研究背景 在救援任务中，为了提升搜救效率，一种新兴的解决方案是利用电子背包与昆虫的结合体——赛博昆虫（cyborg insects）。这些昆虫结合了生物与电子技术的优势，通过附加的电子背包用于通信、感应和控制。然而，附加设备会影响昆虫的平衡，尤其是在其自我摆正（self-righting）动作中。如果昆虫在执行任务时遭受摔落或意外冲击，原先的机器装置可能会导致其翻倒不能自如行动。为了应对这一挑战，本研究引入了一种仿生3D打印人工肢体，它模仿了瓢虫的自我摆正动作，提高了赛博昆虫在复杂和不可预测条件下的灵活性。 文章来源 该研究由Marc Josep Montagut Marques、Qiu Yuxuan、Hirotaka Sato和Shinjiro Umezu团队完成。作者隶属机构分别是日本早...
修整螺旋体：一种具高精度，大工作空间和顺应性相互作用的软结构 背景介绍 近年来，受生物启发，许多研究人员逐渐偏离了传统刚性机器人范式，转向包含顺应性材料和结构的设计。象鼻是这种软体机器人愿景的一个典型代表，它具备无与伦比的可控性和工作空间，同时由于其顺应性为大象提供了多功能的工具。然而，即便是迄今为止最杰出的软体机器人也未能完全匹敌这些自然界的表现，尤其是在接近或超过1米规模的系统中。 面对这一局限性，本研究通过利用建筑材料（architectured structures）提出解决方案。这些结构通过几何形状而非材料属性来调整其物理特性，不同于通过内部微结构或复合材料定制特性的超材料（meta-materials），建筑材料利用均匀材料的空间异质性，可以实现简单、低复杂度的单一材料制造，同时...
半导体-压电异质结构中巨大的电子介导声子非线性 现代科学技术中，信息处理的效率和确定性是决定其应用潜力的关键。光学频率上的非线性光子相互作用已经在经典和量子信息处理上展示了巨大的突破。而在射频范围内，非线性声子相互作用也同样有潜力带来革命性变化。本文通过异质集成高迁移率半导体材料，展示了一种能够有效增强确定性非线性声子相互作用的方法。 研究背景 作者开展这项研究的原因在于目前非线性声子相互作用的材料非常有限，不能通过材料本质上的声子非线性实现高效率的频率转换。尽管一些材料（例如铌酸锂）已经展示了一些电-声效应和非线性压电效应，实现了三波和四波混频过程，但仍未达到高效的频率转换。因此，该研究旨在通过半导体材料的引入，增强声子-电子混合效应，提升非线性声子相互作用的强度和效率。 研究来源和作者背...
使用生成细胞自动机研究金的手性形态发生 背景与研究目的 手性（chirality）在自然界中无处不在，并且可以通过特定的分子相互作用和多尺度耦合在系统间传递和放大。然而，手性形成的机制以及生长过程中的关键步骤尚未完全理解。在本研究中，我们通过训练基于实验结果的生成细胞自动机（cellular automata, CA）人工神经网络，识别从非手性到手性形态的金纳米粒子的两种可区分的途径。手性最初由沿对映异构高指数平面边界的不对称生长的性质所决定。基于深度学习的手性形态生成解释不仅提供了理论理解，还允许我们预测前所未有的交叉路径及其结果形态。 作者与机构 本文由Sang Won Im、Dongsu Zhang、Jeong Hyun Han、Ryeong Myeong Kim、Changwoon ...
层叠氧化物阴极中的旋转堆叠缺陷导致的电化学机械失效 背景介绍 电化学机械退化是高能量密度阴极材料容量下降的主要原因之一，特别是基于嵌入的层叠氧化物。本文揭示了层叠锂过渡金属氧化物中存在旋转堆叠缺陷（Rotational Stacking Faults, RSFs）的现象，这些缺陷由于在不同角度的特定堆叠序列而产生，显著影响了材料的结构和电化学稳定性。研究表明，RSFs促进了氧二聚化和过渡金属迁移，进而导致微裂纹的形成和传播，从而在循环过程中产生累积的电化学机械退化。本文还探索了热缺陷消除作为潜在解决方案，显示其可以抑制RSFs，减少微裂纹并增强锂富集层叠阴极的循环寿命。RSFs的普遍存在但以前被忽视，提出了一种关于高能量密度层叠氧化物阴极的新合成指南。 论文来源 该论文的研究由Donggun...
