来源：中国科学技术大学
本期目录
1、中国科大利用全球变分辨率模式在公里尺度揭示青藏高原夏季水循环特征
2、中国科大发现乳腺癌肿瘤干细胞调控铁死亡及转移的克隆化增殖新机制
3、中国科大证实地幔榴辉岩由熔体高压结晶形成
4、中国科大在揭示神经元代谢型谷氨酸受体3激活新模式的结构机制研究中取得重要进展
5、中国科大制备出发光具有方向性的量子点
6、中国科大实现首个具有黎曼曲面的弯曲碳纳米螺线管材料
7、中国科大展示量子热机优越性
8、中国科大在笼目晶格材料平带物性研究中取得新进展
9、中国科大提出仿生结构陶瓷增韧的新策略
01
中国科大利用全球变分辨率模式在公里尺度揭示青藏高原夏季水循环特征
近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院赵纯教授课题组，首次使用全球变空间分辨率模式在青藏高原地区加密至公里尺度(4公里)，开展了数值模拟试验，研究了高原复杂地形对夏季水汽输送和降水的影响机制。研究结果展现了全球变空间分辨率区域加密模拟能很好地再现高原地区的环流和气象要素特征，定量评估了高原复杂地形对水汽输送和降水的影响并解释了相关机制。相关工作以“Impacts of Topographic Complexity on Modeling Moisture Transport and Precipitation over the Tibetan Plateau in Summer”为题发表于具有国际影响力的期刊Advances in Atmospheric Sciences（入选中国科技期刊卓越行动计划）。
本研究展现了全球变空间分辨率模式在青藏高原地区天气、气候、生态环境研究领域的应用前景。赵纯教授课题组未来计划使用全球变空间分辨率模式探究青藏高原地区的水循环、能量循环、大气环境特征及变化机制，其中包括进一步探索青藏高原复杂地形的气候效应及对大气污染传输的影响机制等。
喜马拉雅山脉复杂地形对降水和水汽输送的影响机制示意图
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78598.htm
论文链接：
https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-022-1409-7
02
中国科大发现乳腺癌肿瘤干细胞调控铁死亡及转移的克隆化增殖新机制
3月16日，中国科学技术大学生命医学部朱涛教授课题组在Nature Communications上发表题为Cancer Stem Cell Regulated Phenotypic Plasticity Protects Metastasized Cancer Cells from Ferroptosis的研究论文。
本研究表明，肿瘤干细胞由于其高侵袭特性，在肺转移灶相对富集，富集的肿瘤干细胞可以分泌DKK1负反馈抑制其干细胞特性。由于肿瘤干细胞对铁死亡高度敏感，DKK1调控的肿瘤干细胞特性抑制可以保护肺转移细胞免受铁死亡，促进转移灶的生长。
这项研究创新性提出了抑制肿瘤的转移性克隆化增殖步骤，而非肿瘤侵袭步骤可以有效抑制肿瘤转移的发生。综上，这项工作阐明了肿瘤干细胞调控的表型可塑性在肿瘤转移性定植中的作用，并提供了抑制转移的创新治疗策略。
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78596.htm
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29018-9
03
中国科大证实地幔榴辉岩由熔体高压结晶形成
近日，中国科学技术大学地球和空间科学学院黄建副教授和合作者在地幔榴辉岩成因的研究中取得突破。他们利用Zn-Mg-O等多稳定同位素体系联合示踪，证实南非Roberts Victor金伯利岩中地幔榴辉岩可以由深部地幔熔体高压结晶形成。相关研究成果以“Zn-, Mg- and O-isotope evidence for the origin of mantle eclogites from Roberts Victor kimberlite (Kaapvaal Craton, South Africa)”为题发表在国际著名地质学期刊Geology上。
本研究利用Zn-Mg-O同位素体系联合约束南非卡普瓦尔(Kaapvaal)克拉通罗伯茨维克多(Roberts Victor)地幔榴辉岩的成因。Type II榴辉岩是制约地幔榴辉岩成因的理想样品。富集碳酸盐的蚀变洋壳富集轻Mg-重O同位素，因此俯冲洋壳再循环不能解释Type II榴辉岩的轻Mg-轻O同位素特征。Kaapvaal克拉通地区的深部地幔本身具有轻O同位素组成以及Type II榴辉岩的δ66Zn和δ26Mg显示良好的负相关性，反映了深部熔体-橄榄岩反应引发的Zn-Mg同位素动力学分馏。本研究证实了地幔榴辉岩可以由深部熔体高压结晶形成，丰富了我们对地幔榴辉岩成因以及深部地幔过程中金属稳定同位素分馏行为的认识。
南非Kaapvaal克拉通Roberts Victor榴辉岩成因模式图和熔体-橄榄岩反应引发的Zn-Mg同位素动力学分馏示意图
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78579.htm
论文链接：
https://doi.org/10.1130/G49780.1
04
