12月16日，北京大学材料科学与工程学院和北京汽车博物馆合作签约仪式暨“汽车大家说”主题活动在北京汽车博物馆举行。北京汽车博物馆党组书记、馆长乔晓鹏，党组成员、副馆长王慧平，北京大学材料科学与工程学院院长邹如强、党委书记李明、党委副书记张婧，以及北京十二中师生代表共计70余人参加活动。馆校合作，共建科普新高地在签约仪式上，乔晓鹏表示，博物馆和高校都担负着为党育人、为国育才的初心使命，汽博馆和北大材料学院携手合作，围绕立德树人根本任务，共建“北京大学思政实践课基地”“科普实验室”，依托“党建交流平台、展览策划平台、科学普及平台、志愿服务平台”四大共建载体，基于材料学院最新的科研成果共同做好新域新质科普，搭建起连接行业与公众的桥梁，更好地服务社会发展。李明表示，双方合作深度融合北大材料学院的学科优势和汽博馆公共文化平台优势，在理论学习、党建交流、科学普及、志愿服务等方面开展共建合作，以材料学科赋能汽车展示和文化传播，以汽车载体助力材料学科人才培养，推动材料学科科学知识普及与科学精神的传播，携手汽博馆共建科普普及的新高地，为实现高水平科技自立自强作出更大贡献。在邹如强、李明和乔晓鹏的见证下，王慧平与张婧签署《北京汽车博物馆-北京大学材料科学与工程学院合作协议书》。现场还进行了“北京大学思政实践课基地”授牌、汽博馆与北大材料学院共建“科普实验室”揭牌。 查看详细>>

为加快建设教育强国，搭建产学研合作的交流桥梁，引导党团员青年树立科研报国理想信念，12月8日，北京大学地球与空间科学学院联合中国空间技术研究院（航天五院）、中国科学院国家空间科学中心（空间中心）开展产学研交流互促活动。北大地空学院空间物理与应用技术研究所副所长邹鸿，高级工程师施伟红，航天五院总体设计部空间环境与可靠性技术研究室党支部书记、副主任曲少杰，空间中心副研究员谢良海出席活动，地空学院地球物理研究生党支部和空间中心太阳活动与空间天气重点实验室党总支50余名党团员学生参加交流参访活动。上午，“凝心铸魂筑根基，深耕专业建新功”交流会在北京大学第二教学楼311教室进行。交流会以空间环境为媒介，涵盖了从前沿科学研究，到航天器工程，再到卫星仪器研发三个主题，串联起一场产学研深度交融的研讨交流盛宴。谢良海为同学们介绍了空间中心太阳活动与空间天气重点实验室的发展历程、组织架构和研究领域，并作题为“月球和火星空间环境研究”的报告，结合嫦娥七号、天问一号深空探测任务，介绍了月表尘埃迁移特征、火星大气和电离层剖面特征等我国关于月球和火星空间环境的最新探测和研究成果。曲少杰展示了中国航天科技集团各下属单位以及航天五院各部门的建设和发展历程，然后作题为“航天器工程与空间环境的关系”的报告，为同学们讲解现实中空间环境对航天器的影响因素和作用过程，并介绍相应领域的技术研究成果和工程应用成果。“澳门科学一号”卫星是内地与澳门合作研制的首颗空间科学卫星，开辟了内地与澳门科技创新合作新模式。该卫星项目也是北京大学与澳门科技大学的重要科研合作成果，北大地空学院宗秋刚团队自主研制的星载中能电子成像谱仪是唯一在澳门科学一号卫星AB双星上同时部署的主载荷，其数据对近地空间辐射环境研究起到重要作用。邹鸿结合亲身研发经历介绍了地空学院在卫星项目中的参与情况，随后以“澳门科学一号卫星能量粒子谱仪介绍”为题介绍了卫星的地球辐射带空间粒子探测任务，重点报告了星载能量粒子谱仪希望解决的关键科学问题和相应的技术优势。 查看详细>>

近日，澳大利亚悉尼大学校长马克·斯科特（Mark Scott）一行访问北京大学。北京大学党委书记、校务委员会主任郝平，副校长方方在临湖轩会见来宾，并签署两校农学领域合作框架协议。郝平欢迎马克·斯科特一行到访北京大学。他指出，澳大利亚教育资源丰富、发展潜力巨大，北京大学和悉尼大学有长期稳固的合作关系，两校在农学、教育学、医学等领域合作紧密。他希望在巩固现有合作基础上，继续在高等教育管理培训、公共卫生、可持续发展等领域挖掘更多合作潜能。斯科特表示很高兴到访北京大学，北京大学是悉尼大学重要的合作伙伴。他介绍了悉尼大学近年来在能源转型、公共健康、粮食安全及农业可持续发展等重点领域的发展成果，代表悉尼大学感谢北京大学对两校合作关系的支持，希望两校继续加强合作，推动科研发展。会见后，方方与悉尼大学副校长艾玛·约翰逊（Emma Johnson）签署两校关于建立“北京大学-悉尼大学粮食安全和农业可持续发展联合中心”的合作框架协议。悉尼大学副校长艾玛·约翰逊（Emma Johnson）、校长办公室主任达伦·古兹尔（Darren Goodsir）、中国中心（苏州）主任宓迈克（Michael Milne），北京大学现代农学院院长刘春明、现代农学院副院长刘承芳、教育学院党委书记张晓黎、教育学院副院长哈巍、澳大利亚研究中心主任刘树森、国际合作部副部长周曼丽陪同会见。 查看详细>>

