重要進(jìn)展

12、西安交大科研人員在二維磁性半導(dǎo)體領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

13、西安交大和浙江大學(xué)合作在合金固態(tài)相變領(lǐng)域獲得重要進(jìn)展

14、西安交大科研人員在氣候變化與長(zhǎng)江下游文明演化方面取得重要進(jìn)展

15、西安交通大學(xué)科研人員在變換光學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

16、西安交大科研人員在分子選擇性富集與增強(qiáng)光譜檢測(cè)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

17、西安交大科研人員在函數(shù)型數(shù)據(jù)分析研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

#01

西安交大科研人員

在細(xì)胞生物力學(xué)領(lǐng)域

取得新進(jìn)展

發(fā)表期刊

《自然通訊》

（Nature Communications）

內(nèi)容摘要

間充質(zhì)干細(xì)胞是一種多能干細(xì)胞，有著易獲取、可分化為多種細(xì)胞類型（包括神經(jīng)元、成肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、成骨細(xì)胞）等優(yōu)勢(shì)，在再生醫(yī)學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，間充質(zhì)干細(xì)胞需要經(jīng)歷從體外擴(kuò)增到體內(nèi)移植的過程，其所處的力學(xué)環(huán)境會(huì)發(fā)生顯著變化。如細(xì)胞外基質(zhì)的剛度從擴(kuò)增板的GPa量級(jí)到體內(nèi)組織的百Pa~千Pa量級(jí)。而力學(xué)環(huán)境的改變顯著影響間充質(zhì)干細(xì)胞的分化方向：硬基質(zhì)會(huì)誘導(dǎo)其趨于成骨分化，軟基質(zhì)則誘導(dǎo)其趨于脂肪分化。此外，干細(xì)胞在新環(huán)境中的分化行為會(huì)表現(xiàn)出對(duì)過往力學(xué)微環(huán)境刺激的時(shí)間依賴性。而干細(xì)胞通過細(xì)胞膜上力學(xué)敏感受體感知這種力學(xué)環(huán)境的變化及其時(shí)間依賴性的機(jī)理還鮮為人知，限制了間充質(zhì)干細(xì)胞在再生醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用。

整合素、鈣黏素力敏感受體與配體的力學(xué)結(jié)

近日，西安交通大學(xué)生命學(xué)院仿生工程與生物力學(xué)研究所林敏教授課題組通過引入整合素受體（介導(dǎo)細(xì)胞-基質(zhì)力學(xué)相互作用）和鈣黏素受體（介導(dǎo)細(xì)胞-細(xì)胞力學(xué)相互作用）的力學(xué)拮抗效應(yīng)，部分逆轉(zhuǎn)了在硬基底上已經(jīng)分化了的間充質(zhì)干細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在硬基底上間充質(zhì)干細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄激活因子（YAP）會(huì)在細(xì)胞核內(nèi)累積，而轉(zhuǎn)到軟基底后，在基底上錨定的HAVDI多肽與鈣黏素受體的力學(xué)結(jié)合作用下，YAP核質(zhì)比會(huì)顯著降低，即細(xì)胞核內(nèi)YAP的累積以及相關(guān)的成骨分化標(biāo)志物可以被HAVDI與鈣黏素受體的力學(xué)結(jié)合所逆轉(zhuǎn)。針對(duì)此現(xiàn)象，課題組建立了基于細(xì)胞力敏感受體黏附拮抗效應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子重定位模型，提出鈣粘素通過拮抗整合素黏附，引致細(xì)胞骨架應(yīng)力卸載，從而恢復(fù)了核的彈性變形，導(dǎo)致核孔收縮、YAP主動(dòng)入核速率下降，最終導(dǎo)致YAP重定位，從而產(chǎn)生了干細(xì)胞分化的逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這項(xiàng)工作表明，力學(xué)效應(yīng)可為調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞的力學(xué)感知和干性逆轉(zhuǎn)/維持過程提供新途徑。

基于細(xì)胞力敏感受體黏附拮抗效應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子重定位模型

文章作者

西安交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為該論文的第一作者單位和通訊作者單位，博士生張誠和助理教授朱鴻源博士為第一作者，林敏教授為唯一通訊作者。

文章鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26454-x

林敏教授主頁鏈接

https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/minlin

#02

西安交大科研人員

發(fā)現(xiàn)精神分裂癥腸道—免疫—腦軸新機(jī)制

發(fā)表期刊

《分子精神病學(xué)》

（Molecular Psychiatry）

內(nèi)容摘要

精神分裂癥是一種致殘率高的精神疾病，其終身患病率約為1%，雖然其發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但外周免疫系統(tǒng)在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用越來越受到關(guān)注。免疫失調(diào)被認(rèn)為是精神分裂癥的一種持續(xù)的病理生理學(xué)現(xiàn)象，而不僅是疾病發(fā)展的結(jié)果。流行病學(xué)研究也證實(shí)，生命早期感染以及自身免疫性疾病會(huì)導(dǎo)致精神分裂癥風(fēng)險(xiǎn)增加。然而，盡管免疫改變與精神分裂癥之間的因果關(guān)系已被研究了數(shù)十年，但免疫激活的起源及持續(xù)的原因仍不清楚，其中一個(gè)重要的原因是缺乏合適的體外模型來探索免疫細(xì)胞生理學(xué)的功能改變。外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）已被證明與腦組織具有很多共同特征，使其成為合適的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病理體外模型。

該研究系統(tǒng)比較了精神分裂癥患者和健康對(duì)照外周血單個(gè)核細(xì)胞（PBMCs）對(duì)細(xì)菌、真菌和微生物配體等十種病原刺激劑的免疫響應(yīng)，揭示了精神分裂癥患者PBMCs對(duì)病原體刺激的異常細(xì)胞因子反應(yīng)模式。該研究發(fā)現(xiàn)，十種病原體或微生物配體刺激后，同一類型刺激劑誘導(dǎo)的細(xì)胞因子具有更明顯的相關(guān)性。此外，在健康對(duì)照中單核細(xì)胞來源和T細(xì)胞來源的細(xì)胞因子形成相對(duì)獨(dú)立的兩簇；而在精神分裂癥患者中，這兩簇間的區(qū)別明顯降低，細(xì)胞因子之間的許多相關(guān)性減弱甚至消失。

值得注意的是，精神分裂癥患者的PBMCs在微生物產(chǎn)物胞壁酰二肽（MDP）刺激后產(chǎn)生的細(xì)胞因子水平顯著低于健康對(duì)照，此外患者血清中MDP水平升高并且與疾病的病程正相關(guān)的結(jié)果，表明了隨著疾病進(jìn)展患者體內(nèi)細(xì)菌易位增加，免疫反應(yīng)減弱。這也提示MDP可能是精神分裂癥患者免疫激活的上游介質(zhì)之一，由MDP引起的低水平炎癥可能導(dǎo)致腸道屏障通透性的改變以及微生物產(chǎn)物進(jìn)入外周循環(huán)，并產(chǎn)生潛在交互作用。

