自然杂志

焦大, 刘增乾, 张哲峰

2019, 41(5): 313-324. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.001

摘要 ( 3648 )

PDF (10662KB) ( 1004 )

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自然界中的生物材料具有优异的力学性能与独特的功能特性，这主要归功于它们复杂而巧妙的微观组织结构。特别是在长期的自然选择与生存竞争中，生物体进化出各种各样的天然武器，实现强力攻击与稳固防御这两种本身相互矛盾的技能之间的完美平衡。探索自然界“军备竞赛”中的材料科学能够从仿生角度为人造材料的优化设计提供宝贵的启示和灵感。文章阐明了典型天然武器的种类、形式、组织结构和力学性能特征，提炼了它们同步实现进攻与防御效果的共性的内在设计原则，总结了这些原则在促进新型仿生人造材料、器件与装置研发方面应用的最新进展，并进一步探讨了生物力学与仿生材料研究面临的机遇与挑战。

给DNA甲基化检测装上GPS，看肿瘤细胞如何变花样

徐鹏, 于文强

2019, 41(5): 325-334. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.002

摘要 ( 2970 )

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DNA甲基化对于细胞的正常生长和增殖非常关键，其异常可能导致一系列疾病，包括癌症，因此全基因组DNA甲基化的检测对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。文章介绍了复旦大学于文强课题组研发的全基因组DNA甲基化检测方法“导向定位测序(guide positioning sequencing, GPS)”。相比于通用的WGBS(whole-genome bisulfite sequencing)，GPS具有精确性高、比对率高、检测成本低、没有序列偏好性，可同时检测表观基因组和基因组学变异等优势。利用GPS对肝癌细胞和组织进行检测和分析，我们揭示了基于DNA甲基化调控的肿瘤转移的“同化共生”新机制。

量子云计算理论与应用简述

丁泳程, 郝敏佳, 陈玺

2019, 41(5): 335-342. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.003

摘要 ( 1079 )

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经典计算机在处理大规模数据集或是高强度计算的时候，受硬件工艺与算法原理限制存在性能瓶颈。为了解决此类问题，人们构想出了用量子计算机通过量子力学的微观性质进行计算。近年来实验技术上的突破使得一些科技公司推出了面向公众的量子计算机，以更深刻地理解量子算法并解决一些实际问题。文章介绍了量子云计算的基本原理和发展现状，并给出了量子云计算应用的成功案例，希望以此引起人们对此领域的关注。

无磁光学非互易研究进展

张示城, 钮月萍, 林功伟, 龚尚庆

2019, 41(5): 343-347. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.004

摘要 ( 912 )

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光学非互易器件，例如光隔离器、循环器和移相器等，是全光通信的基本单元，在光学信号处理和量子网络等方面具有重要应用。传统的实现光学非互易的方法是利用法拉第磁光效应，但所需要的强磁场会导致小型化和集成化的困难。因此，部分研究者将目光投向无磁光学非互易的研究。文章介绍了无磁光学非互易的研究现状以及华东理工大学激光物理与量子调控研究室在该方面的一些最新研究工作。

拓扑量子材料的研究进展

崔亚宁, 任伟

2019, 41(5): 348-357. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.005

摘要 ( 1654 )

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拓扑量子材料近年来已经成为凝聚态物理领域研究的国际前沿课题。在过去的几十年中凝聚态物理学者对量子霍尔效应进行了广泛研究，提出了一种基于拓扑序的研究范式，并且将拓扑这一数学概念与能带理论相结合，成功将其引入到固体电子材料的理论、计算与实验研究之中。拓扑材料具有奇特的表面态和低能耗的电子输运等性质，这些效应是由于拓扑量子态受到严格的对称性保护，对于普通的材料杂质、缺陷或无序具有很高的鲁棒性，并可以通过量子调控或相变改变其拓扑性质。这一新兴研究领域为未来的电子材料和器件，乃至基于量子拓扑体系与计算的信息技术创新探索提供了多种可能。对整个材料学的发展而言，拓扑概念的引入使人们对物质的研究更加深入，并且开始使用更加先进的数学工具描述新材料的属性。文章从拓扑绝缘体和拓扑半金属等材料计算科学的角度探讨拓扑量子材料的一些基本概念以及近年来国内外的研究进展。

