Author: Marie - 1ban.news

2012年，理论物理学家预言了一类新的量子材料：拓扑晶体绝缘体（TCI），其中导电边缘态的保护并非来自时间反演对称性——如传统拓扑绝缘体那样——而是来自晶格本身的对称性。这一预言开启了一种诱人的可能性：某些材料的原子级薄片可以沿其边缘无耗散地传导电流，即使在室温下也是如此。 将这一预言变为现实花费了十多年的时间。现在，芬兰于韦斯屈莱大学和阿尔托大学的研究人员制造出了首个二维拓扑晶体绝缘体——在二硒化铌（NbSe₂）晶体上生长的锡碲（SnTe）双层结构。该研究成果于7月11日发表在《自然·通讯》上。 “这种材料在十多年前就被预言了，许多研究小组都试图制造它，”通讯作者、阿尔托大学应用物理学教授Peter Liljeroth说。”挑战在于找到合适的衬底来提供必要的应变。” 应变作为控制旋钮 突破的关键在于应变。块体形式的SnTe是一种三维TCI，但当减薄到只有几个原子层时，拓扑保护就会丧失——除非薄膜处于压缩状态。芬兰团队利用分子束外延技术——在超高真空中逐层沉积原子的技术——在2H-NbSe₂衬底上生长了双层SnTe（共四层原子，约0.8纳米厚）。SnTe和NbSe₂之间的晶格失配——两种晶体结构不能完全对齐——在SnTe薄膜中产生了内在的压缩应变，这是释放其拓扑特性的关键。 利用扫描隧道显微镜和光谱学在4.7开尔文温度下的观测，团队沿SnTe岛的边界观察到了两对不同的导电边缘态——一对在低能区（约0.5电子伏特），另一对在较高能区（约1.55 eV）。这些边缘态是拓扑晶体绝缘体的标志：它们是沿着电子可以自由流动的一维通道，即使材料的内部是绝缘的。 带隙——不存在体电子态的能量范围——测量为0.2到0.3 eV之间，是室温热能（约25 meV）的八倍以上。这是一个关键的阈值：这意味着拓扑保护应该能在普通温度下持续存在，而不需要大多数拓扑材料所需的极端冷却。 “大多数拓扑绝缘体需要液氦温度，”该研究的第一作者、于韦斯屈莱大学的博士研究员Liwei Jing说。”0.2 eV的带隙意味着这种材料可以在室温下工作，这对实际应用至关重要。” 确认拓扑性质 研究团队通过多条证据链确认了边缘态的拓扑性质。密度泛函理论计算表明，应变的双层SnTe经历了一个利夫希茨转变——其电子能带结构拓扑性的变化——进入一个时间反演镜面陈数为±2的相，这是一个精确的拓扑不变量，表征了TCI相。岛边缘的原子尺度缺陷被观察到局部破坏了保护边缘态的镜面对称性，在其能谱中打开了一个小带隙——这直接证明了保护机制确实是晶体对称性而非时间反演对称性。 间距小于约5纳米的相邻边缘态被观察到发生杂化，它们的能量随耦合而移动。这一耦合长度为器件中拓扑通道的密集程度设定了下限。 该研究组还公开了他们的计算工具：应变提取代码和模型哈密顿量软件已在GitHub上发布，DFT数据已存入NOMAD存储库。 下一步计划 直接的下一步是通过边缘通道演示电输运——测量实际电导而非从光谱学推断。研究人员还提出在SnTe中掺杂铁磁性原子以创建陈绝缘体——一种拓扑量子计算平台，或利用NbSe₂衬底的超导性诱导拓扑超导性并承载马约拉纳费米子。 有几个需要注意的地方。边缘态的决定性观测是在低温（4.7 K）下进行的；室温运行是从带隙能量预测的，但尚未在实验中得到证实。尚未进行输运测量。该系统依赖于特定的衬底（NbSe₂）来提供必要的应变，与其他平台的集成可能需要不同的方法。 尽管如此，这项研究弥合了预言与实现之间长达十年的差距。首个二维拓扑晶体绝缘体现在存在于实验室中——其边缘态足够稳定，可以在此基础上继续发展。 婷 翻译 来源： Jing, L., Amini, M., Fumega, A.O. 等。”Bilayer SnTe on NbSe₂: a two-dimensional topological crystalline insulator.”《自然·通讯》17, 817 (2026). DOI：10.1038/s41467-025-67520-y

1971年，英国物理学家罗杰·彭罗斯提出，可以从旋转的黑洞中提取能量。一个粒子进入能层（即时空被黑洞旋转拖拽的区域）后可能分裂成两部分，其中一个碎片以负能量落入，另一个以比到达时更多的能量逃逸。苏联物理学家雅科夫·泽尔多维奇将这一想法扩展到波：从快速旋转物体散射的波可能被放大，带走该物体的一些旋转能量。 半个多世纪以来，这一直是一个理论预测，无法直接测试，因为没有人能在实验室中操纵黑洞。现在，纽约市立大学（CUNY）先进科学研究中心的研究人员构建了一个桌面设备，无需重力、无需事件视界、无需移动部件，就能重现彭罗斯-泽尔多维奇过程的基本物理原理。 这项研究于7月8日发表在《自然》杂志上，由Hadiseh Nasari和Andrea Alù领导，展示了”弗洛凯旋转超辐射”：通过与合成旋转介质的相互作用放大电磁波。 