該研究對(duì)MDP刺激前、后精神分裂癥患者和對(duì)照組PBMCs細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)MDP刺激后精神分裂癥患者的各免疫細(xì)胞亞群中，抗病毒和炎癥程序普遍受到抑制，趨化因子/細(xì)胞因子—受體相互作用網(wǎng)絡(luò)受損。該研究描繪了精神分裂癥患者免疫功能受損的分子和細(xì)胞基礎(chǔ)，并提出先天免疫損傷、病原體清除減少、精神分裂癥發(fā)展過程中增加的細(xì)菌代謝產(chǎn)物易位和先天免疫反應(yīng)鈍化之間的相互作用，為精神分裂癥患者的全身免疫激活、神經(jīng)炎癥和大腦異常的病理機(jī)制提供了新的視角和理論依據(jù)。

文章作者

西安交大2018級(jí)博士高媛、范雅娟為論文第一作者，馬現(xiàn)倉、朱峰為論文通訊作者，西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院為唯一署名單位。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41380-021-01362-0

#03

西安交大科研人員

調(diào)控鋰枝晶生長(zhǎng)界面

助力長(zhǎng)循環(huán)鋰金屬電池

發(fā)表期刊

《德國應(yīng)用化學(xué)》

（Angew. Chem. Int. Ed.）

內(nèi)容摘要

電動(dòng)汽車和無人機(jī)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，促使研究者開發(fā)更高能量密度、功率性能和長(zhǎng)循環(huán)壽命的二次電池。鋰金屬的高理論比容量(3860 mAh g-1)和低電化學(xué)電位(-3.040 V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極)，使其成為最理想的負(fù)極材料之一。然而，鋰金屬負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用方面仍面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。由于鋰金屬負(fù)極在重復(fù)的循環(huán)過程中，表面能高的位點(diǎn)容易引起鋰的不均勻沉積生長(zhǎng)(枝晶的形成)，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路和熱失控等嚴(yán)重事故。近年來，通過修飾負(fù)極/隔膜界面，如復(fù)合鋰負(fù)極、調(diào)整電解液組成和添加劑等方法來抑制枝晶生長(zhǎng)，取得了一定的成效。

針對(duì)這一問題，化學(xué)學(xué)院丁書江教授課題組提出了一種疏導(dǎo)鋰枝晶生長(zhǎng)的策略，使發(fā)生鋰枝晶生長(zhǎng)的主要界面從負(fù)極/隔膜界面轉(zhuǎn)移到集流體側(cè)界面，從而保護(hù)了電池隔膜，延長(zhǎng)了電池循環(huán)壽命。最終，該鋰金屬復(fù)合電極結(jié)構(gòu)在磷酸鐵鋰/鋰金屬全電池應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(1000次循環(huán)后，容量保持率高達(dá)94%)。該工作為探索鋰金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用提供了一種簡(jiǎn)單有效的新策略。

文章作者

論文第一作者為西安交大化學(xué)學(xué)院博士生毛恒，通訊作者為西安交大化學(xué)學(xué)院丁書江教授。

論文鏈接

https://doi.org/10.1002/anie.202105831

#04

西安交大科研人員

在隨機(jī)散斑光場(chǎng)調(diào)控研究領(lǐng)域

取得新進(jìn)展

發(fā)表期刊

《物理評(píng)論快報(bào)》

（Physical Review Letters）

內(nèi)容摘要

當(dāng)激光從粗糙表面，諸如紙或者墻面上反射時(shí)，注視著反射光的觀察者會(huì)看到尺寸細(xì)微的復(fù)雜顆粒圖樣，這種顆粒結(jié)構(gòu)被稱為“散斑”，其來源于反射表面的隨機(jī)粗糙特性。通常，這些散斑光場(chǎng)的振幅空間分布滿足瑞利統(tǒng)計(jì)，并且隨著光場(chǎng)的傳播（即衍射）會(huì)發(fā)生明顯的變化。

在之前的研究工作中，人們能夠相互獨(dú)立地調(diào)控散斑光場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)或衍射性質(zhì)。通過調(diào)控產(chǎn)生散斑的粗糙表面上不同面元之間的關(guān)聯(lián)，可以使得光場(chǎng)的振幅滿足非瑞利統(tǒng)計(jì)分布，這種散斑被稱為“非瑞利統(tǒng)計(jì)散斑”，如圖1(a)所示。但是這種散斑的非瑞利統(tǒng)計(jì)分布只能存在于特定的傳播位置，無法在較長(zhǎng)的一段傳播距離內(nèi)保持；也可通過調(diào)控產(chǎn)生散斑的粗糙表面的形狀，使得散斑光場(chǎng)在較長(zhǎng)的一段傳輸距離內(nèi)保持相同的空間強(qiáng)度分布，這種散斑被稱為“無衍射散斑”，如圖1(b)所示。但是這種散斑的統(tǒng)計(jì)分布無法被調(diào)控，所得到的散斑光場(chǎng)振幅始終滿足瑞利統(tǒng)計(jì)分布。實(shí)現(xiàn)對(duì)散斑光場(chǎng)統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和衍射性質(zhì)的同時(shí)調(diào)控一直是一個(gè)科學(xué)難題。

西安交大李福利教授團(tuán)隊(duì)及其合作者首次提出了一種可以實(shí)現(xiàn)散斑光場(chǎng)統(tǒng)計(jì)與衍射性質(zhì)同時(shí)調(diào)控的方法。首先利用一個(gè)形狀為環(huán)形振幅分布的模板對(duì)隨機(jī)相位屏進(jìn)行濾波，在該模板的遠(yuǎn)場(chǎng)可以得到無衍射散斑；在此基礎(chǔ)上，打破相位隨機(jī)分布的獨(dú)立性，引入相位屏不同面元之間的關(guān)聯(lián)，使其滿足中心反對(duì)稱分布，就可以在隨機(jī)相位屏的遠(yuǎn)場(chǎng)得到無衍射的非瑞利統(tǒng)計(jì)散斑，從而使散斑在傳播過程中保持空間強(qiáng)度分布和非瑞利統(tǒng)計(jì)特性，如圖1(c)所示。進(jìn)一步對(duì)環(huán)形模板表面的相位分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具有非瑞利統(tǒng)計(jì)分布特性和無衍射特性散斑光場(chǎng)的調(diào)控。

圖1 (a)非瑞利統(tǒng)計(jì)散斑；(b)無衍射散斑；

(c)無衍射非瑞利散斑。

無衍射非瑞利散斑的諸多特性使得其在原子物理、量子輸運(yùn)和光學(xué)成像等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。該散斑在空間內(nèi)可以構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)計(jì)性質(zhì)可調(diào)的隨機(jī)波導(dǎo)陣列，這種波導(dǎo)陣列為基于冷原子的量子模擬提供有效的光學(xué)操縱手段；散斑的無衍射特性和高對(duì)比度也可以被用于關(guān)聯(lián)成像，從而同時(shí)提高關(guān)聯(lián)成像的景深和對(duì)比度。利用這種新型的無衍射非瑞利散斑，作者進(jìn)一步研究了其在安德森局域化方面的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)這種新型的散斑可以被用于研究光局域化，其統(tǒng)計(jì)性質(zhì)可以有效增強(qiáng)光局域化，為安德森局域化現(xiàn)象的研究提供了新方法。

