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原子尺度揭秘：晶體“拼裝”如何決定最終形狀

成核和生長是結晶的兩個重要階段，對晶體晶相、尺寸、形貌、性能等起關鍵控制作用。然而，經典理論難以解釋晶體生長過程中觀察到的諸多現象，如二次成核中存在的非晶過渡態、組分分離現象等。

中國科學院新疆理化技術研究所研究員李俊杰團隊聯合美國勞倫斯國家實驗室、歐洲伊比利亞國際納米實驗室等科研人員，利用球差矯正的透射電子顯微術與分子動力學模擬，在原子尺度上揭示了晶體尺寸、缺陷密度及接觸方式共同影響的晶體融合生長機制。

原子尺度的動力學研究表明，當一個五重孿晶與更小的納米晶體相遇，或兩個五重孿晶以面對面接觸方式相遇時，會快速融合生長形成一個新的五重孿晶；當兩個晶體以頂角接觸頂角的方式相遇，其融合動力學過程則明顯滯后且緩慢，這種機制不利于形成五重孿晶，但利于形成復雜多重孿晶結構。這一結果凸顯了面缺陷及納米晶接觸方式影響的融合生長過程。該研究揭示了由于缺陷的存在，原子柱逐個遷移導致彎曲晶界的形成機制。

這一研究通過原位觀察晶體結晶動力學過程，有助于厘清五重孿晶的融合生長機制，為晶體可控制備提供指導。

太赫茲“三劍客”光源問世，探測更快更準

中國科學院上海微系統與信息技術研究所黎華團隊與華東師范大學曾和平團隊合作，在太赫茲（THz）三光梳光源方面取得重要進展。研究提出并實現了一種緊湊型太赫茲三光梳系統，由兩個片上集成的太赫茲量子級聯激光器（QCL）光頻梳（Comb-1和Comb-2）與一個獨立的單光梳器件（Comb-3）構成，結合了集成化與靈活性優勢，提升了系統熱穩定性與信息獲取能力。

通過自探測技術，系統可獲取任意兩組光頻梳混頻產生的三光梳信號。團隊采用三維和二維有限元仿真，揭示了不同光梳間的耦合機制：Comb-1與Comb-2通過襯底耦合，而Comb-3則主要通過自由空間與前兩者耦合。實驗結果表明，該系統能產生信噪比超過30 dB、包含11個梳齒的穩定三光梳信號。系統具備靈活的光譜探測能力，可同步獲取多組雙光梳射頻譜，如將Comb-3作為快速探測器時，可同時獲得Dual-Comb 13和Dual-Comb 23譜。相位噪聲分析證實系統具有良好的穩定性。

該成果為太赫茲光譜學、精密測量等領域提供了高性能光源新方案，推動了太赫茲多光梳技術的發展。

高精度揭示夸克碎裂規律，探秘物質最深處

中國科學院近代物理研究所聯合上海交通大學物理與天文學院、華南師范大學量子物質研究院等團隊，在部分子碎裂函數研究方面取得重要進展。該研究首次以當前最高理論精度，揭示了夸克如何碎裂為π±、K±等帶電強子的關鍵規律，為理解物質微觀結構和強相互作用機制提供了新視角。

部分子碎裂函數描述了高能夸克和膠子轉化為可觀測強子的過程，是理解量子色動力學中色禁閉和強子化現象的核心，但因其非微擾特性，無法通過理論直接計算，只能依賴實驗數據進行全局分析。該團隊基于正負電子湮滅和半單舉深度非彈性散射實驗數據，特別是北京譜儀（BES）的關鍵數據，實現了對輕強子碎裂函數的完整次次領頭階（NNLO）全局分析，顯著提升了理論預測精度。

研究還驗證了低能區實驗數據在共線因子化框架下的一致性，證明該理論方案高度可靠。同時，分析發現最新強子產生數據傾向于支持質子中奇異夸克與反奇異夸克不對稱性低于現有部分子分布函數（PDFs）的預測，為核子結構研究提供了新線索。

