稳态强磁场实验装置2024年度十大亮点成果

揭示了光酶立体选择性催化机制

生物制造的“芯片”——酶，面临催化机制理解相对有限、我国在核心酶方面的自主率低等问题，成为限制生物制造及合成生物学发展的“卡脖子”问题。

南京大学黄小强教授联合强磁场中心田长麟研究员团队开发了焦磷酸硫胺素（ThDP）依赖酶和光催化协同的双催化新体系，通过ESR证实该催化循环中两种关键的自由基中间体（Int. B和Int. C）的存在以及电子转移机制。

该研究不仅极大地扩展了酶催化功能，还为化学领域的手性精准控制难题提供了新策略，有望引领光生物制造及合成生物学新方向。相关成果发表于Nature。文章链接

强磁场助力本征铁磁极化金属研发

在单一材料中，同时将电极化、铁磁性以及电极化、金属性这两对看似相互矛盾的性质内禀地耦合在一起，面临着巨大的挑战。

清华大学于浦教授团队利用原子精度操控创制出Ca₃Co₃O₈薄膜，依托超快非线性光学测试系统，采用二次谐波产生技术证实电极化序的存在，且与铁磁性、金属性强耦合关联。利用水冷磁体WM5高场输运测量发现0-30 T磁场下存在异常稳定的拓扑霍尔效应。

该材料中的强鲁棒性拓扑霍尔不但拓展了研究人员对于磁性材料和磁相互作用的理解，也为自旋电子学基础科学研究和应用探索提供了一个良好的材料载体。相关成果发表于Nature Materials。文章链接

二维量子磁体中发现“拓扑克尔效应”

斯格明子是具有非平庸拓扑特性的磁性元激发，有望成为新一代磁存储和逻辑器件的信息载体。传统电学拓扑霍尔效应仅适用于金属体系，随着拓扑磁性材料不断拓展，迫切需要发展适用于更多体系的表征手段。

中国科大张振宇、向斌教授联合强磁场中心盛志高研究员团队合成出理论预言具有斯格明子态的二维铁磁绝缘材料CrVI₆，利用精度微区磁光克尔效应研究发现与金属磁斯格明子体系拓扑霍尔效应高度相似的特征；组合显微镜MFM成像进一步证实其拓扑属性。

该研究首提 “拓扑克尔效应”概念，为拓扑研究提供光学手段探测新方案。强磁场光谱学技术突破电学测量局限，适用于非金属体系，实现空间分辨、无损和非接触式检测，为斯格明子机理研究和器件设计提供关键工具。相关成果发表于Nature Physics。文章链接

高迁移率二维半导体中观测到分数量子霍尔效应

高迁移率二维本征半导体的分数量子霍尔态在电输运上尤为难以实现，主要瓶颈在于获得较低载流子浓度欧姆接触极具挑战。

山西大学韩拯教授、辽宁材料实验室赵斯文副研究员以及北京大学路建明教授等团队合作，制备出二硫化钼的n型半导体场效应晶体管，在较低载流子浓度即可具有全温区欧姆接触和高迁移率。利用水冷磁体WM1低噪声极低温输运实验测试系统34 T下观测到填充系数n =1的量子极限和⅖、⅘填充的分数量子化横向电导平台。

该研究为基于二维半导体的低温高迁移率电子晶体管、低温放大器等纳米电子学器件提供了可能方案。相关成果发表于Nature Electronics。文章链接

空穴极化子抑制电子-空穴复合促进光催化固氮

虽然光催化提供了一种清洁的方法，但电荷载流子的快速重组局限其利用率。已提出的许多方法通过提高扩散速率解决电荷载流子复合，但难以达到与电荷重组时间尺度相当的水平。开发一种新的机制来促进载流子的有效分离仍然是一个持久的挑战。