文章作者

西安交通大學(xué)物理學(xué)院是第一完成單位，西安交通大學(xué)物理學(xué)院劉瑞豐副教授為文章第一作者，2017級(jí)物理實(shí)驗(yàn)班本科生慶秉承完成了散斑光場(chǎng)調(diào)控的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬工作，為該文章共同第一作者，通訊作者為陳守謙教授和李福利教授。

論文鏈接

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.180601

#05

西安交大科研團(tuán)隊(duì)

在鋰硫電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展

發(fā)表期刊

《先進(jìn)功能材料》

（Advanced Functional Materials）

內(nèi)容摘要

鋰硫電池具有理論能量密度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力汽車，無人機(jī)，規(guī)?；瘍?chǔ)能等領(lǐng)域有重要的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。然而，鋰硫電池的產(chǎn)業(yè)化仍然面臨循環(huán)壽命、安全性和實(shí)際輸出功率低等難題。硫正極在循環(huán)過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物多硫化物的溶解和流失是電池失效的“罪魁禍?zhǔn)住?，尤其是在高硫?fù)載量和貧電解質(zhì)條件下。在鋰硫電池正極一側(cè)引入催化劑，加速多硫化物氧化還原反應(yīng)，是緩解“穿梭效應(yīng)”的有效手段之一。少層磷烯納米片是由于其大的層間距（約3.08 ?）、高親硫性、高催化活性和低密度（2.69 g cm?3）等特性被認(rèn)為是理想的硫正極材料。然而，少層磷烯納米片有限的導(dǎo)電性（半導(dǎo)體特性）和不穩(wěn)定性（快速氧化和降解）嚴(yán)重阻礙了其潛在應(yīng)用。因此設(shè)計(jì)合適的具有協(xié)同功能的2D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)是調(diào)整材料特性并為鋰硫池提供新功能的關(guān)鍵，并要充分探索其內(nèi)在的協(xié)同相互作用并加深理解擴(kuò)大基于少層磷烯納米片的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)制。

針對(duì)上述問題，西安交通大學(xué)化工學(xué)院唐偉教授團(tuán)隊(duì)、上海理工大學(xué)彭成信教授和溫州大學(xué)侴術(shù)雷教授合作，聯(lián)合報(bào)道了一種在磷烯/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)包覆納米硫的牢籠結(jié)構(gòu)作為硫正極。該二維磷烯/石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：直接接觸使界面面積大，加速離子和電子遷移；石墨烯防止黑磷在制備和循環(huán)過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)和化學(xué)降解；電化學(xué)分析和理論計(jì)算表明磷烯較低的費(fèi)米能級(jí)促進(jìn)電子間相互作用，誘導(dǎo)電子從石墨烯到磷烯的遷移，有利于多硫化物的吸附和轉(zhuǎn)化。得益于這些優(yōu)異的特性，該復(fù)合硫正極在6.1 mg cm-2的高硫負(fù)載和5.7 mL g-1的低電解液/活性硫比下具有5.57 mAh cm-2的高面容量。

該工作展示了一種設(shè)計(jì)適用于貧電解液下硫正極的新策略，為解決多硫化物穿梭問題提供了新方法。

文章作者

西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院為本文的第一通訊單位，第一作者為西安交通大學(xué)周江奇博士生，丹麥技術(shù)大學(xué)武甜甜博士為共同第一作者。通訊作者為西安交通大學(xué)唐偉教授、上海理工大學(xué)彭成信教授和溫州大學(xué)侴術(shù)雷教授。

論文鏈接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106966

#06

西安交大與四川大學(xué)

聯(lián)合研發(fā)ECMO進(jìn)入臨床階段

報(bào)道媒體

新華社

內(nèi)容摘要

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院11月8日公布，該院與四川大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心、西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院聯(lián)合研發(fā)的體外膜肺氧合設(shè)備（ECMO）在國內(nèi)率先進(jìn)入臨床階段。

ECMO可對(duì)重癥心肺功能衰竭患者提供持續(xù)的體外呼吸與循環(huán)，為搶救贏得寶貴時(shí)間。新冠肺炎疫情發(fā)生以來，ECMO逐漸為公眾所熟知，然而其核心關(guān)鍵技術(shù)長(zhǎng)期被國外壟斷，設(shè)備及耗材價(jià)格昂貴。

醫(yī)護(hù)人員使用國產(chǎn)ECMO救治患者（受訪者供圖）

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管病院院長(zhǎng)袁祖貽介紹，該院心血管團(tuán)隊(duì)已從事ECMO臨床應(yīng)用及相關(guān)研究超過20年。團(tuán)隊(duì)是國內(nèi)最早開展ECMO臨床工作的單位之一，也是國內(nèi)最早研發(fā)膜式氧合器、灌注管路等醫(yī)療器械的單位之一。2017年，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合有關(guān)方面針對(duì)ECMO設(shè)備全血液接觸面長(zhǎng)效抗凝涂層、磁懸浮離心泵、超聲流量探頭、程控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及ECMO膜肺展開深入設(shè)計(jì)和研發(fā)。

國產(chǎn)ECMO救治患者（受訪者供圖）

西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院教授莊健介紹，新冠肺炎疫情發(fā)生前，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已基本完成ECMO離心泵設(shè)備及全系列耗材的樣品試制，并進(jìn)行了針對(duì)抗凝涂層的大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。在本項(xiàng)目研發(fā)中，團(tuán)隊(duì)充分分析比較了國外同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)及臨床使用存在的問題，設(shè)計(jì)出針對(duì)國內(nèi)臨床需求的國產(chǎn)化ECMO。

此次該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的首套國產(chǎn)ECMO系統(tǒng)成功應(yīng)用于臨床，有望顯著降低ECMO產(chǎn)品的國內(nèi)售價(jià)，推動(dòng)ECMO技術(shù)向基層醫(yī)院普及，使更多急危重癥患者受益。

報(bào)道鏈接

http://m.news.cn/2021-11/08/c_1128044782.htm

#07

西安交大科研人員

揭示液滴融合過程中的類生命生長(zhǎng)行為

發(fā)表期刊

《流體物理學(xué)》

（Physics of Fluids）

內(nèi)容摘要

兩種流體的混合現(xiàn)象廣泛存在于人們的日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動(dòng)力裝備、環(huán)境治理、醫(yī)藥化工以及生物生命等等領(lǐng)域，是一種共性的基礎(chǔ)物理現(xiàn)象，掌握其混合過程中的能量傳遞與演化特征及其機(jī)制具有極其重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。西安交大能動(dòng)學(xué)院魏衍舉副教授團(tuán)隊(duì)對(duì)重液滴撞擊液面產(chǎn)生的渦環(huán)在輕介質(zhì)流體中的下沉及不穩(wěn)定性演變過程進(jìn)行了深入研究，取得了重要研究成果。

該論文利用高速相機(jī)研究了一系列重液滴撞擊液池后從形成渦環(huán)、渦環(huán)失穩(wěn)解體下沉、到分叉生長(zhǎng)并最終成長(zhǎng)為一朵分形花朵的奇特行為，通過系統(tǒng)分析，獲得了上述各階段的無量綱控制方程，揭示了其發(fā)生與演化的底層物理機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)渦環(huán)經(jīng)歷了以失穩(wěn)解體為轉(zhuǎn)折點(diǎn)的“穩(wěn)態(tài)下沉”和“分岔生長(zhǎng)”等兩階段演化，期間粘性阻力和重力通過重力加速度和瑞利-泰勒不穩(wěn)定性（R-T instability）交替控制液滴裂變與生長(zhǎng)行為，最終液滴通過渦環(huán)成長(zhǎng)為一朵迷人的分形花朵。

