本周上線

National Science Review

本周（2026年5月15日-21日）NSR為您呈現17篇涵蓋各學科的最新研究成果，敬請閱讀，了解更多科學前沿進展！

• 1 篇 News Report

  長江十年禁漁

• 1 篇 Interview

  專訪Gilles Ramstein

• 1 篇 Editorial

  微笑衛星

• 1 篇 Guest Editorial

• 作物育種設計

• 1 篇 Brief Communication

  紫外晶體氟化調控

• 10 篇 Research Article

  單原子催化、全球FVOC排放、片上全光互連、逆向熱擴散、自旋太赫茲發射器、生物傳感內計算、拉脹壓電效應、非平面電極封裝、單分子磁致伸縮體、PM2.5控制

• 2 篇 Research Highlight

  離子突觸器件、高鎳單晶正極

NEWS REPORT

Will the 10-Year Fishing Ban save the Yangtze River?

十年禁漁，能否拯救長江？

作者：趙維杰（NSR編輯部）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag299

2021年1月1日起，中國正式啟動“長江十年禁漁計劃”，十年內在長江流域重點水域禁止天然漁業資源的生產性捕撈。禁漁前半程，多項指數已顯著回升，但更多角度的全方位“長江大保護”仍需長期努力。長江江豚種群數量已穩定回升、中華鱘的自然種群恢復卻仍然前途未卜。我們期待看到更多奇跡，看到更多已經“消失”的物種像鳤魚一樣重現長江。

INTERVIEW

Evolution of continents and the monsoon system: an interview with Gilles Ramstein

大陸演化與季風系統演變：專訪季風和古氣候學家Gilles Ramstein

通訊作者：胡永云（北京大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag294

法國氣候與環境科學實驗室（LSCE）研究主任Gilles Ramstein是一位古氣候模擬領域的權威專家。他系統探究了構造運動、氣候變化、水循環以及碳循環之間的相互作用，在揭示季風系統演化、非洲干旱化等重大氣候演變機制方面取得了重要成果。在本次采訪中，Gilles Ramstein分享了他對季風系統、古氣候等領域的一些關鍵問題的見解、研究經驗以及對中外科研現狀的看法。本文將收錄于NSR“大陸演化與季風系統演變”專題。

EDITORIAL

Towards a global vision of earth’s shield: the SMILE mission and a new paradigm of international collaboration

以全球視野構筑地球護盾——微笑衛星任務與國際合作新紀元

通訊作者：王赤（中國科學院國家空間科學中心）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag280

中歐合作的太陽風-磁層相互作用全景成像衛星（SMILE，即“微笑衛星”）于2026年5月19日發射成功，將首次實現對地球磁層的連續軟X射線全景成像，把我們的視角從孤立的“點測量”提升至整體的“可視化”。除科學價值外，SMILE也是人類在探索太空、保護地球方面開放合作的一個象征。

GUEST EDITORIAL

Crop breeding by design: integrating big data for future food security

作物育種設計：整合大數據以實現未來糧食安全

通訊作者：徐士忠（加州大學河濱分校）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag288

本文圍繞“作物育種設計”的專題設計，系統闡述了如何通過整合大數據、基因組學、表觀遺傳學及先進算法，推動作物育種邁向精準化與數據驅動的新時代。專題介紹了Fast3VmrMLM和PSR-GLMM等高效分析工具，解析了黑米馴化機制、種子活力與耐儲性平衡、調控甲基化提升作物產量以及增強小麥耐寒性等關鍵發現。這些進展共同為實現未來糧食安全提供了分子層面的可行路徑。

BRIEF COMMUNICATION

Fluorination modulation theory for vacuum-ultraviolet nonlinear optical crystals (I): foundation and framework

真空紫外非線性光學晶體的氟化調控理論 (I): 基礎與框架

通訊作者：潘世烈（中國科學院新疆理化技術研究所）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag259

本研究建立真空紫外非線性光學晶體氟化調控理論，通過非金屬-氟共價鍵嵌入陰離子四面體基元，實現局域對稱性破缺、陰離子框架重構與帶邊電子結構穩定。在有效氟化窗口內實現性能協同優化，提出剪切-聚合-定向序構機制與平均橋連度判據，形成可量化設計準則。該理論為高性能真空紫外晶體設計提供新的理論框架。

