精准操控技术

利用激光实现水下气泡的3D精准操控

复旦大学航空航天系邓道盛/胡曼课题组开展激光操控水下气泡弹跳运动的相关研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。实现液滴或气泡的精准灵活操控对于微流控芯片、生物医药传递、软机器人等领域的应用至关重要。研究巧妙利用纯水介质对980nm近红外激光的体吸收光热响应特性，结合固/液界面对流传热，构建了独特的逆温层区域，观察到了气泡在液体内部做周期性的定点弹跳运动以及跟随弹跳运动的三维运动模式。研究团队提出了一种非接触高效三维操控气泡的体系，揭示纯水介质中激光驱动气泡弹跳运动的内在机理，为开发设计新型的光流控器件做出了有益探索。

低成本高强韧钛合金设计研究

西安交通大学金属材料强度国家重点实验室孙军院士团队提出采用化学界面工程（CBE）制造纳米马氏体的新策略，制备层级纳米马氏体构造的低成本超高强塑钛合金。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。高比强度钛合金是实现节能减排及轻量化的重要结构材料，可通过调节晶界（GBs）和异相界面（PBs）的密度和空间分布特征优化其宏观力学性能，例如调控钛合金中晶格不连续的α/β相界面结构与特性可显著提升合金的力学性能。文章提出的化学界面工程设计策略突破了钛合金原有微观组织/合金成分设计理念和热机械加工方法的局限，为设计高性能先进钛合金和其他类似材料提供了新的思路。

骨诱导聚芳醚酮材料研发进展

四川大学生物医学工程学院张兴栋院士团队朱向东研究员、张凯教授等人确证了生物材料骨诱导性在医用高分子材料中的普适性。相关成果发表于《科学进展》（Science Advance）。组织诱导性生物材料是一种不添加细胞和（或）生物活性因子，经过精准设计用于受损或缺失的组织或器官再生的生物材料。已获批上市的骨诱导磷酸钙生物陶瓷，被广泛应用于临床骨缺损的再生修复；医用金属和高分子材料具有广阔的力学调控空间，在承重骨修复方面具有独特的优势。团队首创的骨诱导聚芳醚酮材料既是对我国原创生物材料组织诱导理论的补充和完善，也为新型骨和其他组织诱导类植入器械开发提供了研究思路和材料基础。

用于信息存储的新型二维多铁材料研究

武汉大学物理科学与技术学院教授何军和高等研究院特聘研究员史建平课题组开展了二维金属性p掺杂SnSe的多铁性研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。永久存儲技术的终极目标是通过有效手段控制存储介质中的稳定状态。磁电材料和多铁材料通过利用铁电序和磁序之间的交叉耦合，为数字信息处理提供了一条新的途径，被誉为未来信息存储的领航者。研究团队发展了一种普适的物理气相沉积方法，首次在环境稳定的二维材料体系中发现了室温多铁性，不仅为在二维尺度理解和调控多铁特性提供了理想平台，同时也为后摩尔时代新型信息存储器件的研发开辟了一条新途径。

能谷光子保真传输和定向分发研究

华中科技大学王凯教授、陆培祥教授和新加坡国立大学仇成伟教授合作，首次实现了基于混合纳米波导的WS2谷光子的保真传输与定向分发。相关成果发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）。单层过渡金属二硫化物（TMDC）等二维材料中因其具有特殊反演对称性，形成了一个额外的自由度：能谷赝自旋（K和K'）。与传统电子器件相比，能谷电子器件可具有更低的能耗和更快的处理速度。文章叙述了能谷信息的保真传输与定向分发，为下一步搭建大规模谷电子器件网络提供了解决方案。这种谷电子-光子混合器件为在芯片上同时集成谷电子器件、自旋电子器件与片上光子器件，构建自旋-能谷-光子混合系统提供了新思路。

极高稳定度量级的镱原子光钟

中国科学院精密测量科学与技术创新研究院吕宝龙研究团队与华东师范大学马龙生团队合作，研制出一种高精度镱原子光钟，这个光钟的频率稳定度达到E-18量级。相关成果发表于《计量学》（Metrologia）。镱原子光钟是一种以囚禁于光晶格中的超冷镱原子为工作介质的原子钟。科学家在黑体辐射频移的精准控制、直流“Stark”频移与原子碰撞频移的抑制、钟激光频率稳定度的改善等方面采取了系列创新措施，实现了光钟稳定度的大幅度提升，特别是采用了量子化轴方向与环境干扰磁场矢量相垂直的方案，大幅度地降低了钟跃迁对相关干扰的敏感度，使得光钟在地铁干扰环境下仍然能够正常工作。

高强不锈镁合金研究

上海交通大学材料科学与工程学院曾小勤教授团队在镁合金表面引入具有持久钝化效果的保护膜层，提出一种大幅度协同提高镁合金强度和耐蚀性能的制备方案。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。绝对强度偏低和耐蚀性能不足是阻碍镁合金大规模应用的两大瓶颈问题。合金化（尤其是添加稀土元素）是大幅度提高镁合金强度的有效手段之一，但大多数合金化高强镁合金中的第二相会和基体形成原电池而引发激烈的电偶腐蚀，从而大幅度降低镁合金的腐蚀性能。如何通过合金化设计协同提升镁合金的强度与耐蚀性是学界难点之一。文章报道的高强不锈镁合金在工业制备中将开展积极应用。

建立“气液界面研究”的新实验方法

中国科学技术大学田善喜教授等人利用时间延迟串联质谱仪开展气液界面研究。相关成果发表于《化学研究述评》（Accounts of Chemical Research）。气液界面的微观结构及动力学是认识物质世界的重要内容，但一直是实验研究的难点。质谱是一种有效且被广泛使用的分析方法，但是在取样以及电喷雾等技术的质谱中，往往破坏了气液界面处的样品分子及其团簇结构，无法实现原位物质及其分布的探测。研究团队开发的时间延迟质谱不仅是气液界面微观结构和化学反应动力学领域的一套全新实验方法，还可用于海洋气溶胶形成、生命物质和手性起源等重要科学问题的探索及高能辐射损伤机制研究。