液滴的這種生長(zhǎng)行為與生命的萌發(fā)與成長(zhǎng)具有很強(qiáng)的相似性。縱觀由單液滴到渦環(huán)，再到分級(jí)失穩(wěn)分叉的整個(gè)過程，均類似于一顆種子從發(fā)芽到生長(zhǎng)出完整的花莖、花瓣和花蕊。從某種意義上，水滴就是分叉花的種子，只要它攜帶著能量從輕流體穿透界面進(jìn)入重流體，它就會(huì)隨著能量的耗散而生長(zhǎng)，而能量耗散的路徑就形成了現(xiàn)實(shí)意義的生命。這種獨(dú)特的能量耗散模式可以激發(fā)人們對(duì)生命本質(zhì)的深刻思考。另外，該現(xiàn)象對(duì)流體中最復(fù)雜的湍流現(xiàn)象的形成機(jī)理也具有一定的啟發(fā)意義。

文章作者

該論文第一作者為博士生張亞杰，第二作者為碩士生穆志強(qiáng)，通訊作者為魏衍舉副教授，第四作者為留學(xué)生Huzaifa Jamil，第五作者為航天學(xué)院楊亞晶副教授，西安交大為獨(dú)立完成單位。

論文鏈接

https://doi.org/10.1063/5.0064072

#08

西安交大科研人員

在實(shí)驗(yàn)室天體物理研究領(lǐng)域

取得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《天體物理學(xué)期刊》

（The Astrophysical Journal）

內(nèi)容摘要

白矮星是中低質(zhì)量恒星演化的最終產(chǎn)物，銀河系中近97%的恒星都會(huì)以白矮星的方式終結(jié)一生，實(shí)驗(yàn)室開展類白矮星條件測(cè)量對(duì)于解釋天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)現(xiàn)象、確定星體狀態(tài)和壽命、推測(cè)宇宙演化過程至關(guān)重要。宇宙中大部分白矮星內(nèi)核主要由碳元素和氧元素組成，外層大氣為氫和氦的混合物，表面溫度約1萬開爾文。然而，編號(hào)為H1504+65的白矮星卻極為特殊，根據(jù)美國航空航天局NASA的錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡和遠(yuǎn)紫外線天文望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)推斷，白矮星H1504+65的表面溫度約20萬開爾文，是目前發(fā)現(xiàn)的溫度最高的白矮星，其外殼大氣中的氫和氦在形成過程中全部被驅(qū)散，內(nèi)核卻完整保留，主要成分為碳和氧，同時(shí)可能含有少量的氖和鎂，而造成其大氣富碳和富氧的具體原因至今尚無定論（圖1）。

圖1 白矮星H1504+65

（圖片來自Sliwinski, M.S. and Sliwinska, L.I.）

目前，白矮星H1504+65大氣成分以及基本狀態(tài)參數(shù)均基于天文觀測(cè)光譜分析確定，然而部分觀測(cè)譜線尚未被準(zhǔn)確識(shí)別，部分波段受天文觀測(cè)條件限制處于空白狀態(tài)。近日，西安交通大學(xué)物理學(xué)院趙永濤教授團(tuán)隊(duì)與中物院激光聚變研究中心、深圳技術(shù)大學(xué)、中科院近代物理研究所、中科院物理所以及中國科學(xué)院大學(xué)等單位合作，利用星光III強(qiáng)激光大科學(xué)裝置制備了類白矮星H1504+65大氣狀態(tài)的均勻稠密等離子體，獲得了軟X射線及極紫外波段的上百條高分辨光譜，標(biāo)識(shí)了若干新譜線，填補(bǔ)了15-90nm波段的天文觀測(cè)空白，為其基本狀態(tài)參數(shù)的確定以及相關(guān)理論建模和參數(shù)優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也為更廣泛條件下實(shí)驗(yàn)室天體物理研究提供了一種新方案（圖2）。

圖2 (a)實(shí)驗(yàn)室制備類白矮星H1504+65大氣狀態(tài)物質(zhì)的

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及診斷排布示意圖；

(b)實(shí)驗(yàn)室觀測(cè)光譜錢德拉天文觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比

文章作者

西安交通大學(xué)物理學(xué)院博士生馬步博、任潔茹副教授以及激光聚變研究中心王少義助理研究員為論文共同第一作者，西安交通大學(xué)趙永濤教授、激光聚變研究中心周維民研究員及深圳技術(shù)大學(xué)曹磊峰教授為論文共同通訊作者。

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https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac18c3

#09

西安交大科研人員

在多孔介質(zhì)孔隙尺度輸運(yùn)過程研究方面

取得系列進(jìn)展

發(fā)表期刊

《能源與燃燒科學(xué)進(jìn)展》

（Progress in Energy and Combustion Science IF=29.4）

內(nèi)容摘要

在能源、環(huán)境、化工等領(lǐng)域，普遍發(fā)生著多孔介質(zhì)中多物理場(chǎng)耦合輸運(yùn)過程（流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)及固體結(jié)構(gòu)演等過程），如燃料電池、電子芯片冷卻、熱化學(xué)儲(chǔ)能、核反應(yīng)堆、二氧化碳地質(zhì)封存及利用、油氣開采等。在這些過程中，多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多物理場(chǎng)耦合緊密、微納尺度效應(yīng)明顯、跨界面輸運(yùn)機(jī)理復(fù)雜。多孔介質(zhì)中輸運(yùn)過程對(duì)相關(guān)系統(tǒng)性能或過程效率起重要甚至是決定性的作用，是工程熱物理及相關(guān)學(xué)科的前沿科學(xué)問題。

多孔介質(zhì)復(fù)雜傳遞過程的孔隙尺度研究

當(dāng)前研究中存在“現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)手段對(duì)多孔介質(zhì)中復(fù)雜傳遞過程實(shí)時(shí)觀測(cè)及表征存在困難、現(xiàn)有多孔介質(zhì)宏觀模型唯象和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)多、多孔介質(zhì)宏觀整體性能研究多而微觀尺度關(guān)鍵過程細(xì)節(jié)研究少”等主要問題。針對(duì)這些問題，能源與動(dòng)力工程學(xué)院熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳黎教授課題組一直致力于發(fā)展孔隙尺度數(shù)值模擬方法，表征并重構(gòu)多孔介質(zhì)實(shí)際三維結(jié)構(gòu)，基于實(shí)際結(jié)構(gòu)研究多孔介質(zhì)中微納米尺度的多物理場(chǎng)耦合輸運(yùn)過程。在發(fā)展孔隙尺度及多尺度研究方法、查明關(guān)鍵物理量孔隙尺度分布規(guī)律、揭示微納尺度多場(chǎng)耦合過程機(jī)理、構(gòu)建準(zhǔn)確的多孔介質(zhì)模型等方面取得了相關(guān)研究成果。與東方電氣、中國核動(dòng)力院、華電集團(tuán)、長(zhǎng)慶油田、塔里木油田等單位開展合作，研究成果獲得了應(yīng)用。

