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  近日,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员张为俊课题组在气溶胶光学吸湿增长特性探测技术方面取得新进展,相关研究成果以《吸湿性腔增强反照率光谱仪用于气溶胶消光、散射、吸收和单次散射反照率的吸湿增长特性的同步测量》为题发表于欧洲地球科学协会(EGU)出版的AtmosphericMeasurementTechniques上,被选为“亮点文章”。  气溶胶吸湿性是评估气溶胶辐射强迫和探究气溶胶环境效应的关键参数。气溶胶光学吸湿增长特性是表征气溶胶吸湿性的重要方法之一,但现有方法只能单独测量消光或散射吸湿增长特性,难以全面准确获取气溶胶光学吸湿增长特性。  研究员赵卫雄和博士徐学哲等人,于2014年首次将宽带腔增强吸收光谱技术与积分球相结合,研制了国际上首台腔增强反照率光谱仪,实现了气溶胶多参数光学(消光、散射、吸收、单次散射反照率)的原位、同步测量。随后,基于宽带腔增强吸收光谱技术,研制了吸湿性消光光谱仪,首次应用于气溶胶消光吸湿增长特性测量。  此次,在已有工作基础上,课题组为了全面获取气溶胶光学吸湿增长特性,将腔增强反照率光谱仪与湿度快速调节系统相结合,发展了一种新型的气溶胶光学吸湿增长特性测量装置。该装置能实现气溶胶消光、散射、吸收和单次散射反照率的吸湿增长因子的同步测量,并能快速获得相应的吸湿增长曲线,其准确性和可靠性达到国际先进水平,为准确评估黑碳气溶胶辐射强迫等提供了一种关键技术手段。  2018年10月至11月,该仪器参加了粤港澳大湾区大型综合观测实验,获得了广州地区气溶胶多参数光学吸湿增长特性的数据。与现有方法相比,该装置不仅光学参数齐全、准确可靠,而且造价成本低、稳定性好、适用于台站长期观测,有很好的科研和业务应用前景。  该研究得到国家自然科学基金、中科院科研装备研制项目、合肥研究院院长基金、安徽省自然科学基金及中科院青年创新促进会资助。  文章链接图1.吸湿性腔增强反照率光谱仪(H-CEA)结构示意图图2.硫酸铵和苯胺黑气溶胶的光学吸湿增长特性测量结果图3. 参加粤港澳大湾区大型综合观测实验

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  近日,中国科学院大连化学物理研究所超快激光技术研究组研究员袁开军、中科院院士杨学明团队与英国皇家科学院MichaelN.R.Ashfold院士、澳大利亚新南威尔士大学ChristopherS.Hansen博士合作,利用大连相干光源研究乙烷分子的光化学取得新进展。  研究并开发利用地外行星的自然环境,一直是行星科学的中心研究目标。其中气态巨行星(木星、土星、天王星和海王星)上有着丰富的分子化学反应过程,是星际化学家研究的长期目标。类似于地球,这些气态巨行星在它们各自的轨道上围绕着太阳运行,导致太阳辐射的季节性变化,进而造成了各种分子的相对丰度随着维度和高度的周期性变化。CH4对近红外太阳辐射的吸收是使这些行星上层大气升温的重要原因,而且它与C2H6和C2H2的产生有着密切的关系。理解CH4、C2H6和C2H2之间的动态平衡以及相对关系,是理解气态巨行星大气动力学的关键。因此该研究团队基于大连相干光源对C2H6分子的光解动力学开展了系统的研究。  研究团队在112至126nm波长范围内,利用氢原子高里德堡态标记飞行时间质谱技术,研究了C2H6光解中的H原子产出通道,利用超快相机实现多质量探测时间切片离子速度成像技术,同时研究了CH3产出通道和CH2产出通道。研究团队揭示了C2H5+H通道和CH3+CH2+H三体解离通道在乙烷光解中的重要性,这两个解离通道应该被加入气体巨行星的光化学模型中,而C2H2产物通道是次要的。这项工作有助于合理地解释Cassini–Huygens航天探测器揭示的迄今为止无法解释的木星大气中C2H6与C2H2的丰度比。  这项工作是大连相干光源光化学实验线站继H2O分子(Nat.Commun.,10,1250,2019)和H2S分子(Nat.Commun.,11,1547,2020)之后,在小分子的光化学研究中取得的又一项科研成果。  相关成果发表在《化学科学》(ChemicalScience)上。该研究得到国家自然科学基金委动态化学前沿研究中心项目、中科院战略性先导科技专项B类“能源化学转化的本质与调控”、自然科学基金面上项目等的支持。大连化物所利用大连相干光源发现乙烷分子光化学反应中新的解离通道