#利用机器学习和组合化学加快mRNA递送的可离子化脂质的发现 研究背景 为了释放信使RNA（mRNA）治疗的全部潜力，扩展脂质纳米颗粒（LNPs）的工具包至关重要。然而，LNPs开发的一个关键瓶颈是识别新的可离子化脂质。已有研究表明，LNPs在将mRNA递送至特定组织或细胞中表现出显著效果。经典的LNPs配方通常由一个离子脂质、胆固醇、辅助脂质和聚乙二醇化脂质（PEG脂质）组成，其中离子脂质在mRNA的加载和逃离内涵体方面起着至关重要的作用。 近年来，LNPs在临床应用方面取得了重大进展。例如，美国食品药品监督管理局（FDA）批准了首个针对遗传性淀粉样变蛋白病的短发夹RNA（siRNA）药物Onpattro，以及Moderna和Pfizer/BioNTech联合开发的两款SARS-CoV-2...
用于常温下六方氮化硼中量子相干自旋的研究报道 引言 量子网络和传感器的实现，需要固态自旋-光子接口（spin-photon interface）具备单光子产生能力和长寿命的自旋相干性，并能在可扩展的设备中集成，理想情况下，这些设备应在常温环境下操作。然而，尽管在多个候选系统中取得了快速进展，但能够在室温下保持量子相干单自旋的系统仍然非常罕见。这项研究旨在填补这一研究空白，探讨在层状范德华材料——六方氮化硼（hBN）中，实现常温环境下量子相干控制的可行性。 论文来源 这篇论文题为“A quantum coherent spin in hexagonal boron nitride at ambient conditions”，由Hannah L. Stern等人撰写，研究机构包括Cavendi...
光诱导水解离在金红石二氧化钛表面的电子-原子核动力学研究 研究背景与动机 光催化水裂解是光催化技术的重要应用之一，而二氧化钛（TiO₂）是一种具有重要应用前景的光催化材料。尽管二氧化钛在光催化水裂解和实际应用中的表现令人瞩目，但其光诱导水解的微观机制仍未完全揭示。本文研究团队通过第一性原理动态模拟，解析了在典型水-金红石TiO₂(110)界面上，光生载流子的传输路径和光诱导的水解离过程。这一研究不仅为理解光催化表面反应提供了重要的见解，也可能为提升光催化性能提供新的可能性。 研究来源与作者介绍 本研究由北京凝聚态物理国家重点实验室和中国科学院物理研究所的You Peiwei、Chen Daqiang、Liu Xinbao和Zhang Cui，松山湖材料实验室的Zhang Cui，以及普林斯顿...
电场诱导多铁性拓扑孤子在BiFeO3薄膜中的研究 学术背景 拓扑保护的磁结构在磁性材料中被预测为拓扑信息技术的有力工具。然而，由于反铁磁材料对磁场的不敏感性，未来的磁孤子技术可能更加依赖于反铁磁材料。最近，复杂的拓扑对象已在本征反铁磁体中被发现，但如何用能量高效的方法控制它们的成核、稳定和操控仍是一个巨大的挑战。在磁电耦合的反铁磁多铁性材料中设计拓扑极化状态，可以让我们用电场来写入、检测和擦除反铁磁拓扑结构。 论文来源 这篇论文题为《Electric-field-induced multiferroic topological solitons》，由Arthur Chaudron, Zixin Li, Aurore Finco, Pavel Marton, Pauline Dufour, A...
在刚性 Dion–Jacobson 型二维钙钛矿中激子极化子形成和高载流子弛豫的研究报告 二维有机-无机杂化钙钛矿(HOIPs)引起了广泛关注，因为它们具有强烈受限的激子状态和由其二维层状结构引起的减少的介电屏蔽效应，使其在发光器件、光电探测器、光伏和量子发射器等应用中具有潜力。然而，对于这种材料的效率，电子和晶格动力学之间的复杂相互作用起着关键作用，尤其是激子-声子相互作用的功能角色仍存有疑问。本文意图通过结合超快光谱学和电子结构计算来揭示这些材料中激子的强极化子本质及其与高载流子冷却行为的关系。 论文来源 这篇论文发表在顶级期刊《Nature Materials》上，文章DOI为https://doi.org/10.1038/s41563-024-01895-z。主要作者包括Somnat...