文章作者

西安交通大學(xué)陳黎教授、東京大學(xué)An He博士、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Jianlin Zhao博士、美國Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室Qin-Jun Kang高級(jí)研究員為論文共同第一作者，西安交通大學(xué)陳黎為通訊作者，東京大學(xué)Naoki Shikazono教授、瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Jan Carmeliet教授、西安交通大學(xué)李增耀教授、西安交通大學(xué)陶文銓教授為共同作者。

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https://doi.org/10.1016/j.pecs.2021.100968

#10

西安交大科研人員

在等離激元光熱材料領(lǐng)域取得進(jìn)展

發(fā)表期刊

《美國化學(xué)會(huì)-納米》

（ACS Nano）

內(nèi)容摘要

能源與水資源短缺問題一直是高度相關(guān)的兩大全球性的問題。隨著對(duì)金屬微結(jié)構(gòu)界面調(diào)控研究的不斷深入，利用等離激元增強(qiáng)太陽能蒸水成為近年來光熱領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?；诘入x激元微結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的光-聲轉(zhuǎn)換為高效利用太陽能進(jìn)行水純化提供了可行的解決方案，引起了研究人員極大的興趣，也促進(jìn)了近年來等離激元材料創(chuàng)制、光熱轉(zhuǎn)換機(jī)理、調(diào)控與應(yīng)用的發(fā)展。

近日，西安交通大學(xué)趙宇鑫課題組利用聚吡咯彈性體固化交聯(lián)與定向冷凍干燥成型技術(shù)，成功制備了大塊仿生結(jié)構(gòu)的高彈性耐疲勞五孿晶銅@聚吡咯核殼納米線（Cu@PPy NW）氣凝膠組裝體材料。該材料在4000W/m2光強(qiáng)輻照下可于1分鐘內(nèi)快速升溫至220℃以上的高溫，并在1個(gè)太陽的光照強(qiáng)度下輕松實(shí)現(xiàn)97.6%的光熱轉(zhuǎn)換效率和2.09 kg/m2h的蒸水速率。其設(shè)計(jì)理念主要基于：五孿晶銅納米線具有很強(qiáng)的表面等離激元效應(yīng)（SPPs），其獨(dú)特的法布里-珀羅共振失穩(wěn)導(dǎo)致的朗道阻尼效應(yīng)可使熱電子更多轉(zhuǎn)換為聲子；聚吡咯外殼可以顯著拓寬光譜吸收范圍，同時(shí)兼具低導(dǎo)熱特性以減小光熱能量的傳導(dǎo)損耗；氣凝膠三維結(jié)構(gòu)中廣泛分布的介孔結(jié)構(gòu)，其尺寸普遍小于空氣分子的自由程，從而有效地抑制層間的熱對(duì)流傳熱；同時(shí)，氣凝膠材料中定向貫通的大孔結(jié)構(gòu)對(duì)水蒸氣的傳質(zhì)運(yùn)輸增益，也對(duì)光熱蒸水效率的提升也起到了關(guān)鍵作用。

圖1 高彈性耐疲勞五孿晶銅@聚吡咯核殼納米線氣凝膠

組裝體材料示意圖

此外，為了闡明材料表面近場(chǎng)光熱轉(zhuǎn)換的物理原理，研究團(tuán)隊(duì)分別采用了定制化的導(dǎo)電原子力探針（CAFM）、開爾文探針（KPFM）、量熱掃描探針（SThM）和掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微聯(lián)用系統(tǒng)（SNOM）原位測(cè)量獲取了單根基元材料上激發(fā)態(tài)熱電子、肖特基勢(shì)壘、微小熱流等特征參數(shù)，并直觀證實(shí)了光子在共格孿晶銅表面沿納米線軸向波導(dǎo)傳遞以及熱電子弛豫過程。該研究系統(tǒng)定量分析了Cu@PPy納米線材料的結(jié)構(gòu)-功能相關(guān)性，證實(shí)了表面等離子體介導(dǎo)的光子-聲子能量轉(zhuǎn)移模型中波動(dòng)電動(dòng)力學(xué)模型的基本正確性。這些結(jié)果為近場(chǎng)光-物質(zhì)交互作用中的內(nèi)在耦合關(guān)聯(lián)提供了明確證據(jù)，初步解釋了顯著增強(qiáng)的跨尺度、跨介質(zhì)光熱轉(zhuǎn)換機(jī)制。等離激元納米材料提供了一種獨(dú)特的能量轉(zhuǎn)化與分配平臺(tái)，研究這種特殊微區(qū)環(huán)境下的理化過程不僅具有重要的基礎(chǔ)研究意義，而且為促進(jìn)光驅(qū)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化提供了一條新的途徑。

圖2 單根納米材料表面等離子體介導(dǎo)的

光子-聲子轉(zhuǎn)換近場(chǎng)研究圖摘

文章作者

該研究工作由西安交通大學(xué)化工學(xué)院趙宇鑫研究員團(tuán)隊(duì)完成，化工學(xué)院博士研究生王維、助理教授嚴(yán)孝清，能動(dòng)學(xué)院博士研究生耿嘉峰為該文章共同第一作者，趙宇鑫研究員為通訊作者。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c05789

#11

西安交大研究人員

在時(shí)空高分辨酶微區(qū)域放熱檢測(cè)方面

取得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《小方法》

(Small MethodsIF=14.1)

內(nèi)容摘要

酶的熱效應(yīng)對(duì)于研究生命現(xiàn)象、生理特征具有重要的價(jià)值。生命活動(dòng)受到各種各樣的生物酶調(diào)控，研究酶促反應(yīng)過程中的熱量釋放具有重要意義。然而，單個(gè)酶分子釋放的熱量很少，同時(shí)熱量會(huì)迅速地?cái)U(kuò)散到周圍環(huán)境達(dá)到熱平衡，現(xiàn)有的測(cè)量方法無法實(shí)時(shí)地檢測(cè)酶分子的放熱情況，缺乏微納米尺度的熱量監(jiān)測(cè)的有力工具。近來，光學(xué)納米溫度計(jì)的發(fā)展為解決上述問題提供了思路。光學(xué)納米溫度計(jì)是指具有溫度響應(yīng)性的納米粒子，通常其光學(xué)特性會(huì)隨溫度改變，通過測(cè)量納米溫度計(jì)光學(xué)特性變化獲得被測(cè)物的溫度變化。由于光學(xué)信號(hào)可以實(shí)時(shí)獲得（采集間隔小于1秒），動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)整個(gè)放熱過程，具有高的時(shí)間分辨率；而納米溫度計(jì)的粒徑可以小于10 nm納米，其尺寸與一些大分子蛋白質(zhì)相當(dāng)，可以實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。因此納米溫度計(jì)具有在生物大分子（如酶）的微區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)非平衡態(tài)的溫度（熱量）變化測(cè)量的潛力。

