内容速览
1.物理学院姚道新教授团队在镍氧超导理论方面取得重要进展
2.生命科学学院李文均教授课题组在荒漠特殊生境微生物暗物质研究领域取得重要进展
3.海洋科学学院苏明教授团队于海相深水异重流沉积的发育和分布模式多因素协同控制研究取得新进展
4.地球科学与工程学院李琳琳教授课题组在GRL上发表文章：2023年土耳其大地震后续海啸的形成机制
5.材料科学与工程学院孙勇副教授、王成新教授团队在新型二维超导材料领域取得重要进展
6.中山大学医学院徐培教授研究组通过CRISPR-nuPin瞬时重定位系统揭示HSV-1早期核内生命过程
（1）物理学院姚道新教授团队在镍氧超导理论方面取得重要进展
高温超导体是目前国际上重要的科学前沿，研究者一直致力于解释其超导机理并提高超导转变温度。最近，中山大学王猛教授团队与合作者（包含姚道新教授）报道了双层镍氧化物在14Gpa压力下出现了80K（开尔文）的高温超导电性 (Nature 621, 493(2023))，这是继铜氧化物高温超导体之后第二类进入液氮温区的氧化物超导体，引发了广泛关注。对于科研工作者，理解该材料体系的超导机理及其潜在的独特物理机制显得尤为重要。
姚道新教授团队率先利用密度泛函理论对高压相的双层镍氧超导体进行了系统性计算，发现其电子能带在费米能附近与铜氧化物超导体显著不同。传统的铜氧化物超导体主要由二维单层铜氧面内的Cu-3dx2-y2轨道刻画。研究普遍认为，该轨道在强关联效应作用下，结合面内O-px, py轨道形成张-莱斯单态，并进一步促使超导转变。而新发现的双层镍氧超导体费米能附近包含Ni的dx2-y2和dz2两个轨道，以及面内和层间O的p轨道，这表明了层间的显著耦合作用。为了进一步理解其超导机理，理论上建立一个包含层间耦合与轨道杂化的模型成为关键。
基于理论计算与能谱分析，并结合瓦尼尔轨道投影，姚道新教授团队建立了一个双层两轨道模型（Bilayer two-orbital model）。该模型有效地反映了这样一个微观图像：（1）在无相互作用下，镍氧面内的dx2-y2电子进行着类似于铜氧面的跃迁过程；（2）沿c轴方向，相邻两个Ni-dz2轨道电子借助顶点氧进行很强的跃迁；（3）Ni-dx2-y2与dz2轨道主要沿面内近邻跃迁而发生杂化耦合。这些电子跃迁过程的系数、杂化强度、以及轨道格点能（Site-energy）由瓦尼尔投影结果给出，其结果准确地反映了高压相的费米面和电子能带。结合对称性分析，该模型被转化为一个成键-反键图像，其表明基态dz2轨道实际上形成了一种稳定的σ成键态，这是镍氧化物超导配对的关键因素。该团队进一步利用该模型计算了自旋磁化率，并预言了可能存在的密度波。
在这基础上，姚道新教授团队进一步提出了一个高能的11轨道模型。该模型包含了额外的7个O-p轨道和原先的4个Ni-d轨道（dx2-y2与dz2），从而构成一个更大的基矢空间，反映了一系列基本的Ni-O dp和O-O pp电子跃迁过程，包含了处于镍氧八面体范围内占据主导的最近邻和次近邻电子跃迁过程，以及镍与双层外侧氧原子的耦合。通过该模计算得到了电荷转移能为~3.88eV，该模型同时可进一步研究Ni-O-Ni超交换过程，这些对于深入理解材料体系的强关联特性和超导机理十分重要。
轨道分布和电子跃迁(a)双层两轨道模型(b)11轨道模型
以上研究成果以“Bilayer Two-Orbital Model of La3Ni2O7 under Pressure”为题发表于物理刊物《物理评论快报》 (Physical Review Letters 131, 126001 (2023))。物理学院博士研究生罗志辉、胡训武为论文的共同第一作者，吴为副教授参与了理论工作，王猛教授进行了实验和理论的合作，姚道新教授为论文通讯作者。
来源：中山大学物理学院
https://mp.weixin.qq.com/s/BusPq_wr6md2-NRi3djmUQ
（2）生命科学学院李文均教授课题组在荒漠特殊生境微生物暗物质研究领域取得重要进展
