【科创热榜前沿科技周报】-93期转贴

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前沿科技盘点〔93〕丨先进芯片和高端设备如何“随热应变”？下一代工业生物技术的“现在进行时”是追 “新”逐“绿” 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/ztbd/kcrbqykjzb/202405/t20240527_158299.html：

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一直以来，精确热管理相关技术被视为制约先进芯片和高端设备效率和寿命的关键技术。但围绕这个问题，学界对于纳米材料非均匀应变下的导热机制缺乏系统研究。为此，北京大学杨林、高鹏、杜进隆与西安交通大学岳圣瀛等科学家合作实验，取得了新进展。

我国科学家聚焦前沿技术创新和传统产业转型，持续开辟相关未来产业新赛道。作为发展新质生产力的一个重要面向，下一代工业生物技术研发势头强劲，追 “新”逐“绿”成为 “现在进行时”。以北京理工大学霍毅欣团队为例，他们通过改造耐盐济州杆菌实现了低成本的绿色生物制造。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第九十三期。

1《Nature》丨先进芯片和高端设备如何“随热应变”？

非均匀应力对硅纳米带导热的显著抑制现象

纳米材料具备优异的力学特性，能承受远超块体材料的应变，常被设计用于调节块体材料的物理/化学性能（电子、光学、磁性、声子和催化活性等）。一直以来，精确热管理相关技术被视为制约先进芯片和高端设备效率和寿命的关键瓶颈。但围绕这个问题，学界对于纳米材料非均匀应变下的导热机制缺乏系统研究。

为此，北京大学杨林、高鹏、杜进隆与西安交通大学岳圣瀛等科学家合作，通过实验探究出非均匀应力对导热调控的新策略。研究团队通过在自制的悬空微器件上弯曲单个硅纳米带诱发非均匀应变场，利用具有亚纳米分辨率的基于扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱技术表征了局域晶格振动谱。其研究揭示了非均匀应变对固体导热的调制机理，还为基于应变工程的功能性器件的创新设计提供了重要思路。例如，基于应变梯度引起的晶格热导率降低，与载流子迁移率增强之间的协同作用，为开发高性能的热电转换器件提供一种新策略。此外，基于非均匀应变调制热导率可实现功能性热开关器件，用于动态控制热通量。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07390-4

2《Chemical Engineering Journal》丨下一代工业生物技术的“现在进行时”是追 “新”逐“绿”

改造耐盐济州杆菌实现非灭菌发酵生产

我国科学家聚焦前沿技术创新和传统产业转型，持续开辟相关未来产业新赛道。作为发展新质生产力的一个重要面向，下一代工业生物技术研发势头强劲。下一代工业生物技术可在开放的非灭菌环境下，基于极端微生物以可再生资源的原料进行低成本绿色生物制造。北京理工大学霍毅欣团队就通过改造耐盐济州杆菌，实现了非灭菌的发酵生产。

该团队首次开发了一种类似大肠杆菌的、易于工程改造的新型耐盐微生物平台——济州杆菌 Jejubacter sp. L23。他们通过生物合成途径和宿主代谢途径等多方面工程改造，实现了以济州杆菌为宿主，利用非粮生物质菊粉为底物，非灭菌发酵生产异丁醇、( R , R )-2,3-丁二醇和番茄红素等大宗化学品。依托该技术，在3L发酵罐中，L23R7菌株利用菊粉进行非灭菌发酵生产异丁醇的产量高达41.0±1.2 g/L，是摇瓶发酵实验的5.5倍。

原文链接：

doi.org/10.1016/j.cej.2024.152076

3《Nature Communications》丨化学反应中稍纵即逝的瞬间 “显形”了

FNH3-负离子直接光脱附和自脱附过程示意图

化学反应过渡态决定了化学反应的基本特性。然而，对多数化学反应而言，其反应过渡态的寿命非常短，实验观测非常困难。因此，直接观测反应过渡态也被认为是化学研究中的一个“圣杯”。共振态是化学反应体系在过渡态区域形成的具有一定寿命的准束缚态，它为研究化学反应在过渡态附近的行为提供契机。

近日，中国科学院精密测量院理论与计算化学研究组宋宏伟与清华大学教授宁传刚团队、新墨西哥大学郭华合作，利用FNH3-负离子偶极束缚态的自脱附现象，成功观测到F + NH3反应过渡态附近弱弗兰克-康登区域的束缚态和Feshbach共振态，为研究化学反应过渡态提供了全新的观测手段。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-48202-7

4《Science Advances》丨这些时光雕刻者把“时空”串成了串串

携带28个STOV的时空涡旋串的衍射图像及产生该涡旋串所用的相位图

涡旋光不仅携带轨道角动量（OAM），而且具有独特的光学性质，在微观粒子操控、大容量光通信、超分辨成像等方面具有广泛应用。时空涡旋（STOV）是携带横向轨道角动量的一种新型的光学涡旋，在各种光学现象中表现出新奇的特性，近年来备受关注。

近期，中国科学院上海光机所与复旦大学、海南大学等单位合作，通过实验产生了携带多个OAM模式且拓扑荷可控排列的时空涡旋串。其研究从理论和实验上验证了一个超快光脉冲可以加载几十个STOV；利用衍射方法，一次性读出了脉冲内所有STOV的拓扑荷排列，实现了时空涡旋串的快速、并行检测。基于时空涡旋串，研究团队还提出了一种新的光通信编码/解码方法——多态横向 OAM 键控技术，并演示了这种新型结构光在光通讯中的应用。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn6206

5鼻颅底“超级侦探”来了，主打一个“沉浸式”体验

系统的局部探查场景

近日，北京协和医院耳鼻喉科自主研发了一款针对鼻颅底区域的高仿真度、高性价比的“鼻窦-颅底虚拟现实内镜教学系统”，为医学生和医生提供更为直观、全面的解剖学习和手术训练体验，提供VR技术条件下的鼻内镜教学体验。

鼻窦-颅底区域是人体解剖最复杂的区域之一，学习困难大、曲线长。据称，该系统在业界首次融合了三维解剖教学和VR仿真教学功能，如同“超级侦探”。它兼具三维解剖结构教学、三维手术导航教学和内镜模拟探查教学功能。

这个项目建立了高分辨、高仿真头颅内镜基本模型，首次针对翼腭窝、颞下窝等解剖复杂的鼻颅底区域，梳理解剖及手术要点，提供更加清晰、完备、深入的鼻窦-颅底解剖学习内容。其通过虚拟模型和3D打印实物模型配合，并在力反馈手柄上增加延长杆，可提供高逼真度的、手眼一致的内镜模拟探查交互体验。（专栏作者 李潇潇）

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