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  天然产物是药物先导化合物发现的重要来源,尤其是大环类天然产物,在药物研发中起重要作用。但由于动、植物基因组等生物学信息的有限性,以及立体选择性人工合成的困难,导致独特的大环类化学空间不足,特别是含有多取代的丁二烯骨架的大环类先导化合物更是稀缺。  为了解决这一难题,中国科学院上海药物研究所杨伟波课题组发现了一种高效、高立体选择性合成多取代的丁二烯骨架的方法,并采用仿生模块化的策略,成功实现了多取代丁二烯大环内酰胺化合物的构建。相关成果于4月30日在线发表于JournaloftheAmericanChemicalSociety杂志。研究表明,这类新型的大环内酰胺可以增强多药耐药的KBV200细胞对抗肿瘤药物长春瑞滨的敏感性,逆转倍数最高可以达到193倍。同时,为了更好地指导后续分子模块的设计,课题组又通过动力学实验、反应中间体实验以及DFT计算,对反应的机理进行了细致的研究。研究结果共同验证了这一反应是通过一种新型的零价钯卡宾的途径进行的,而非传统意义上的二价钯卡宾途径。这为卡宾偶联反应提供了一种新的设计思路。  上海药物所研究员杨伟波与温州大学教授夏远志以及加州大学教授Houk为论文的共同通讯作者,上海药物所博士研究生宋必超为第一作者。该研究得到辽宁科技大学教授张志强、上海药物所副研究员全海天及研究员楼丽广的支持,该项目获得国家自然科学基金委、科技部、中科院、上海市科委等的资助。  论文链接图:立体选择性构建多取代丁二烯及大环类抑制剂

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  甲醇是一种低价易得的有机一碳原料,其能量密度高于常用糖类原料,可为生物合成提供更多还原力,从而提高生物制造的转化率,被认为是生物制造的理想原料之一。改造遗传背景清晰、工业应用广泛的平台菌株,构建人工甲基营养菌,实现高效的甲醇生物转化,是目前的研究热点之一。但是,现有的人工甲基营养菌的甲醇利用效率偏低,甲醇耐受性较差,限制了甲醇生物转化的发展和应用。  近日,中国科学院天津工业生物技术研究所研究员郑平带领的系统与合成生物技术研究团队和研究员孙际宾带领的系统生物学中心合作发表综述文章,综述了人工甲基营养菌在甲醇生物转化中的应用现状和发展潜力,现有的改造策略主要集中于挖掘与改造关键酶、增强甲醛受体供应、偶联甲醇代谢与细胞生长等酶工程和途径工程策略,目前还未有通过耐受性工程提高甲醇生物转化效率的相关研究。研究团队进而采用耐受性工程和适应性进化的策略,获得了甲醇耐受性提升的甲醇依赖型谷氨酸棒杆菌,并发现突变菌在高甲醇浓度下具有更快的生长速度和甲醇利用速率,甲醇:木糖共利用比例超过7:1,甲醇成为细胞生长的主要碳源。通过基因组和转录组学分析,结合反向代谢工程,解析了甲醇耐受性和转化效率提升的机制。研究发现,高甲醇浓度下,细胞下调糖酵解,上调氨基酸合成、氧化磷酸化、核糖体合成和部分TCA循环来重新平衡甲醇代谢。O-乙酰-L-高丝氨酸硫化氢解酶Cgl0653可催化甲醇形成L-蛋氨酸类似物,对细胞造成毒性。Cgl0653和甲醇诱导的膜结合转运体Cgl0833的突变对甲醇耐受性至关重要。该研究为进一步提升人工甲基营养菌的甲醇利用效率奠定了基础。  该研究得到国家重点研发计划合成生物学专项和国家自然科学基金等的支持,相关研究成果已经发表于期刊TrendsinBiotechnology和CommunicationsBiology,天津工生所副研究员王钰为两篇论文的第一作者,郑平和孙际宾是两篇论文的通讯作者。  文章链接:1 2高浓度甲醇对甲基营养谷氨酸棒杆菌基因表达谱的影响

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  二维材料家族涵盖了绝缘体、半导体、金属和超导体,并展现出许多不同于三维材料的新奇物性,是近年来凝聚态物理和材料科学领域的研究热点。制备高质量的二维材料,特别是原子层量级的超薄材料,是开展二维材料前沿探索的基础。2004年,诺贝尔物理学奖得主Geim教授和Novoselov教授最早发展出了机械解理技术,并获得了单层石墨烯,掀起了二维材料的研究热潮。近十多年来,机械解理技术已被广泛应用于制备各种高质量的二维材料。石墨烯、MoS2以及单层高温超导材料Bi2212等诸多材料的本征物理性质,都是在机械解理的样品上观察到。在异质结和转角石墨烯等人造晶体中,机械解理的样品也同样展现出独特的优势。