荒漠约占全球陆地总面积的1/3，是地球上面积最大、研究最不充分的生境之一，同时也是地球微生物多样性的重要宝库。对荒漠生态系统的微生物多样性、组成和功能进行剖析，将有助于了解旱地生命带来的全球变化、威胁与机遇。然而，由于生态位特化性强、样品采集困难以及传统培养方法适应性有限等因素，绝大多数沙漠微生物被忽视了在实验室条件下的培养与分类鉴定。这一大部分尚未得到充分探索的微生物多样性，代表了巨大的未开发、未表征的微生物资源，俗称“微生物暗物质”，其从根本上阻碍了微生物生态学的发展和生物资源的开发利用。
尽管基于直接宏基因组学测序（如16S rRNA扩增子、鸟枪法测序）或培养组学（Culturomics）的微生物组学研究不断取得令人振奋的重要发现，但这两种技术目前仍存在诸多局限性。有研究表明，选择性培养富集以降低群落复杂性的策略可能有助于特定环境中微生物群落的宏基因组学研究。然而，在此之前，尚未有结合培养组学和培养富集宏基因组测序两种方法对沙漠微生物组进行挖掘的研究报道。
以挖掘沙漠土壤微生物暗物质为例，李文均教授团队提出了一种融合了培养组学和宏基因组学方法（全长16S rRNA扩增子和鸟枪法测序）的多组学研究策，即基于培养组的宏基因组学（CBM）。研究结果表明，将高分辨率的CBM方法与直接宏基因组测序相结合，能够深入剖析和挖掘沙漠土壤中的微生物暗物质资源。作为一种整合的多组学研究策略，CBM能够通过提高ASVs和高/中质量MAGs的恢复率，极大提高沙漠土壤微生物组的分类和功能分辨率，并且重要的是它能在宏基因组测序结果的指导下对感兴趣的微生物进行恢复性分离。得益于物种水平的分析，研究还揭示了沙漠土壤中尚未被充分开发的细菌新资源的巨大潜力。此外，多重条件组合下的培养组学实验结果为分离沙漠土壤中某些特殊或新的细菌类群也提供了重要参考。有这些数据能更好地了解沙漠微生物的群落组成和分布、微生物之间的相互作用、环境适应机制以及物种基因库。基于培养组的宏基因组学，为深入认识和挖掘微生物组样本中的暗物质资源提供了一个新的视角，尤其是那些来自于极端或特殊生境的样本。
实验设计示意图
以上研究成果以“Capturing the microbial dark matter in desert soils using culturomics-based metagenomics and high-resolution analysis”为题发表在期刊npj Biofilms and Microbiomes上，中山大学生命科学学院为第一署名单位。
来源：中山大学生命科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/J06af11_g4T8EwDWRWSf_w
（3）海洋科学学院苏明教授团队于海相深水异重流沉积的发育和分布模式多因素协同控制研究取得新进展
异重流是一种形成于河口、受洪水调控并向湖/海盆长距离搬运的浊流。异重流沉积不仅记录了古洪水的发育，而且还是重要的油气储层。但深水异重流沉积常常难以与盆地内发育的浊流所取分开来，导致对深水异重流沉积的研究不够透彻，深水异重流沉积的发育控制因素尚未被揭示。
深水沉积过程及资源效应研究课题组，综合利用沉积物粒度测试、CT扫描、XRF扫描、有孔虫碳同位素定年及镜下观察方法，对南海北部神狐上陆坡长4.7m的沉积物重力柱开展了精细研究，尝试揭示重力柱42 ka以来的沉积相及其分布模式。
研究表明，该柱状样早全新世至海洋同位素3期由不同岩相（S3、S2L和L相）的异重流沉积主控，而内波引起的沉积物再分布过程作为背景沉积过程，主导了中-晚全新世沉积过程。结合不同异重流沉积相的垂向分布、海平面变化和东亚夏季风记录的对比，认为海平面、气候和海洋学过程协同控制了研究区深水异重流发育模式。即流域降水（东亚夏季风强度）的多少决定了产生异重流的强度和频率，而海平面的波动则影响了异重流到达深水环境的距离。此外，高海平面为沿岸流等海洋学过程提供了充足时间和空间，进而对河口产生的异重流进行改造，抑制了异重流向深水区的运动，使深水区不发育异重流。该研究结果为进一步理解神狐陆坡复杂的深水沉积过程提供了见解。
海平面、东亚夏季风和海洋学过程协同控制下的海相深水异重流发育/分布模式图