如何制造超光速旋转 关键的挑战是创建一个表面旋转速度超过光速的物体（泽尔多维奇效应所需的条件），而无需以不可能的速度物理旋转任何物体。CUNY团队通过一个耦合电子谐振器环解决了这个问题，每个谐振器大约硬币大小，其电学特性沿环顺序调制。电容变化的行波像旋转频闪灯一样扫过电路，创造了研究人员所称的”时空晶体”——一种在空间（环周围）和时间（顺序调制）上性质都发生变化的介质。 这种合成介质的有效旋转速度可以超过光速，不是因为任何物理物体超过了这一极限，而是因为调制模式绕环扫过的速度比波在未调制电路中传播的速度更快。这种”超光速有效旋转”在系统的能带结构中打开了角动量带隙，创建了参数增益通道，将能量从调制本身转移到特定的电磁波模式。 只有具有正确轨道角动量特性的波才能耦合到这些通道。结果是角动量选择性放大：能量从合成旋转稳定地转移到选定的波模式，这正是彭罗斯-泽尔多维奇过程的波类比。 “我们已经创建了一个多功能实验平台，用于在受控实验室环境中研究极端旋转动力学，”CUNY研究生院杰出教授兼ASRC光子学倡议创始主任Alù说。”这架起了弗洛凯工程、时变介质和黑洞类比物理学之间的桥梁。” 实际测量了什么 团队测量了调制环中的旋转多普勒频移，确认了在超光速有效速度下存在角动量带隙，并观察了耗散形状光谱带宽内选定模式的参数放大。这种放大是宽带的，可在一定频率范围内工作，而不仅仅在单个共振点，并且是角动量选择性的，这意味着电磁场的不同旋转模式根据其与合成旋转的耦合程度而被不同程度地放大。 该实验不涉及实际重力、时空曲率或黑洞。它在一个电磁电路中重现了彭罗斯-泽尔多维奇过程的数学和波物理本质。这与其他重力类比（流动流体中的声学黑洞、非线性介质中的光学黑洞）适用的相同区别，其中数学类比使研究原本无法触及的现象成为可能。 “在将这些想法转化为实际设备之前，还需要更多的工作，”Nasari指出。研究人员确定了在无线通信、光子学、量子技术和宽带信号处理中的潜在应用，但这些仍处于推测阶段。 尽管如此，该实验在受控实验室环境中验证了一个五十年前的理论预测，并为研究波与旋转介质相互作用提供了新平台——这是一个实验上极难进入的领域。该设备紧凑、全电子化，不使用任何奇异材料，易于被其他实验室复现。 婷 翻译 来源： Nasari, H., Moussa, H., Kasahara, Y. et al. “Observation of Floquet rotational super-radiance.” Nature (2026). DOI：10.1038/s41586-026-10725-y

量子纠缠通常是精密控制实验的领域：几个捕获离子、少量光子、一小排超导量子比特。纠缠可以存在于普通固体物质——一个可以握在手中的晶体——中的想法在理论上已被预期，但证明起来却异常困难。 现在，维也纳技术大学（TU Wien）、维尔茨堡大学和莱斯大学的研究人员恰恰做到了这一点。利用通过量子费舍尔信息（一种量子信息论工具）的视角分析的中子散射数据，他们证明了一个厘米尺度的奇异金属Ce₃Pd₂₀Si₆晶体包含至少九个集体作用的量子纠缠实体群组。该结果于6月15日发表在《自然·物理》上。 “这不是某一特定材料的细节，而是一个普遍的物理原理，”维尔茨堡大学的理论物理学家Fakher Assaad说。”强纠缠似乎与奇异金属的异常行为直接相关。” 测量不可测量之物 这种材料Ce₃Pd₂₀Si₆（一种铈、钯和硅的化合物）是一种”奇异金属”，这是一类电阻率随温度线性增加的材料，违背了普通金属的常规T²行为。奇异金属存在于高温超导体、重费米子化合物和扭转双层石墨烯中，其反常的输运特性数十年来一直困扰着物理学家。 TU Wien团队使用了位于法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所（ILL）的ThALES冷中子三轴谱仪，向晶体发射中子并测量动态自旋关联，也就是材料中的磁涨落如何响应能量转移。从这些数据中，他们计算出了量子费舍尔信息（QFI），这是量子计量学中的一个量，用于量化量子系统对扰动的敏感程度。 逻辑很简单：独立的粒子只能产生有限的集体响应。如果测得的响应超过这一界限，那么粒子必然是纠缠的。在60毫开尔文（接近绝对零度）的温度下，该团队测量到了8.2的QFI值，对应至少九个粒子的纠缠深度。实际深度可能大得多：作者指出，他们的估计是一个保守的下界，如果材料中感应的磁矩小于假设值，那么纠缠实体的实际数量可能高出几个数量级。 “这些不仅仅是纠缠粒子对，”该研究的第一作者、TU Wien的博士生Federico Mazza说。”这是多体纠缠，一种真正集体性的量子态，同时涉及多个参与者。” 对奇异金属意味着什么 这一结果为奇异金属行为提供了微观解释。