稀土正铁氧体RFeO3中的磁化开关效应

袁宁, 曹世勋

2019, 41(5): 358-363. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.006

摘要 ( 573 )

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磁化开关效应(也称自旋开关效应)，是指RFeO3中稀土离子磁矩或铁离子磁矩在特定的外场和温度下发生180°翻转的现象，且由于材料体系中稀土离子的不同而呈现出多种表现形式。文章对稀土正铁氧体RFeO3体系中的磁化开关效应进行分类讨论，并详细讨论磁化开关现象发生前后，稀土离子磁矩和铁离子磁矩两种亚晶格的磁构型，以及外磁场对磁化开关效应的调控。

借用“平行宇宙”的算力——量子计算现状与展望#br#

李亦超

2019, 41(5): 364-369. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.007

摘要 ( 867 )

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量子力学自建立以来，被期待为未来技术进步的基石。目前，量子计算、量子信息处理、量子通信和量子测量等基于量子力学发展起来的技术备受关注。人们力图将理论的成果转化为应用，从而实现“第二次量子革命”。其中，量子计算机因其并行计算能力被证明一旦达到一定规模，其计算能力将远超传统计算机，甚至对目前广泛使用的传统加密算法产生威胁，也必将对社会各个领域产生深远的影响。文章从科普的角度介绍了量子计算的背景及原理，并基于发展现状对未来作了展望，最后探讨了量子计算与人工智能领域结合的可能性。

中性粒细胞——炎症反应中的双刃剑

梁新月, 张云云, 闫建设

2019, 41(5): 370-375. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.008

摘要 ( 3743 )

PDF (2728KB) ( 1565 )

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中性粒细胞是人体血液循环中最丰富的白细胞，在先天免疫中发挥重要的吞噬杀伤作用以抵御入侵的病原体，但它们在组织中激活的失控会引发诸如关节炎、结肠炎、败血症等多种炎性疾病的发生。文章首先概述了中性粒细胞的发生及其向炎症部位募集的分子机制，接着讨论了中性粒细胞清除病原菌的杀菌机理，最后论述了中性粒细胞功能失控引发炎症性相关疾病，并简述了中性粒细胞的一些生物标志物及其潜在的疾病治疗意义。

科学家的呼声

关毅

2019, 41(5): 376-383. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.009

摘要 ( 626 )

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近来，美国科技界人士纷纷表态反对美国政府打压外国科学家的行为。2019年8月21日，大约150名美国科研领军人物联合署名，反
对美国政府和一些高校排挤、打压中国和华裔科学家，认为这种恐吓的气氛将让众多在美工作的杰出中国和华裔科学家离开美国，也
向其他在美工作的外国科学家传递令人不安的信号。8月30日，美国哥伦比亚大学校长博林格在美国媒体发表文章指出，美国执法部门和情报部门鼓励美国学界以更严厉的手段监视出生在外国的学生和访问学者，尤其是中国人和华裔，这种做法背离了大学的使命。9月4日，美国60家科学、工程学和教育组织联名发表公开信，呼吁美国政府停止打压外国科研人员和阻碍国际科学合作的行为。信中说，美籍和外籍科学家对美国政府旨在“降低安全风险”的最新政策和做法表示担忧，认为这会损害科学事业。

纪念黄昆先生

姬扬

2019, 41(5): 384-385. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.010

摘要 ( 2311 )

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神经科学之父——拉蒙•卡哈尔

顾凡及

2019, 41(5): 386-390. doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2019.05.011

摘要 ( 2856 )

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西班牙神经科学家拉蒙•卡哈尔是公认的神经科学之父，本文介绍了他对科学的主要贡献以及留给后人的忠告。

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