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  自旋流的产生、操作和探测是自旋电子学研究的最基本问题,其中一个关键目标是在室温以上实现电荷流-自旋流的高效转换。电荷流-自旋流转换效率与材料中的自旋-轨道耦合密切相关,通过逆自旋霍尔效应(InverseSpinHalleffect)和逆埃德尔施泰因效应(InverseEdelsteineffect)可实现自旋流-电荷流的高效转换。  由于拓扑绝缘体中存在强自旋-轨道耦合,从而导致“自旋-动量锁定”狄拉克表面态的形成。当三维自旋流从相邻铁磁层注入到具有自旋手性结构的狄拉克表面时,通过逆埃德尔施泰因效应产生二维电荷流。自旋流-电荷流的转换效率等于狄拉克费米子的费米速度和自旋-动量散射时间的乘积,即\(\lambda_{\mathrm{IEEE}}(TI)=j_{c}^{2D}/j_{S}^{3D}=v_{F}\tau_{S}\)。除拓扑表面态外,二维电子气(2DEG)的Rashba效应也可以导致自旋劈裂,从而提高自旋流-电荷流的转换效率,\(\lambda_{\mathrm{IFEE}}(\text{Rashba})=j_{c}^{2D}/j_{S}^{3D}=\alpha_{R}\tau_{S}/\hbar\)。因此通过调控铁磁金属/拓扑绝缘体异质结界面的能带结构可有效提高自旋流-电荷流的转换效率。  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M04课题组研究员成昭华团队与美国北卡罗纳州立大学教授孙达力课题组合作,利用M04组内自主搭建的分子束外延-深紫外磁圆二色谱仪-角分辨光电子联合系统(MBE-DUVMCD-ARPES)和孙达力搭建的自旋泵浦探测系统(Spin-pumpingmeasurements),系统地研究了Fe/Bi(n)/Bi2Se3异质结表面态演化对自旋--电荷转换效率的影响,在室温下获得高的自旋-电荷转化效率。首先采用分子束外延MBE技术生长了拓扑绝缘体Bi2Se3并在表面沉积Bi,构筑了拓扑保护狄拉克表面态(DSS)与Rashba表面态(RSS)二者的共存态,并通过ARPES测量验证了这种共存表面态的存在。其后在Bi/Bi2Se3拓扑异质结的表面上原位生长了15nm厚的Fe作为磁性层,利用自旋泵浦探测发现拓扑表面态与Rashba表面态的构筑可以大幅地增加自旋流的注入效率;改变中间层Bi层厚度发现自旋-电荷流的转换效率与Bi厚度呈现非单调可调控的变化,转化效率λIEE从纯Bi2Se3的0.12nm(tBi=0BL)增加到0.28nm(tBi=4BL)。分析表明自旋流—电荷流转换效率的提高源自从Bi层到Bi2Se3层的电荷转移,导致费米面在DSS和RSS态的位置变化,进而调控了界面处自旋极化势,最终实现了对转化效率λIEE非单调调控。该研究揭示了利用界面强自旋-轨道耦合的能带工程可以大幅提高自旋流-电荷流的转换效率,为实现更低功耗的铁磁金属/拓扑绝缘体自旋电子学器件提供了新的思路。相关研究发表在近期的NanoLetters上。  该项研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中科院前沿科学研究计划大力资助以及北卡州立大学的支持。  文章链接图1.左图:ARPES测量得到的Bi(1BL)/Bi2Se3能带结构图。右图:利用自旋泵浦手段进行自旋输运测量示意图。图2.(a)阻尼因子和自旋混合电导(Inset)随Bi层厚度的变化关系。(b)Spin-charge转化效率和IEE响应电压(Inset)随Bi厚度的变化。(c)对于TISS、RSS以及共存态,其平均自旋极化势和费米面移动之间的关系。底图:各个表面态演化和费米面的位置随着Bi层厚度的关系。