圖1 酶的微區(qū)域溫度實(shí)時(shí)測(cè)量示意圖

近日，西安交通大學(xué)生命學(xué)院生物醫(yī)學(xué)影像與應(yīng)用研究所吳道澄教授課題組提出了一種可以在微納米尺度下準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)酶促反應(yīng)中放熱情況的新方法（圖1）。文中合成了一種表面帶有大量氨基的AgInS2量子點(diǎn)，該量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度具有顯著的溫度依賴，熒光強(qiáng)度接近線性地隨溫度升高而降低，靈敏度為-2.82%°C-1。通過化學(xué)交聯(lián)將量子點(diǎn)緊密地接枝到被測(cè)物脂肪酶上，確保量子點(diǎn)檢測(cè)的是酶周圍的溫度而不是溶液溫度。在交聯(lián)了量子點(diǎn)的脂肪酶溶液中加入底物，利用熒光分光光度計(jì)實(shí)時(shí)地檢測(cè)溶液熒光變化，發(fā)現(xiàn)隨著底物加入溶液熒光強(qiáng)度迅速減弱，經(jīng)換算最大溫差超過溶液6°C，直到底物消耗完才回復(fù)到初始值。該方法具有良好的重現(xiàn)性，最大誤差約為4%，溫度分辨率約為0.5°C，可以檢測(cè)低至0.02 mg/mL的酶溶液。該體系的熒光信號(hào)直接代表了酶周圍納米尺度微區(qū)域的溫度變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)酶促反應(yīng)中的非平衡放熱檢測(cè)。這種酶周圍熱量分布的不均勻性對(duì)于研究納米尺度生物體內(nèi)的熱行為和生物特性具有重要意義。該方法對(duì)于研究生物體內(nèi)各種與熱有關(guān)的酶過程、線粒體內(nèi)的熱釋放、甚至腫瘤熱療中的溫度反饋都有重要參考價(jià)值。

文章作者

第一作者為西安交通大學(xué)生命學(xué)院博士生張慧，吳道澄教授為唯一通訊作者，生物醫(yī)學(xué)信息工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和西安交通大學(xué)生命學(xué)院為該論文第一和唯一通訊作者單位。

論文鏈接

https://doi.org/10.1002/smtd.202100811

#12

西安交大科研人員

在二維磁性半導(dǎo)體領(lǐng)域

取得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《自然-通訊》

（Nature Communications）

內(nèi)容摘要

磁性材料是現(xiàn)代信息存儲(chǔ)技術(shù)的重要基礎(chǔ)，現(xiàn)有典型器件中信息的寫入/讀取是通過對(duì)磁性薄膜材料中磁性狀態(tài)的改變/檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)。為滿足未來海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求，新型磁性材料及相關(guān)物理效應(yīng)的研究尤為重要。二維磁性半導(dǎo)體是同時(shí)具有磁性及半導(dǎo)體性質(zhì)，且只有數(shù)原子層厚的新型材料，可對(duì)未來高密度信息器件的研發(fā)產(chǎn)生重要影響。由于二維磁性半導(dǎo)體的體積極小，無法應(yīng)用傳統(tǒng)磁性測(cè)量手段（如SQUID,中子散射等）來獲取其磁性，因此急需探索其新的物理效應(yīng)并應(yīng)用在微納尺度磁性探測(cè)上。

(a) CrBr3晶體及隧穿結(jié)示意圖 (b) 隧穿磁電導(dǎo)對(duì)磁化強(qiáng)度的依賴關(guān)系，其中黑線為理論擬合數(shù)據(jù)

(c) 通過隧穿磁電導(dǎo)得到二維磁體的磁化強(qiáng)度

近日，西安交通大學(xué)物理學(xué)院王喆教授與日內(nèi)瓦大學(xué)Alberto Morpurgo教授團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)二維鐵磁半導(dǎo)體中隧穿電導(dǎo)由磁化強(qiáng)度決定，這一物理效應(yīng)表明可通過電子隧穿的方式來精確測(cè)量二維鐵磁體的磁化強(qiáng)度。研究人員制備了“石墨烯/三溴化鉻CrBr3/石墨烯”隧道結(jié)并系統(tǒng)測(cè)量了隧道結(jié)在不同溫度及磁場(chǎng)下的電導(dǎo)。通過分析發(fā)現(xiàn)，隧道結(jié)無論是居里溫度(~32 K)以上由外加磁場(chǎng)引起的磁電導(dǎo)，還是居里溫度以下由自發(fā)磁矩引起的磁電導(dǎo)，都跟材料的磁化強(qiáng)度有著唯一的依賴關(guān)系。這一現(xiàn)象可由自旋相關(guān)的Fowler–Nordheim電子隧穿模型解釋。此物理效應(yīng)表明可通過隧穿磁電阻的測(cè)量反推出樣品的磁化強(qiáng)度。這項(xiàng)工作為二維材料的磁學(xué)性質(zhì)探測(cè)提供了新的方法，磁性半導(dǎo)體中磁電耦合相關(guān)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為走向自旋的未來信息時(shí)代提供了更多可能。

文章作者

西安交通大學(xué)為第一單位和第一通訊單位，王喆教授為第一作者及共同通訊作者。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26973-7

#13

西安交大和浙江大學(xué)合作

在合金固態(tài)相變領(lǐng)域

獲得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《自然材料》

（Nature Materials）

內(nèi)容摘要

合金中的相，通常是指材料中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并以界面相互隔開的均勻組成部分。由于結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等差異，不同的相具有不同的性能。在材料設(shè)計(jì)中，利用不同相的性能特點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而使材料整體性能優(yōu)化。鈦合金，作為一種在航空航天、軍事、醫(yī)用等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的輕質(zhì)材料，通常需要利用兩種相的結(jié)合以達(dá)到相得益彰的效果，例如密排六方結(jié)構(gòu)的低溫相alpha和體心立方結(jié)構(gòu)的高溫相beta。

兩相的比例以及各自的大小、形狀和分布通常依靠相變來調(diào)控。相變，通俗來講就是在外界條件的誘發(fā)下，從一個(gè)相到另一相的轉(zhuǎn)變。相變理論中經(jīng)典形核長(zhǎng)大機(jī)制的假定是：新相起始于母相中源于熱激活漲落出現(xiàn)的一個(gè)納米尺度的新相胚胎，其成分和結(jié)構(gòu)均與相圖中預(yù)言的最終相變產(chǎn)物相同。然而實(shí)際的相變初始過程尺度小、時(shí)間短、可能性多，難以直接觀測(cè)。鈦合金中alpha固溶體和beta固溶體間的相變通常在高溫下發(fā)生，前人雖有相關(guān)的研究報(bào)道，但對(duì)相變?cè)缙谶^程尚缺乏原位和原子尺度的直接觀察和理解，對(duì)相變機(jī)制的認(rèn)知并不清晰。

