单晶二维半导体的生长式单片三维集成技术研究 学术背景 随着现代电子工业的快速发展，三维（3D）集成技术逐渐成为提升电子器件性能的重要手段。传统的二维（2D）集成电路在尺寸缩小和性能提升方面面临诸多挑战，尤其是在纳米尺度下，电阻-电容（RC）延迟问题日益突出。为了克服这些限制，研究人员开始探索三维集成技术，通过垂直堆叠芯片来减少互连距离，从而降低功耗并提高数据传输效率。 目前，通过硅通孔（Through-Silicon Via, TSV）技术是唯一能够实现单晶器件三维集成的方法。然而，TSV技术存在成本高、芯片对齐困难以及占用宝贵芯片空间等问题。此外，传统的单片三维（Monolithic 3D, M3D）集成方案虽然具有潜力，但在低温下在非晶或多晶表面上生长单晶半导体材料仍然是一个巨大的挑战。...

基于结构导向开发选择性酪蛋白水解蛋白酶P激动剂作为抗金黄色葡萄球菌药物的研究 学术背景 金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一种常见的革兰氏阳性病原菌，能够引发多种人类感染，包括皮肤和软组织感染。随着耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的广泛传播，抗生素的使用频率增加，导致耐药性问题日益严重。然而，由于抗生素研发成本高昂且利润较低，大型制药公司对抗菌药物的研发兴趣逐渐减弱。因此，寻找新的抗菌靶点和开发有效的抗生素成为当前的重要挑战。 酪蛋白水解蛋白酶P（Caseinolytic protease P, ClpP）是一种在细菌和人类中高度保守的丝氨酸蛋白酶，在蛋白质质量控制中发挥关键作用，通过降解错误折叠的蛋白质来维持细胞稳态。ClpP的失调已被证明会影响多种病原菌的...

基于热力学图谱的相变与临界指数推断研究 学术背景 相变（phase transitions）是自然界中普遍存在的现象，从水的沸腾到磁性材料的铁磁-顺磁转变，再到生物大分子（如蛋白质和核酸）的构象转变，相变在多个科学领域中扮演着重要角色。然而，准确量化相变及其温度依赖性特征仍然是一个极具挑战性的问题，尤其是在数据稀疏或复杂的情况下。传统的统计力学方法虽然提供了研究相变的理论框架，但在实际应用中，由于相变区域的采样困难，计算相变特征（如临界温度、热容和临界指数）往往需要大量的计算资源。 为了解决这一问题，Lukas Herron、Kinjal Mondal、John S. Schneekloth Jr. 和 Pratyush Tiwary 等研究人员提出了一种名为“热力学图谱”（Thermody...

MINFLUX 纳米显微镜在生物组织中的应用：突破荧光显微镜的分辨率限制 学术背景 荧光显微镜在生物学研究中扮演着至关重要的角色，但其分辨率受到衍射极限的限制，通常只能达到约200纳米。近年来，超分辨率显微镜（super-resolution microscopy, SR）技术的发展突破了这一限制，使得研究人员能够在纳米尺度上观察生物分子的分布。然而，在复杂的生物组织中，尤其是较厚的样本中，光学像差、光的吸收和散射等问题严重影响了超分辨率显微镜的性能。为了在生理相关的环境中实现纳米级分辨率的蛋白质分布可视化，研究人员一直在探索新的成像技术。 MINFLUX（minimal photon fluxes）纳米显微镜是一种新兴的光学成像技术，它结合了坐标靶向和坐标随机超分辨率显微镜的优点，能够在极...

铁电向列液晶中由双半整数表面缺陷组成的π畴壁研究 学术背景 铁电材料中的π畴壁（π domain walls）是分隔不同极化区域的界面，其结构不仅在基础研究中具有重要意义，还在许多实际应用中具有重要价值。铁电向列液晶（ferroelectric nematic liquid crystals）是一种具有微观取向有序和宏观自发极化的极性流体。与传统的铁电晶体不同，铁电向列液晶具有连续的平移对称性，表现出低驱动电场、高光学非线性响应、极性拓扑结构等独特性质。这些特性不仅具有科学意义，还在非线性光学和光电应用中具有潜在价值。 尽管对固体铁电材料中的π畴壁已有深入研究，但其在流体中的结构仍不完全清楚。特别是，π畴壁在铁电向列液晶中的内部结构及其动力学行为尚未得到充分解释。本研究旨在揭示铁电向列液晶中...