10月27日下午，美国加利福尼亚州州长加文·纽森（Gavin Newsom）访问北京大学并与师生座谈。北京大学党委书记、校务委员会主任郝平，校长龚旗煌分别会见来宾，党委副书记、副校长宁琦参加活动。郝平欢迎纽森一行到访北京大学，并表示，纽森到访中国及北京大学，对促进中美两国在高等教育领域的合作具有重要意义。北大师生欢迎纽森的到来，希望与他在多个领域开展交流和互动。龚旗煌向纽森介绍了北大的整体情况以及北大与加州重点高校之间丰富多样的合作成果。他指出，今年是北京大学“国际战略年”，北京大学愿继续与加州各高校保持紧密联系，增进交流，进一步推动双方人员往来，架起越来越多友好交往的桥梁。纽森感谢北京大学的热情接待，并表示，加州非常重视与中国的合作，很高兴看到北京大学与加州的高校一直以来保持良好的交流合作。他强调，加州教育资源丰富，将继续支持和推动加州各高校与北京大学加强交流互动，为美中人文交流注入更多力量。会见结束后，纽森与北大师生代表进行座谈交流。座谈会由国际关系学院教授、中外人文交流研究基地执行主任王栋主持。纽森指出美中关系非常重要，并鼓励学生要相信可以通过个人努力发挥领导和影响作用。纽森表示，中国的发展成就特别是在新能源领域的发展成就令人赞叹。他希望通过此次访华，推动加州与中国在低碳发展、气候变化等诸多领域开展合作，携手应对全球性挑战。在师生发言环节，环境科学与工程学院朱彤院士指出，北大与加州的高校应在环境科学、绿色低碳发展等领域展开联合科研，共同应对全球气候问题。国家发展研究院党委书记雷晓燕表示，中美学生赴对方国家交流的意愿强烈，学生之间互换互访将对两国人文交流带来实质性益处。国际关系学院副院长、碳中和研究院副院长张海滨分享了北大与加州重点高校开展合作的案例，并提出气候问题是双边合作的沃土。光华管理学院教授沈俏蔚指出，中美学生交流对青年人了解世界全貌、识别全球问题并寻求解决方案至关重要。在问答环节，纽森与北大学生进行了深入的互动交流。双方围绕节能减排、能源转型、中美青年学者交流合作等议题开展了热烈讨论。北京大学名誉校董、方李邦琴基金会主席方李邦琴，北京大学副教务长、研究生院常务副院长、光华管理学院教授姜国华，国际关系学院教授、国际战略研究院创始院长王缉思，国际关系学院党委书记初晓波，国际合作部部长李昀、副部长周曼丽，教育基金会副秘书长赵琳参加上述活动。 查看详细>>

北京大学深圳研究生院新材料学院毕业生刘同超近日入选《麻省理工科技评论》“2023年度35岁以下科技创新35人全球榜单”（2023-MIT Technology Reviews 35 Innovators Under 35,Global List）气候与能源领域。刘同超缘何上榜？他的研究成果有何重要意义？让我们一起走进刘同超的科研世界。《麻省理工科技评论》给出了这样的评价：“32岁的刘同超致力于开发新型高性能锂电池，这种电池可以比传统电池使用时间更长，制造成本更低。由于电池寿命和成本是电动汽车的主要障碍，他的研究成果将大大促进电动汽车的普及。”提高电池的循环寿命是一项重大挑战，即最大可能地增加电池充电和放电的次数延长使用时间。刘同超通过建立一个新的诊断系统来探究电池衰减的机理，确定锂电池的大多数故障起因于正极结构在每次充放电循环中膨胀和收缩时产生的物理应变诱发结构的不可逆演化。为了解决这问题，他发明了一种新型钙钛矿改性正极材料，以便更好地承受晶格应变。这项创新使电池寿命延长了两倍，制造成本降低了约25%，而且无需使用钴作为原材料。钴元素是重要的战略物资，价格高昂。