在常规金属中，电荷载流子（电子）像独立粒子一样行为，它们的相互作用可以通过微扰论处理。在奇异金属中，本研究发现强纠缠意味着载流子失去了类粒子特性，它们不再是独立的实体，而是集体量子态的一部分。这解释了为什么奇异金属表现出如此不寻常的特性，包括同一研究组在2025年报告的超低电噪声。 “这是首次直接测量宏观固体中的强多体纠缠，”TU Wien的首席实验学家Silke Paschen说。”它为思考量子材料开辟了一个全新的方式。” 这项工作也验证了一个理论框架：用于检测凝聚态物质中纠缠的QFI方法是相对较新发展的（Hauke等人，《自然·物理》，2016年），这是其最引人注目的应用之一。研究人员利用在德国SUPERMUC-NG超级计算机上运行的量子蒙特卡洛模拟来确认他们的实验结果，表明近藤破坏模型——重费米子系统量子临界性的一个特定理论框架——再现了量子临界点处QFI的无标度增长。 量子材料的新探针 其意义超越了单一材料。QFI-中子散射技术现在可以应用于其他奇异金属平台：铜酸盐超导体、铁基磷族化物、有机导体以及扭转双层石墨烯等莫尔材料。如果强纠缠确实是奇异金属的普遍特征，它将把一系列不同的现象统一在单一的量子原理之下。 需要注意的是，这些测量处于凝聚态物理的前沿，存在典型的局限性。纠缠是从QFI分析推断出来的，而非直接测量；报告的纠缠深度是一个下界；测量仅在单个波矢上进行，而非跨越整个布里渊区；而且该技术需要超低温和高能量分辨率，远非一种常规表征工具。 尽管如此，这一结果确立了宏观量子纠缠存在于普通固体物质中，并且可以被检测和量化。对于一个花费数十年时间原子接原子地构建越来越大的纠缠系统的领域而言，这是一个提醒：大自然可能已经在实验室架子上一直放置的材料中大规模地做到了这一点。 婷 翻译 来源： Mazza, F., Biswas, S., Yan, X. 等。”Quantum Fisher information in a strange metal.”《自然·物理》(2026). DOI：10.1038/s41567-026-03298-0

互联网依靠1.55微米的光运行。这种特定的红外波长位于光纤通信的所谓C波段，是标准石英光纤损耗最低的传输窗口——是承载数据跨越大洲和穿越海洋的通道。因此，在此波长下高效发光是光电子学领域最重要的挑战之一。 现在，苏州大学和澳门科技大学的研究人员展示了一种新方法：一种掺铒钙钛矿量子点薄膜能够自组装成有序超结构，在关键的电信波长实现了创纪录的电致发光效率。该研究成果于7月11日发表在《Nature Communications》上。 “我们的结果表明，在介观尺度上控制量子点的空间排列——而不仅仅是它们的化学成分——是提高器件性能的强大策略，”苏州大学功能纳米与软材料研究所的通讯作者Ya-Kun Wang表示。 随机堆积的问题 铒离子（Er³⁺）长期以来一直被认为在约1.54微米处发光，这是离子4f电子壳层内原子跃迁的产物。将Er³⁺嵌入铯铅氯化物（CsPbCl₃）钙钛矿量子点（纳米级半导体晶体）中，可以产生一种原则上能够在此波长下将电能转化为光能的材料。问题在于如何让量子点高效地做到这一点。 存在两个障碍。首先，传统合成方法会产生尺寸不均的量子点；多分散的纳米晶体无法堆积成有序薄膜。其次，当沉积到器件中时，随机堆积的量子点会形成电荷泄漏路径，并促进非辐射复合——这些过程将能量作为热量浪费掉，而不是产生光。 苏州大学团队用一个巧妙的化学方法同时解决了这两个问题。他们在合成过程中使用肉豆蔻酰氯作为氯离子的缓释源，从而获得了高度均匀、单分散的量子点群体。同时，反应生成的含酰胺分子包裹了量子点表面。这些酰胺基团同时具有氢键供体（N–H）和受体（C=O），使得相邻的量子点能够在薄膜沉积过程中通过定向的N–H···O=C氢键连接在一起。 结果形成了介观尺度的有序组装：立方体量子点面对面堆叠，像整齐堆放的积木块一样，形成了跨越数百纳米到微米的有序阵列。该结构通过苏州纳米技术与纳米仿生研究所的二维掠入射小角X射线散射得到了确认。 创纪录的性能 在LED器件中，有序量子点薄膜在1.55微米处实现了3.75%的外部量子效率和323毫瓦每球面度每平方米的最大辐射亮度——比无序对照薄膜亮约10倍。工作稳定性也显著改善：器件在197分钟（T50寿命）后仍保持初始亮度的50%，比无序对照组长约7倍。 3.75%的EQE是电信波长下Er³⁺掺杂钙钛矿电致发光的一项纪录。作者将这一改进归因于陷阱态（捕获电荷载流子并导致非辐射复合的缺陷）的抑制以及通过有序薄膜改善的电荷传输。 “这是一个概念验证，证明氢键导向组装可以解决量子点薄膜中的基本堆积问题，”共同第一作者Hua-Hui Li表示。”这种组装使我们能够对薄膜结构进行控制，这是传统沉积法根本无法实现的。” 未来展望 这一成果对于溶液加工光子学领域意义重大。