近日，利用先進(jìn)的原位、多尺度電子顯微鏡技術(shù)，結(jié)合同步輻射和計(jì)算機(jī)模擬，浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)和美國賓州州立大學(xué)研究人員對(duì)鈦鉬二元合金中的alpha-beta相變初始階段進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，發(fā)現(xiàn)其原子尺度的過程與經(jīng)典形核理論的機(jī)制具有顯著差異。具體來說，研究人員在電子顯微鏡下的直接觀察表明，當(dāng)溫度升高至相變點(diǎn)以下100℃左右時(shí)，beta相中過余的鉬原子開始顯著擴(kuò)散到alpha相中，且隨其濃度不斷升高，鉬原子開始呈化學(xué)有序排列，在alpha相中形成納米尺度大小的亞穩(wěn)態(tài)超晶格結(jié)構(gòu)團(tuán)簇，其成分和結(jié)構(gòu)既不同于母相alpha，又不同于終相beta。超晶格亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)中鉬濃度的進(jìn)一步升高促使原本的密排六方結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從alpha到beta的相變。第一性原理計(jì)算與模擬定量地揭示了上述過程中的能量變化（熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力）和需要克服的能壘與原子位移（動(dòng)力學(xué)過程）。這一發(fā)現(xiàn)是原位、原子尺度實(shí)驗(yàn)與計(jì)算模擬緊密結(jié)合的成功案例，是非經(jīng)典形核固態(tài)相變?cè)阝伜辖鹬械氖状螆?bào)道，也為理解其它合金中固態(tài)相變初始過程的原子機(jī)制帶來了新的啟示。

文章作者

浙江大學(xué)電子顯微鏡中心博士后符曉倩、西安交通大學(xué)材料學(xué)院材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)中心博士生王旭東為本文的共同第一作者。浙江大學(xué)張澤院士團(tuán)隊(duì)余倩、西安交通大學(xué)馬恩、張偉以及美國賓州州立大學(xué)陳龍慶為本文的共同通訊作者。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41563-021-01144-7

#14

西安交大科研人員

在氣候變化與長(zhǎng)江下游文明演化方面

取得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《科學(xué)進(jìn)展》

（Science Advances）

內(nèi)容摘要

(A)研究洞穴和良渚古城位置

(B)神農(nóng)宮洞內(nèi)照片 (C)良渚玉琮及其上刻神徽

考古發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江下游南岸具有連續(xù)的新石器文化演化序列，主要包括杭州灣南部的上山、跨湖橋、河姆渡文化，杭州灣北部的馬家浜、崧澤、良渚、錢山漾和廣富林文化。其中，良渚文化（距今約5300-4300年）是同時(shí)期全球范圍最發(fā)達(dá)的新石器文化之一，主要體現(xiàn)在具有宏大的良渚古城、完善的水利系統(tǒng)、精美的玉器工藝、先進(jìn)的稻作農(nóng)業(yè)等方面。多方面證據(jù)表明良渚古城已經(jīng)形成了早期國家形態(tài)，是中華五千年文明的實(shí)證，2019年7月6日被收入“聯(lián)合國教科文組織世界遺產(chǎn)名錄”。然而，是什么原因?qū)е戮嘟窦s4300年前良渚古城被廢棄、良渚文明突然衰落呢？為什么其后的廣富林文化和錢山漾文化的發(fā)達(dá)程度遠(yuǎn)不及良渚文化？學(xué)術(shù)界一直存在較大爭(zhēng)議。

距今7000-2000年中重建的氣候記錄與長(zhǎng)江下游文化演化對(duì)比

科研人員通過對(duì)江西省神農(nóng)宮和九龍洞洞穴多支石筍進(jìn)行高精度的鈾系定年和高分辨率的穩(wěn)定同位素指標(biāo)測(cè)試分析，建立了長(zhǎng)江下游距今1.4萬年以來高精度高分辨率的水文氣候變化序列，該序列最為顯著的特征是距今4400-3000年間發(fā)生了數(shù)次年代際-百年尺度的極端旱澇事件。通過與長(zhǎng)江中下游其他降水重建和考古地層、年代數(shù)據(jù)等資料進(jìn)行綜合對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)距今約4300年極端干旱后的極端洪澇事件可能首先對(duì)良渚古人的生存造成了重大沖擊，而后長(zhǎng)江下游持續(xù)濕潤的氣候使得太湖平原-杭州灣北部大范圍低洼地區(qū)被淹，不再適合水稻種植，迫使在洪災(zāi)中存活的良渚人也放棄了良渚古城及其周邊住址，最終導(dǎo)致良渚文化衰亡。距今4300-4000年前冷濕氣候背景可能導(dǎo)致了廣富林和錢山漾文化發(fā)展緩慢，其發(fā)達(dá)程度不及良渚，至距今約4000年前長(zhǎng)江下游又遭受了一次極端干旱，與廣富林、錢山漾文化衰亡時(shí)間一致。盡管前人研究表明社會(huì)矛盾、部落戰(zhàn)爭(zhēng)、海平面變化等因素也可能對(duì)良渚文化衰落有影響，但極端旱澇頻發(fā)，特別是劇烈干旱后的極端洪澇及其后長(zhǎng)時(shí)間的濕潤氣候，很可能對(duì)良渚文化造成了巨大沖擊和影響。

研究還發(fā)現(xiàn)高精度石筍記錄的距今約4000年前中原至長(zhǎng)江下游地區(qū)由濕轉(zhuǎn)干的氣候背景支持“大禹治水成功得益于氣候變干水患自然平息”的觀點(diǎn)，對(duì)研究我國夏朝建立及其氣候背景具有重要意義。研究認(rèn)為距今4400-3000年間長(zhǎng)江中下游劇烈的氣候波動(dòng)可能與中-晚全新世北半球夏季太陽輻射逐漸減弱背景下厄爾尼諾-南方濤動(dòng)（El Ni?o–Southern Oscillation, ENSO）事件顯著增多有關(guān)，東亞夏季風(fēng)減弱疊加厄爾尼諾事件頻發(fā)導(dǎo)致了長(zhǎng)江中下游異常濕潤，這種氣候影響機(jī)制也得到了過去50年器測(cè)資料的支持。

文章作者

論文第一作者為西安交通大學(xué)副教授張海偉、通訊作者為程海、張海偉，西安交通大學(xué)為論文第一單位。

論文鏈接

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi9275

#15

西安交通大學(xué)科研人員

在變換光學(xué)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《自然通訊》

(Nature Communications)

內(nèi)容摘要

自2006年英國物理學(xué)家John Pendry爵士提出了基于變換光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)隱身斗篷以來，變換光學(xué)領(lǐng)域便開始蓬勃發(fā)展。多年來的理論發(fā)展與技術(shù)沉淀使得變換光學(xué)已經(jīng)成為了很多電磁、光學(xué)器件設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，在電磁隱身與幻象、吸波、電磁能量集中器等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值。在最近幾年的研究中發(fā)現(xiàn)，變換光學(xué)技術(shù)不僅被用來設(shè)計(jì)電磁器件，更可以為理解電磁波與物質(zhì)相互作用提供一條更為直觀的思路。另一方面，拓?fù)涔庾訉W(xué)中受拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊界態(tài)可以對(duì)雜質(zhì)和缺陷有一定的免疫能力，并且可以有效避免背向散射，因此，其在電磁調(diào)控方面有著巨大的研究?jī)r(jià)值的同時(shí)，在光通信、光學(xué)芯片等方面的應(yīng)用中也被寄于厚望。

? 一般來說，對(duì)稱性和空間維度對(duì)系統(tǒng)的拓?fù)湫再|(zhì)至關(guān)重要。最近研究表明，對(duì)稱性指標(biāo)理論為研究系統(tǒng)的拓?fù)湫再|(zhì)提供了一種更為優(yōu)雅的方式。然而，這種方法依賴于系統(tǒng)在實(shí)空間中的對(duì)稱性。在許多情況下，實(shí)空間中的對(duì)稱性卻并不直觀，?這便為調(diào)控系統(tǒng)拓?fù)湫再|(zhì)帶來了難題。因此，發(fā)展出新的理論方法，從而設(shè)計(jì)出理想的拓?fù)涔庾酉到y(tǒng)有著重要的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景。

