最近交大人在科研领域，取得了这些重要进展！

加强“强基工程”建设，

推动学科交叉融合、

科教融合、产教融合，

聚焦“双碳”目标，

交大人，在行动！

近期，西安交大科研人员在锂硫电池、电场大范围调控自旋霍尔角、复杂疾病罕见变异研究策略、超分辨荧光显微成像、疑难皮损炎症类别、超分子手性、去中心化自治组织平台治理模式、一碳气体生物转化利用等领域相继取得重要进展。

快跟着交小童一起来看看吧！

为交大科技硬实力打Call！

｜目录｜

1、西安交大研究人员在锂硫电池领域取得多项进展

2、西安交大科研人员实现电场大范围调控自旋霍尔角

3、西安交大科研人员在复杂疾病罕见变异研究策略方面取得重要进展

4、西安交大科研人员在超分辨荧光显微成像领域取得重要进展

5、西安交大科研人员揭示疑难皮损炎症类别，研发网络工具助力皮损炎症类型诊治

6、西安交大科研人员发现超分子手性产生新机制

7、西安交大科研人员探索去中心化自治组织平台治理模式，助力区块链分布式平台绩效提升

8、西安交大科研人员在一碳气体生物转化利用领域取得新进展

西安交大科研人员

实现电场大范围调控自旋霍尔角

发表期刊

《自然通讯》

(NatureCommunications)

内容摘要

通过自旋轨道矩(SOT)实现电流驱动磁化翻转的方法，具有响应快、功耗低、高稳定性等天然优势，是开发下一代自旋存储和逻辑器件的重要基础。基于这一原理设计的自旋轨道矩磁随机存储器(SOT-MRAM)有望成为新一代超高性能非易失性存储器，具有广阔的应用前景。

在该器件中，电流流经具有强自旋轨道耦合的非磁性材料并转化为自旋流注入临近的铁磁层中实现磁化翻转。自旋霍尔角作为衡量电荷流与自旋流转化效率的关键参数，直接影响到整个存储器件的性能与功耗表现。因此，寻找具有强自旋轨道耦合与高自旋霍尔角的材料，是构建低功耗自旋转矩器件的核心诉求。近年来有报道Bi2Se3、Bi2Te3等拓扑绝缘材料凭借其独有的自旋-动量锁定机制而具有极高的自旋霍尔角。如何通过原理与技术创新，对材料的自旋霍尔角实现调控与增强，在当今自旋电子学领域具有重要的理论和应用价值。

针对上述科学问题，西安交通大学电信学部刘明教授团队在PMN-PT衬底上构建了Bi2Se3/NiFe结构的霍尔器件。通过在衬底上原位施加纵向电场对Bi2Se3自旋霍尔角进行调控，调控效果具有良好的稳定性与可回复性，最高实现了Bi2Se3自旋霍尔角600%的增强。

通过设计对照实验表明对Bi2Se3自旋霍尔角大范围调控与增强的机理源自铁电衬底的电致应力与极化翻转所带来的表面电荷掺杂的双重作用。第一性原理计算表明应力与电荷掺杂可以显著改变Bi2Se3费米能级处的贝里曲率，进而对自旋霍尔角产生有效调控。该工作对自旋霍尔角的大范围调控与增强可有效降低SOT-MRAM器件中磁化翻转所需的临界电流，在设计低功耗与可调谐自旋电子器件中具有重要意义。

西安交通大学为该论文唯一署名单位。电信学部电子科学与工程学院博士生鲁琦、材料科学与工程学院青年教师李平为论文共同第一作者。刘明教授、郭志新教授及青年教师董国华为论文共同通讯作者。

刘明教授团队主页

西安交大科研人员

在超分辨荧光显微成像领域取得重要进展

发表期刊

《先进光子学》

（AdvancedPhotonics）

内容摘要

超分辨荧光显微成像技术打破了光学衍射极限的桎梏，使人类得以用无损的方式窥探纳米尺度的微观生物世界，为人类探索生命的奥秘提供了前所未有的手段。其中，超分辨结构光照明显微镜（super-resolutionstructuredilluminationmicroscopy,SR-SIM）具有更快的成像速度、更低的光毒性以及更弱的光漂白，在活体细胞的长时间动态观测中备受青睐。然而，在进行活细胞成像时，背景荧光不仅会导致SR-SIM图像对比度急剧下降，同时还会产生大量周期性的计算伪影，为分辨活细胞中的精细结构带来了巨大的挑战。同时，传统SR-SIM复杂、耗时的重构算法使得实现实时的超分辨观测变得困难重重。通常情况下，SR-SIM用户必须首先使用宽场模式搜索感兴趣的视场，然后切换到SR-SIM模式采集原始SIM图像，接着将SIM原始图像导入图像后处理程序，等待程序完成图像重建，最后才能观察到样品的超分辨图像。这种繁琐的工作流程对于显微镜操作者来说无疑十分低效，不可避免地阻碍了SR-SIM在生物学实验室中的广泛应用。

传统Wiener-SIM算法和JSFR-SIM算法

重建流程对比示意图

雷铭教授团队提出了一种空频域混合式重建算法(JointSpaceandFrequencyReconstruction,JSFR-SIM)，极大地提高了SR-SIM的图像重建速度，解决了传统重建方法难以实现实时重建的问题。同时，该算法还能够有效抑制活细胞成像时的背景荧光与周期性的计算伪影，为解析活细胞中细胞器的精细结构观测提供了极大的便利。经测试，该方法将SR-SIM的图像重建时间缩短到毫秒级别并实现了超分辨图像的实时显示，重建速度比目前广泛使用的Wiener-SIM算法快了近2个数量级。理论模拟和实验观测均证明该方法在提升重建速度的同时并不会损失任何图像质量。

