作者：  固态离子材料有良好的离子传导能力，相较液态电解质具更高的安全性和更广泛的工作温度范围，在固态电池、燃料电池和传感器等领域有着广泛应用前景。材料的性能取决于结构，找到一种能客观、定量地联系材料结构与性能并理解相应机理的方法一直是材料科学家追求的目标。目前，已有用于固态离子材料性能预测的机器学习方法都是基于理想的完美单晶模型。真实材料中存在的各种结构缺陷使得实验测量的性能在大多数情况下都偏离理论预测，基于从真实材料获取的、涵盖复杂结构表征数据的机器学习研究方法还有待发展。上海科技大学物质科学与技术学院刘巍课题组、信息科学与技术学院何旭明课题组和物质科学与技术学院于奕课题组开展交叉合作，以氧化物锂离子导体锂镧锆钽氧作为研究对象，发展了一种对显微结构和离子电导率进行直接关联的可解释的算法。相关研究成果近期发表在国际学术期刊Nano Letters上。研究人员通过改变制备条件得到不...

近年来，人类社会的数据呈现爆炸式增长。传统的冯·诺依曼架构在处理大量数据时面临并行计算效率低且能耗高等问题。模仿人脑功能的类脑计算作为一种新型的计算范式，因具有高信息处理效率和低能耗等特点而受到广泛关注。在类脑计算中，连接神经元的人工突触是实现信息处理和存储必不可少的要素。人类约80%的外界信息依靠视觉获取，因此模拟视觉突触的仿生人工突触器件是实现类脑计算、神经形态感知和脑机结合等应用的核心元器件。 图1.氮化镓人工突触及其应用 信息科学与技术学院邹新波课题组利用光脉冲调控氮化镓（GaN）中的缺陷态，实现了类生物突触结构的氮化镓突触晶体管。该突触器件利用缺陷态与载流子的相互作用，表现出极佳的电荷调控特性，达到了109的高开关电流比。研究人员利用该人工突触，成功模拟了神经系统中钙离子影响神经递质的传输过程，包括兴奋性突触后电流（EPSC）、双脉冲易化（PPF）等突触可塑性功能。此外，对人工突触持续施加...

近日，上海科技大学生物医学工程学院程冰冰课题组在声学领域期刊Ultrasonics Sonochemistry上发表了题为“Microbubble-enhanced transcranial MR-guided focused ultrasound brain hyperthermia: heating mechanism investigation using finite element method“的研究论文，深入探究了课题组此前研发的一种针对脑肿瘤的聚焦超声药物递送新方法的物理机制。脑肿瘤是全球重大健康问题，具有致死率高、难以治愈的特点。药物治疗是脑肿瘤重要治疗手段之一，然而，血脑屏障严重阻碍了药物入脑，大大限制了其治疗效果。此前，课题组研发了一种针对脑肿瘤的新型药物递送技术——微泡增强的磁共振引导经颅聚焦超声温热疗法。该技术可同时实现脑部靶向温热疗法和血脑屏障开放，增强脑部药物靶向递送的安全性和有效性，具有临床转化前景。然而，该新型药物递送技术中微泡增强聚焦超声加热效率的物理机制尚不明确。 微泡增强的磁共振引导经颅聚焦超声温热疗法原理图在...

近日，上海科技大学生命科学与技术学院刘冀珑课题组在植物逆境生物学领域取得重要进展。通过冷冻电子显微镜和蛋白质结构预测工具AlphaFold2，团队首次解析了植物中脯氨酸代谢途径中的关键限速酶——吡咯啉-5-羧酸合成酶（AtP5CS）的代谢纤维结构，不仅解析了AtP5CS高效催化的独特机理，同时也揭示了植物脯氨酸代谢和应激反应背后错综复杂的机制。这项研究成果发表在《自然·植物》（Nature Plants），论文题为“Dynamic Arabidopsis P5CS filament facilitates substrate channeling” 。干旱、盐分胁迫和极端温度等非生物胁迫对全球农作物生产构成了威胁。为了实现最佳的作物生产力，植物必须能够高效地克服这些胁迫。在这些胁迫条件下，脯氨酸的快速积累是植物响应机制中的一个显著特征和主要应对策略。AtP5CS是植物从头合成脯氨酸的关键限速酶，含两个功能结构域：谷氨酸激酶(GK)和谷氨酰磷酸还原酶(GPR)结构域。 图1：AtP5CS1以及AtP5CS2的代谢纤维...

5月12日，上海科技大学生命科学与技术学院刘艳芬课题组在学术期刊Autophagy（《自噬》）上在线发表了题为“USP20 deubiquitinates and stabilizes the reticulophagy receptor RETREG1/FAM134B to drive reticulophagy”的研究论文，阐明泛素化修饰在内质网选择性自噬降解中的调控机制。  自噬是一种细胞内重要的降解机制，通过形成自噬小体将受损的蛋白质、细胞器和外源微生物等物质包裹，并将其运送至溶酶体进行降解，保持细胞的稳态和健康。选择性自噬则是一种具有特异性的细胞器降解方式，能有针对性地消除不同类型的细胞器。作为细胞内最大的有膜细胞器之一，内质网具有多种重要功能，包括蛋白质和脂质的合成、蛋白质质量控制、维持钙离子稳定以及促进细胞器间通讯等。维持内质网稳态对细胞的正常运行至关重要，及时清除受损的内质网尤为重要。内质网上存在多种自噬受体负责介导其选择性自噬降解的过程。蛋白质的泛素化修饰在自噬调控的各个阶段...