刘同超研究开发出了低成本的清洁能源电池，降低了电池对高价格金属元素的依赖，引起了商业企业的浓厚兴趣。怀揣科研热情，大胆拼搏刘同超在2014年加入新材料学院，师从潘锋教授。他选择深研院是因为新材料学院非常优秀的科研平台和开放、创新、包容的深圳。当时全国锂电池的龙头企业都坐落于深圳，导师潘锋的科研实力与科研热情使他深受触动。读博期间，他时时刻刻以高标准严格要求自我，踏实践行“优秀是一种习惯”的院训，在潘锋严谨的治学指导下，在清洁能源大团队中不断追求卓越，攀登一个又一个的高峰。他于2019年博士毕业，博士期间发表包括Nature Nanotechnology和JACS在内一作SCI文章10余篇，申请专利3项。曾多次获得国家奖学金、北京市三好学生标兵、北京市优秀毕业生、深圳市自然科学一等奖，并获得北京大学优秀博士论文奖。刘同超现为美国阿贡国家实验室研究员，研究方向为锂离子/钠离子电池正极材料和多尺度材料表征，他在科研道路上不断挑战自我，开拓创新，取得多项突破性成果。他以第一作者及通讯作者发表在Nature（两篇），Nature Energy，Nature Nanotechnology,Nature Communications，Advanced Materials等多项成果受到领域内的广泛关注。他还兼任国际知名学术期刊编辑（Nano Energy,Materials Today Energy）及多家杂志青年编委，获得美国化学会青年科学家奖、ICANX青年科学家奖等荣誉称号。传承北大精神，引领时代对于入选“35岁以下科技创新35人全球榜单”，刘同超感到他和团队的努力得到认可，这份肯定也激励他要勇于探索更具挑战的科研问题。他想告诉大家，在科研道路上切勿避重就轻，敷衍了事，对待问题要追根溯源，付出的更多便会收获更多。其次，做科研的出发点要足够地大胆创新，有新的突破才能实现质的飞跃。他建议，在课题组或者是实验室中要营造合作交流、互相学习的科研环境。尽管已毕业4年，刘同超建立了自己的团队，但他与导师潘锋的团队时刻保持着紧密的科研合作。怀着感恩的心，他希望能够将自己多年来的所学所得分享给师弟师妹，帮助他们成长，一起做更有意义的、创新的、真正有用的科研。北大精神对于刘同超来说是人生的指引。“包容、公平、大胆创新、独有特质”是他对北大精神的理解。多元化的校园使他收获了珍贵的友谊，而北大也是一个只要付出就一定有收获的地方。“北大一直在培养引领时代的人，她的文化底蕴一直潜移默化的、积极的影响着广大学子，我未来也将继续秉承着北大精神，在自己的领域形成一定的成果，为国家的科研贡献一份力量。”潘锋的材料基因与新能源材料团队长期致力于发展结构化学方法学及应用于新材料的研发，创建了基于图论的结构化学理论和材料构效关系描述方法，构建材料大数据、材料基因、过渡金属d轨道的自旋电子超交换相互作用相融合的新材料研究体系，建立了基于中子和同步辐射等大科学装置的原位动态结构表征系统，构建了从基础原创到产业应用的新材料创制体系，并将该体系服务于重大产业和国家安全相关的研究和发展。 查看详细>>

作为北京大学材料科学与工程学院材料学专业2019级博士生，张琨师从长江学者、北京大学夏定国教授，研究方向为锂离子电池正极材料中的新型阴离子氧化还原机制，目前已在国际高水平SCI期刊Adv.Mater.、Adv.Energy.Mater.、Electro.Energy.Reviews.、Nat.Comm.、JACS.,EES.、Nano.Lett.等发表论文10篇，其中张琨作为第一作者或共同第一作者的论文有3篇，并申请专利一项。她曾获北京大学国家奖学金、北京大学校长奖学金、北京大学挑战杯竞赛特等奖、全国动力电池大赛金奖、北京大学三好学生标兵、优秀科研奖等荣誉。她基于对称性匹配的轨道分析，研究了金属-配体π作用下的新型阴离子氧化还原反应特性，又以多种形式整合硫阴离子到富锂正极氧化物中，研究了其中的多阴离子氧化还原反应与电化学稳定化机制。张琨认为，科学研究需要打好扎实而广泛的地基，积累大量的专业研究经验，搭建出完整而专精的框架；科研并不是按部就班地盖房子，最重要的内核在于观察力、创造力、思维力、决断力和执行力。