RESEARCH ARTICLE

Scalable Microfluidic Synthesis of Noble Metal Single-Atom Catalysts

貴金屬單原子催化劑的連續流宏量合成

通訊作者：吳強、楊立軍、胡征（南京大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag276

單原子催化劑是中國科學家的原創性貢獻，該領域正從實驗室研究向工業應用轉型，核心瓶頸是工業化過程中的放大效應難題。本研究融合微流控技術與氮摻雜碳納米籠載體優勢，發展了連續流合成方法，實現高均一性、10wt% 高載量鉑單原子催化劑宏量制備及其在質子交換膜電解水裝置中的超低鉑高性能應用，為工業化落地搭建了關鍵橋梁。

RESEARCH ARTICLE

Global emission trends of anthropogenic full-volatility-range organic compounds 1970-2020

1970-2020年全球人為源全揮發性區間有機物排放趨勢

通訊作者：張強（清華大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag281

本研究在多尺度排放清單模型（MEIC）框架下，構建了1970-2020年全球人為源全揮發性區間有機物（FVOC）排放清單，解決了傳統全球排放清單中揮發性表征缺失和不連續的問題，使可表征的全球有機物排放量提高了28%-41%。結果顯示，1970-2020年間全球低/半揮發性和中等揮發性有機物排放增長速率高于揮發性有機物，其重要性在大氣污染治理中日漸凸顯。

RESEARCH ARTICLE

On-chip large-scale all-optical interconnect for ultra-low-latency deep neural network inference

面向超低延時深度神經網絡推理的片上全光互連

通訊作者：舒浩文、王興軍（北京大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag282

基于高速硅光收發芯片與低損耗芯片級光交換電路（OCS），本論文構建了面向片間Scale-up 網絡的全光互連架構。得益于高效的光電融合設計與超低損耗芯片制備技術，系統驗證了全光網絡在無光學增益補償條件下實現高速零誤碼傳輸與交換的能力。進一步依托全光網絡無分組級尋址、調度與緩存開銷的互連特性，完成了超低時延神經網絡推理驗證，為未來高帶寬、低時延、高能效計算架構的發展開辟了新路徑。本文將收錄于NSR“光電融合”專題。

RESEARCH ARTICLE

Learning to reverse thermal diffusion

學習逆轉熱擴散

通訊作者：李鷹、陳紅勝（浙江大學），黃吉平（復旦大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag287

熱擴散受熱力學第二定律限制，其演化過程具有不可逆性，導致從觀測到的末態反推初始熱態極具挑戰。本文提出了一種基于末態觀測推演初始熱態的逆擴散深度學習框架。該方法首先利用熱場演化網絡精準提取復雜異質材料的熱物性參數，進而創新性地引入時間反演算子，實現了將末態熱場直接向初始狀態的高效投影。在3D打印結構和真實芯片的驗證中，該算子驅動模型實現了誤差低于0.1%的高保真度熱場逆推。這一成果為電子器件熱管理與工業無損檢測等領域提供了高精度的新范式。

RESEARCH ARTICLE

Nonvolatile Phase-Programmable Spintronic Terahertz Emitter via Laser-induced Spin Polarization Switching

基于光致自旋極化翻轉的非易失性相位可編碼的自旋太赫茲發射器

通訊作者：吳曉君（北京航空航天大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag289

本文報道了一種基于 IrMn?/Co??Fe??B??/W 異質結構的非易失相位可編碼自旋太赫茲發射器。通過構建微觀雙穩態，利用飛秒激光誘導自旋極化翻轉，實現了閾值型太赫茲相位反轉、低能量讀出及磁場復位，進而展示了高對比度空間相位圖案寫入，為編碼太赫茲光學及片上集成應用提供了新思路。

RESEARCH ARTICLE

Electrochemical in-biosensing computing

電化學生物傳感內計算

通訊作者：趙偉偉（南京大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag290

本研究首次實現了電化學生物傳感內計算。構建多柵極光電化學晶體管，依托其獨特器件構型與突觸記憶特性，實現內置矩陣向量乘法運算與光調控權重更新。針對實際樣本microRNA特征圖譜的同步檢測與智能分類應用表明，該器件既可實現多目標生物傳感，還能獨立構成單層算法分類器，為開發具備邊緣計算能力的電化學生物傳感奠定了基礎。

RESEARCH ARTICLE

Intrinsic Auxetic piezoelectricity piezoelectricity in bulk ferroelectrics

塊體鐵電材料中的本征拉脹壓電效應

通訊作者：譚智、朱建國（四川大學），楊明敏（合肥國家實驗室、中國科學技術大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag295