低温存内计算是实现数据密集型高能效计算的一项技术方案。针对现有存内计算设计在低温器件特性利用上的不足，上海科技大学信息科学与技术学院哈亚军课题组提出了一种基于eDRAM的低温存内计算加速器（eCIMC），可支持布尔计算和卷积计算操作。 图1 eCIMC整体架构以及核心C3T块设计图2 基于ARSA的4-bit Flash ADC结构以及多周期参考电压自适应生成技术示意图本研究通过优化C3T动态存储单元结构，成功实现了支持高保持时间的多模式操作；设计了一种自适应可重构的灵敏放大器（ARSA），充分利用C3T结构特性实现参考电压存储，显著提升了计算能效。在此基础上，团队通过重构ARSA实现4-bit Flash ADC，并结合多周期的参考电压自适应生成技术，实现了快速且低功耗的低温卷积计算。在这个过程中，信息科学与技术学院寇煦丰课题组所提出的低温器件模型对本工作电路设计与优化起到重要作用。该成果以题为“eCIMC: A 603.1TOPS/W eDRAM-based Cryogenic In-Memory Com...

近日，上海科技大学生命科学与技术学院王彤课题组和中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心李毅课题组合作，在《细胞生物学杂志》（Journal of Cell Biology）上发表研究论文，报道了一种神经元轴突所特有的抵御机械冲击的快速保护机制。此机制使得极度细长的轴突能够承受弱机械力的冲击，而不会轻易退行。 在人类的日常生活和运动中，高强度、快速的头部运动过程可能导致脑组织产生3-5%的变形，并会将神经元轴突暴露在弱机械力的冲击下。但这些“脆弱”的轴突却承受住了这些弱机械力的冲击而不被损伤。大量临床数据表明突然的强机械力冲击会导致创伤性脑损伤，而重复的低强度机械力冲击也会导致慢性创伤性脑病，在两种病患的脑中都发现严重的轴突损伤或退行病理现象，表明轴突对机械性损伤的高度易感性。然而神经元抵御弱机械力冲击的机理是什么仍然未知。近期一些研究发现轴突在受到弱机械冲击时会经历可逆的“成珠”过程，这一特有现象表明轴突可能具...

 近日，上海科技大学创业与管理学院助理教授张亚佩与合作者沃顿商学院助理教授西尔万·凯瑟琳（Sylvain Catherine）、瑞典经济学院教授保罗·索迪尼（Paolo Sodini）在金融学国际期刊《金融杂志》（The Journal of Finance）上发表了家庭金融领域的研究成果：Countercyclical Income Risk and Portfolio Choices: Evidence from Sweden，探讨家庭收入风险如何影响金融市场投资行为。The Journal of Finance 2024年6月封面 预期劳动收入如何影响家庭的投资行为一直是家庭金融研究的核心问题之一。一种看法认为，劳动收入的稳定性和与金融市场波动成弱相关性，因此，家庭应当适当增加风险投资，包括金融市场参与度和风险资产占比。但这与实证证据并不相符：年轻人虽然有大量的人力资本，却较少参与金融市场。另一种看法认为，虽然预期劳动收入与金融市场相关性低，但劳动收入的不确定性有很强的逆周期属性。即在经济下行的时候，虽然整体人均收入并...

常温常压条件下，该用什么金属来介导以氮气和氢气为原料的电合成氨？近日，上海科技大学物质科学与技术学院林柏霖课题组与碳谐科技（上海）有限公司的合作研究回答了这一备受关注的科学问题，相关成果发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS)，并入选为ACS Editor's Choice。合成氨对于人类的生产生活意义重大，它是目前的农业氮肥的主要来源。工业上通常使用氮气和氢气来大规模合成氨，人工合成氨技术为二战后全球人口的快速增长提供了充分的粮食保障。传统工业大规模合成氨的方法是哈伯-博施（Haber-Bosch，H-B）工艺，这是一个需要高温高压苛刻条件的热化学技术，反应过程本身能耗极高，每年消耗了全球约2%的能源，还间接导致了大量二氧化碳温室气体的排放。因此，可显著降低能耗的常温常压合成氨制备成为了很多科学家的共同梦想。近年研究发现，以锂或钙为介导电极，可在常温常压下实现以氮氢为原料的电化学合成氨（M...