共形映射奇點(diǎn)與系統(tǒng)拓?fù)湫再|(zhì)的聯(lián)系

a.共形映射奇點(diǎn)的坐標(biāo)與系統(tǒng)能帶最大局域化萬尼爾函數(shù)中心坐標(biāo)的聯(lián)系；

b.不同共形映射參數(shù)生成的超表面的萬尼爾函數(shù)的磁場(chǎng)幅值分布

西安交通大學(xué)電氣學(xué)院先進(jìn)電磁調(diào)控與電能轉(zhuǎn)換技術(shù)研究中心馬西奎教授團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)物理系丁鯤研究員以及英國帝國理工學(xué)院物理系John Pendry教授合作，利用變換光學(xué)中的共形對(duì)稱性揭示了一種從虛擬空間出發(fā)去理解并調(diào)控實(shí)空間中系統(tǒng)拓?fù)湫再|(zhì)的方案。該研究從具有共形對(duì)稱性的表面等離激元系統(tǒng)出發(fā)，通過構(gòu)建具有多個(gè)奇點(diǎn)的保角映射，將虛擬空間中的表面等離激元系統(tǒng)投影到具有較低希爾伯特空間維數(shù)的實(shí)空間系統(tǒng)中，指出了由共形映射所關(guān)聯(lián)的兩個(gè)空間中系統(tǒng)本征模式之間的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，共形映射中的奇點(diǎn)可用于調(diào)控系統(tǒng)的拓?fù)洳蛔兞浚⒒诖私o出了一種通用的可調(diào)拓?fù)溥吔鐟B(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該研究首次揭示了變換光學(xué)與拓?fù)涔庾訉W(xué)交叉應(yīng)用在拓?fù)涔庾悠骷O(shè)計(jì)中的可能性。

文章作者

西安交通大學(xué)電氣學(xué)院為本文第一單位，論文第一作者為西安交通大學(xué)電氣學(xué)院博士生盧麗臻，通訊作者為復(fù)旦大學(xué)丁鯤研究員和英國帝國理工學(xué)院J. B. Pendry教授。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27008-x

#16

西安交大科研人員

在分子選擇性富集與增強(qiáng)光譜檢測(cè)領(lǐng)域

取得重要進(jìn)展

發(fā)表期刊

《自然通訊》

(Nature Communications)

內(nèi)容摘要

圖1.基于磁性納米顆粒-β-環(huán)糊精聚合物的增強(qiáng)光譜技術(shù)方案示意圖

鑒于此，西安交通大學(xué)方吉祥教授團(tuán)隊(duì)受微孔β-環(huán)糊精與有機(jī)污染物形成主客體快速吸附思路的啟發(fā)，提出了增強(qiáng)光譜快速檢測(cè)用一種新的分子選擇性富集策略。該團(tuán)隊(duì)將磁性納米顆粒引入β-環(huán)糊精聚合物中（MN-PCDP），從含有復(fù)雜基質(zhì)的真實(shí)樣品中快速分離和高效富集持久性有機(jī)污染物分子，消除了復(fù)雜基質(zhì)分子的干擾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)污染物分子的超靈敏快速檢測(cè)（如下圖1所示）。該策略具有超高的分子吸附效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)（2~3 min）完成對(duì)目標(biāo)分子的高效捕獲、選擇性分離和高倍富集（~103倍）。實(shí)現(xiàn)了對(duì)于常規(guī)分子fM水平的檢測(cè)，為SERS技術(shù)在商業(yè)化和實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用提供了一種新思路，在基于增強(qiáng)光譜技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)、快速、便攜式檢測(cè)方面具有重要應(yīng)用價(jià)值。

文章作者

西安交通大學(xué)大學(xué)電信學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院為第一作者單位，西安交通大學(xué)電信學(xué)部電子科學(xué)與工程學(xué)院，西安交通大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院為通訊作者單位。

論文鏈接

https://www.nature.com/articles/s41467-021-27100-2

研究團(tuán)隊(duì)主頁鏈接

http://gr.xjtu.edu.cn/web/jxfang

#17

西安交大科研人員

在函數(shù)型數(shù)據(jù)分析研究領(lǐng)域

取得新進(jìn)展

發(fā)表期刊

《美國統(tǒng)計(jì)學(xué)會(huì)會(huì)刊》

（Journal of the American Statistical Association，簡(jiǎn)稱JASA）

內(nèi)容摘要

新冠肺炎疫情給全球各個(gè)國家都帶來了重大影響，科研人員持續(xù)開展各方面的研究工作。人口老齡化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療資源對(duì)新冠肺炎死亡率的影響是否存在交互作用？這種交互作用在新冠肺炎發(fā)展的不同階段是否一樣？

近日，針對(duì)上述問題，西安交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院青年教師劉華博士、上海財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與管理學(xué)院教授尤進(jìn)紅博士和加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)（Simon Fraser University）教授Jiguo Cao博士進(jìn)行了深入研究。他們基于目前出現(xiàn)的大量新型函數(shù)型數(shù)據(jù)（比如新冠數(shù)據(jù)）的特征提出了一類新的動(dòng)態(tài)交互半?yún)?shù)function-on-scalar (DISeF) 模型。該類模型包含了許多最近被廣泛研究的函數(shù)型數(shù)據(jù)模型。通過結(jié)合張量B-樣條近似技巧，提出了一種三步有效估計(jì)方法來估計(jì)模型中未知的兩元函數(shù)，指標(biāo)參數(shù)向量和高維協(xié)方差矩陣，并且建立了這些估計(jì)量的漸近性質(zhì)，包括它們的收斂速度和漸近分布。除此之外，還提出了一種檢驗(yàn)方法來判斷模型中的動(dòng)態(tài)交互作用是否隨時(shí)間或空間位置而變化，并給出了該檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的漸近正態(tài)性。

科研人員把提出的模型和相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)推斷方法用于分析最近出現(xiàn)的新冠和核磁共振腦電圖案例。他們發(fā)現(xiàn)在這些案例中變量之間確實(shí)存在交互作用，并且這些交互作用隨著指標(biāo)參數(shù)向量和時(shí)間或空間變化而變化。例如，在新冠案例分析中，科研人員發(fā)現(xiàn)人口老齡化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療資源（包括每千人醫(yī)院床位數(shù)、醫(yī)護(hù)人員數(shù)等）對(duì)新冠死亡率的影響存在交互作用，而且這種交互作用在新冠發(fā)展的不同階段是不一樣的?；谥笜?biāo)參數(shù)向量，科研人員還得到了全球141個(gè)國家相當(dāng)于新冠死亡率的衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系有助于世界衛(wèi)生組織指導(dǎo)各個(gè)國家進(jìn)行有效抗疫。

文章作者

劉華是第一作者，西安交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)與金融學(xué)院是第一署名單位。

論文鏈接

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/01621459.2021.1933496

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版尾設(shè)計(jì) / 劉鴻翔

責(zé)任編輯 / 譚金巍