张琨强调，在科研中要敏锐地发现重要和关键的问题；必须展现出具有鲜明自身特色的创新点；通过深思熟虑和广泛论证提出能切实解决问题的优秀策略方案；以坚韧强大的执行力进行广泛的实验以完善方案；最终形成切实可行且具有强大生命力的科研和产业成果。张琨最初从一种基于金属铑富锂模型材料入手，以研究高共价性体系中阴离子氧化还原的特性。这种材料价格昂贵，整体性能却表现得并不出彩。但她敏锐地发现，这种材料具有较低的阴离子氧化还原电位和较好的结构循环稳定性。于是她进行了长期大量的反复测验，对材料电化学性能进行了穷尽式的挖掘，又从最基础的《配位化学》入手，去搭建这一材料最本征的结构特性。基于对称性匹配的轨道分析，她发现在这一体系中，金属和氧结合会在费米能级附近产生较强的π型占据态反键，而这一反键又因体系共价性较强拥有较多氧的态密度。这种成键激发了阴离子氧优先于传统的非键轨道氧参与电荷补偿过程，导致了较低的氧化还原电位与更强的配位结构稳定性，为富锂体系阴离子氧化还原电位的调制与配位结构的稳定化调控带来启发。目前，基于这一增强的π作用，可以从根本上改变富锂材料中阴离子氧化还原的本征电化学特性。这扩充了富锂正极材料的基础机制，也为下一代正极材料提供了更开阔的设计思路。这项成果最终发表在国际知名期刊Advanced Energy Materials（IF＝27.8），并获得2021年度北京大学校长奖学金、优秀科研奖。张琨以这项工作为例，提出3个特性的总结：基础性、前沿性、创新性。她认为，越是前沿的学术研究，越不能脱离材料物理与化学的基础，但同时知识又是常为新的，必须进行跨越性的创新。张琨积极参与国家、学校组织的各项学术竞赛和学术交流活动。作为北京大学“挑战杯”竞赛特等奖获选者，她认为参赛使她更深入地去思考学术成果与产业界结合的问题，这使她获益匪浅。她在参与竞赛的过程中不断思考如何将创新落到实处，如何将研究的材料推广到更具有产业适用价值的体系中。因此，她将目光着眼于硫这种元素。硫具有资源丰度高、电化学反应稳定性、倍率性好等优势，如果能将S整合到氧化物的晶格中，就可以起到“1+1>2”的协同效应，能够更好地将科研与产业进行结合。在确立这一创新思路后，她最终通过溶液法将硫以多种阴离子形式整合进入原始材料晶格中。这一实验条件便捷，具有可规模化生产的可能。实验得到的硫化富锂正极也具有多阴离子氧化还原反应，可以有效提升材料的电化学性能。这一工作发表在国际顶级期刊Advanced Materials（IF＝29.4），并申请了相关专利。 查看详细>>

稀土元素因其独特的电子结构和丰富的跃迁能级使其成为巨大的发光材料的宝库，在显示、照明、通讯等领域具有不可替代的重要地位。稀土发光配合物是一类重要的发光材料，其发光机理可以分为f-f跃迁和d-f跃迁。相比于被广泛研究的具有跃迁禁阻、发射峰窄、激发态寿命长等特点的f-f跃迁稀土发光配合物，研究较少的d-f跃迁稀土发光配合物具有跃迁允许、发射峰宽、激发态寿命短等特点，能够拓展稀土发光配合物在更多领域的应用。近日，北京大学化学与分子工程学院的刘志伟研究员和北京农学院的曲江兰教授合作，在Angewandte Chemie International Edition杂志上发表了题为“Delayed doublet emission in acerium（III）complex”的VIP论文，该工作通过内外层配位空间的设计与调控发现了首例具有延迟二重态发射的稀土铈（III）配合物，这也是首例基于金属中心发光的热激活延迟荧光材料。稀土铈（III）离子的基态电子构型为4f15d0，激发态电子构型为4f05d1，自旋多重度均为2，其配合物一般具有二重态的d-f跃迁发光性质。在传统铈（III）发光配合物的设计中，配体的第一三重激发态（T1）的能级应大幅高于金属中心的第一二重激发态（D1）的能级，以避免能量从D1传递到T1而耗散，从而确保激发态D1到基态D0的高效发光。作者基于对D1和T1能级的独立调控，在铈（III）配合物Ce（CzPhTp）3中实现了较小的二、三重激发态能级差DETD。室温下Ce（CzPhTp）3的固体粉末和二氯甲烷溶液具有蓝光发射，光致发光量子产率分别为84%和70%，较小的DETD下的高光致发光量子产率得益于延迟二重态发射过程的激活。图1.（a）典型的铈（III）配合物的二重态发射的能级图。