万亿分之几秒转一圈,更快分子马达诞生!| 顶尖科学家周记
2021-06-25
WLA上海中心
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  用声音记录全球顶尖科学家最新动态,见证世界科学发展进程。由长三角之声与世界顶尖科学家协会上海中心联合推出的系列短音频《顶尖科学家周记》本周五继续上新。过去一周,顶尖科学家们又发生了哪些精彩故事?一起来听↓

顶尖科学家周记:

记录时间:2021年6月19日-6月25日
科学坐标:STED显微技术、分子马达、笼目结构、京都奖

 

 

STED显微技术

  你还记得第一次使用显微镜看到一个崭新世界时的新奇感吗?自从有了这种精密的光学仪器,我们看到了过去看不到的许多微小生物和构成生物的基本单元——细胞。

  当然,人类对微观世界的探索永无止境,STED(受激发射损耗)显微技术随之诞生。由2014年诺贝尔化学奖得主斯特凡·黑尔发明的这项技术能够对尺寸为纳米的物体进行光学成像,从而进行亚细胞研究。

  近年来,STED显微镜技术取得了巨大进步,但在生物标本的深层进行高对比度超分辨率成像而不造成光损伤仍然是一个挑战。在STED显微镜中,有机荧光团经常被用作生物样品纳米探针。然而,它们需要强脉冲照明,这会引起光毒性、光漂白和自发荧光。此外,有机荧光团通常在可见光区工作,由于光衰减和像差,限制了STED显微镜在深层组织研究的应用。

  好消息是,近日,由上海理工大学与新加坡国立大学、暨南大学联合开发的一种新发光镧系元素纳米探针可用于亚细胞结构的低功率STED显微镜和深层组织超分辨率成像,有望使STED显微镜在生物医学、超分辨成像领域发挥更大的作用。相关成果已发表在《自然纳米技术》杂志上。

论文《通过使用下转换镧系纳米颗粒在连续波近红外实现STED显微镜》共同第一作者、上海理工大学教授张启明
图  |  上海理工大学

分子马达

  微观世界的科研进展不止于此。光驱分子马达已诞生20多年,这些马达通常需要微秒到纳秒的时间来进行一次旋转。近日,格罗宁根大学物理学副教授托马斯·詹森和硕士生阿特雷娅·马琼达设计出了一种更快的分子马达,仅由光驱动,并能在几皮秒内利用单个光子的力量完成一次完整转动——要知道,1皮秒可等于千分之一纳秒。詹森说,这一研究成果未来可用于为药物输送提供动力、移动纳米级物体或其他纳米技术应用。

单个光子驱动分子马达更快旋转
图 | 格罗宁根大学

  巧的是,世界首个人工分子马达正是由詹森的同事本·费林加开发。费林加通过结构工程实现对分子马达转动参数的精准调控,并发展出一系列基于分子马达的智能分子材料,将“蒸汽机时代”带入到分子维度,他也因此被称为“分子马达”第一人,并获得2016年诺贝尔化学奖。

笼目结构

  另一位诺奖得主的理论也在最近得到了新应用。

  基于2016年诺贝尔物理学奖得主邓肯·霍尔丹于1988年提出的量子霍尔效应等重要理论,由普林斯顿大学主导的一个国际科研团队发现了一种新型“笼目结构”超导材料中电荷排序的新模式,并在其中观察到了意想不到的量子行为。研究人员表示,“这就像在系外行星中发现水一样——它开辟了拓扑量子物质研究的新前沿。”

新型“笼目结构”超导材料中电荷排序新模式示意图
图 | 普林斯顿大学

  无独有偶,中国科学技术大学陈仙辉院士团队近期在一种新型笼目结构超导体中发现非寻常的电荷密度波与超导的竞争关系,为理解新奇的电荷密度波和超导态提供了关键性实验证据。

京都奖

  还有一条与“量子”有关的好消息。2021年度京都奖近日公布,图灵奖得主、中国科学院院士、中国清华大学交叉信息研究院院长姚期智获尖端技术领域奖项。这也是中国籍科学家首次斩获有“日本诺贝尔奖”之称的京都奖。

姚期智教授参加第三届世界顶尖科学家论坛 图 | WLF

  京都奖官网介绍,姚期智开创了计算机科学新趋势,他通过建立创新的计算和通信基础理论,为各个领域的前沿研究做出了巨大贡献,尤其在安全、安全计算和量子计算方面。

—顶尖科学家周记 ·未完待续—

 

资料整理:世界顶尖科学家协会(WLA)上海中心
改编制作:长三角之声