钙钛矿量子点因其可以在溶液中合成并以低成本沉积而备受下一代显示和照明技术的青睐。将这一优势扩展到电信波长发射器，最终可能为光纤网络和芯片间互连实现更便宜、更简单的光学发射器。 然而，仍然存在重大障碍。3.75%的EQE尽管是该材料体系的纪录，但与商用III-V族半导体激光器（InGaAsP/InP）相比仍然相形见绌，后者的插头效率可超过50%。197分钟（约3小时）的工作稳定性对于任何实际应用来说都太短了；钙钛矿量子点通常会在氧气、湿气和工作器件内部电场的作用下发生降解。此外，该材料含有铅，这是一种已知的神经毒物，使任何根据欧盟有害物质限制指令及类似法规进行商业化的途径都变得复杂。 尽管如此，这项研究证明了一个长达十年的梦想——从溶液加工纳米晶体实现电驱动铒发光——触手可及，而且关键可能不在于寻找更好的材料，而在于如何排列已有的材料。 来源： Li， H.-H.， Pan， J.-L.， Pan， Y.-Y. 等。”Mesoscale ordered assembly of Er³⁺-doped quantum dots enables efficient 1.55 μm electroluminescence.”《Nature Communications》（2026）. DOI：10.1038/s41467-026-75429-3 婷 翻译

一种腿多毛的大型蜘蛛，，昆士兰家庭中常见且常受欢迎的住客，，已被加冕为地球上最快的蜘蛛。 棕色 huntsman（Heteropoda cervina/jugulans，物种级别的分类尚待解决）的最高速度达到每秒 3.59 米（每小时 12.9 公里，约合 8 英里/小时），比慢跑的人还要快。这一测量结果来自伦敦帝国理工学院和德国格赖夫斯瓦尔德大学研究人员的一项全面研究，他们分析了 258 种蜘蛛的奔跑速度，这是有史以来规模最大的蜘蛛运动研究。 此前的纪录保持者是摩洛哥的翻转蜘蛛（Cebrennus rechenbergi），它能以超过 1.7 米/秒的速度滚下坡。但该研究的作者认为翻滚不是奔跑。”翻转是一种特殊的运动方式，”格赖夫斯瓦尔德大学的共同通讯作者约纳斯·沃尔夫说。”这不是奔跑，而且它只能在沙丘上下坡时起作用。” 相比之下，棕色 huntsman 用传统方式移动：使用它长长的腿。 腿长是秘诀 这项研究于 6 月 15 日作为预印本发布在 bioRxiv 上，尚未经过同行评审。研究分析了团队直接测量的 162 个物种的 236 只蜘蛛个体，并补充了另外 96 个物种的已发表数据。蜘蛛的范围从微小的金钱蜘蛛（Maso sundevalli，重约 1 毫克，移动速度为 0.018 米/秒）到巨大的鲑鱼粉红食鸟捕鸟蛛（约 52 克，0.4 米/秒）。 关键发现是，相对腿长（而非身体大小）是速度的主要预测因素。相对腿长增加 30% 对应于大小校正后的速度也增加约 30%。在观察到的腿长全范围内，最快的蜘蛛比相同体重最慢的蜘蛛大约快五倍。 “没有什么能让我准备好目睹它如何在竞技场上几乎瞬间移动，”第一作者 Shreyas Kuchibhotla 在描述微小的橙色妖精蜘蛛（Oonops pulcher）时说，这种蜘蛛尽管只有 0.1 毫克，仍然达到了 0.2 米/秒以上的速度。 地面活动型猎手，，主动追逐猎物而非织网或埋伏的蜘蛛，，是整体上最快的类群，约为同等大小埋伏型捕食者的两倍。系统发育分析表明，大小校正后速度的约 […]

几十年来，生态学家一直认为高大的树木在干旱期间面临固有的劣势。其逻辑似乎很直接：重力每增加10米高度就会给水柱增加大约0.1兆帕的张力，而更长的路径会产生更大的水流阻力。按照这种思路，当土壤水分不足时，较高的树木应该更接近水力失效——气泡阻塞它们的输水管。 由卡迪夫大学和埃克塞特大学领导的一个国际团队7月2日在《科学》杂志上发表的一项研究现在推翻了这一假设，至少对于地球上最高的开花树木而言。 “了解高大的树木至关重要，因为森林中最高1%的树木储存了超过一半的地上碳，”该研究的主要作者保罗·比滕科特说。 攀爬巨树 研究人员聚焦于龙脑香科树木，这是一个主导东南亚雨林的树科，包括可超过100米的物种。他们聘请了专业树木攀爬者，使用双绳技术在马来西亚婆罗洲的卡比利-塞皮洛克森林保护区和达努姆河谷攀爬了38棵树，高度从7米多到71米不等。 沿着每棵树干的多个点，攀爬者收集了样本并进行了直接测量。团队分析了木质部导管解剖结构——输送水的微观管道——用压力室测量了叶片水势，并使用Pneumatron设备确定了栓塞脆弱性。绑在树干上的自动树木生长记录带以30分钟为间隔记录生长速率，捕捉了树木对2023-2024年严重厄尔尼诺干旱的响应。 结果明确无疑。”被称为龙脑香的热带巨树的水分输送系统已经进化到能够抵抗重力影响和水分胁迫，”7月13日发表的配套《自然》新闻与观点文章报道。 