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  稻瘟病是水稻生产上的毁灭性病害,在阴雨连绵、光照不足时常常会大暴发,但是其机制至今仍不清楚。近日,南京农业大学张正光课题组研究发现,有些水稻品种在光照较弱时,稻瘟病发病严重,而光照强时,则发病弱。相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。  研究表明,水稻体内有一种专门负责吸收和传递光能的水稻捕光复合体(LHC)家族,其成员之一LHCB5,正常情况下会与其工作伙伴PsbS(一种电子转运相关蛋白)一起在叶绿体中组团工作。张正光团队发现,在光照条件下,稻瘟病菌入侵水稻时,LHCB5的第24位苏氨酸发生磷酸化,在水稻体内拉起“战时警报”。  张正光介绍,水稻“战时警备”状态下,LHCB5会一反常态,加速向叶绿体中积累,撇开老朋友PsbS,自身以“三人特别行动队”的方式快速聚合。大量特别行动队在叶绿体中快速集合“巡逻”和“戒严”,导致叶绿体正常的电子行动不便,转运速率下降,这些电子在叶绿体中大量积累,与氧气合作,诱发叶绿体中活性氧的迸发,唤醒了叶绿体内专门的抗病相关基因,从而提高了水稻对稻瘟病菌的抗病性。  该研究同时分析了3000份水稻种质资源,发现LHCB5基因的启动子区域存在丰富的多态性位点(SNPs),不同的SNPs决定着LHCB5基因转录水平的高低,并且在粳稻和籼稻品种中存在明显分化,粳稻中LHCB5的转录水平显著高于籼稻品种。  论文第一作者、南京农业大学植保学院刘木星解释道,进一步对200多份水稻材料进行转录水平和抗性关联性分析,发现LHCB5的转录水平与抗性呈正相关,且LHCB5超表达的转基因水稻对稻瘟病菌不同的小种表现出广谱抗性。

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  我国西南地区具有丰富的报春花资源,同时这里也被认为是世界报春花属植物的起源和分布中心。记者14日从中国科学院昆明植物研究所获悉,该所极小种群野生植物综合保护团队在报春花属植物自然杂交与新品种选育方面取得了新进展。研究成果发表在植物学主流期刊《BMC植物生物学》上。  报春花属植物中真正的自然杂交研究实例很少,在种质资源创新利用与新品种开发方面的研究还相对滞后。近年来,昆明植物研究所的团队持续关注报春花属植物的自然杂交与杂交后代的园艺利用,前期以橘红灯台报春、霞红灯台报春及其两者形成的杂交后代为研究对象,通过片段测序、分子标记以及大量的野外试验,揭示了这一杂交过程及维持的原因。  他们以极小种群野生植物茴香灯台报春与广布种海仙花的天然杂交区为研究对象,探究了自然杂交与极小种群形成与维持的关系。研究发现,茴香灯台报春目前仅有1个居群保持较纯的遗传背景,其余2个居群均检测到杂交渐渗的存在。尤其是在白水台居群,大部分形态鉴定为茴香灯台报春的个体检测到回交渐渗,其比例远大于广布种海仙花,暗示遗传沼泽会加速茴香灯台报春的濒危。  团队对报春花属引种成功的杂交后代建立了观赏性状评价体系,筛选出观赏性状突出、具有广泛园艺利用前景的天然杂交后代单株,突破了这些优良单株的高效营养繁殖技术,掌握了其高效集成栽培技术。近日,橘红灯台报春和霞红灯台报春的天然杂交后代“红粉佳人”和“金粉佳人”,以及茴香灯台报春与海仙花的天然杂交后代“白水紫霞”,通过了报春花新品种的评审,并获得了3个云南省园艺植物新品种授权证书。  (原载于《科技日报》2019-08-1501版)

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  记者近日获悉,中科院南海海洋所林间团队张锦昌副研究员与多国科学家合作,通过详细分析最新采集的海洋磁测数据,获得了西太平洋大塔穆火山形成机制的新认识,相关成果发表在《自然—地球科学》上。  西太平洋是巨型海底火山最密集的区域,其中大塔穆火山被誉为地球上最大的火山,然而学者对这座火山是怎样形成的一直存在疑惑。2015年,国际科研团队前往大塔穆火山采集高密度的海洋磁测数据。经过几年的科研攻关,研究人员成功绘制出最新、最详尽的大塔穆火山磁异常图,并反演出火山内部的磁性结构。  这次研究发现大塔穆火山具有显著的条带状磁异常特征,是海底扩张过程的岩浆产物。这个新认识挑战了之前被广泛接受的地幔柱成因假说。尽管大塔穆火山地壳厚度巨大并呈现超低倾角火山盾,但是熔岩喷发始终被约束于洋中脊,不会流出脊中心很远,进而产生线性、横向的火山结构。  研究人员表示,大塔穆火山形态上是盾状火山,但是表面熔岩没有大面积、长距离扩散,而且内部结构也不是垂向叠加而成。同时,该火山构造上是洋中脊模式,但是地壳超厚,而且地壳厚度随着时间推移发生巨大变化,说明岩浆供应量极其不稳定。因此,大塔穆火山既不是典型的盾状火山,也不是典型的洋中脊,也许它是一个混合型的巨型海底火山类型。这种新型的火山能否被重新定义、地球上最大的单体火山这个命名是否仍然准确,有待日后研究进一步查明。  (原载于《中国科学报》2019-08-15第1版要闻)

