一周前沿科技盘点｜官宣！透视世界奥秘的“神器”诞生； “油门”“刹车”交替，植物智慧调控生长发育

新型高光谱智能成像器件

高光谱成像技术能同时获取目标的空间结构信息和数十甚至上百个波段的光谱信息，可以精准识别目标材质特征、辨识复杂环境。高光谱成像产生的数据规模庞大，长期以来，该技术大多依赖光栅、棱镜等分立元器件组成的复杂光学系统工作，这种系统体积大、难集成，且分辨率和光能利用率不高。

对此，北京理工大学张军团队面向未来新质新域应用的智能化、轻量化探测需求，通过材料、电子、光学、计算机等多学科交叉，自主研制百通道百万像素的高光谱实时成像器件。该器件将将光能利用率由典型的不足25%跨越提升至74.8%，创造世界最高记录。该器件体积小，29毫米×29毫米×42毫米；重量轻，46克；智能化程度高，实时高光谱成像与目标精准识别，在可见-近红外波段实现高分辨光谱成像。在400-1000纳米波段范围内，光谱分辨率达到2.65纳米，时空分辨率为2048×2048@47fps；在400-1700纳米波段范围内，光谱分辨率为8.53纳米，时空分辨率为1024×1024@124fps。该器件还拥有较高的成像信噪比（40.2分贝）、动态范围（68.71分贝）以及热稳定性（-60℃-50℃）。

该器件在遥感探测、生命健康、智慧农业、工业自动化等领域展示了广阔的应用前景。在遥感探测领域，团队使用该器件拍摄了月球表面的高清光谱视频，在弱光环境下实现观测目标的动态远程监测，展示了该器件优异的光能利用率和时空谱分辨率；在生命健康领域，该器件实现了动态的血氧检测和水质污染分析；在智慧农业领域，该器件实现了高精度的叶绿素检测、糖度检测以及水果淤伤检测；在工业自动化方面，该器件实现了高精度的纺织物自动分拣。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08109-1

水稻独脚金内酯信号感受及其在低氮中的作用模型

“植物如何调控生长发育？它们如何适应环境变化？”《科学》杂志将之列为125个人类未知的重大科学问题之一。对此，中国科学院遗传与发育生物学研究所的科学家最近给出了进一步解答。

独脚金内酯是近年来发现的一种重要植物激素，在调控植物分枝（即分蘖）数目这种生长发育关键性状中发挥关键作用。中国科学院遗传与发育生物学研究所李家洋团队的青年研究员王冰等人发现了植物激素独脚金内酯信号感知机制及其在氮素响应中的关键作用，阐明了植物如何通过调控独脚金内酯信号感受途径中的“油门”和“刹车”，“聪明灵活”地调控不同环境中独脚金内酯信号感受的持续时间和信号强度，进而改变植物株型。

为解析独脚金内酯信号感受的关键机制，研究人员剖析了在D14与D3、D53蛋白相互作用中发挥重要功能的氨基酸位点，进而基于生化和遗传数据揭示了独脚金内酯信号感受模型即D3具有两种拓扑构象。其研究显示，改变D14的磷酸化状态能够实现降低氮肥投入而不减少分蘖，对作物株型的精准改良以及减肥增产水稻新品种的分子设计育种具有指导意义。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.009

“天关”卫星获得的首个X射线全天天图（银道坐标系）

暂现天体如同宇宙中转瞬即逝的“烟花”，其持续时间从不到一秒到几年不等。这些壮观而神奇的天体现象，携带着天体形成和演化的关键信息，是科学家们研究宇宙极端现象、探索宇宙奥秘的重要窗口。“天关”卫星于今年1月9日成功发射，并于7月起开展常规的科学运行，它探测到多种类型的暂现天体，并捕捉到几例可能的新类型暂现源，成功获取了由中国自主研制设备观测到的首张全天X射线天图。

“天关”卫星是中国科学院空间科学先导专项（二期）立项实施的空间科学卫星系列任务之一，卫星上配备宽视场X射线望远镜（WXT）和后随X射线望远镜（FXT），在为期半年的在轨测试中表现出色，性能超出设计预期。与国际上现有的同领域设备相比，“天关”卫星的探测灵敏度和空间分辨率提高了一个数量级以上。

在测试和运行的初期阶段，“天关”卫星已经探测到60例确定的暂现天体、上千例暂现天体候选体以及480多例恒星耀发，探测到上百例已知天体的爆发。“天关”卫星团队向国际天文界发送了100多条天文警报，引导了国际上地面和空间多波段设备的后随观测。“天关”卫星所探测到的X射线暂现天体种类丰富，涉及恒星、白矮星、中子星、各种质量类型的黑洞、伽马射线暴、超新星等，辐射持续时长覆盖了从几十秒到几个月，跨越了6个数量级。

“天关”探测到约40例来自宇宙深处的快速暂现天体。暂现天体如同宇宙中转瞬即逝的“烟花”。它们忽然出现，持续一段时间后便消失得无影无踪，其持续时间从不到一秒到几年不等。这些壮观而神奇的天体现象，携带着天体形成和演化的关键信息，是科学家们研究宇宙极端现象、探索宇宙奥秘的重要窗口。