（b）Ce（CzPhTp）3的分子结构示意图和空穴-电子分析计算的Ce（CzPhTp）3的激发态的电子分布（用蓝色等值面表示）。（c）Ce（CzPhTp）3的延迟二重态发射的能级图。kDE代表二重态激发态的辐射跃迁速率。kDDE代表延迟二重激发态的辐射跃迁速率。knr，D和knr，T分别代表二重激发态和三重激发态的非辐射跃迁速率。D0和S0分别代表铈（III）离子和配体的基态。D1代表铈（III）离子的第一二重激发态。T1代表配体的第一三重激发态Ce（CzPhTp）3在二氯甲烷溶液中的激发态以双指数寿命衰减，短寿命组分（32ns）为瞬时二重态发射，而长寿命组分（1498ns）为延迟二重态发射。变温光谱测试表明低温下从D1到T1的能量传递受到抑制，随着环境温度升高，从D1到T1的能量传递效率增加，瞬时二重态发射的比例减小，延迟二重态发射的比例增加。作者根据Arrhenius图的拟合推出DETD值为0.220eV。图2.Ce（CzPhTp）3的光致发光性质。（a）Ce（CzPhTp）3的二氯甲烷溶液（10−3M）的紫外-可见吸收光谱和光致发光光谱（内插图是溶液在365nm激发下的照片和380nm附近吸收光谱的放大图）。（b）Ce（CzPhTp）3的二氯甲烷溶液（10−3M）分别在氮气和氧气氛围下的光致发光衰减曲线。（c）Ce（CzPhTp）3的2-甲基四氢呋喃溶液（10−3M）在不同温度下的光致发光衰减曲线，激发波长为370nm。（d）从Ce（CzPhTp）3的二重激发态D1到三重激发态T1的能量传递速率常数kET的Arrhenius图，线性拟合得到的直线斜率用于确定活化能DETD不仅如此，作者还通过取代基的改变设计得到DETD分别为0.80eV和–0.21eV的铈（III）配合物Ce（FPhTp）3和Ce（NapTp）3。前者因为具有较大的二、三重激发态能级差DETD而表现出典型的二重态发射，室温下其二氯甲烷溶液发射蓝光，激发态寿命为63ns，光致发光量子产率高达100%。后者在室温下的二氯甲烷溶液中不发光，但是其掺杂薄膜表现为配体的磷光发射，光致发光量子产率为19%。在Ce（NapTp）3中D1向T1的传能使得二重态发光被基本猝灭，这是首例分子内二重态向三重态传能发光，即二重态敏化磷光发射。图3.低温77K下三种铈（III）配合物Ce（CzPhTp）3、Ce（FPhTp）3和Ce（NapTp）3在2-甲基四氢呋喃溶液（10−3M）中的（a）光致发光光谱（b）瞬态光致发光衰减曲线。（c）Ce（NapTp）3的光致发光机理。kP代表磷光的辐射跃迁速率。knr，T代表三重激发态的非辐射跃迁速率该工作展现了稀土铈（III）离子内外层配位空间的可调性，进而赋予了铈（III）配合物的能级调节的灵活性和发光机理的多样性。延迟二重态发射和二重态敏化磷光发射的发光机理均是首次报道，这丰富了我们对二重激发态弛豫过程的理解，并为d-f跃迁稀土铈（III）配合物的结构设计和激发态调控提供新的思路。刘志伟和曲江兰为该论文的共同通讯作者，北京大学化学学院博士研究生方培玉和北京农学院的硕士研究生刘佳玟为该论文的共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、北京市教委、北京分子科学国家研究中心的资助与支持。 查看详细>>

2023年北大医学科技创新高质量发展论坛暨北大医学第八届青年科技创新发展论坛日前在北京大学医学部举行。会上，“北京大学国家医学攻关产教融合创新平台”和“癌症整合组学前沿科学中心”两个国家级科技创新平台举行揭牌仪式。“当今世界科技竞争日益激烈，许多国家都在实施有目标、有组织、大规模的科技发展规划，北大医学在国家政策和资源的支持下，一直致力于推动有组织科研，不断完善科技创新体系建设，未来北大医学将通过建设‘大设施’，打造‘强团队’，产出‘好成果’，为医学科技高质量发展蓄势赋能。”中国工程院院士、北京大学常务副校长、医学部主任、北京大学国家医学攻关产教融合创新平台负责人乔杰指出。乔杰介绍，自2018年起北大医学就启动了全国重点实验室、前沿科学中心等重点基地布局，2023年获批多个国家级重点科技创新基地，北大医学首个异地科研机构北京大学宁波海洋药物研究院也在今年四月份正式开园；北大医学在服务国家战略方面取得了突破性进展。