JSFR-SIM可实时显示微管和线粒体动态

另外，雷铭教授团队还将该算法与自行研制的超分辨结构光照明显微镜结合，对活体COS-7细胞进行了实时观测，并捕捉到了微管的动态组装与解体过程以及快速的线粒体制管过程。该方法为实时观察活细胞中细胞器与生物大分子的动态过程提供了一种快速的重建手段，有望大幅简化超分辨显微镜使用者的工作流程，提高相关科学工作者的成像效率，从而促进SR-SIM在生物医学实验室的广泛应用。相关技术目前已授权和正在申请多项国家发明专利，系统工程样机也已经研制完成。

快速实时超分辨结构光照明显微成像系统原理样机

论文的第一单位为西安交通大学，第一作者为新讲师汪召军博士，通讯作者为雷铭教授。此外，物理学院博士后赵天宇、北京大学生命学院博士后蒿慧文等也参与了研究工作。

雷铭教授团队主页

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发现超分子手性产生新机制

发表期刊

《美国化学学会会刊》

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内容摘要

超分子手性的自发产生与放大机理是当前手性研究的一个重点与难点，对这一问题的探索将推动各类手性器件的构筑，深化对生命体起源的理解，拓展超分子体系的研究前沿。在软材料领域，过往针对手性自发产生机制的研究工作主要聚焦于简单螺旋结构中，对复杂三维体系中超分子手性自发产生机理的研究尚属空白，也是手性功能软材料构筑的重要前提。遗憾的是，研究手段方面的匮乏以及三维体系本身的复杂性成为阻碍超分子手性研究的主要难点问题。

针对超分子手性自发产生机制这一科学问题，西安交通大学材料学院、陕西省软物质国际联合研究中心的研究人员，与德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学研究人员合作，利用共振软X射线散射(RSoXS)研究了非手性多爪型分子的自组装行为，从分子层面解析了三维体系中超分子手性的自发形成机制。由于非手性多爪型分子本身的不对称性，其自组装结构随温度变化产生超分子手性，这一体系为理解超分子手性的自发产生提供了一个绝佳的平台。

RSoXS是一种利用线偏振X射线在元素吸收边附近进行散射的实验方法，其物理过程包含散射与吸收两部分，散射为该实验方法提供识别周期性的能力，吸收过程使得电子跃迁至外层非球形轨道中，使得不同方向的轨道与线偏振X射线的作用方式不同，从而赋予了RSoXS分辨电子轨道/价键方向周期性的能力。借助于这种特性以及原位温度敏感性分析，研究人员成功地表征了手性四方结构(Tetbi)，并通过简化的结构模型，结合散射理论，对手性四方结构中的分子排布方式进行了解析。揭示了从非手性立方结构(Cubbi)到手性四方结构(Tetbi)的手性产生过程。随着温度的降低，一条网络中的分子保持螺旋排布，而另一条网络中的分子逐渐随机，从而自发产生了超分子手性。这一发现首次解析了三维体系中超分子手性的自发产生过程，探究了分子螺旋间的相互作用对超分子手性的影响，拓宽了超分子手性体系的表征思路。

论文第一作者为西安交大材料学院助理教授曹瑜，通讯作者是西安交大金属材料强度国家重点实验室刘峰教授以及德国哈勒维滕贝尔格马丁路德大学CarstenTschierske教授，陕西省软物质国际联合研究中心与西安交大金属材料强度国家重点实验室为本文第一单位。

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在一碳气体生物转化利用领域取得新进展

发表期刊

《生物技术进展》

（BiotechnologyAdvances）

《应用微生物与生物技术》

内容摘要

近日，西安交通大学化学工程与技术学院费强课题组在国际生物技术权威期刊《生物技术进展》（BiotechnologyAdvances）发表综述文章，全面总结了利用微生物转化甲烷、二氧化碳等一碳气体合成短链生物醇的研究进展，详细介绍了嗜甲烷菌等模式菌株与生物固碳相关的代谢途径，并从底物活化电子能量供给、产物耐受菌筛选与耐受机理解析、关键中间代谢物累积、基因表达调控以及产物合成碳通量优化等角度系统阐述了一碳气体合成生物醇的最新进展，同时分析和讨论了该生物技术面临的挑战和前景，为一碳气体的高效生物利用途径及碳资源循环经济模式的建立提供了理论指引。

费强课题组长期围绕嗜甲烷菌的人工构建及其甲烷代谢机制进行探究，近日首次通过实验证实了I型嗜甲烷菌模式菌株的氮气固定能力，揭示了该菌株关键转录因子NifA对胞内固氮功能酶、甲烷代谢、能量供给、膜转运和细胞生长等基因的调控作用和影响机制。该研究不仅为了解嗜甲烷菌的生理特性和胞内氮代谢奠定了研究基础，还为甲烷-氮气共利用合成蛋白饲料等高附加值产品提供了技术经济可行性策略。该研究成果发表在国际应用生物技术领域权威期刊《应用微生物与生物技术》（AppliedMicrobiologyandBiotechnology）上。