机械解理的样品与基底相互作用弱,制备过程相对简单,样品质量高,这些优势使得该方法在二维材料研究中获得了极大的成功。但是随着研究的深入,人们发现该方法同样存在许多不足,特别是制备效率低和样品尺寸小等问题,限制了许多先进的实验手段如扫描隧道显微镜(STM)、红外-太赫兹光谱以及角分辨光电子能谱(ARPES)对二维材料的研究。  2015年,美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的博士黄元和教授PeterSutter与中国科学院院士、中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员高鸿钧合作,利用氧气等离子体增强石墨烯和基底相互作用的新型解理方法(ACSNano.9 (11),10612(2015)),成功获得了毫米量级的单层石墨烯和高温超导材料Bi2212,极大地提高了样品尺寸和制备效率,使得研究单层单晶石墨烯和Bi2212的更多物理性质成为可能。借助这种改进的机械解理技术,他们还成功制备出石墨烯气泡和褶皱(PhysicalReviewLetters,120,186104(2018);Carbon156,24(2020)),并首次在石墨烯气泡中观察到具有拉曼震荡行为的牛顿环。  近期,中科院物理所研究员周兴江团队、高鸿钧团队与中国人民大学教授季威和内布拉斯加林肯大学教授PeterSutter合作,在机械解理技术领域取得新进展。他们发展了一种金膜辅助的普适性机械解理方法,可以用于获得大尺寸超薄二维材料。季威团队结合元素周期表中不同元素的相互作用规律,系统计算了58种层状材料体系与金基底的相互作用(图1)。由于二维材料层间是范德华相互作用,而金和许多二维材料可以形成准共价键,这种相互作用远大于范德华相互作用,因此借助金作为媒介层,可以在不影响材料本征物性的前提下高效地解理出大面积的单层样品。物理所副研究员黄元等人在实验上成功实现了对40种二维材料的大面积解理,单层二维材料尺寸达到毫米量级以上(图2和图3),制备效率接近100%。该研究表明层状材料的最外层元素和基底的相互作用是影响机械解理最关键的因素,因此,针对最外层元素含有VA,VIA,VIIA主族的层状材料,可以采用金膜辅助的解理方法。  更为重要的是,这种解理方法具有良好的灵活性,可以实现多方面的调控。首先,制备过程无需连续的金膜,可以高效实现悬空样品的制备,这为研究材料的本征光学性质和输运性质提供了理想的研究体系;其次,这种方法可以实现基底导电性的调控,针对不同的实验要求,可以选择性地改变基底的导电和绝缘。针对扫描隧道显微镜(STM/STS)和角分辨光电子能谱仪(ARPES)等需要基底导电的真空表征手段,可以通过增加金膜的厚度,直接将二维材料解理到金膜上,用于研究其原子结构和能带结构(图4)。在前期的研究进展中,周兴江团队的研究员刘国东和博士赵文娟等人利用ARPES,在机械解理的大面积单层MoS2上观察到了清晰的能带结构(NanoResearch,12(12):3095(2019))。针对荧光光谱和电输运测量,可以将金属膜的厚度控制在3nm以下,形成绝缘的金属岛,从而获得良好的荧光信号和高开关比的场效应晶体管(图5),这也是国际上首次在超薄金属膜上获得高性能器件,打破了人们之前对于器件加工必须在常规氧化物绝缘基底上实现的认识。此外,这种方法制备过程避免了额外转移带来的污染和破坏,并且使用的金仅有几纳米,极大地节省了贵金属的消耗,为制备高质量二维材料提供了新的思路。  黄元等人利用该技术在国际上首次解理出大面积的单层FeSe,PtTe2和PdTe2等材料,为后续开展一些新材料物性的探索打下了良好的基础。该解理方法展现出了非常好的普适性,可以在透明基底、柔性基底上实现有效解理,为多种光学研究、柔性器件设计提供了新思路。  这一研究成果首次给出了针对不同层状材料的普适性解理规律,对于探索更多二维材料的新奇物理性质具有重要的推动作用,也为未来大面积晶圆级二维材料的制备和应用提供了新的可能性。相关成果发表在近期的《自然-通讯》杂志上(NatureCommunications,11,2453(2020))。该工作得到科技部重点研发计划、基金委面上项目、中科院先导计划及青促会和广东松山湖实验室的资助,以及物理所微加工实验室和N07组各位老师和同学的帮助。图1.不同层状材料自身层间结合能以及与金相互作用能的对比。图2.机械解理获得多种大面积高质量超薄二维材料。(a)新型机械解理的步骤;(b-e)不同基底上解理得到的大面积MoS2;(f-g)解理得到的多种大面积二维材料;(h-j)异质结及悬空二维材料的拉曼光谱及荧光光谱。图3.解理得到的多种二维材料的光学照片。图4.在大面积的单层样品上获得的原子图像、低能电子衍射斑点及能带结构图。图5.通过控制金属膜的厚度,可以获得绝缘的金属膜,可以在器件中实现高开关比和超导特性测量。

