物理前沿

新型成像技术观测三维亚细胞毫秒尺度活动的小时级长时活体

清华大学戴琼海院士团队突破三维组织分布、光学像差、光毒性等诸多胶着问题的限制，在哺乳动物活体环境下实现了高速亚细胞分辨率长时程观测。相关成果发表于Cell。迁移体（migrasome）是清华大学俞立团队最近发现并命名的新细胞器，现在已知迁移体在胚胎发育、免疫系统稳态维持中起重要作用。借助扫描光场显微镜（DAOSLIMIT），开创哺乳动物活体环境中迁移体功能研究的新领域。研究人员将中性粒细胞和血管分别进行染色，在活体小鼠肝脏内进行多色成像，首次清晰地观测到了迁移体和丝状伪足在哺乳动物体内的生成与变化，为揭示哺乳动物活体多细胞、多细胞器间的相互作用提供了全新路径。

可逆光开关的拉曼散射成像

复旦大学物理学系教授季敏标课题组与南方科技大学教授吴长锋课题组合作，通过在二芳基乙烯母体分子中引入炔基，设计出一类具有光敏特性的拉曼探针，实现了可控开关的受激拉曼散射成像。相关成果发表于Nature Communications。受激拉曼散射（SRS）显微术利用受激辐射原理将微弱的拉曼信号放大数个量级，可实现快速的振动光谱成像。该研究利用可逆光异构化的分子偶联上拉曼探针，实现对异构化敏感的拉曼光谱响应。通过将分子匀涂成PMMA薄膜，并通过可编程振镜控制紫外/可见光在薄膜上随意写出/擦除文字等信息。通过分子修饰，使之能够特异性靶向活细胞中的线粒体，在细胞甚至亚细胞层面实现可逆的SRS光开关成像。

“一步机械化学法”制备钠电池正极材料

中国科学院过程工程研究所赵君梅研究员与合作者开发出制备钠电池正极新材料。相关成果发表于Nature Communications。储能技术是可再生能源发电并网和智能电网应用普及的核心技术，也是实现我国碳中和、碳达峰目标的关键技术之一，尤以电化学储能为突出形式。研究团队率先开发出无溶剂的机械化学法快速制备含碳NVPFs复合物，因能实现原位碳骨架的构建，界面反应得以强化。该制备方法可将液相法的7天生产时间缩短至30分钟，产品倍率性能和循环稳定性得到极大提升，保证了工业应用的生产效率。令人惊喜的是，产品公斤级放大组装的商业级26650圆柱电池证实了其高功率和长循环特性。

应用机器学习优化光伏热电混合系统结构参数

中国科学院工程热物理研究所张航研究员等人通过对光伏热电混合系统的优化，探讨了机器学习在结构参数优化方面的应用，为其在能量转换系统性能提升的应用方面提供了实例和参考。相关成果发表于Engineered Science。研究人员选取单晶硅、砷化镓太阳能电池和不同尺寸的热电器件进行了研究。当不同光伏电池与热电器件面积比值（n值）为4时，热电器件获得最大的功率输出。在混合动力系统中，光伏电池和热电器件输出的电能相互隔离的情况下，热电器件获得最大输出功率，混合系统的综合发电效率最高达到32.2%。获得实验数据后，研究人员选用机器学习方法，对混合系统光伏与热电器件的结构参数再次进行优化。

可以自发改变颜色的金属材料

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理实验室孙永昊研究员、白海洋研究员等人与国内外科研人员合作，发现了一种可以在自然条件下自发改变颜色的金属材料。相关成果发表于Journal of Alloys and Compounds。该金属材料自发改变颜色的特性来自该合金在室温条件下持续且不中断的自发氧化。这是一种由稀土元素铈作为主要组元的非晶合金。它由于铈的化学活性所以在室溫下有高的氧化速率，由于非晶结构中均匀的缺陷分布，避免了如多晶合金中因局域缺陷位置快速氧化所带来的锈斑，使得非晶合金的表面氧化层厚度均匀。通过在铈基非晶合金中掺杂钇，可以加快该金属材料在自然条件下的变色，实现了对其变色速率的调节。

具有膜-载体互锁型复合微结构的高效MOF分离膜

中国科学院大连化学物理研究所杨维慎研究员、班宇杰副研究员团队利用原位界面组装策略，构筑了表观厚度为零、高度取向的膜-载体互锁型复合微结构MOF膜，实现氢气/二氧化碳的高效分离。相关成果发表于Science Bulletin。研究团队利用原位界面组装策略制备了ZIF-L膜，通过调变配体浓度，可将膜层完全限制在载体孔隙内，形成高度取向的膜-载体互锁型复合微结构（MIS），膜表观厚度为零。ZIF-L膜的气体测试结果显示，其氢气/二氧化碳分离因子超过200，氢气渗透率达4000GPU以上，性能位于工业应用目标区域。MIS-ZIF-L膜还展现出良好的机械稳定性，以硅橡胶垫反复刮擦膜表面，不会造成其选择性下降。

微腔超模拉曼激光的单模特性

北京大学物理学院、纳光电子前沿科学中心、人工微结构和介观物理国家重点实验室肖云峰教授和龚旗煌院士领导的课题组揭示了微腔超模拉曼激光的单模特性，通过激光自注入的方法实现了激射模式的动态切换。相关成果发表于PNAS。回音壁微腔中相向传播的行波模式可以相互耦合形成一对光学超模;基于这一体系，实验证明了超模拉曼激光的单模特性。采用激光自注入方法，将输出的部分拉曼激光再次耦合进入微腔并与反方向的光场干涉，从而动态调控两个光学超模的损耗。研究人员结合理论计算分析，解释了拍频信号来源于两个激射模式交替过程中的动态干涉，而非稳定的双模激射。

近阈奇特强子态的统一解释及新预言

中国科学院理论物理研究所郭奉坤研究员等人构造了模型无关的非相对论有效场论，对强子之间的低能散射进行探究，发现了阈值附近散射振幅的一般性行为，揭示出近阈结构产生的普遍规律。相关成果发表于Physical Review Letters。奇特强子态，就是其内部结构不同于传统夸克模型中夸克-反夸克构成的介子或3个夸克构成的重子的强子。研究表明，只要两个粒子之间存在吸引力，那么必定会产生近阈结构，而且吸引力越强、粒子质量越重，近阈结构就会越剧烈。研究预测，如果一对粲强子和反粲强子之间存在吸引相互作用，那么在与之可以耦合的粲偶素和轻强子的不变质量谱上可以看到相应的阈值结构，并指出近阈结构在底强子系统中将更明显。