物理化学

BODIPY快速可逆反应控制研究

中国科学院化学研究所光化学重点实验室研究员杨国强课题组与国内外科学家合作，提出了三芳基硼化合物特异荧光性质的发光机理，设计制备了一系列特殊超分子结构荧光探针，应用于对细胞和生物体内的温度、酸碱性等微环境变化和多个活性物种的荧光检测。相关论文发表于《自然—通讯》。通过对meso-位无取代的BODIPY2,6-位取代基的选择性修饰，实现了在碱诱导下的BODIPY的快速可逆二聚反应，二聚产物由于共轭结构的改变使得BODIPY的强发光性质发生猝灭；当遇到可以与诱导剂碱发生反应的物种时，二聚体又可以快速解离，进而恢复BODIPY的强发光性质。据此，设计了甲醛的高效灵度探针。

化学合成反应（Nature Communications）

实现半导体三量子比特逻辑门

中国科学技术大学郭光灿院士领导的中国科学院量子信息重点实验室在半导体量子比特扩展方面获得进展：该实验室半导体量子芯片研究组郭国平教授与肖明、李海欧和曹刚等人创新性地设计并制备了半导体六量子点芯片，并在实验上实现了三量子比特的Toffoli门操控；相关成果发表于Physical Review Applied。设计了T型电极开口式六量子点结构，使得控制比特与目标比特有较强的耦合，同时两个控制比特之间的耦合较小，满足了实现两个控制比特对目标比特受控非门的操控要求，利用优化设计的高频脉冲量子测控电路，实现了基于半导体量子点体系的三电荷量子比特Toffoli逻辑门，为可扩展、可集成化半导体量子芯片的研制奠定了基础。

基于忆耦器实现神经突触可塑性和神经网络模拟

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室孙阳研究组与同行科学家合作，提出了一种基于磁电耦合效应的非易失性电路元件——忆耦器（memtranstor）。这种器件由电荷和磁通的非线性关系来定义，其状态值用电耦来表示，可以通过测量器件的磁电耦合电压值来给出；研究论文发表于Advanced Materials。研究者在具有室温大磁电耦合效应的Ni/PMN-PT/Ni忆耦器中，通过调节脉冲触发电压和脉冲次数，实现了电耦值的连续可逆变化，模拟了神经突触权重增强和减弱行为。利用忆耦器模拟了神经突触可塑性和学习功能，证明了基于忆耦器构建低功耗神经网络的可行性。

二甲苯“绿色合成”研究

中国科学院大连化学物理研究所航天催化与新材料研究中心副研究员李昌志、研究员王爱琴和张涛院士团队在绿色对二甲苯（PX）合成路线中取得新进展，设计出一条以木质纤维素资源生物发酵产物（生物基异戊二烯）和甘油脱水产物（丙烯醛）为原料，利用碳化钨催化分子内氢转移串联反应的合成路线；研究论文发表于《德国应用化学》。选择具有特定结构的生物质平台分子异戊二烯和丙烯醛为底物，在路易斯酸离子液体催化作用下，通过狄尔斯—阿尔德反应，构建具有对位取代基的六元环中间体——4-甲基-3-环己烯甲醛。该中间体在碳化钨催化剂的作用下，通过连续气相脱氢—加氢脱氧反应生成PX，两步反应PX总收率高达90%。

用于搜寻标准模型以外新粒子的单自旋量子传感器

中国科学技术大学杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室提出并实现了用于搜寻类轴子的单电子自旋量子传感器，将搜寻的力程拓展到亚微米尺度；该成果发表于《自然—通讯》。研究者将金刚石近表面NV色心的电子自旋用作传感器来搜寻小于20微米范围的电子与核子相互作用。制备了离金刚石表面10纳米以内的NV色心作为探测器，开发了相应的电子学设备和量子控制方法。实验表明新传感器可以探索的力程范围是0.1微米到23微米。这一新方法也可以推广到其他自旋相关新相互作用的研究，从而为利用单自旋量子传感器来研究超出标准模型的新物理提供了可能性。

电子—核子相互作用检测方案（Nature Communications）

实验装置和量子传感器示意图（Nature Communications）

双指针阿秒钟研究进展

北京大学极端光学创新研究团队刘运全教授和龚旗煌院士等进一步发展了阿秒钟技术，采用同向旋转的双色（400纳米+800纳米）圆偏振激光开展实验研究，实现了一种双指针阿秒钟测量技术；研究论文发表于《物理评论快报》。原子分子内的电子运动时间尺度在阿秒（10-18秒）量级，能够追踪和测量原子或分子中电子的运动一直是物理学家的重要目标之一。在圆偏振激光作用下，激光电场在一个光周期内旋转360度，不同时刻电离的电子波包会在动量空间上被映射到不同的发射角。通过这种基于圆偏振激光的角度分辨streaking技术，对于800纳米激光可以实现2.7飞秒/360度,即7.5阿秒/度的超高时间分辨能力，因此被称为阿秒钟。

可耐受超高温忆阻器

南京大学物理学院缪峰教授课题组与国内外科学家合作，利用二维层状硫氧化钼（氧化二硫化钼）以及石墨烯构成三明治结构的范德华异质结，实现了基于全二维材料的、可耐受超高温和强应力的高鲁棒性忆阻器，研究论文发表于《自然—电子学》。忆阻器，是一种基于“记忆”外加电压或电流历史而动态改变其内部电阻状态的电阻开关。由于拥有超小的尺寸、极快的擦写速度、超高的擦写寿命、多阻态开关特性和良好的CMOS兼容性，忆阻器被业内视为可应用在未来存储和类脑计算（神经形态计算）技术的重要候选者。研究展示了二维层状材料异质结构在忆阻器领域中的应用前景。

量子自旋霍尔和拓扑激子物态研究进展

北京大学量子材料科学中心杜瑞瑞教授课题组研究发现在应变的（strained）InAs/GaInSb量子阱中，存在受时间反演对称性保护的量子自旋霍尔态，并且相比于之前InAs/GaSb量子阱中的量子自旋霍尔态，其体态能隙最大可增加5倍，达到250K。研究论文发表于《物理评论快报》。量子自旋霍尔态是拓扑量子物态的一种，具有绝缘的二维体态和导电的一维螺旋（helical）边缘态。量子自旋霍尔态也被认为是很有可能实现拓扑量子计算的物理平台之一。在应变的InAs/GaInSb量子阱中，量子阱中的应力使其能带发生改变，从而使得体态杂化能隙得以增大，直接导致边缘态电子费米速度的增加，螺旋边缘态中的相互作用效应变弱。