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  近日,中国科学院大连化学物理研究所研究员韩克利团队开发了一种新型的溶剂极性调控的三重态-三重态上转换发光体系,相关工作发表在TheJournalofPhysicalChemistryLetters上。  三重态-三重态湮灭(TTA)上转换作为一种光子上转换技术近年来在太阳能转化、光催化、发光材料、生物传感器等领域被广泛研究和应用。TTA上转换体系的激发和发射光波长可以通过选择不同的能量给体和受体进行调节,但是同一受体分子的发光波长可调谐的TTA上转换体系却未见报道。该工作设计合成了一个具有发光溶致变色效应的双发色团化合物HB-An,并以该化合物为TTA能量受体第一次获得了发光波长可调谐的TTA上转换体系。该体系发光可在蓝绿色与黄色之间微调,上转换量子产率高达25.5%。  此外,科研人员结合稳态和时间分辨的光谱技术,以及密度泛函理论计算研究了化合物HB-An的激发态动力学,揭示了其分子结构与激发态性质之间的关系。该工作对开发新型的发光波长可调的TTA上转换受体化合物具有重要意义。  上述研究工作得到国家自然科学基金重点项目等的资助。 大连化物所在溶剂极性调控光子上转换体系发光研究中获进展

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  最近,中国科学院微生物研究所钱韦研究组在PLoSPathogens上在线发表了一项题为Cyclic-di-GMPbindshistidinekinaseRavStocontrolRavS-RavRphosphotransferandregulatesthebacteriallifestyletransitionbetweenvirulenceandswimming的成果,该研究发现一种细菌控制生活方式转变的生物化学新机制。  绝大多数动、植物病原细菌是所谓条件型致病菌(opportunisticpathogen)。这类病原在正常生存(free-living)时对寄主无害甚至有益。但是,当它们侵入到寄主体内,或进入到非正常生活的寄主组织中,细菌可能因生境发生剧烈变化(比如受到免疫系统的攻击)而表达毒力因子,转而用毒性生活(virulence)来保护自己。例如,共生于人类皮肤表面的金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、链球菌等细菌对人体无害,而一旦通过伤口进入体内则可能导致严重感染和各种机体炎症。因此,对于条件致病型细菌而言,从自由生存到毒性生活的相互转变是其生存斗争的需要,受到细菌细胞感知系统的精细控制。  这项新研究发现:植物病原细菌-野油菜黄单胞菌细胞内一个名为RavS的受体在控制细菌生存方式转变中发挥着重要作用:RavS是一种组氨酸激酶,当其处于高磷酸化水平时,它控制细菌游动,但抑制细菌的毒力;但当RavS处于低磷酸化水平时,它虽然对毒力没有控制作用,但却抑制细菌的游动性。因此,当细菌需要从自由生存状态向毒性状态转变时,RavS的磷酸化水平必须下降到较低水平。研究发现,这一下降过程是由细菌细胞内第二信使分子c-di-GMP(环二鸟苷单磷酸)严格控制的:c-di-GMP直接接合到RavS的ATP酶区,显著增强了它的磷酸转移酶活性。在将磷酸基团“甩”给下游反应调节蛋白RavR以后,RavS的磷酸化水平自然回归到较低水平,从而解除对细菌毒力因子表达的抑制作用。因此,c-di-GMP信号分子与受体RavS的相互作用是调控细菌自由生活向毒性转变的关键环节。  值得注意的是,在上述控制过程中,细菌双组分信号转导系统RavS-RavR之间的特异性关系不但决定于这两个蛋白的一级序列,而且需要c-di-GMP信号分子的驱动。因此,研究新发现了一种控制细菌双组分信号转导系统特异性的生物化学机制,并为发展新型抗菌化合物提供了关键分子作用靶标。  该研究主要由钱韦研究组的博士后程寿廷完成。此项研究得到国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项和国家杰出青年科学基金等的联合资助。  论文链接

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