中国科大在揭示神经元代谢型谷氨酸受体3激活新模式的结构机制研究中取得重要进展
近日，中国科技大学生命科学与医学部、安徽省多肽药物工程实验室田长麟教授团队与华中科技大学生命学院、教育部分子生物物理重点实验室刘剑峰教授团队合作，在揭示神经元代谢型谷氨酸受体3激活新模式的结构研究中取得重要进展。该研究成果以“Structural basis of the activation of metabotropic glutamate receptor 3”为题于2022年3月在线发表在《Cell Research》上。
通过解析mGlu3在结合激动剂、拮抗剂和负向变构剂（NAM）加拮抗剂三种状态的结构，并结合功能分析，该研究鉴定了决定mGlu3与mGlu2配体选择性的关键位点。该研究还发现mGlu3在激活过程中，两个亚基的胞外捕蝇夹结构域（VFT）和半胱氨酸富集区（CRD）相互靠近，进而引起七次跨膜结构域（7TM）发生构象重排，从TM5/TM5相互作用界面旋转到TM6/TM6界面。与其它C类GPCR不同的是，mGlu3的两个亚基的7TM在结合激动剂后仍然保持较远的距离，表明TM6之间的直接接触可能不是mGluR激活的先决条件。mGlu3结合拮抗剂和NAM结合后，两个亚基的7TM发生顺时针扭转，使得TM3/TM4之间的距离更近，与mGlu2类似。这表明mGlu二聚体中存在一个新的完全非活性界面。以上工作揭示了mGlu3激活或失活的独特机制，将促进更高效、更准确的mGlu3正构或变构剂的设计和开发。
mGlu3结合激动剂（LY2794193）、拮抗剂（LY341495）、拮抗剂（LY341495）+负向变构剂（VU0650786）的结构变化
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78576.htm
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41422-022-00623-z
05
中国科大制备出发光具有方向性的量子点
近日，中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰院士、樊逢佳教授等人与多伦多大学Oleksandr Voznyy教授合作，在胶体量子点发光材料领域取得重要进展。该研究团队在量子点合成过程中引入晶格应力，调控量子点的能级结构，获得了具有高度发光方向性的量子点材料，此材料应用在量子点发光二极管（QLED）中有望大幅提升器件的发光效率。这一研究成果发表在《Science Advances》杂志上[Science Advances 8, eabl8219 (2022)]。
外量子效率（EQE）是QLED器件性能的一个重要评价指标，因此一直是国内外相关研究关注的重点。随着研究的推进，器件的内量子效率已经趋于极限（100%），这时若要进一步提升EQE须从外耦合效率角度入手，即提升器件的出光效率。不增加额外的结构而是使用具有方向性的发光材料，被认为是一种更为可行的解决方案。然而QLED中使用的量子点材料并不具有天然的发光偏振，针对这一点，研究团队经过理论计算和实验设计，在核-壳CdSe-CdS量子点制备过程中引入不对称应力，该应力成功调制了量子点的能级结构，使量子点的最低激发态变为由重空穴主导的面内偏振能级。随后，该研究团队使用背焦面成像等手段确认了此量子点材料的发光偏振。
不对称应力使量子点的最低激发态变为由重空穴主导的面内偏振能级
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78565.htm
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8219
06
中国科大实现首个具有黎曼曲面的弯曲碳纳米螺线管材料
弯曲碳螺线管只在理论预测中出现，文献中从未报道该类材料的精确合成与性质探究；中国科学技术大学杜平武教授课题组实现了首个具有黎曼曲面的弯曲碳纳米螺线管材料，该工作填补了分子基弯曲碳螺旋材料领域的空白。这项研究成果近日在国际学术期刊《Nature Communications》以“Synthesis of a magnetic π-extended carbon nanosolenoid with Riemann surfaces”为题发表（Nat. Commun.2022, 13, 1239）。
研究团队利用精确的自下而上的合成方法，通过合理设计、合成合适的分子前体以实现目标分子的螺旋扭曲，成功构建了首个具有黎曼曲面的大共轭无金属碳纳米螺线管材料。结合多尺度实验表征手段及理论分析，对碳纳米螺线管的结构特征和性质开展了系统研究。利用固态核磁共振波谱、傅里叶变换红外、XPS、拉曼等证实了该材料具有大共轭的π延伸结构。通过紫外可见吸收、荧光和时间分辨光致发光光谱证实了其具有丰富的可见光吸收特性。CNS具有1.97 eV的低光学带隙和强烈的红色光致发光。通过EPR、SQUID和理论计算研究了CNS的基态电子结构和磁性行为,磁性测试结果表明，常温下CNS含有大量自由基单电子，显示出强烈的EPR磁信号，在低温下具有顺磁性响应和复杂的磁有序行为。
a)理论预测的碳纳米螺线管示例；b)合成出的三维π延伸扭曲碳纳米螺线管（CNS）材料
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78517.htm
