精準操控技術

利用激光實現水下氣泡的3D精準操控

復旦大學航空航天系鄧道盛/胡曼課題組開展激光操控水下氣泡彈跳運動的相關研究。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。實現液滴或氣泡的精準靈活操控對于微流控芯片、生物醫藥傳遞、軟機器人等領域的應用至關重要。研究巧妙利用純水介質對980nm近紅外激光的體吸收光熱響應特性，結合固/液界面對流傳熱，構建了獨特的逆溫層區域，觀察到了氣泡在液體內部做周期性的定點彈跳運動以及跟隨彈跳運動的三維運動模式。研究團隊提出了一種非接觸高效三維操控氣泡的體系，揭示純水介質中激光驅動氣泡彈跳運動的內在機理，為開發設計新型的光流控器件做出了有益探索。

低成本高強韌鈦合金設計研究

西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室孫軍院士團隊提出采用化學界面工程（CBE）制造納米馬氏體的新策略，制備層級納米馬氏體構造的低成本超高強塑鈦合金。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。高比強度鈦合金是實現節能減排及輕量化的重要結構材料，可通過調節晶界（GBs）和異相界面（PBs）的密度和空間分布特征優化其宏觀力學性能，例如調控鈦合金中晶格不連續的α/β相界面結構與特性可顯著提升合金的力學性能。文章提出的化學界面工程設計策略突破了鈦合金原有微觀組織/合金成分設計理念和熱機械加工方法的局限，為設計高性能先進鈦合金和其他類似材料提供了新的思路。

骨誘導聚芳醚酮材料研發進展

四川大學生物醫學工程學院張興棟院士團隊朱向東研究員、張凱教授等人確證了生物材料骨誘導性在醫用高分子材料中的普適性。相關成果發表于《科學進展》（Science?Advance）。組織誘導性生物材料是一種不添加細胞和（或）生物活性因子，經過精準設計用于受損或缺失的組織或器官再生的生物材料。已獲批上市的骨誘導磷酸鈣生物陶瓷，被廣泛應用于臨床骨缺損的再生修復；醫用金屬和高分子材料具有廣闊的力學調控空間，在承重骨修復方面具有獨特的優勢。團隊首創的骨誘導聚芳醚酮材料既是對我國原創生物材料組織誘導理論的補充和完善，也為新型骨和其他組織誘導類植入器械開發提供了研究思路和材料基礎。

用于信息存儲的新型二維多鐵材料研究

武漢大學物理科學與技術學院教授何軍和高等研究院特聘研究員史建平課題組開展了二維金屬性p摻雜SnSe的多鐵性研究。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。永久存儲技術的終極目標是通過有效手段控制存儲介質中的穩定狀態。磁電材料和多鐵材料通過利用鐵電序和磁序之間的交叉耦合，為數字信息處理提供了一條新的途徑，被譽為未來信息存儲的領航者。研究團隊發展了一種普適的物理氣相沉積方法，首次在環境穩定的二維材料體系中發現了室溫多鐵性，不僅為在二維尺度理解和調控多鐵特性提供了理想平臺，同時也為后摩爾時代新型信息存儲器件的研發開辟了一條新途徑。

能谷光子保真傳輸和定向分發研究

華中科技大學王凱教授、陸培祥教授和新加坡國立大學仇成偉教授合作，首次實現了基于混合納米波導的WS2谷光子的保真傳輸與定向分發。相關成果發表于《自然·納米技術》（Nature?Nanotechnology）。單層過渡金屬二硫化物（TMDC）等二維材料中因其具有特殊反演對稱性，形成了一個額外的自由度：能谷贗自旋（K和K'）。與傳統電子器件相比，能谷電子器件可具有更低的能耗和更快的處理速度。文章敘述了能谷信息的保真傳輸與定向分發，為下一步搭建大規模谷電子器件網絡提供了解決方案。這種谷電子-光子混合器件為在芯片上同時集成谷電子器件、自旋電子器件與片上光子器件，構建自旋-能谷-光子混合系統提供了新思路。

極高穩定度量級的鐿原子光鐘

中國科學院精密測量科學與技術創新研究院呂寶龍研究團隊與華東師范大學馬龍生團隊合作，研制出一種高精度鐿原子光鐘，這個光鐘的頻率穩定度達到E-18量級。相關成果發表于《計量學》（Metrologia）。鐿原子光鐘是一種以囚禁于光晶格中的超冷鐿原子為工作介質的原子鐘。科學家在黑體輻射頻移的精準控制、直流“Stark”頻移與原子碰撞頻移的抑制、鐘激光頻率穩定度的改善等方面采取了系列創新措施，實現了光鐘穩定度的大幅度提升，特別是采用了量子化軸方向與環境干擾磁場矢量相垂直的方案，大幅度地降低了鐘躍遷對相關干擾的敏感度，使得光鐘在地鐵干擾環境下仍然能夠正常工作。

高強不銹鎂合金研究

上海交通大學材料科學與工程學院曾小勤教授團隊在鎂合金表面引入具有持久鈍化效果的保護膜層，提出一種大幅度協同提高鎂合金強度和耐蝕性能的制備方案。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。絕對強度偏低和耐蝕性能不足是阻礙鎂合金大規模應用的兩大瓶頸問題。合金化（尤其是添加稀土元素）是大幅度提高鎂合金強度的有效手段之一，但大多數合金化高強鎂合金中的第二相會和基體形成原電池而引發激烈的電偶腐蝕，從而大幅度降低鎂合金的腐蝕性能。如何通過合金化設計協同提升鎂合金的強度與耐蝕性是學界難點之一。文章報道的高強不銹鎂合金在工業制備中將開展積極應用。

建立“氣液界面研究”的新實驗方法

中國科學技術大學田善喜教授等人利用時間延遲串聯質譜儀開展氣液界面研究。相關成果發表于《化學研究述評》（Accounts?of?Chemical?Research）。氣液界面的微觀結構及動力學是認識物質世界的重要內容，但一直是實驗研究的難點。質譜是一種有效且被廣泛使用的分析方法，但是在取樣以及電噴霧等技術的質譜中，往往破壞了氣液界面處的樣品分子及其團簇結構，無法實現原位物質及其分布的探測。研究團隊開發的時間延遲質譜不僅是氣液界面微觀結構和化學反應動力學領域的一套全新實驗方法，還可用于海洋氣溶膠形成、生命物質和手性起源等重要科學問題的探索及高能輻射損傷機制研究。