光合系统II中水氧化过程中质子释放的机制研究 学术背景 光合系统II（Photosystem II, PSII）是自然界中唯一能够催化水分解的酶，其反应不仅释放出氧气，还为生物质的合成提供了电子。水分解反应释放的质子进入类囊体腔，形成质子动力势（proton-motive force, PMF），驱动ATP的合成。尽管近年来在PSII的结构和功能研究方面取得了显著进展，但水氧化反应中的关键步骤，特别是去质子化过程的机制仍然存在争议。本文通过结合量子/经典（QM/MM）自由能计算和原子分子动力学（MD）模拟，揭示了PSII中氧释放的锰-钙簇（Mn4O5Ca）如何通过保守的羧酸盐和水分子阵列将质子传递到类囊体腔，并识别了局部质子存储位点和分子门控机制，防止了质子回流的浪费反应。 论文来源 本文由...

软椭球形微凝胶在气-水界面的毛细驱动自组装研究 研究背景 在流体界面（如气-水界面）上，胶体颗粒的吸附会引发界面变形，进而产生各向异性的界面介导相互作用，并形成超结构。特别是软性椭球形微凝胶由于其可调节的长宽比、可控的功能性和柔软性，成为研究自发毛细驱动自组装的理想模型。微凝胶通常由聚苯乙烯（PS）核心和交联的荧光标记的聚（N-异丙基甲基丙烯酰胺）（PNIPMAM）外壳组成。通过单轴拉伸嵌入聚乙烯醇（PVA）薄膜中的颗粒，可以精细调节其长宽比（aspect ratio, ）。研究表明，长宽比的变化范围从1到8.8，这些微凝胶在气-水界面上的自组装行为通过荧光显微镜、理论计算和计算机模拟进行了研究。随着长宽比的增加，微凝胶的自组装从看似随机的结构转变为紧凑的簇，最终形成长链状的侧向组装。PN...

月球水起源的三氧同位素研究揭示其本土与彗星来源 月球上水的起源一直是行星科学中的一个关键问题，尤其是在人类计划建立月球基地的背景下，水资源的来源和利用变得尤为重要。月球水的可能来源包括月球自身的原生水、太阳风产生的水以及通过陨石和彗星输送的水。然而，由于月球水含量极低，传统的分析方法难以精确测量其同位素组成，从而限制了对其来源的理解。为了进一步揭示月球水的起源，研究人员开发了一种高精度的分析技术，能够对极少量样品进行三氧同位素（triple oxygen isotopes）测量，从而区分不同来源的水。 论文来源 这篇研究论文由Maxwell M. Thiemens、Morgan H. Nunn Martinez和Mark H. Thiemens共同撰写，分别来自英国爱丁堡大学、美国加州大学圣...

地球与月球氧同位素一致性的研究及其对月球形成和挥发物来源的启示 学术背景 地球与月球岩石的氧同位素相似性一直是地球化学和宇宙化学中的一个重要谜题。这一现象与现有的月球形成模型相矛盾，尤其是关于月球形成的“大碰撞理论”。根据该理论，月球形成于约45亿年前，地球与一个名为Theia的火星大小天体之间的碰撞。然而，地球与月球岩石的氧同位素相似性表明，Theia与原始地球的氧同位素组成可能非常接近，或者碰撞后发生了强烈的物质混合。此外，这一发现还对地球和月球上水的来源提出了新的见解，表明水可能并非通过后期的“晚期增生物质”（late veneer）到达地球和月球。 为了进一步探讨这一问题，研究人员对月球和地球岩石的氧同位素进行了精确测量，并结合已有的月球形成模型，提出了新的解释。该研究不仅有助于理解...

月球极地挥发物的探索、采样与解释 学术背景 月球极地的永久阴影区（Permanently Shadowed Regions, PSRs）以及其他表面挥发物沉积是未来人类重返月球的重要采样目标。这些挥发物不仅具有极高的科学价值，还可能改变人类在月球上持续活动的策略。然而，采样这些极低温的沉积物、将其带回地球并解释其挥发物记录，是Artemis计划面临的重大挑战。月球极地的挥发物可能包含多种物种，其稳定同位素特征可以揭示它们的来源和形成过程。例如，氢同位素（δD）可以用来识别独特的轻太阳风成分。由于这些挥发物沉积的温度极低，采样、保存、管理和分析这些样品的难度远高于其他样本返回任务。在低温条件下收集和保存样品可以显著提高科学产出，但这也对技术提出了更高的要求，并增加了运输过程中的风险。 论文来源...