中国科大肖翀、谢毅、张群教授团队提出在二维超薄半导体构造不同孔隙结构，通过战略性地增强电子-声子耦合强度和增加高活性表面氧原子的暴露，选择性生成活性空穴极化子，直接抑制光生载流子复合，实现固氮性能的显著提升。通过ESR表征了空穴极化子，揭示了催化机理。

该研究有助于增进对光生电子空穴动力学的基本认识，开阔氮光氧化以及其他光催化反应前景。相关成果发表于Advanced Materials。文章链接

铁基超导磁体技术取得进展

铁基超导材料由于其具有较高的超导临界转变温度（可达56 K）、极高的上临界场（理论预计大于200 T），以及较小的各向异性，被《科学》杂志誉为目前最有发展前景的新型高温超导体之一。

中国科学院高能所徐庆金研究员与中国科学院电工所马衍伟研究员团队通力合作，设计研制出串联装配的铁基超导双饼线圈，在35 T/50 mm水冷磁体WM5中进行高背景场下多次冷却、励磁循环测试，性能无退化。

该研究验证了铁基超导材料的高场应用潜力，为发展大尺寸高场铁基超导线圈提供了参考。相关成果发表于Superconductor Science & Technology。文章链接

揭示RNA解旋酶DDX5可作为疾病相关基因调控的的分子开关

RNA解旋酶DDX5是一种参与调控可变剪接的分子，其活性紊乱与癌症等疾病密切相关。

南京大学孙洋教授团队利用超导磁体SM3的850 M核磁共振波谱仪，结合ChIP-qPCR实验、免疫荧光以及NMR等多种技术方法验证了DDX5可与Col2-DNA G4结合并解旋其G4，从而促进COL2的表达；而DDX5的缺失致Col2-DNA G4形成使得COL2含量降低，促进了骨关节炎的发生。

该研究为洞悉骨关节炎、癌症以及干预策略提供了重要的线索和思路。相关成果发表于Nature Aging。文章链接

揭示分子伴侣蛋白Hsp90动态识别固有无序蛋白底物机制

热休克蛋白90被称为细胞内的“信号枢纽”，是抗癌研究的重要分子靶点，相关复合体结构信息匮乏。

中国科大黄成栋教授团队利用20 T/850 MHz NMR首次解析出热休克蛋白90与固有无序蛋白底物复合体结构，加深了对其动态分子机制的理解。

该研究为以该分子伴侣为抗癌药靶分子设计提供了新思路。相关成果发表于Nature Structural & Molecular Biology。文章链接

发现超导温度超220 K的亚稳镧超氢化物

目前实验上已经获得了几种具有高温超导性的氢化物，但实验制备超导温度超过200 K的高温超导材料仍然极具挑战性。

吉林大学黄晓丽教授团队通过引入适当含量的Al原子，成功将理论预测在420 GPa以上才能稳定的P6₃/mmc-LaH₁₀稳定至146 GPa，其超导转变温度最高可达223 K；利用水冷磁体WM5高达32 T强磁场测量了其不同温度下的上临界磁场，通过WHH模型拟合发现H_C2(0)在146 GPa下高达223 T，远高于实验上已报道的其他高温超导体。

该研究为获得具有优异超导性质的亚稳态高温超导富氢化合物提供了一种新策略。相关成果发表于National Science Review。 文章链接

实现了镍基单晶的巨大磁致超弹性效应

磁场诱发超弹性效应，对于材料的非接触工作和高性能驱动传感器件研制有重要意义。

北京航空航天大学王敬民、蒋成保教授团队基于水冷磁体WM5，研究了Ni₃₄Co₈Cu₈Mn₃₆Ga₁₄单晶在强磁场作用下的电输运和磁致弹性应变效应。25 T下电输运测量证明了该单晶展现出高达5%的磁致超弹性效应，该效应具有对磁场的快速响应特点。

该研究为研制磁致超弹性材料、以及大行程作动器和高效能量传感器奠定了基础。相关成果发表于Advanced Science。  文章链接