該工作發展的高精度分析方法和結果，將為未來電子-離子對撞機（EIC）等重大設施上的核物質研究提供重要支撐。

探秘銀河系邊緣，揭開貧金屬區恒星誕生之謎

銀河系邊緣區域金屬豐度低、恒星形成歷史簡單，是研究貧金屬環境下分子云演化和恒星形成的天然實驗室。然而，由于這些分子云距離遙遠、分布彌散且恒星活動微弱，相關觀測研究長期受限，其基本物理性質和形成機制尚不清楚。

中國科學院新疆天文臺科研人員利用西班牙IRAM 30米射電望遠鏡，對一批位于銀心距14千至22千秒差距的銀河系邊緣分子云進行了觀測，并結合紫金山天文臺“銀河畫卷”巡天的CO（1-0）數據，系統研究了CO（2-1）與CO（1-0）譜線強度比（R21）在該區域的變化特征。

研究發現，銀河系邊緣分子云的平均R21比值顯著高于銀河系內部及近鄰分子云，與貧金屬星系中的觀測結果一致。同時，R21在空間上表現出高度彌散性。統計分析進一步表明，具有較高R21比值的氣體區域，與致密分子云核及微弱恒星形成活動在空間上存在關聯。

該成果首次在銀河系邊緣揭示了R21比值升高的現象，為理解低金屬豐度環境中分子氣體的激發機制和恒星形成過程提供了關鍵觀測依據，有助于完善極端環境下星系演化和恒星誕生的理論模型。

新型基因“剪刀”問世，精準編輯超長DNA片段

基因組編輯技術在精準醫療和作物改良中前景廣闊，但對數千至數百萬堿基的大片段DNA進行精準操縱仍是世界性難題。現有技術在編輯尺度、效率和類型上存在局限，難以實現染色體水平的插入、刪除、倒位、易位等復雜操作。

中國科學院遺傳與發育生物學研究所高彩霞團隊開發出新型可編程染色體編輯技術PCE（Programmable Chromosome Editing），實現了從千堿基（kb）到兆堿基（Mb）尺度的精準無痕DNA編輯。該技術融合三項關鍵創新：一是設計不對稱Lox位點，顯著降低傳統Cre-Lox系統可逆性，提升編輯穩定性；二是通過蛋白定向進化獲得高效工程化Cre變體，重組效率提升3.5倍；三是創建Re-pegRNA策略，利用引導編輯器精準“擦除”編輯后殘留的Lox位點，實現無痕修復。

集成上述技術，團隊構建了PCE與RePCE系統，在動植物細胞中成功實現18.8 kb基因片段整合、5 kb序列替換、12 Mb染色體倒位、4 Mb刪除及整條染色體易位。研究還創制出含315 kb精準倒位的抗除草劑水稻新種質。

該技術突破了大片段DNA編輯瓶頸，為基因簇調控、遺傳病治療、作物性狀改良及人工染色體構建提供了強大工具，有望推動合成生物學與新型育種技術發展。

像氣球一樣軟硬可調，這種腦電極會“變身”

可變剛度的“神經觸手”式神經探針在腦機接口領域，柔性神經電極因其良好的生物相容性和與腦組織匹配的機械性能，被視為實現長期穩定神經信號采集的理想方案。相比傳統剛性電極，柔性探針能顯著減少組織損傷和炎癥反應，延長在體工作壽命。然而，其低剛度特性也帶來植入難題——難以自行穿透腦組織，通常依賴硬質導入器，反而加劇損傷，限制了實際應用。

為解決這一瓶頸，中國科學院心理研究所梁璟團隊與半導體研究所裴為華團隊合作，開發出一種剛柔可調的“神經觸手”式柔性神經探針。該探針內置微型液壓系統，通過調節內部壓力實現剛度切換：植入時充壓變硬，精準穿刺腦組織；到位后減壓恢復柔軟，貼合腦環境。整個過程無需額外硬質導入工具，真正實現微創植入。

動物實驗表明，該技術可使急性組織損傷降低74%以上，慢性免疫反應減少約40%。在小鼠長期記錄中，探針保持高信號質量與信噪比，功能通道數和可識別神經元數量均優于傳統方法。這一成果不僅為神經環路研究提供了高性能工具，也為柔性電極的實用化和下一代微創神經接口技術開辟了新路徑。