这些科研基地将面向人民生命健康，聚焦国家重大战略需求，在肿瘤、心脑血管疾病、女性生殖、药物研发等方面实现重大原始创新，建立符合我国国情的疾病防治新模式，解决若干药械“卡脖子”问题，成为凝聚培养优秀人才、开展高水平创新合作的国家战略科技力量。乔杰指出，北大医学将继续锚定前瞻性、战略性、系统性定位，加快推动构建多层次、高水平的有组织科研体系。长期稳定支持一批基础研究创新基地、优势团队和重点方向，打造原始创新策源地和基础研究先锋力量；建设和运用重点实验室、大科学装置等，作为实现从“0”到“1”原创性突破的有力抓手；打造体系化的高层次人才培养平台，走基础研究人才自主培养之路；大力弘扬科学家精神，促进学科交叉，加强国际合作，开展跨学科、跨高校、跨国界、跨产学研的协同创新。“加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。强化国家战略科技力量，有组织推进前沿导向的探索性基础研究尤为重要。医学基础研究及核心技术缺乏制高点，健康事业发展缺乏科技引领和支撑。”中国工程院院士、北京大学国际癌症研究院院长、癌症整合组学前沿科学中心首席科学家詹启敏指出。詹启敏表示，在加快实施创新驱动发展战略、加强前沿技术研究的过程中，要推进自主创新的主攻方向，优化配置创新资源，充分发挥高校科技生产的重要基地、一流人才的富集高地、拔尖创新人才的培养园地的作用，提升国家创新体系的整体效能。詹启敏说：“重大科技创新成果是国之重器、国之利器，科技创新为我国医学发展提供强大动力。癌症治疗的突破有赖于医学和相关交叉学科的科技创新，同时，前沿生物技术的突破对肿瘤精准医学的发展具有重要的支撑作用。”作为我国国家级重要科技创新平台，癌症整合组学前沿科学中心将进一步聚焦重要前沿科技领域方向，在肿瘤精准医学领域进行长期持续攻关，实现前瞻性基础研究，引领性原创成果的重大突破，支撑北大医学科技创新高质量发展，提升我国在医学领域的国际竞争力，推进健康中国战略实施。原文链接：两大国家级科技创新平台落户北大医学 查看详细>>

作为一种宏观量子物态，超导体具备零电阻和完全抗磁性等独特的物理特性，在医疗、信息、交通、能源、量子科技等众多领域具有重要的应用价值，百余年来受到了学术界和工业界的广泛关注。BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）超导微观理论指出，超导起源于自旋和动量相反的两个电子结合形成的零质心动量库珀对（Cooper pairs）相干凝聚。然而，当时间反演对称性被破坏时（如施加强磁场），理论上超导体中自旋相反的两个电子可以形成质心动量不为零的库珀对，对应的超导序参量在实空间中呈现出周期性调制（波动）特征，即著名的FFLO（Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov）态。虽然早在1964年FFLO态就被提出，但这一特殊超导态的实现对材料和实验条件有着非常苛刻的要求。直到今天，FFLO态存在的直接证据，譬如实空间中周期性波动的超导序参量，实验上仍然很难获得。在研究铜基超导体中出现的二维超导特性时，有理论指出非零动量的库珀对有可能出现在保持时间反演对称性的强相互作用系统中，这一新型超导态的库珀对密度在实空间会出现周期性的波动，所以被称为配对密度波（pair density wave，PDW）态。配对密度波这一奇异超导特性与非常规超导，尤其是铜基高温超导之间的关联性引起了理论方面的持续关注和研究。在诸多关于配对密度波的理论中，最引人注目的是配对密度波在铜基高温超导体的相图中可能是一种与d波超导并存的重要主导序，有望提供一个统一的视角来理解高温超导相图中复杂的交织序（intertwined orders），以及这些交织序与高温超导电性的关联。同时，铜基超导体相图中神秘的赝能隙（pseudogap）相，被部分理论工作认为可能来自于配对密度波序。然而前期只在部分铜基高温超导体中观测到了支持配对密度波存在的证据。在铜基超导体之外的第二类高温超导家族——铁基超导体中，配对密度波态一直未得到实验的证实。