近日，上海科技大学生命科学与技术学院刘冀珑课题组在学术期刊mLife上发表了题为“Filamentation and inhibition of prokaryotic CTP synthase with ligands”的研究成果，详细解析大肠杆菌胞苷三磷酸合成酶（CTP synthase，简称CTPS）的结构，并揭示其与多种配体的相互作用及其抑制机制。这项研究不仅为理解CTPS在生物体内的调控提供了新的视角，也为开发针对细菌病原体的新型治疗策略奠定了基础。 图：论文首页CTPS在生物体内扮演着至关重要的角色，它负责催化胞苷三磷酸（Cytidine triphosphate， 简称CTP）的合成，而CTP是RNA和DNA合成的关键前体分子。CTPS能够直接识别并与所有四种核苷三磷酸（ATP、UTP、CTP和GTP）结合，并在体内形成细胞蛇（cytoophidia）和体外的代谢纤维，这些结构的形成和调控在不同尺度的层面上进行。 图：细菌胞苷三磷酸合酶代谢纤维的组装和结构。研究团队利用冷冻电子显微镜解析了大肠杆菌CTPS（ecCTPS）与CTP、还原型...

近日，上海科技大学信息科学与技术学院后摩尔与集成系统中心多篇成果被2024年ACM/IEEE设计自动化国际会议（ACM/IEEE Design and Automation Conference，DAC）接收录用。DAC有超过60年的举办历史，是（芯片）电子设计自动化领域的重要学术会议，在半导体与集成电路设计领域有着深远影响。本届DAC将在美国旧金山召开。基于空间稀疏性的神经网络体渲染算法的专用硬件加速器（ZeroTetris: A Spacial Feature Similarity-based Sparse MLP Engine for Neural Volume Rendering ）神经网络体渲染（Neural Volume Rendering, NVR）是用于生成多视角高质量图片的新范式，近年来发展迅速。但NVR所需的大量计算使其难以直接部署到现有的神经网络加速器上。研究团队设计了一种利用多层感知器矩阵中具有空间相似的稀疏性质来加速NVR算法的硬件——ZeroTetris。通过利用NVR算法中相邻采样点之间的稀疏性，ZeroTetris能够有效地跳过激活层中与0相关的计算，从而提高计算效率并...

光学频率梳，这种由离散光谱线构成的频谱，因其在频域中展现出等间距、梳状的信号分布而得名。时间频率是目前可测量的最精确物理量之一，诺贝尔物理学奖得主、激光技术的先驱亚瑟·肖洛曾言：“Never measure anything but frequency”，意为频率是目前可以被测得最准的物理量。光学频率梳的诞生极大地提高了频率测量的精度。自问世以来，频率梳已在原子钟、卫星导航、精密距离测量和分子识别等多个技术领域中发挥了重要作用。2005年诺贝尔物理学奖便是颁发给了从事这项重大发现的科学家。光学频率梳的广泛应用极大鼓舞了研究者对其他类型频率梳的探索热情。特别是在磁子电子学领域，研究人员使用固态物质中的自旋集体激发来取代光子，成功创造了磁子频率梳，拓展了频率梳的研究和应用范围。磁子频率梳的激发依赖于材料的非线性效应，然而这种效应通常微弱且难以精确控制。因此，传统的磁子频率梳需要较高的功率密度才能产生极为有限的梳齿。这极大阻碍了磁子频...

在钙钛矿太阳能电池研究中，如何将铅元素替换为低毒的锡元素并保持优异的材料性能是科研人员一直试图攻克的难题。近期，上海科技大学物质科学与技术学院米启兮课题组开发出一种能显著增加锡基钙钛矿太阳能电池开路电压、进而提升其光电转换效率的方法，相关研究成果得到同行评审的一致好评，通过优先渠道在线发表于国际学术期刊《美国化学会能源快报》(ACS Energy Letters)。 图1：米启兮教授（左）和第一作者研究生施跃东（右） 钙钛矿是近年迅速发展的新一代光电转换材料，含铅钙钛矿太阳能电池已日趋成熟并走向产业化。锡作为与铅同主族且环境友好的元素，可用于替代铅制备锡基钙钛矿材料。该材料同时具有晶体结构稳定、半导体性能优良等特点，适用于建筑一体化、可穿戴和医疗健康等应用。然而近三年来，锡基钙钛矿太阳能电池器件中开路电压与短路电流这两项重要性能指标相互制约，导致光电转换效率处在14%–15%的平台期，总体性能有待提升。 ...

面向“双碳”能源发展战略的需求，碳捕集、利用与封存是实现低碳减排的重要手段。而燃烧前碳捕集技术则是天然气纯化、运输和高效使用的关键。沸石咪唑框架（ZIF）是由四面体金属中心和咪唑有机配体构筑具有沸石网络结构的晶态多孔材料，在工业气体的分离纯化、碳捕集、气体吸附等方面具有广阔的应用前景。然而，ZIF材料的本征结构柔性在高压气体吸附过程中表现出的动态响应行为往往限制其分离纯化性能，是ZIF材料在CO2/CH4变压吸附分离应用的关键挑战。为解决这一问题，上海科技大学物质科学与技术学院章跃标课题组开展了一系列研究。课题组此前提出的“官能团锁定”策略能够有效抑制高压吸附下的框架柔性，但其吸附选择性和工作容量之间仍存在博弈关系。近期，研究人员进一步提出了“逐级结构锁定”策略以平衡分离选择性和工作容量，从而增强该类材料的天然气纯化性能。该研究成果近期发表于国际学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical S...