【科创热榜前沿科技周报】-101期转贴

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前沿科技盘点〔101〕丨我国科研团队研发出太阳能动力微型无人机；我国科学家发现新型高温超导体 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0240723_172553.html

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续航能力关乎无人机的“生命力”，太阳能供能是实现无人机长时续航的重要路径之一。北京航空航天大学科研团队利用自主开发的新型静电电机，成功研制出仅重4.21克的太阳能动力微型无人机，实现纯自然光供能下的持续飞行。

复旦大学团队科研利用高压光学浮区技术成功生长了三层镍氧化物，证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性，其超导体积分数达到86%，这意味着又一新型高温超导体被发现。

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101期。

1 我国科研团队研发出太阳能动力微型无人机

续航能力关乎无人机的“生命力”，太阳能供能是实现无人机长时续航的重要路径之一。太阳能驱动大型无人机飞行已不是新鲜事，然而如何借太阳能驱动微型无人机一直是业界难题。对于微型无人机而言，电磁电机在微型化后转速上升、发热增高，能量转化率急剧下降，同时由于机身无法承受大面积太阳能电板负重，导致其无法飞行。

北京航空航天大学科研团队利用自主开发的新型静电电机，成功研制出仅重4.21克的太阳能动力微型无人机，实现纯自然光供能下的持续飞行。相关成果7月18日在国际学术期刊《自然》发表。

北航能源与动力工程学院教授漆明净团队创新性提出一种新型静电驱动方案，研制出转速低、发热少、效率高的微型静电电机，让动力系统减少热量损耗，使太阳能电池片产生的电能高效转化为动能。实现微型飞行器在纯自然光供能下的起飞和持续飞行。团队专门研制出仅重1.13克的超轻质高压电能变换器，将太阳能电池片产生的电压从4.5伏左右提高至9000伏，打造出静电系统。

“太阳能微型无人机可实现长航时飞行，未来进一步开发后，有望在应急救援、狭窄空间检测等场景中应用。”北航能源与动力工程学院教授闫晓军说。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07609-4

2 我国科学家发现新型高温超导

复旦大学物理学系赵俊教授团队利用高压光学浮区技术成功生长了三层镍氧化物，证实了镍氧化物中具有压力诱导的体超导电性，其超导体积分数达到86%，这意味着又一新型高温超导体被发现。17日该成果发表于国际学术期刊《自然》。

镍氧化物被认为是实现高温超导电性的重要候选材料之一。赵俊教授团队此次成功合成了高质量三层镍氧化物单晶样品，样品在低于超导临界温度下表现出零电阻和完全抗磁的迈斯纳效应，超导体积分数与铜氧化物高温超导体接近，有力证明了镍氧化物的体超导性质。

赵俊教授团队利用高压光学浮区技术生长了大批样品，在不断寻找总结规律基础上，最终成功合成了纯相三层镍氧化物单晶样品。此外，研究还发现三层镍氧化物呈现出奇异金属和独特的层间耦合行为，为人们理解高温超导机理提供了新的视角和平台。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07553-3

3《Nature Communications》丨神光二号激光装置“解锁”复杂天体中电子起源之谜

实验室产生电子随机加速过程的艺术图。红色小球代表被加速的高能电子，白色曲线代表随机加速电子的运动轨迹，背景紊乱的结构代表天体中大尺度湍流等离子体。

近日，中国科学院国家天文台联合北京大学、中国科学院物理研究所、上海交通大学等，在上海神光二号（SG-II）装置上首次实现了大尺度动理学湍流等离子体中的电子随机加速过程，揭开了复杂天体环境中高能电子的产生谜团。

作为《科学》杂志发布的125个科学问题之一，天体中高能粒子的起源问题一直是未解之谜。天体物理学家提出了磁重联加速、冲击波加速和随机加速等多种机制，以解释不同天体环境中高能粒子的产生机制。

此次，科研人员利用“神光二号”大型激光装置，在实验室产生超音速对流等离子体，利用束流速度异性诱导电磁韦伯不稳定性的产生和发展，进而诱发形成大尺度的等离子体紊乱结构。进一步分析发现，该紊乱结构的功率谱与动理学湍流谱高度一致，实验还同时测量来自于不同角度的高能电子幂律谱。

通过理论模拟，科研人员发现，该高能电子主要来自于湍流等离子体中热电子与磁岛发生多次“碰撞”获得的能量增益，即湍流随机加速。上述成果对于探讨天体复杂环境中粒子加速和高能辐射具有重要意义。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50085-7

