撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

2025 年 8 月 27 日，浙江大學(xué)作為第一單位在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了 3 篇論文。

首次揭示硫化物氧化耦合三價鐵礦還原的微生物及其代謝途徑

8 月 27 日，浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院陳松燦研究員作為第一作者兼共同通訊作者，在Nature期刊發(fā)表了題為：Microbial iron oxide respiration coupled to sulfide oxidation 的研究論文【1】。

自生命起源以來，微生物始終驅(qū)動著地球硫循環(huán)的運行。然而，我們對微生物的硫循環(huán)能力及其與其他元素循環(huán)的耦合機(jī)制仍知之甚少。其中一個未被認(rèn)知的代謝過程是硫化物氧化與三價鐵氧化物還原的耦合反應(yīng)——這個廣泛存在的環(huán)境過程迄今為止被認(rèn)為僅由非生物過程主導(dǎo)。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊通過全面的原核生物硫代謝基因組分析，首次揭示了能夠利用細(xì)胞外固態(tài)三價鐵作為電子受體進(jìn)行硫化物氧化的細(xì)菌類群。基于百余個參與硫化合物異化轉(zhuǎn)化基因構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育框架表明，硫循環(huán)代謝能力普遍存在于細(xì)菌和古菌的眾多門類中。代謝重構(gòu)預(yù)測顯示，37 個原核生物門類的不同成員可能同時具有硫化物氧化與三價鐵呼吸功能。生理學(xué)與轉(zhuǎn)錄組證據(jù)證實，模式培養(yǎng)菌株

Desulfurivibrio alkaliphilus

這些發(fā)現(xiàn)拓展了已知的硫循環(huán)微生物多樣性，揭示了缺氧環(huán)境中硫鐵循環(huán)耦合的生物學(xué)機(jī)制，凸顯了微生物在全球元素循環(huán)中的基 礎(chǔ)性作用。

開發(fā)了世界首個電驅(qū)動鈣鈦礦激光器

8 月 27 日，浙江大學(xué)狄大衛(wèi)教授、趙保丹研究員作為共同通訊作者，鄒晨研究員作為第一作者兼共同通訊作者，在Nature期刊發(fā)表了題為：Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device 的研究論文【2】。

溶液加工半導(dǎo)體激光器為實現(xiàn)輕量、可穿戴和可擴(kuò)展的光電器件應(yīng)用提供了可能。在溶液加工激光器的增益介質(zhì)中，金屬鹵化物鈣鈦礦因其在光泵浦下可實現(xiàn)波長可調(diào)、低閾值激射的特性脫穎而出，成為一類極具潛力的材料。盡管該領(lǐng)域已取得進(jìn)展，但從鈣鈦礦半導(dǎo)體中實現(xiàn)電驅(qū)動激射仍是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

該研究展示了一種電驅(qū)動鈣鈦礦激光器，其結(jié)構(gòu)通過將低閾值單晶鈣鈦礦微腔子單元與高功率微腔鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLED）子單元垂直集成而成。在脈沖電激發(fā)下，雙腔鈣鈦礦器件的最小激射閾值為92 A·cm?2（平均閾值：129 A·cm?2，測試條件：約 22°C，空氣中），比當(dāng)前最先進(jìn)的電驅(qū)動有機(jī)激光器的閾值低一個數(shù)量級。

該設(shè)計的核心在于集成雙腔器件架構(gòu)，其通過微腔 PeLED 子單元將定向發(fā)射光高效耦合至單晶鈣鈦礦微腔子單元（耦合效率約 82.7%），從而建立激射行為。器件的工作半衰期（T??）達(dá)到1.8 小時（10 Hz 頻率下輸出 6.4×10? 次電壓脈沖），穩(wěn)定性優(yōu)于電泵浦有機(jī)激光器。雙腔鈣鈦礦激光器可在36.2 MHz帶寬內(nèi)實現(xiàn)快速調(diào)制，顯示出其在數(shù)據(jù)通信和計算應(yīng)用中的潛力。

在百比特超導(dǎo)芯片上實現(xiàn)新型拓?fù)溥吘墤B(tài)

8 月 27 日，浙江大學(xué)王浩華教授、郭秋江研究員、清華大學(xué)鄧東靈副教授作為共同通訊作者，金非童、蔣颸、朱旭浩作為共同第一作者，在Nature期刊發(fā)表了題為：Topological prethermal strong zero modes on superconducting processors 的研究論文【3】。

對稱性保護(hù)的拓?fù)湎酂o法通過任何局域序參量描述，并超越了傳統(tǒng)對稱性破缺范式。這類相態(tài)的標(biāo)志性特征是拓?fù)溥吔缒Ｊ健@些模式在滿足對稱性的微擾下保持穩(wěn)定。在無缺陷、存在能隙的潔凈體系中，此類邊緣模式的穩(wěn)定性僅限于零溫極限下的理論情形；在有限溫度下，它們會因與移動熱激發(fā)的相互作用而發(fā)生退相干。

在這項新研究中，研究團(tuán)隊報道了在 100 個可編程超導(dǎo)量子比特陣列中觀測到的一類新型拓?fù)溥吘壞Ｊ剑浞€(wěn)定性由涌現(xiàn)對稱性保護(hù)，并在全頻譜范圍內(nèi)持續(xù)存在。通過對一維無缺陷穩(wěn)定子哈密頓量的數(shù)字量子模擬，研究團(tuán)隊在寬泛的初態(tài)條件下觀察到了穩(wěn)健的長壽命（長達(dá)30個周期）的拓?fù)溥吘壞Ｊ?。研究發(fā)現(xiàn)：通過將穩(wěn)定子作用強度“二聚化”，可有效抑制邊緣模式與體激發(fā)間的相互作用，從而在系統(tǒng)的預(yù)熱態(tài)區(qū)域中涌現(xiàn)出U(1)×U(1)對稱性。更進(jìn)一步，研究團(tuán)隊將這些拓?fù)溥吘壞Ｊ阶鳛檫壿嬃孔颖忍厥褂茫晒χ苽涑鼍哂谐志孟喔尚缘倪壿嬝悹枒B(tài)——即使系統(tǒng)處于有限溫度且無缺陷狀態(tài)下依然保持該特性。

總的來說，該研究確立了一種在有限溫度下實驗研究拓?fù)湮飸B(tài)的可執(zhí)行數(shù)字模擬路徑，并為在無缺陷體系中構(gòu)建長壽命、穩(wěn)健的邊界量子比特提供了潛在方案。

論文鏈接：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09467-0

2. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09457-2

3. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09476-z