所有高度的树木都显示出相同的安全水力裕度，大约0.4兆帕，介于其工作水势和叶片开始萎蔫的点之间。它们对栓塞的脆弱性（P50值，即失去50%木质部导水率的压力）与高度没有相关性。在厄尔尼诺干旱期间，较高的树木相对于其体型而言，并没有比较矮的树木遭受更大的生长减少。 两种机制 该研究确定了龙脑香科树木补偿高度的两种机制。首先，较高的树木在基部附近有更宽的木质部导管，本质上是更大直径的管道，减少了长距离的摩擦阻力。其次，它们的叶片适应了更大的水分胁迫：膨压丧失点——叶片开始萎蔫的压力——在较高的树木中向更负的值偏移，因此它们能够在萎蔫前承受更低的水势。 “非常高大的龙脑香树的水力系统完全适应了它们的高度，”埃克塞特大学的资深作者露西·罗兰说。”它们不应该比暴露在相同干旱条件下的小型龙脑香树遭受更多的损害。” 这一发现为Anfodillo等人在2024年提出的修订理论模型提供了实验支持，该模型预测树木可以通过解剖学调整来补偿高度。在这项研究之前，没有人能够在最高的热带树木的顶端测试这个模型。 有几个注意事项。研究结果特定于一个地区的单一树科；是否适用于其他气候下的其他树科还有待检验，该团队正在将其工作扩展到亚马逊。样本中最高的树是71米，但一些龙脑香科树木超过100米，在这些极端高度下补偿机制是否有效尚未直接测试。而且只研究了一次干旱事件；重复或更强烈的干旱可能会产生不同的结果。 尽管如此，这项研究挑战了一些全球植被模型中嵌入的基本假设，这些模型目前预测高大树木的干旱死亡率更高。如果补偿机制普遍存在，这些模型可能需要进行修订。 “我们的结果表明，树木一直在活动，一直在改变它们的解剖结构，”未参与该研究的墨西哥国立自治大学的胡列塔·罗塞尔说。”这给了我们一个不同的视角来看待树木，因为它们看起来如此安静。” 来源： Bittencourt, P., Scheire, A., Jotan, P. 等. “Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees.” Science 393(6806), 60-64 (2026). DOI：10.1126/science.aea9013 婷 翻译

现代物理学最基本的概念之一是自发对称性破缺。当系统经历相变进入有序状态时，它必须从无限多个等价可能性中看似随机地选择一个特定的构型。铁磁体选择磁化方向。晶体选择晶格的位置。而玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）——大量粒子占据同一量子态的物态——必须选择一个相位。 这个选择时刻，即从虚无中涌现出一个全局相位，是BEC理论的核心。它由弗里茨·伦敦于1938年预言，并自此成为凝聚态物理学的支柱。但它从未在时间域中被直接观测到。 现在，德国RPTU凯泽斯劳滕-兰道大学的物理学家们与科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校的合作者一起，在毫米尺度的钇铁石榴石（YIG）晶体内部拍摄到了这一过程。他们的研究结果发表在《自然·物理学》上。 “我们首次能够直接测量磁子凝聚体中相干性的自发涌现，”该研究的第一作者马尔特·科斯特说。”我们可以证明凝聚体的相位与任何外部源无关，这证明了真正BEC的形成。” 磁子作为BEC平台 磁子是自旋波的量子准粒子，即材料中磁有序的集体激发。它们是玻色子，在适当条件下可以凝聚成BEC，就像原子可在激光冷却至纳开尔文温度的气体中凝聚一样。不同之处在于，磁子BEC在室温下并在固体晶体内部工作，使它们更易于实验研究。 研究人员使用了2.1微米厚的YIG薄膜，这是一种合成亚铁磁性石榴石，具有极低的磁阻尼——已知所有磁性材料中最低的。他们通过微带天线用7.8吉赫兹的1微秒微波脉冲泵浦薄膜，施加281毫特斯拉的磁场。在每个脉冲之后，薄膜中的磁子通过四磁子散射过程热化，当泵浦功率超过约21 dBm的阈值时，它们在磁子谱底部凝聚成相干态。 关键的创新在于检测方法：一个IQ混频器，可在单次测量中测量进动磁化的瞬时相位，无需跨周期平均。这保留了每个独立凝聚事件的相位信息。 相位的出现 三个观察结果证实了自发对称性破缺。第一，凝聚体的相位在1,000次独立实验运行中均匀分布在0到2π之间。泵浦相位是固定的，每次都相同，但磁子相位是随机的，证明它不是外部强加的。 第二，出现是突变的。在约21 dBm泵浦功率以下，没有相干性出现。超过此阈值，相干性指标急剧跃升至约0.9，这是经典的相变特征。 第三，一旦形成，凝聚体保持其相位直到磁子密度衰减至噪声基底以下。没有退相位现象；该状态在其整个寿命期间保持稳定。 “这是准粒子BEC中U(1)对称性破缺的确凿证据，”资深作者之一格奥尔格·冯·弗赖曼说。”