新闻网讯（记者 苏明华 通讯员 黄琎）3月5日、19日和4月3日、8日、16日，Nature出版集团旗下刊物《科学报告》（Scientific Reports）先后刊登了我校学者的研究成果。
4月16日，《科学报告》刊发生命科学与技术学院、教育部分子生物物理重点实验室丁久平教授团队的重要研究成果，题为“BKCa(β2)通道功能亚基与辅助亚基间介导预失活与增强性激活功能的机制”（Inter-α/β subunits coupling mediating pre-inactivation and augmented activation of BKCa(β2)）。
BK通道是一类既受细胞膜电位控制又能被钙离子激活的大电导钾通道，由功能亚基（α）和辅助亚基（β）共同形成复合体参与生理功能。它在人体的绝大部分组织中均有分布，在众多重要的生理活动中，如动作电位超极化的形成、血管平滑肌的舒张、对第二信使（Ca2+）信号的响应等都发挥着极其关键的作用。BK对神经系统、心血管系统等重大人类疾病的发生、机制及治疗有着十分密切的联系与重要科研应用价值，倍受各国各领域科研工作关注。同时，BK通道不同辅助亚基（β1、β2、β3、β4）对功能亚基（α）的调节具有各自特异的作用，且分布具有组织特异性。由于目前尚无BK通道精确的三维结构信息，要想从分子、原子水平阐释其微观机制如登天之难。因此，精确研究各β辅助亚基与α功能亚基间的相互作用成为该领域多年来的热点及难题。
该团队本着科学严谨的态度，敢啃硬骨头的作风，经过几届学生多年坚苦努力，巧妙结合细胞电生理和结构生物学相关技术手段，特别运用了团队自创的“整流检测法”和“胞浆驻留免疫荧光法”，结合经典的“双循环法”，用精美的单通道数据、新颖的荧光数据及直观的通道模型数据，结合隽秀的结构图，完美的“故事”，首次精确透彻地阐明了BKCa(β2)通道预失活的作用位点及机制（PI site），以及增强性钙激活的作用通路及机制（E site和ECaB site）。特别值得一提的是，审稿人高度评价该研究成果为“the results in this paper represent the state of the art in the studies”（本文研究结果代表了该研究领域的最高水平）。同时，该文章也对BK通道其它辅助亚基与功能亚基间的相互作用及所有通道蛋白的相互作用研究提供了非常有益科学参考，具有相当广泛的生理学及药理学等科学研究意义。
该项研究工作是在丁久平教授及汪盛副教授指导下，由博士生侯盼盼、曾文萍、甘戈亮、闾彩霞等共同完成。
4月8日，《科学报告》刊登了我校学者在存储器方面的研究成果。此篇题为“硫系化合物忆阻器中的超快突触事件”（Ultrafast synaptic events in a chalcogenide memristor）的论文，由武汉光电国家实验室（筹）、光学与电子信息学院博士生李祎、钟应鹏和许磊等在缪向水教授的指导下完成。他们在基于硫系化合物材料的忆阻器中，成功实现类似于人脑的活动时序依赖突触可塑性（Spike-timing dependent plasticity, STDP）功能。
传统计算机架构中，信息存储器和处理器是分离的，总线是连接存储器和处理器的信息传递通道，其有限的数据传输速率被称为“冯·诺依曼瓶颈”，严重限制了计算机的发展。而人脑的信息存储和处理没有明显的界限，人脑中包含了多达千万亿个突触，突触是人脑进行信息存储和处理的基本单元，突触可塑性被认为是人脑记忆和学习功能的重要基础。
忆阻器作为一种新型存储器，是具有记忆功能的非线性电阻，其电阻值能够随电荷流经的方向和数量发生变化。忆阻器的这一特性极其类似于人脑突触的连接强度在生物电信号刺激下的自适应调节，可用来研制类脑存储器芯片，实现类似于人脑突触的信息存储和处理一体化功能，将为构建突破“冯‧诺依曼瓶颈”的新型计算机体系结构提供一种崭新的方法和思路。