本研究預測并實驗證明了一類Aurivillius鐵電材料中存在本征的拉脹型壓電效應，即其橫向壓電常數 d31 反常地與縱向壓電常數 d33 同號，表明材料在外加電場作用下可在橫向與縱向同時發生膨脹或收縮。該效應在多晶陶瓷材料中同樣能夠保持，并可在寬溫度范圍內穩定存在。外場驅動下不同帶電結構單元之間的層間相對滑移，是導致其反常 d31 響應的深層物理機制。

RESEARCH ARTICLE

Intimate encapsulation of non-planar electrodes via a viscoplastic interlayer

黏塑性中間層實現非平面電極的緊密封裝

通訊作者：于嚴淏（南方科技大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag297

本研究聚焦柔性電子器件中非平面電極的封裝難題，設計了一種由聚異丁烯和馬來酸酐接枝聚丙烯組成的高阻隔黏塑性封裝中間層，利用鏈滑移和永久解纏結機制，實現了對微絲、微柱、蛇形電極等多種非平面電極的緊密貼合與氣密封裝，將可拉伸生物電子器件的體內信號保真時間延長至45周。

RESEARCH ARTICLE

Single-molecule magnetostrictor: an {Fe?Gd?} cubic crystal exhibits temperature-dependent magnetostriction

單分子磁致伸縮體:具有溫度依賴性磁致伸縮效應的{Fe?Gd?}立方晶體

通訊作者：鄭彥臻、翟沅琦（西安交通大學），付振東（松山湖材料實驗室）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag300

本研究主要提出了單分子磁致伸縮體的概念。由于分子不具備磁長程有序導致的磁疇運動，且{Fe?Gd?}分子結晶于立方空間群、Fe(III)和Gd(III)具有半充滿的磁性軌道，因此磁各向異性對該晶體的磁致伸縮效應貢獻十分有限。因此，{Fe?Gd?}晶體低溫下的大磁致伸縮效應只能由分子內由于鐵磁耦合產生的大自旋磁矩被磁場驅動所致，可稱之為單分子磁致伸縮體。

RESEARCH ARTICLE

Toxicity-Informed Control of Global PM2.5Emissions

以削減毒性風險為導向的全球PM2.5排放控制

通訊作者：王書肖（清華大學）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag301

本研究整合了人為源排放毒性譜和全球排放清單，構建了全球首個基于毒性的PM2.5排放數據集。研究揭示，PM2.5質量排放與毒性熱點顯著錯位，低收入國家的毒性加權排放遠超其能源消耗水平，凸顯環境不公。研究提出以削減毒性風險導向的全球治理框架，以改善人群健康、推動可持續發展。

RESEARCH HIGHLIGHT

Observation of the transition from capacitive to inductive synapsis behaviour

電容型向電感型突觸行為轉變的觀測

通訊作者：Juan Bisquert（西班牙化學技術研究所）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag278

本文點評了南方科技大學生物醫學工程系肖凱教授團隊在National Science Review發表的論文(https://doi.org/10.1093/nsr/nwag036)。該研究在單一對稱納米流體突觸器件中，揭示了電容型與電感型突觸行為之間的微觀轉變機制：離子間距與Bjerrum length的相對關系決定了器件電學響應是由雙電層電容主導，還是由Bjerrum pairs配對過程決定。僅通過改變離子種類，器件可實現在抑制型與促進型突觸可塑性之間的可控轉化，并可進一步構建可調高通濾波電路。該工作將以往對離子突觸器件的現象學描述推進到更清晰的物理機制層面，為設計與開發面向神經形態和物理計算的多功能離子器件提供了新的思路。

RESEARCH HIGHLIGHT

Redefining structural stability in Ni-rich single-crystalline cathodes

重新定義富鎳單晶正極的結構穩定性

通訊作者：Sang-Young Lee（韓國延世大學），馬佳鑫、吳忠帥（中國科學院大連化學物理研究）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag292

本文點評了最近在Nature Energy上發表的題為“Intralattice-bonded phase-engineered ultrahigh-Ni single-crystalline cathodes suppress strain evolution”的研究論文。作者受到PNCMs【多晶Li(NixCoy Mn1?x?y)O2】中快速Li+離子動力學和SNCMs中穩定結構的啟發，提出解決當前超高鎳單晶正極材料（SNCMs）穩定性和合成難題的關鍵在于結構優化，將單晶和多晶的優點結合起來，以實現結構穩定和Li+傳輸加速。這種結構優化策略，有效維持顆粒結構完整性、縮短鋰離子擴散路徑，從而解決了超高鎳NCM正極在長循環過程中出現的晶格缺陷與電化學反應不均一問題，為高鎳正極材料的開發提供了重要思路。