相位不是由泵浦、几何形状或晶体决定的。它是每次重新自发选择的。” 为何重要 这项实验填补了BEC物理学中一个长期存在的空白。空间相位差已在干涉实验中被观察到，二阶相干性也已被间接测量。但是，从非相干态中涌现出全局相位的直接时间域观测此前在任何BEC系统中——无论是原子、激子-极化激元还是磁子——都未能实现。 该结果也验证了准粒子BEC尽管是非平衡耗散系统，却遵循与原子BEC相同的基本相干性物理规律。这具有实际意义：磁子BEC在室温下以微波频率工作，使它们成为基于相位的信息处理和磁子超流器件的潜在有用平台。 需要注意几个问题。磁子BEC是非平衡凝聚体，仅在连续泵浦下存在，这与平衡态原子BEC不同。测量是感应式的，不是对波函数的直接量子测量，天线作为空间滤波器对薄膜进行平均。尽管如此，观测结果是明确的：相位从虚无中涌现，由系统自身选择。 婷 翻译 Source: Koster, M., Schweizer, M.R., Noack, T. et al. “Emergence of phase coherence in a magnon Bose-Einstein condensate.” Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03373-6

几十年来，tau蛋白在阿尔茨海默病的故事中一直被描绘成反派角色。它形成该疾病的标志性神经原纤维缠结；其异常过度磷酸化是一个决定性的病理特征；而抗tau疗法是目前治疗痴呆症最积极追求的策略之一。但弗林德斯大学（澳大利亚阿德莱德）发表在《Nature Communications》上的一项新研究揭示，tau有着一个秘密角色——一个对健康记忆功能至关重要的角色。 这项由弗林德斯健康与医学研究所的Arne Ittner领导的研究表明，tau的一个精确、受控的化学修饰——在称为苏氨酸205（T205）的特定位点上的磷酸化——是小鼠形成长期记忆所必需的。如果没有它，记忆要么无法正确存储，要么无法自然回忆。 「Tau不仅仅是疾病中出现的问题蛋白，」Ittner说。「它在大脑如何编码信息方面发挥着基础性作用。这对抗tau疗法的发展具有直接影响，因为去除tau或阻断其功能可能损害正常认知。」 印迹组织者与噪音降低器 研究人员结合行为测试、基因操作、光遗传学和质谱分析，剖析了tau在记忆形成中的作用。他们采用了三种独立的记忆范式——线索恐惧条件反射、触摸屏配对辨别和莫里斯水迷宫——并追踪了从24小时到四个月不同时间点的记忆。 三种不同的功能显现出来。 首先，tau充当印迹细胞组织者。在记忆编码过程中，一个特定的神经元子集——印迹集合——被选中来存储痕迹。研究团队发现，由学习事件本身触发的tau在T205位点的磷酸化，是正确选择哪些神经元成为印迹一部分所必需的。没有它，印迹的定义就会很差。 其次，tau降低背景神经噪音。通过分析c-Fos表达（神经活动的标志物），研究人员发现，在缺乏tau或携带阻止T205磷酸化突变的小鼠中，附近的非印迹神经元在回忆期间不适当地放电。记忆信号被淹没在过度活动中，就像在拥挤的房间里进行的谈话。脑电图证实整体海马网络活动正常；缺陷是特定的局部失调，而非全局性过度活跃。 第三，tau将感官线索与印迹耦合。在tau缺陷小鼠中，直接光遗传学刺激印迹细胞——绕过自然感觉输入——成功检索了记忆，证明记忆痕迹仍然存在。问题在于访问：没有tau，自然线索无法触发回忆。「记忆还在那里，」Ittner解释说。「只是无法通过正常通道触及。」 一个微妙的开关 关键的修饰是T205位点的磷酸化。利用CRISPR基因编辑，研究团队创建了T205无法被磷酸化的小鼠（T205A敲入）。这些小鼠表现出与完全tau敲除相同的远程记忆损伤。质谱分析证实T205是记忆编码诱导的最丰富的磷酸化位点。另一组实验表明，p38γ——一种磷酸化T205的激酶——是负责的酶。 该研究还探讨了tau的健康功能与其病理作用之间的关系。当研究人员在印迹细胞中特异性表达一种疾病相关突变形式tau（P301S）时，它在编码期间存在时产生顺行性遗忘症（新记忆形成受损），在回忆期间存在时产生逆行性遗忘症（现有记忆丢失）。这为tau在组织印迹方面的生理作用与其在瓦解印迹方面的病理作用之间提供了机制性桥梁。 对药物开发者的警示 这些发现对开发抗tau疗法传递了直接的警示信息。包括tau降低反义寡核苷酸、靶向tau抗体和激酶抑制剂在内的几种方法，正在进行阿尔茨海默病的临床试验。如果tau对正常记忆功能至关重要，那么消耗它或阻断其磷酸化可能导致认知副作用。 「未来研究有望能够证实我们研究中在人类记忆中发展的概念，」作者写道。该研究完全在小鼠中进行，特定的磷酸化位点（T205）及其调节激酶（p38γ）已被确定为更精细治疗干预的潜在靶点——不是完全去除tau，而是只纠正病理修饰，同时保留其生理功能。 