研究人员发现了晶态Ge2Sb2Te5硫系化合物材料的忆阻特性，提出了其阻态变化源于晶格空位及晶界悬挂键等缺陷产生的陷阱能级俘获和释放电荷的过程，并实验验证了其空间电荷限制导电模型。他们制备了T型结构忆阻器这种电子突触器件，施加纳秒级正负电脉冲对忆阻器电阻实现了重复可控的渐变调控，用于达到突触权重在增强和抑制信号刺激下的自适应调节。
通过设计突触前和突触后神经元刺激信号，研究人员成功演示了四种不同形式的STDP功能，并对STDP时间窗口进了从毫秒级到纳秒级的有效调控，最快STDP功能时间窗口达500 ns，比人脑STDP功能所需时间（~50 ms）快十万倍。该器件还能够实现类神经元的阈值激发等功能，并具有超快操作速度、低操作电压、易于三维集成等优势，在未来可用于类脑存储器芯片。该项工作得到了国家国际科技合作项目（No.2010DFA11050）和国家“863”主题项目（No.2011AA010404）的支持。
4月3日，《科学报告》刊发我校在低温等离子体领域的研究成果。此篇题为《从短脉宽到长脉宽：通过控制残余电子获得的奇异等离子体子弹》（From short pulses to short breaks: exotic plasma bullets via residual electron control）的论文，由电气与电子工程学院、强电磁工程与新技术国家重点实验室长江学者特聘教授卢新培带领博士研究生鲜于斌、裴学凯、吴淑群等共同完成。
大气压下低温等离子体射流将等离子体产生在开放的空间而不是在狭小的放电间隙内，这一显著特点使得它在材料表面处理、生物医学等方面具有广阔的应用前景而受到各国研究者的关注。在等离子体射流研究领域，其高速推进行为，即等离子体子弹行为引起国际上研究者极大的兴趣，这种行为给人们提供了一种在毫秒甚至纳秒时间尺度下控制小等离子体团的可能性。国际上普遍认为，残余电子的行为对形成稳定的射流通道以及等离子体子弹的传播起着关键的作用，但是残余电子密度具有快速时空变化的特点，对其测量极其困难。迄今为止，虽然国际上有数百篇论文对此开展了研究，但仍缺乏对等离子体子弹行为的认识及如何控制残余电子。国际上不同研究小组对残余电子密度的认可存在着从102cm-3到1012cm-3的巨大差异。
此文中，研究者将脉冲电压的脉宽调节到长至电压关断的时间可以和残余电子寿命相比拟的程度，从而有效控制残余电子的密度，影响其动态行为，并控制等离子体通道的结构和等离子体子弹的传播。通过这种方式，他们发现等离子体射流的动态行为发生了显著的变化，发现了等离子体射流非常有趣的分节现象，采用纳秒曝光的ICCD相机捕捉到其动态过程并对其进行了解释。该发现对深入了解等离子体子弹行为和控制残余电子密度具有里程碑性的意义。
该论文的结果表明，通过长脉宽也能对等离子体射流进行有效的控制。这种方法比通常人们所采用的短脉宽的方法要容易的多，能量转化效率也更高。文章中提出的这种简单新颖的控制等离子体射流通道结构、电导率、以及等离子体子弹行为的方法，正是等离子体在新一代的应用中所不可或缺的。这一发现必将加速等离子体射流的广泛应用。
3月19日，《科学报告》刊发了王鸣魁教授研究团队及其合作者在太阳能电池领域内的最新研究成果。此篇题目为《电还原多层氧化石墨烯在高效染料敏化太阳能电池对电极的应用研究》（Electrochemically Reduced Graphene Oxide Multilayer Films as Efficient Counter Electrode for Dye-sensitized Solar Cells）的论文由武汉光电国家实验室（筹）格兰泽尔介观太阳能电池研究中心的博士生徐晓宝、黄德康、曹昆等在王鸣魁教授的指导下完成。