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  中国科学院院士、中国科学技术大学教授杜江峰领导的中科院微观磁共振重点实验室与美国国家标准技术研究所合作,在离子阱体系实现带电原子和带电分子的联合调控,首次制备了单原子和单分子之间的量子纠缠态,并且通过定量表征手段,确定产生的量子纠缠超过临界阈值。该研究成果以Quantumentanglementbetweenanatomandamolecule为题于5月20日在线发表在《自然》上[Nature581,273–277(2020)]。这项成果对于未来考虑使用分子进行量子信息处理有重要推动作用。  目前有多种体系可用于探索实现量子传感和量子信息处理。其中,分子作为多个原子组成的系统,原子集团可以转动和发生振动,由此带来独特的属性。例如,类比陀螺的转动和使用弹簧连接的小球振动,分子可以有不同转动角速度和角度以及振动模式,这些经典的物理量可以通过量子化形成量子状态。因此分子可以处于能量跨度相当大的不同量子状态,状态之间能量差别所对应的频率可以从接近零一直到达数百THz(每秒百万亿次)的光学频率,因此分子可以作为媒介,用于匹配和沟通频率迥异的不同量子系统,实现复合的量子体系和信息处理平台。  另外,极性分子之间可以产生长程的相互作用,有利于实现新型的量子信息处理平台;极性分子对电场非常敏感,可以与微波光子系统、悬臂梁振子等体系相互作用。为了连接单个分子到其他量子载体以传递量子信息,演示量子纠缠是重要的一步。当两个粒子处于纠缠态,便不再能单独描述每个粒子的状态,两个粒子形成一个紧密的整体,这样的关联属性在量子计算和一些量子精密测量中有重要应用。  最近国内外对于分子的研究有长足发展,在信息处理方面取得一系列突破,包括对分子的束缚和冷却、分子的量子信息高质量读出、大量分子之间量子纠缠的探索,以及高精度的分子测谱等。真空中束缚的单个分子尺度的研究也急速发展,有从两个束缚原子生成单个分子、单分子与单原子相互作用等进展。  在这项工作中,通过在离子阱体系束缚带电的钙原子和氢化钙分子,使用激光调控制备出他们之间的纠缠态。这样的状态非常奇特:简单来说,当钙离子的电子轨道状态处于基态,分子的转动也在低转动能量状态(由转动量子数描述)的一种整体状态;同时可以“叠加”截然不同的另一种整体态——前者处于轨道的激发态,对应分子处于高转动能量的状态。相反的激发配对也可以制备。这里基态和激发态可以存储量子信息,类似二进制的“0”和“1”,也称为量子比特。为了展示分子状态的频率跨度,实验中选取了转动能量靠近的一对转动态作为比特,频率间隔分别为13.4kHz(约每秒一万次)以及间隔为855GHz(每秒近万亿次),分别使用激光脉冲定量演示与原子产生纠缠。  这里使用的激光调控技术包含多个波长(颜色)的激光,包括紫外和多个红外波段,用于匹配相应的原子和分子谱线,以实现离子的冷却、探测以及量子态调控等过程。这里结合了近年来发展的多项重要技术,包括利用带电原子和分子的电相互作用实现信息的传递,可以在不丢失分子的情况下利用原子间接读出其信息;使用红外的激光实现分子转动态的高精度调控等技术。实验中,研究人员首先初始化原子和分子到某个确定的低能量状态(基态),并且冷却他们的运动到接近量子的极限。继而使用激光制备出单个分子转动维度,转动高低能量(可以姑且理解为高低转速)状态的叠加,再通过一系列复杂的激光脉冲序列,使得譬如高转动能量的分子的成分引发原子受激发到高能量状态(激发态),产生所需的量子关联——纠缠态。最后,通过观察不同情况下原子和分子协同的状态关联,可以整合所有信息成一个范围在0到1之间的值,超过0.5的阈值即表示纠缠态的出现。实验中测得的数值在误差范围内远高出这个阈值,表明纠缠态的产生。  论文的第一完成单位是中科院微观磁共振重点实验室,第一作者和通讯作者为中国科大教授林毅恒。论文合作者为美国国家标准技术研究所科学家DavidLeibrandt,DietrichLeibfried和Chin-wenChou。这项工作得到科技部、国家自然科学基金委和安徽省的资助。  论文链接这项工作使用的原子和分子,以及存储和处理信息的能级

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