该研究由澳大利亚国家健康与医学研究委员会、澳大利亚研究委员会、BrightFocus基金会和澳大利亚痴呆症研究基金会资助。Ittner和合著者Lars Ittner是与靶向p38γ和Thr-205 tau相关的专利的发明人，这些专利已授权给Celosia Therapeutics。 婷 翻译 来源： Kosonen, R., Stefanoska, K., Lin, Y. 等。「Tau T205 phosphorylation modulates engram cell recruitment and remote memory in mice.」《Nature Communications》(2026). DOI：10.1038/s41467-026-73207-9

传统观点认为，人类大脑无法真正实现多任务处理。所谓的”同时做两件事”，实际上只是快速的任务切换——前额叶皮层一次只能有意识地处理一项高要求任务。这一限制被称为”前额瓶颈”，是人类认知的基本约束。 但乔治城大学发表在《Journal of Cognitive Neuroscience》上的一项新研究揭示，大脑可以学会摆脱这一瓶颈。通过充足的练习——数周内数万次试验——任务的神经回路可以从前额叶皮层重新定位到颞叶中的专门化区域，从而解放前额叶皮层同时处理其他任务。 “我们的研究表明，经验可以重塑大脑以绕过那个前额瓶颈，”资深作者、乔治城大学医学院神经科学教授马克西米利安·里森胡贝尔说。”前额叶皮层随后保持自由，可用于你想做的任何其他事情，从而增加你的能力。” 三万次训练试验 这项由帕特里克·H·考克斯（现就职于里海大学）领导的研究采用了密集的纵向设计。31名参与者接受了5至10周的智能手机应用训练，将经过形态处理的灰度汽车图像分类为两个任意类别——”SOVOR”或”ZUPUD”——这是一项微妙的视觉辨别任务，要求他们识别每张图像位于50%形态边界的哪一侧。训练通过难度递增的级别推进，参与者必须达到至少90%的准确率才能晋级。 完整的训练方案涉及超过30,000次试验。14名参与者完成了所有阶段，其中11人（8名女性，平均年龄23.4岁）提供了可用的神经影像数据。每名参与者在两个时间点接受了功能性磁共振成像和脑电图扫描：一次在初始学习后（约6,000次试验，持续1至2周），另一次在密集训练后（完整的30,000多次试验，持续5至10周）。 从前额控制到自动感知 在第一次扫描阶段，初始学习后，分类任务强烈激活了前额叶皮层——这是受控的、费力处理的经典特征。腹侧枕颞皮层（vOTC）是一个专门化于视觉物体识别的区域，它对图像的物理形状有反应，但对类别归属没有选择性。 经过密集训练后，情况发生了巨大变化。vOTC中出现了此前不存在的类别选择性反应：该区域现在信号表明图像是”SOVOR”还是”ZUPUD”，而不仅仅是它的外观。功能连接性发生了转移：vOTC与前额叶皮层的耦合减少，与运动输出区域的耦合增加。 分类的神经位点已从受控的、依赖于前额叶的回路转移到一条从视觉系统直接通向运动输出的流线型感知-行动环路，完全绕过了前额瓶颈。 “这不仅仅是速度提升，”里森胡贝尔解释道。”这是神经架构的真正改变。” 真正的多任务处理，而非快速切换 为了测试这种神经转变是否真正实现了并行处理，研究人员让参与者接受了一项双任务测试：他们执行汽车分类任务，同时进行第二项无关任务。关键发现是一个相关性：汽车任务从前额叶皮层卸载得越多——以vOTC-前额叶连接性的下降来衡量——参与者在第二项任务上的表现就越好。 这一相关性是真正并行处理的标志。如果参与者只是在任务之间快速切换，就不会存在这样的相关性。相反，这两个任务同时在不同的神经回路上运行。 作者们谨慎地指出了这一效应的边界。共享相同感觉模态的任务——例如开车时发短信，两者都消耗视觉资源——无法并行化，因为它们竞争相同的输入通道。只有那些可以通过完全独立的神经回路路由的任务才能并行运行。 对专长、习惯和安全的影响 这项研究有助于解释专家——几秒钟内发现肿瘤的放射科医生、一眼识别物种的观鸟者、几乎瞬间评估局面的国际象棋大师——如何能够以最小的有意识努力做出快速、准确的分类。大脑已将技能卸载到自动运行的专门化颞叶皮层回路，使前额叶皮层可用于其他需求。 它还揭示了为什么深度学习到的习惯——包括强迫行为——如此抗拒有意识的控制。一旦行为被编码到颞叶皮层回路中，推理和意志力（前额叶功能）对其的访问就非常有限。”想点别的”策略之所以失败，正是因为该习惯由不响应前额叶皮层的大脑区域执行。 该研究的局限性包括最终样本量较小（11名参与者）以及密集纵向研究中典型的高流失率。任务是人为的——带有任意类别标签的形态处理汽车图像——研究结果在多大程度上可推广到现实世界的专长仍有待检验。作者们将触发从前额叶到颞叶皮层重新定位的细胞和分子信号确定为下一个主要研究问题。 婷 翻译 Source: Cox, P.H., Scholl, C.A., Laws, M.L., Jaimes, N.E., Jiang, X. & Riesenhuber, M. “Extensive Experience Remodels Neural Task Circuitry to Escape the Frontal Bottleneck and Increase Automaticity of Categorization.” Journal […]