以染料敏化太阳电池（DSC 电池）、有机太阳电池为代表的第三代太阳电池有生产工艺简单，原材料成本低，器件颜色可调，可制备柔性器件等优点，代表了太阳电池发展趋势。对电极在其中扮演者着至关重要的角色，它的催化活性大小直接影响光电转化效率和电池的光伏行为。常规DSC电池采用贵金属铂作为对电极。由于铂的资源来源匮乏，价格昂贵，限制了该类电池技术的规模化应用。因此低成本、高效率的对电极材料是第三代太阳能电池研究领域内的热点和难点之一。高比表面、高导电性、化学稳定、低成本是DSC电池实用化对电极材料的要求。研究成果表明石墨烯具有较高的导电性，其物理化学性质的可调，因而受到人们的广泛关注。
在本研究过程中，研究人员巧妙地通过带有正电性的邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯(PDDA)与带负电性的氧化石墨烯进行链接，首次实现了利用层层自组装技术制备太阳能电池对电极。随后电还原实现氧化石墨烯到石墨烯的转变。因而相对于传统的石墨烯或者氧化石墨烯而言，新型电极材料保持了石墨烯材料较高导电性的同时增加了催化活性。在石墨烯框架上PDDA的引入带来了负电性的杂质N元素，从而影响石墨烯中碳环中电荷的分布状态，改变石墨烯材料表面物理化学性质。该研究报道了在低沸点有机电解液和离子液体体系中基于石墨烯对电极的DSC电池9.5%和7.6%世界纪录的光电转换效率，并首次报道了基于石墨烯对电极电池的稳定性研究。
该工作得到了国家“973计划”项目、国家自然科学基金项目、教育部新世纪优秀人才计划等项目的支持。
3月5日，《科学报告》刊发我校学者在热自旋电子学和新型热电自旋器件的最新研究发现。此篇题为《石墨烯纳米带异质结的自旋Seebeck效应和庞磁阻效应》(Spin Seebeck Effect and Thermal Colossal Magnetoresistance in Graphene Nanoribbon Heterojunction) 的论文，由物理学院姚凯伦教授指导的凝聚态物理科研团队完成。
传统的电子微处理器和集成电路，主要采用电子的电荷属性，但随着元器件的集成度接近纳米尺度，电荷属性带来的热损耗和微尺度的量子效应，成为传统微电子器件集成度继续提高不可逾越的障碍。而电子另一属性—自旋，有望作为信息传输和处理的新载体，为下一代信息储存和处理器件的研发提供新的道路。最近国际上刚发展起来的热自旋电子学, 它是自旋电子学与热电子学的结合，主要研究热和自旋输运的关系。热自旋电子学中一个重要的发现是自旋Seebeck效应，即由于温度梯度，不同自旋方向的电子会产生方向相反的自旋电流。这一发现有助于热电循环的实现，从而推动寻找绿色节能材料，最终实现开发新型热电发动机。
姚凯伦教授指导的科研团队以石墨烯材料为基础，设计并研究了一种同时具有自旋Seebeck效应和热庞磁电阻效应的热自旋电子学器件。这种异质结器件，由两种不同边缘钝化的石墨烯纳米带组成，即单氢边缘钝化和双氢边缘钝化，实验上可以实现。该科研团队通过密度泛函理论与非平衡态量子格林函数相结合的理论方法，研究发现，在磁场中，通过控制器件两端的温度差，不需要任何外加电场，能够产生方向完全相反的自旋流，且具有较高的自旋极化率，呈现了优异的自旋Seebeck效应。而且，通过调节器件的外加磁场，该异质结器件能够获得高达106 %的庞磁阻，是一种优异的自旋阀器件。作者还通过其特殊的能带结构，在机理上进行了研究，并指出产生这一系列效应与器件结构对于电子自旋输运的不对称性有关。
该论文首次指出，石墨烯异质结纳米带同时具有明显的自旋Seebeck效应和庞磁阻效应。该研究成果对石墨烯作为今后热电能源的探索，以及通过石墨烯制备新型自旋阀器件，并推动热自旋电子学这一新型学科的发展，都是有意义的。
博士生倪昀，教师傅华华和高国营主要参与了该工作，博士生朱思聪和王淑玲参与了部分工作。