以上研究成果以“Sea-level, climate, and oceanographic controls on recent deepwater hyperpycnites: A case example from the Shenhu slope (northern South China Sea)”为题近表于期刊Quaternary Science Review。论文第一作者为海洋科学学院博士研究生罗坤文，通讯作者为苏明教授。
来源：中山大学海洋科学学院
https://mp.weixin.qq.com/s/W0EusL9YvUbEV0_2iRsW4w?poc_token=HBmSF2WjvodYhFqr_LXa-aKYQHZ0gM9lDDkLsF0Z
（4）地球科学与工程学院李琳琳教授课题组在GRL上发表文章：2023年土耳其大地震后续海啸的形成机制
2023年2月6日在土耳其与叙利亚的交界带发生Mw 7.7级和Mw 7.6级的近岸走滑地震对，地震造成超过5万人死亡。虽然海啸事件仅造成局部影响，但这次事件是地中海东南部地区自1953 ML 6.2 Cyprus地震海啸事件以来首次仪器记录到的海啸事件。地震有限断层模型显示，断层并未破裂至海域，且相应的海啸模拟结果并不能解释观测的海啸波。由于缺乏水下观测，海啸的生成机制神秘未知。
为了探究Mw 7.7级的陆地走滑地震触发海啸的机制，海洋地质灾害李琳琳教授课题组博士研究生胡桂、杜朋，联合东京大学地震研究所Kenji Satake教授，从海啸水面异常观测着手结合逆向海啸射线追踪方法和海啸正演模拟方法探索触发海啸的源头。结果表明，海啸可能由两个源共同触发，一个位于Iskenderun湾外部，另一个位于湾内部（。湾内的触发源具有7公里的特征长度，产生了主导周期为10-30分钟的海啸，初始运动向下，可能是由滑坡或子断层滑移引发。湾外的源具有6公里的长度，产生了主导周期为2-10分钟的海啸，初始运动向上，可能与岩体砂土液化有关。两个海啸源均位于地震强震动的沿岸海域，与该河口地区较厚的泥沙沉积紧密相关。由此警示靠近海域的近岸地震可能会触发沿岸滑坡，继而触发海啸等链生灾害。
该事件对我国南海北部海域断裂带的海啸灾害研究具有重要意义。南海北部存在以华南沿海滨海断裂带和陆坡断裂带为主的多条活动断裂带，其断层活动性仍未探明。断裂带总体平行于华南沿海海岸线，长度可达上千公里，贯穿整个华南沿海，邻近粤港澳大湾区等人口密集的沿海地区。两条断裂带分别展布于水深30～50米的陆架海域和100～200米水深的陆架边缘，历史上曾发生过多次7级左右强震，其中5次伴随有明确的海啸现象。未来一旦再次发生强震，极有可能形成类似2023年土耳其地震-滑坡-海啸灾害链的事件。断裂带与海岸线近乎平行的走向能有效地捕获海啸波于陆架区域，激化海啸动力过程，对近岸港口、码头和海产养殖等基础设施造成灾害性影响。
海啸震源估计。用平均动态时间规整（a）和几何平均比（b）算法评估不同高斯源模型组合的拟合程度。图（c）和（d）表示根据仅源2以及源1同源2两种情况的拟合程度。图（e~g）分别表示南北、东西和上下垂直分量的地震动峰值加速度（PGA）的分布
以上研究成果以“Origins of the tsunami following the 2023 Turkey–Syria earthquake”为题发表于Geophysical Research Letter，地球科学与工程学院博士研究生胡桂为第一作者，李琳琳老师为通讯作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/ubSFck411FmKyvqag0-nqw
（5）材料科学与工程学院孙勇副教授、王成新教授团队在新型二维超导材料领域取得重要进展
以铜基、铁基层状材料为代表的高温超导体的出现，为寻找具有现实应用价值的超导材料带来希望；但传统的BCS理论已不能全面描述其超导行为，关联电子的配对机制仍是未解之谜。当前，通过制备高质量单晶（薄膜）产品，采用先进表征策略探究其微观机制是凝聚态物理学领域经久不衰的热门话题。同时，这类材料中，绝大多数具有强烈的环境敏感性，极大阻碍了物性研究的深入开展以及量子器件的制作。