朊病毒病是医学上最具破坏性和最难治的疾病之一。散发性克雅氏病（sCJD）是最常见的人类朊病毒疾病，从首发症状到死亡的中位时间仅为四到六个月。目前尚无治疗方法。根本问题不在于缺乏候选药物，而在于缺乏测试工具：人类朊病毒无法在分裂细胞培养物中增殖，研究人员只能依赖缓慢、昂贵的小鼠生物测定，需要数月甚至数年才能得出结果。 这一障碍现已突破。英国医学研究理事会朊病毒组（伦敦大学学院）的一个团队开发了一种可扩展的分裂细胞系，称为EKV细胞，能够稳健地增殖感染性sCJD朊病毒，并以与金标准小鼠测定相当的灵敏度进行定量。该研究成果于6月30日发表在《PNAS》上。 “这是我们一直等待的工具，”该研究的第一作者、UCL的MRC临床研究培训研究员Akin Nihat说。”我们首次拥有了一种可再生的高通量平台，用于理解人类朊病毒的传播和筛选药物。” EKV突破 关键的进展在于EKV细胞系本身。此前在分裂细胞中增殖人类朊病毒的尝试均告失败，因为细胞要么无法维持朊病毒复制，要么随着时间的推移失去朊病毒株的特征性特性。EKV细胞由该团队从表达人类朊病毒蛋白（PrP）的人源化小鼠细胞系衍生而来，被证明能够无限期地增殖sCJD朊病毒，同时保持核心的毒株特异性特征，包括正确的糖型比例和疾病相关PrPSc的构象特性。 研究人员证明，在EKV细胞中产生的朊病毒是真正的感染因子。将细胞裂解物注射到人源化转基因小鼠中，会导致致命的神经退行性疾病，其在临床和神经病理学上与接种sCJD感染的人类脑组织引起的疾病无法区分。毒株特异性特征得以保留。 “这些细胞复制了真正的人类朊病毒感染性，”作者写道。”这不仅仅是蛋白质，而是整个感染因子。” 人类朊病毒测定 基于EKV平台，该团队开发了人类朊病毒测定（HPA），一种基于细胞的定量感染性测定。HPA将实验时间从数年缩短至数周，同时与之前的金标准终点滴定小鼠生物测定灵敏度相当。 这种加速对药物发现具有直接影响。此前，筛选一种化合物的抗朊病毒活性需要注射数十只小鼠，并等待长达一年时间让疾病发展，如果它确实发展的话。低通量使得筛选大型化合物库或系统优化先导化合物变得不切实际。HPA改变了这一格局：一名研究人员现在可以在数周内使用标准细胞培养板测试数百种化合物。 为了验证该平台在药物发现中的有效性，团队证明，使用抗朊病毒蛋白抗体（由UCL衍生公司D-Gen Ltd.提供的ICSM35）可以治愈EKV细胞中已建立的sCJD感染。这表明该系统能够区分有效化合物和无效化合物，这是任何筛选平台的先决条件。 通往治疗的桥梁 这项工作的更广泛意义在于其弥合基础朊病毒生物学与治疗开发之间关键差距的潜力。人类朊病毒疾病是由正常朊病毒蛋白（PrPC）错误折叠成病理形式（PrPSc）引起的，后者招募并转化额外的PrPC分子，像链式反应一样传播。任何有效的治疗都必须阻止这种转化或清除现有的PrPSc。如果没有可扩展的细胞模型，测试一种化合物是否对人类朊病毒实现其中任何一个目标，基本上是不可能的。 “存在着巨大的未满足需求，”通讯作者Parmjit S. Jat说。”药物发现一直依赖于替代工具或长期的动物试验，产生的候选药物在临床试验中失败。这个平台直接解决了这一问题。” 该团队向研究界提供了所有细胞系和方案。该研究由英国医学研究理事会和国家健康研究院UCLH生物医学研究中心资助。 包括D-Gen Ltd.（提供验证实验中使用的抗体）董事John Collinge在内的几位资深作者，在该技术的商业化中拥有竞争性经济利益，如论文中所披露。下一个关键步骤将是证明HPA能够识别不仅在细胞中活跃，而且在活体动物中，并最终在患者中有效的化合物。 来源： Nihat, A., Arora, P., Schmidt, C. et al. “A scalable, dividing cell model for the robust propagation and quantification of human sporadic Creutzfeldt–Jakob disease prions.” PNAS 123(27), e2600341123 (2026). DOI: 10.1073/pnas.2600341123 婷 […]