此外，早期配对密度波理论研究指出，配对密度波是以低维的形式存在于非常规超导体中，遗憾的是，一直未能得到实验的明确验证。近日，北京大学物理学院量子材料科学中心王健教授课题组与波士顿学院汪自强教授、上海大学张燚副研究员合作，在二维铁基高温超导体Fe(Te,Se)薄膜中发现了本征配对密度波。这一工作是首次在铁基超导体中观测到本征配对密度波，为研究非常规超导体中的配对密度波、非常规高温超导电性以及拓扑电子态提供了一个全新的低维高温超导平台。该工作以《单层铁基高温超导体中的配对密度波态》（“Pair density wave state in amonolayer high-Tc iron-based superconductor”）为题，于2023年6月28日在线发表于学术期刊《自然》（Nature）。中国科学院物理研究所高鸿钧院士与陈辉副研究员在同期《自然》“新闻和观点”（News&Views）栏目中对该工作以及同期发表的其他三篇相关工作进行了评述。王健课题组利用超高真空分子束外延（MBE）技术在钛酸锶衬底上成功制备出大尺度、高质量的单层铁碲硒【Fe(Te,Se)】高温超导薄膜，其超导能隙高达18 meV，远大于块材铁碲硒（一种重要的拓扑超导候选材料）。在前期的相关研究中，王健课题组在单层Fe(Te,Se)薄膜的一维原子缺陷链两端观测到了稳定存在的零能束缚态，其特征与马约拉纳零能模相吻合【Nat.Phys.16，536—540（2020）】。在本工作中，王健课题组通过原位低温（4.3 K）扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道谱（STS）技术，对单层Fe(Te,Se)薄膜表面的另一种自发形成的原子级缺陷——晶格沿Fe原子最近邻方向挤压形成的畴界展开了系统研究（图1a—d）。课题组首先测量了畴界处局域态密度的空间分布，观测到了具有实空间周期性调制的局域态密度信号（图1e—f）。利用二维锁相分析技术（图1g—h），课题组确定了这种调制的周期约为3.6aFe（aFe为最近邻Fe原子之间的距离），并且没有色散，是典型的电荷序引起的空间调制信号。进一步的能量依赖实验表明局域态密度的周期性调制主要存在于超导能隙之中，说明这一电荷序与薄膜的超导态之间存在关联性。图1(a)单层Fe(Te,Se)薄膜的STM形貌图，图中亮线部分为畴界D1所在区域。（b）畴界处晶格结构的模拟示意图，晶格在畴界处沿Fe原子最近邻方向出现挤压。(c)图a中畴界区域放大后的STM形貌图，其中畴界所在区域用黑色虚线标记出。(d)c图的傅里叶变换（FFT）结果，图中只能看到表面Te/Se原子晶格对应的布拉格点（QBragg）。(e)c图所示区域的局域态密度空间分布，在畴界区域内局域态密度表现出周期性的调制结构。(f)e图的FFT结果。除了QBragg外，图中还出现了局域态密度周期性调制对应的波矢Q。(g)局域态密度调制的空间振幅分布，振幅值的大小对应了调制信号的强弱。具有较强调制信号的区域主要集中在虚线所示的畴界范围内。(h)局域态密度调制的空间相位分布，在虚线所示的畴界区域相位较为均匀课题组进一步对畴界处可能存在的配对密度波展开了系统测量。如图2所示，课题组在畴界处依次观测到了超导相干峰高度（图2a—c）和超导能隙（图2d—g）的空间调制，周期同样为3.6aFe。这两个物理量与超导序参量直接相关，从而提供了二维铁基高温超导体中配对密度波的直接实验证据。 查看详细>>

近日，中国脉冲星测时阵列（CPTA）研究团队利用中国天眼——500米口径球面射电望远镜（FAST），探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据。这表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。来自北京大学科维理天文与天体物理研究所、北京大学物理学院天文学系的长聘副教授李柯伽、博士后陈思远及研究生薛子涵和徐江伟深度参与了这项工作。相关论文在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究》（RAA）在线发表。