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...
锂离子电池正极材料结构变化的动态与热力学研究 学术背景与研究动机 锂离子电池是现代便携电子设备和电动汽车的重要动力来源，传统上使用层状LiCoO2正极材料。然而，持续的高能量密度需求促使科学家们探索新的高能量密度电极。锂富氧化物正极材料（如Li1.2Mn0.8O2）因为在循环中能同时利用过渡金属离子和氧化还原反应，提供了比传统正极材料更高的能量密度。然而，这些材料在循环过程中往往伴随着结构变化，大大影响其能量密度。理解这些结构变化及其与氧氧化还原行为之间的关系成为改进锂富正极材料的主要挑战。虽然已有研究揭示了一些氧氧化引起的结构变化，如过渡金属迁移和氧二聚化，但由于实验和建模的困难，关于原子至纳米尺度的详细图景仍不完善。 论文来源 这篇文章由Kit McColl、Samuel W. Cole...
近年来，燃料电池作为一种清洁、可再生的能源技术，得到广泛关注。然而，燃料电池的广泛应用面临着氧还原反应（ORR）电催化剂的稳定性问题。具有化学有序结构的L10-PTM间金属纳米晶体（INCs），因其较低的形成能量（例如，有序L10-PTFE的原子形成能约为-0.232 eV）和较高的内聚能，显示出比无序A1-PTM更高的稳定性，这使其成为燃料电池领域里极具潜力的电催化剂之一。然而，实现这种有序结构所需的高温退火处理（通常>600°C）常导致严重的颗粒烧结、形态改变，以及降低其有序度，使得这种电催化剂难以规模化生产，并限制其在燃料电池中的实际应用。 为解决上述问题，本研究团队提出了一种新型的低熔点金属（M’ = Sn，Ga，In）诱导键强度削弱策略，以降低活化能（Ea），促进PTM（M = N...
液晶病毒中的手性传递研究 手性（chirality）是自然界中普遍存在的现象，并且在生物学、化学、物理学和材料科学等多个领域具有重要影响。然而，从纳米尺度的构建块到宏观的螺旋结构的手性传递机制仍然是一个未解之谜。在这篇研究中，作者通过研究细丝状病毒在手性液晶相中的自组装，揭示了手性传递的关键机制。作者深入探讨了电荷表面模式和病毒主链的螺旋变形如何共同作用，形成病毒液晶相的螺旋结构。 研究背景 液晶相中的手性传递在许多领域都具有重要性。例如，从具有不对称碳原子的手性分子到有序螺旋超结构和手性块体装置，理解和控制手性传播对于生物学、化学、物理学以及纳米技术和材料科学等领域至关重要。尤其是被称为“胆甾相”的液晶相，更是手性组装的典型代表。在广泛的技术应用如显示器行业到智能窗户中，胆甾相结构也是生物...
利用脂质纳米粒子-mRNA制剂清除ROS加速糖尿病创面愈合 糖尿病伤口是高血糖患者的常见并发症，具有高发病率和高复发率，给全球经济带来了巨大损失。现有的治疗方法，包括伤口卸荷和生长因子疗法，虽然在临床试验中显示了缩短愈合时间的效果，但它们的广泛应用受到了成本和潜在副作用的限制。因此，急需开发一种更为有效、安全且方便的糖尿病伤口管理方法。 在复杂的伤口微环境中，治疗挑战主要来源于反应性氧类（reactive oxygen species, ROS）的不受控积累以及持续的炎症。这种病理微环境导致了过度的氧化应激和缺血性新生血管形成，进而延迟伤口愈合。此项研究的目的是通过开发富有反应性的ROS响应的脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles, LNP）和mRNA制剂，调节伤口内的ROS和...
这项研究围绕蛋白质精氨酸甲基转移酶PRMT9展开,揭示了PRMT9在急性髓系白血病(AML)中的重要作用及其作为一个潜在的抗癌靶点。研究人员发现,PRMT9在AML干细胞和白血病细胞中表达水平显著升高。通过基因编辑和化学探针的方式,他们发现抑制PRMT9不仅可以抑制癌细胞的生存,还可以诱导癌细胞的DNA损伤和细胞循环阻滞,激活了细胞内的cGAS-STING信号通路,从而引发I型干扰素反应,激活树突状细胞并刺激T细胞免疫。 该研究由约翰霍普金斯大学的Ling Li博士和其合作者共同完成,相关成果发表于2024年4月出版的《自然-癌症》杂志上。 研究细节如下: 研究背景介绍 研究人员注意到,尽管目前的抗癌疗法能够杀伤大部分癌细胞,但仍难以彻底根治,因为癌细胞可能通过未知机制劫持正常的精氨酸甲基化...
针对原子间作用力的几何增强预训练 引言 分子动力学(MD)模拟在物理、化学、生物和材料科学等领域扮演着重要角色,为原子水平的过程提供了洞见。MD模拟的精确度和效率取决于所选择描述分子体系中原子相互作用的相互原子作用力(interatomic potentials)函数。经典MD使用经验公式,参数需要拟合,计算代价低但精度不够。而第一性原理MD则通过求解薛定谔方程获得精确的相互作用力,但计算量极大。因此,机器学习相互原子作用力(MLIPs)通过使用机器学习模型拟合第一性原理计算的能量和力而达到接近ab initio的精度以及较高效率,成为一种有前景的替代方案。 MLIPs的性能和通用性受限于标记数据的稀缺性,因为获取标记数据需要耗费巨大的第一性原理计算代价。各种自监督学习方法已被探索过,以从大...
从事早期药物发现的科研人员面临着一个巨大挑战,即在大约10的60次方种可能的分子结构中寻找具有药理活性的候选分子。一种成功的解决方案是从较小的”片段”分子着手,这种策略被称为基于片段的药物设计(FBDD)。在FBDD过程中,首先需要利用计算机筛选出与目标蛋白口袋结合的片段,然后再将这些片段连接成单个化合物。连接片段时,需要考虑片段的几何构象以及蛋白质口袋的结构,以设计出高亲和力的潜在药物分子。 这篇论文介绍了一种名为DiffLinker的新型分子线酶(linker)设计方法。它是一种三维Equivariant Diffusion模型,能够给定任意数量的断开的片段,生成连接这些片段的线酶结构。与之前的基于自回归的方法不同,DiffLinker能一次性生成连接两个或更多片段的线酶,无需预先确定线...