4《Nature》丨新型抗结核药物怎么设计？“饿死”结核菌的秘密武器大起底

人源ATP合成酶结合贝达喹啉的冷冻电镜结构

结核病是由结核分枝杆菌引发的传染性疾病，是全球关注的重大公共卫生问题之一。贝达喹啉是一种靶向结核分枝杆菌ATP合成酶的抑制剂，目前被世界卫生组织列为耐利福平结核病和耐多药结核病长程治疗方案的首选药物。但贝达喹啉由于与钾离子通道蛋白hERG相互作用导致患者心脏发生心律失常的风险增加，且对人源ATP合成酶存在潜在的交叉抑制活性。

为此，南开大学生命科学学院贡红日、饶子和与合作者展开一系列研究。他们利用“基因敲入-基因敲除-基因过表达”策略结合亲和层析及凝胶过滤层析蛋白纯化方法，获得均一稳定有活性的结核分枝杆菌ATP合成酶蛋白样品；分别解析出了贝达喹啉和最具代表性的贝达喹啉衍生物TBAJ-587的高分辨率冷冻电镜结构。结构显示，TBAJ-587与结核分枝杆菌ATP合成酶的结合模式和贝达喹啉的结合模式相同。TBAJ-587与贝达喹啉都是主要通过A基团和D基团与结核分枝杆菌ATP合成酶发生相互作用，最终阻止ATP合成，达到“饿死”结核分枝杆菌的目的。

他们进一步发现，贝达喹啉和TBAJ-587均对人源ATP合成酶存在交叉反应，并解析了人源ATP合成酶结合贝达喹啉的冷冻电镜结构。分析发现，基于贝达喹啉中B基团和C基团再设计产生的TBAJ-587只是降低了与hERG蛋白相互作用引发心脏发生心律失常的风险，A基团再设计优化才有可能降低与人源ATP合成酶的相互作用，进而规避临床治疗中带来的潜在健康风险。这项研究成果对结核病基础研究及临床转化具有重大意义，将对进一步优化贝达喹啉及开发类似甚至更为有效的新药起到推动作用。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07605-8

5《Nature Communications》丨向月球南极平原挺进，为嫦娥七号探路

月球南极地区平原地貌分布图

月球极区富集了水冰等物质，是当下月球探测与科学研究的一个热门地带。未来几年，国内外航天机构计划对月球南极地区开展全方位的遥感、着陆、巡视及载人登月探测，如我国计划于2026发射的嫦娥七号任务，就将着陆月球南极地区并开展。但据遥感影像及地形探测数据显示，月球南极地区撞击坑星罗棋布，地形崎岖不平，缺乏以往探测任务着陆区所在的大面积月海平原。这给月球南极着陆及综合性环境与资源勘查带来困难。

近日，山东大学行星科学乔乐课题组联合国内外科学家，综合利用高分辨率地形等探测数据，对月球南极地区进行了相关研究，识别出了800多处平原地貌，总面积超过4.6万平方公里，占整个南极地区面积的13%左右。

目前，很多月球极区探测任务的候选着陆区均着眼于高耸的山顶区域，而这项研究为未来月球极区水冰探测提供了平原地区这一新视角。平原部分区域光照时间比率可达30%左右，可为着陆探测提供一定的能量；通过对平原地貌的外来盆地溅射物的月面测量和采样分析，有望获取源区盆地的形成年龄，继而约束月球早期撞击通量。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-50155-w

6《Nature》丨打造“天元”量子模拟器，首次验证费米子哈伯德模型反铁磁相变

“天元”量子模拟器示意。红色和蓝色的小球分别代表自旋相反的原子，在三维空间交错排列，形成反铁磁晶体。原子被光晶格囚禁在玻璃真空腔中。

以高温超导为代表的强关联量子材料将推动未来科技的发展，但这些新型量子材料背后的物理机制尚不明确。这其中，费米子哈伯德模型是被认为是可能描述高温超导材料的代表性模型之一，其研究面临的挑战来自两方面。一是该模型在二维和三维下没有严格解析解。二是计算复杂度非常高，即使是超级计算机也无法进行有效的数值模拟。

为此，中国科学技术大学潘建伟、陈宇翱、姚星灿、邓友金等科学家构建了求解费米子哈伯德模型的超冷原子量子模拟器“天元”，以超越经典计算机的模拟能力首次验证了该体系中的反铁磁相变，为进一步求解该费米子哈伯德模型、获取其低温相图奠定了基础，展现了量子模拟在解决经典计算机无法胜任的重要科学问题上的巨大优势。（专栏作者 李潇潇）

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07689-2

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