纳赫兹引力波是引力波的一种，而引力波是由加速运动的有质量物体扰动周围的时空而产生时空的涟漪。对频率低至纳赫兹的引力波进行探测，将有助于天文学家理解宇宙结构的起源，探测宇宙中最大质量的天体即超大质量黑洞的增长、演化及并合过程，也有助于物理学家洞察时空的基本物理原理。在此次研究中，CPTA团队利用FAST对57颗毫秒脉冲星进行了长期系统性监测，并将这些毫秒脉冲星组成了银河系尺度大小的引力波探测器来搜寻纳赫兹引力波。该团队基于独立开发的软件，对FAST收集的时间跨度3年5个月的数据进行分析研究，在4.6西格玛置信度水平（误报率小于50万分之一）上发现了具有纳赫兹引力波特征的四极相关信号的证据。引力波信号极其微弱，却是探测宇宙中不发光物质的直接手段，探测引力波并且开辟引力波观测宇宙的新窗口是天文学家长期以来追求的目标。20世纪70—80年代，引力波的存在通过观测脉冲双星系统的轨道变化得以间接证实，并获得了1993年诺贝尔物理学奖。2016年，美国激光干涉引力波天文台（简称LIGO）宣布在百赫兹频段探测到恒星级质量双黑洞并合产生的引力波，并因此获得了2017年诺贝尔物理学奖。更大质量的天体产生的引力波频率更低。例如，星系中心的超大质量黑洞是宇宙中质量最大的致密天体（一亿到百亿倍太阳质量）。超大质量双黑洞系统绕转时产生的引力波主要集中在纳赫兹频段，相应的信号时标为年到几十年。在这个频段内，还有宇宙早期原初引力波残存至今的部分和宇宙弦等奇异对象产生的引力波。开辟纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口对于理解超大质量黑洞、星系并合历史、宇宙大尺度结构形成等问题具有重大意义。纳赫兹引力波由于频率极低、周期长达数年，其波长可达数光年，对它的探测十分具有挑战性。利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测，是纳赫兹引力波目前已知的唯一探测手段。发现纳赫兹引力波是国际物理和天文领域竞赛的焦点之一。国际上的多个团队，如北美的NANOGrav、欧洲的EPTA、澳大利亚的PPTA，利用各自的大型射电望远镜，已分别开展了长达20年的纳赫兹引力波搜寻。近年来一些新生力量也逐渐加入这一领域，包括我国的CPTA、印度的InPTA和南非的SAPTA。脉冲星测时阵探测纳赫兹引力波的灵敏度强烈依赖于观测时间跨度——即灵敏度随着观测时间跨度的增长而迅速增加。CPTA研究团队面对观测时间跨度远短于美、欧、澳三个国际团队的不利局面，充分利用FAST灵敏度高、可监测脉冲星数目多、测量精度更高的优势，长期系统地监测了一大批毫秒脉冲星，自主开发独立数据分析软件，以数据精度、脉冲星数量和数据处理算法上的优势弥补了时间跨度上的差距，使我国纳赫兹引力波探测灵敏度很快达到了与美、欧、澳相当的水平，从而同时实现此次重大科学突破。不过，受限于当前观测数据较短的时间跨度，CPTA团队暂时无法确定纳赫兹波段引力波的主要物理来源，但这将随着后续观测数据时间跨度的增加而解决。由于CPTA现有数据时间跨度较短，所以数据时间跨度增长带来的效果会更明显，例如，如果数据时间跨度再增长3年5个月，CPTA的数据时间跨度将翻倍，而其他国际团队仅增长不到20%。后续，CPTA团队将充分发挥FAST脉冲星测时精度的国际领先优势，加快纳赫兹引力波探测科研攻关，积累更长期的观测数据，逐步发表更高精度的探测结果，彻底打开人类利用纳赫兹引力波探测宇宙的新窗口。中国科学院国家天文台还将积极推进FAST扩展和升级，基于脉冲星测时阵列方法，实现纳赫兹引力波事件的常规观测，从而建成纳赫兹引力波天文台，并开启更高灵敏度和更高分辨率的低频射电观测研究新纪元，将我国加快建设成为引力波天文和射电天文的强国。国际上，其他脉冲星测时阵列合作组，包括EPTA-InPTA联合团队、NANOGrav团队和PPTA团队，也将和国家天文台同一天宣布相类似的结果。北京大学团队也深度参与了其中EPTA的相关工作。未来，这些区域性合作将推进国际脉冲星测时阵列合作，期待脉冲星测时阵列将很快为人类探索宇宙打开纳赫兹引力波观测新窗口。 查看详细>>