2024年4月8日，“天关”发现一例暂现天体EP240408a，并记录了其X射线的一次剧烈爆发。此次爆发的亮度增强了300倍，仅持续了12秒。随后，该X射线天体在大约10天后消失。此类中等时标的暂现源在以往的观测中很少出现。该天体的光谱和时变特征与目前已知的天体类型均不完全一致，表明它可能属于一种前所未知的暂现天体类别。这一发现对于拓展对宇宙暂现天体族群的认识以及理解极端物理过程具有重要科学价值。

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https://link.springer.com/article/10.1007/s11433-024-2524-4

人生的三分之一在睡眠中度过。研究显示，中枢神经系统中存在睡眠诱导和觉醒促进的神经核团及神经环路，这些环路受内稳态和昼夜节律的调控，同时也受到外界多种理化因素如光、声、气味、温度、电、磁等的影响。随着工业化进程的加快，社会竞争、工作压力、人口老龄化以及信息化社会衍生的不良生活方式，近年来全球失眠症发病率持续上升，且呈现普遍化和年轻化趋势。

复旦大学黄志力团队针对光、温度、气味等理化因素对睡眠与觉醒的影响及其机制展开研究，发现腹侧前乳头体核、上丘、背内侧下丘脑等多个大脑核团，以及嗅球、嗅结节等嗅觉处理区域参与了不同理化刺激对睡眠觉醒的调节。近期他们发表综述文章，系统总结了数十年来200篇研究成果，梳理了环境中各类理化因素对睡眠与觉醒的作用和机制。这篇综述强调了外部理化刺激在临床睡眠障碍治疗中的潜在应用价值，并为进一步探讨大脑如何响应各种理化刺激、并与睡眠觉醒调控系统相互作用的机制，提供了新的启发。

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https://doi.org/10.1016/j.smrv.2024.102015

防伪技术在防止假冒产品和保护机密信息方面至关重要，广泛应用于产品标签、护照、机密文件等领域。电泳显示器件（EPD）因其低功耗、动态图像切换和高环境对比度等优势，成为动态防伪技术的理想选择。荧光电泳显示技术则能使EPD在紫外光下正常工作，拓展了传统EPD在紫外光场景中的应用可能。同时，通过结合反射和发射的双显示模式，可以实现多模式的动态防伪应用。

研究团队创新性地将CsPbBr₃复合到TiO₂电泳粒子上，制备出一种在环境光下呈白色、在紫外光下呈绿色的荧光电泳粒子。通过与TiO₂颗粒的结合，该复合粒子具备高电荷、白度和强荧光效果，能够在电场作用下实现快速响应驱动。基于该材料，进一步开发出了一种荧光EPD器件，该器件具备350 ms的快速响应时间和17的高对比度。同时，该荧光EPD在电场和紫外光的双模式驱动，成功实现了器件的多功能防伪显示。荧光EPD在可见光下可呈现黑白态切换，而在紫外光照下可实现绿色和白色态切换，展现出优异的光学防伪性能。

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https://doi.org/10.1038/s41377-024-01526-x

偶极激子共振能量的层数依赖。（A）-（C）不同层数组合中偶极激子的共振能量。（D）二维范德瓦尔斯异质结、同质结中偶极激子的共振能量和电偶极矩大小的分布情况。

激子能够对二维半导体材料的物理性质产生显著影响，一直是二维材料领域中最活跃的研究前沿之一。偶极激子因其电子和空穴分离的特性是凝聚态物理领域的重要研究对象，但一直存在难以被观测的问题。

复旦大学物理学系晏湖根、光电研究院黄申洋团队与合作者在人为堆叠的旋转角度为90°的黑磷同质结中发现了一种全新的偶极激子。这种激子无需依赖隧穿效应，天然具有强大的与光相互作用能力，甚至在室温下的光学吸收率超过1%，能被红外吸收光谱轻松探测。该激子既具有固定的电偶极矩，同时由于电子-空穴波函数的部分重叠，又展现出显著的与光相互作用能力，该特性很好地化解了探测困难这一长期困扰偶极激子研究的问题。

新发现的偶极激子还为研究者提供了前所未有的调控维度。传统层间激子的电偶极矩朝向是固定的，但复旦团队针对新激子系统，通过改变入射光的偏振方向，能够选择性地激发特定朝向的偶极激子；研究者还可以通过改变层厚或选择不同的带间跃迁，大范围调节激子的共振能量和电偶极矩的大小。这些激子分布于红外波段，而传统偶极激子多集中在可见光范围，这极大拓展了偶极激子的工作波段。

偶极激子的“新奇”特性不仅有助于推动低维度光电探测器、微型光谱仪、可调谐发光器件等新型红外光电器件的研发，还为调控激子-激子相互作用提供了更多自由度，这对多体物理、强关联量子态、非线性激子极化激元等领域的研究具有重要意义。此外，该研究也为探索黑磷中矩形莫尔超晶格的新奇量子现象奠定了实验基础。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2977