孙勇副教授、王成新教授课题组通过对Bi3O2S3生长的热动力学窗口进行摸索分析，掌握了化学气相沉积制备二维Bi3O2S3的关键条件,在此基础上成功制备出高质量的少层单晶Bi3O2S3纳米片。通过系统的球差电镜以及原子级能谱扫描，成功证明了Bi3O2S3中的(Bi2O2)2+-(BiS2)--(S2)2-的层状堆叠结构，厘清了存在已久的晶体结构争议，该结构与高温铜氧化物超导材料的结构具有相似性。通过理论计算发现(S2)2-的引入使材料发生了金属化，为超导层(BiS2)-注入载流子，促成超导转变。低温磁输运结果表明Bi3O2S3纳米片在6.1 K附近发生了超导转变，而且与常规二维层状材料的超导转变温度厚度依赖性不同，该材料的超导转变温度不依赖于材料厚度，与高温铜氧化物的超导特性类似。通过角依赖上临界场以及变温电压-电流曲线测量，揭示了体系中BKT相变相关的二维超导特性。该二维超导材料的成功制备，扩展了二维材料的大家族，为构建Bi-O-S超导材料体系的构效关系指明方向，同时其与铜氧化物类似的结构以及超导特性为研究高温超导机理提供了一个新的平台。
Bi3O2S3的结构表征以及磁输运测量。（a, b）HAADF-STEM原子像；（c）ABF-STEM原子像；（d）原子级EDS扫描；（e）电阻-温度曲线；（f）不同磁场下的低温区电阻-温度曲线；（g）不同温度下的电阻-磁场曲线
以上研究成果以“Two-Dimensional Superconductivity in Air-Stable Single-Crystal Few-Layer Bi3O2S3”为题期刊Journal of the American Chemical Society。材料科学与工程学院2020级直博生邹晓彬为论文第一作者，王成新教授及其团队孙勇副教授为论文的共同通讯作者。
来源：中山大学材料科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/bk8XEoIaWO9jk_cgcVCbhA
（6）中山大学医学院徐培教授研究组通过CRISPR-nuPin瞬时重定位系统揭示HSV-1早期核内生命过程
DNA病毒基因组的核内定位与细胞核内环境密切相关，并且在决定病毒命运过程中起关键作用。近年来，染色体构象捕获的测序分析（3C 技术）技术在DNA病毒学方向上的应用为观察病毒基因组与宿主细胞核内空间互作提供了重要信息。然而，为了阐明病毒基因组的亚核定位与感染所导致的疾病之间的因果关系，相关的操纵工具仍需进一步研发。在病毒感染期间将其 DNA 短时间内重定位到特定的细胞核亚区域，是探究这种在空间和时间上同步动态变化过程的有效方法。基于上述背景，作者开发了一种双组分CRISPR-nuPin策略，该策略在几分钟内介导染色体外DNA的快速重新定位，DNA大小可达170kb。CRISPR-nuPin利用dCas9-emerin融合蛋白，再将sgRNAs以电穿孔的方式转入细胞的情况下，成功将sgRNA靶向的DNA在极短的时间内束缚在细胞核内层核膜上，为在时空尺度上探测亚细胞病毒感染提供了革命性的研究工具。进一步作者通过CRISPR-nuPin系统探讨了HSV-1感染早期的细胞核内定位与病毒生命周期的关系，结果表明：进入细胞核的病毒基因组会遭遇异质性的核内微环境，位于核边缘的基因组容易受到抑制性的作用，而位于核内部的病毒基因组则有竞争优势。重要的是，CRISPR-nuPin 病毒基因组操控系统可能广泛适用于其他核内复制 DNA 病毒。这项研究不仅拓展了人类对HSV-1及其它DNA病毒感染的理解，还有望为抗病毒治疗和预防措施的开发提供新的科学证据和研究基础。
CRISPR-nuPin系统的原理示意图
以上研究成果以“A CRISPR-based rapid DNA repositioning strategy and the early intranuclear life ofHSV-1”为题发表于期刊eLife，中山大学医学院研究生向娟、范朝阳为该论文共同第一作者，徐培教授是论文的唯一通讯作者。
来源：中山大学医学院
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