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28870-z
07
中国科大展示量子热机优越性
中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、王亚等人在金刚石氮-空位色心体系构建的量子希拉德热机上实验展示了量子关联导致的量子优越性。这项研究成果以“Spin Quantum Heat Engine Quantified by Quantum Steering”为题发表在近期的《物理学评论快报》 [Phys. Rev. Lett. 128, 090602 (2022)] 上。
研究人员基于金刚石氮-空位色心体系实验实现了量子希拉德热机。通过研究工作介质与环境之间的关联，发现量子导引与热机做功的大小有密切的关系。实验结果表明，量子导引的存在对于量子希拉德热机的做功发挥着重要的作用：存在量子导引的希拉德热机（量子）比不存在量子导引的希拉德热机（经典）有更大的做功，并且量子导引不等式破坏越大（量子关联越强），量子希拉德热机的功提取不等式破坏（用于衡量做功超越经典极限的大小）就越大，也就更加体现出量子优越性。本工作以希拉德热机为例，展示了量子热机中量子关联的独特作用，为建立量子信息和量子热力学的桥梁提供了新的思路。
量子希拉德热机功提取的实验结果
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78509.htm
论文链接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.090602
08
中国科大在笼目晶格材料平带物性研究中取得新进展
近日，我校合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、中科院强耦合量子材料物理重点实验室曾长淦教授研究组与吴涛教授研究组合作，在笼目晶格材料平带物性研究方面取得重要进展。研究团队在顺磁性笼目晶格材料CoSn中观测到了费米能级附近的平带电子结构并揭示了由平带电子导致的输运和磁性的反常各向异性。该研究成果以“Flat-Band-Induced Anomalous Anisotropic Charge Transport and Orbital Magnetism in Kagome Metal CoSn”为题于2月28日发表在《Physical Review Letters》杂志上。
研究团队结合多尺度实验表征手段及理论分析，对顺磁笼目材料CoSn中的平带及平带物性开展了系统研究。结合第一性原理计算和角分辨光电子能谱，研究人员首先证实CoSn中存在费米能级附近的平带电子结构，且占据了较大动量空间范围。宏观磁性测量表明磁场垂直于笼目晶格时的材料磁化率要比沿面内方向小得多，进一步的核磁共振实验表明其源于轨道磁性的各向异性。该工作成功揭示了笼目晶格材料中由平带所导致的宏观电子学行为，为实验进一步探索平带诱导的关联电子物性提供了新思路。相较于目前引起广泛关注的以魔角双层石墨烯为代表的人工结构，CoSn等天然平带材料为探索平带物理提供了另一类材料候选。
（a, b）实验观测和理论计算的CoSn中费米能级附近的平带。（c）笼目晶格中平带电子在垂直磁场下产生的环形电流及相应的轨道抗磁性
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http://news.ustc.edu.cn/info/1055/78492.htm
论文链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.096601
09
中国科大提出仿生结构陶瓷增韧的新策略
近期，中国科大俞书宏院士课题组茅瓅波副研究员等从生物矿物的残余应力增强机制中获得启发，提出了一种新的仿生增韧路径，并运用于人工珍珠母的矿化生长，显著提升了仿珍珠母陶瓷块材的韧性放大效率（16.1 ± 1.1）。相关研究成果以“Artificial Nacre with High Toughness Amplification Factor: Residual Stress-Engineering Sparks Enhanced Extrinsic Toughening Mechanisms”为题发表在Adv. Mater.上。
研究人员利用他们以往发展的框架诱导矿化生长的方法，首次实现了将纳米四氧化三铁颗粒与碳酸氢钙前驱体溶液在几丁质模板上共矿化，使纳米颗粒原位生长入文石基元片中。利用同步辐射衍射技术，分析了文石片层中残余应力的类型及其作用机制。结合实验与有限元分析，证实了基元片强度的提升有利于基元片滑移与裂纹偏转，有效的提高了外部增韧机制的耗能作用。由于纳米颗粒诱发的残余应力对裂纹有闭合作用，材料的本体韧性也得到了提升。结合珍珠母层状结构的优点，通过纳米尺度残余应力的设计，显著的提升了仿珍珠母结构陶瓷的韧性放大因子。同时，材料的动态力学性能也有相应提升。这一新的仿生增韧策略-残余应力增强机制具有普适性，可有效提升层状基元片层强度，对于今后类似仿珍珠母层状结构的先进陶瓷材料的设计和制造具有指导意义。
仿珍珠母结构陶瓷实物图和结构示意图以及残余应力与韧性分析
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