NSR 本周上线 17 篇：中欧合作“微笑卫星”发射成功！ | 十年禁渔，能否拯救长江？ | AI逆推热扩散初始态

本周上线

National Science Review

本周（2026年5月15日-21日）NSR为您呈现17篇涵盖各学科的最新研究成果，敬请阅读，了解更多科学前沿进展！

• 1 篇 News Report

  长江十年禁渔

• 1 篇 Interview

  专访Gilles Ramstein

• 1 篇 Editorial

  微笑卫星

• 1 篇 Guest Editorial

• 作物育种设计

• 1 篇 Brief Communication

  紫外晶体氟化调控

• 10 篇 Research Article

  单原子催化、全球FVOC排放、片上全光互连、逆向热扩散、自旋太赫兹发射器、生物传感内计算、拉胀压电效应、非平面电极封装、单分子磁致伸缩体、PM2.5控制

• 2 篇 Research Highlight

  离子突触器件、高镍单晶正极

NEWS REPORT

Will the 10-Year Fishing Ban save the Yangtze River?

十年禁渔，能否拯救长江？

作者：赵维杰（NSR编辑部）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag299

2021年1月1日起，中国正式启动“长江十年禁渔计划”，十年内在长江流域重点水域禁止天然渔业资源的生产性捕捞。禁渔前半程，多项指数已显著回升，但更多角度的全方位“长江大保护”仍需长期努力。长江江豚种群数量已稳定回升、中华鲟的自然种群恢复却仍然前途未卜。我们期待看到更多奇迹，看到更多已经“消失”的物种像鳤鱼一样重现长江。

INTERVIEW

Evolution of continents and the monsoon system: an interview with Gilles Ramstein

大陆演化与季风系统演变：专访季风和古气候学家Gilles Ramstein

通讯作者：胡永云（北京大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag294

法国气候与环境科学实验室（LSCE）研究主任Gilles Ramstein是一位古气候模拟领域的权威专家。他系统探究了构造运动、气候变化、水循环以及碳循环之间的相互作用，在揭示季风系统演化、非洲干旱化等重大气候演变机制方面取得了重要成果。在本次采访中，Gilles Ramstein分享了他对季风系统、古气候等领域的一些关键问题的见解、研究经验以及对中外科研现状的看法。本文将收录于NSR“大陆演化与季风系统演变”专题。

EDITORIAL

Towards a global vision of earth’s shield: the SMILE mission and a new paradigm of international collaboration

以全球视野构筑地球护盾——微笑卫星任务与国际合作新纪元

通讯作者：王赤（中国科学院国家空间科学中心）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag280

中欧合作的太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE，即“微笑卫星”）于2026年5月19日发射成功，将首次实现对地球磁层的连续软X射线全景成像，把我们的视角从孤立的“点测量”提升至整体的“可视化”。除科学价值外，SMILE也是人类在探索太空、保护地球方面开放合作的一个象征。

GUEST EDITORIAL

Crop breeding by design: integrating big data for future food security

作物育种设计：整合大数据以实现未来粮食安全

通讯作者：徐士忠（加州大学河滨分校）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag288

本文围绕“作物育种设计”的专题设计，系统阐述了如何通过整合大数据、基因组学、表观遗传学及先进算法，推动作物育种迈向精准化与数据驱动的新时代。专题介绍了Fast3VmrMLM和PSR-GLMM等高效分析工具，解析了黑米驯化机制、种子活力与耐储性平衡、调控甲基化提升作物产量以及增强小麦耐寒性等关键发现。这些进展共同为实现未来粮食安全提供了分子层面的可行路径。

BRIEF COMMUNICATION

Fluorination modulation theory for vacuum-ultraviolet nonlinear optical crystals (I): foundation and framework

真空紫外非线性光学晶体的氟化调控理论 (I): 基础与框架

通讯作者：潘世烈（中国科学院新疆理化技术研究所）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag259

本研究建立真空紫外非线性光学晶体氟化调控理论，通过非金属-氟共价键嵌入阴离子四面体基元，实现局域对称性破缺、阴离子框架重构与带边电子结构稳定。在有效氟化窗口内实现性能协同优化，提出剪切-聚合-定向序构机制与平均桥连度判据，形成可量化设计准则。该理论为高性能真空紫外晶体设计提供新的理论框架。

RESEARCH ARTICLE

Scalable Microfluidic Synthesis of Noble Metal Single-Atom Catalysts

贵金属单原子催化剂的连续流宏量合成

通讯作者：吴强、杨立军、胡征（南京大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag276

单原子催化剂是中国科学家的原创性贡献，该领域正从实验室研究向工业应用转型，核心瓶颈是工业化过程中的放大效应难题。本研究融合微流控技术与氮掺杂碳纳米笼载体优势，发展了连续流合成方法，实现高均一性、10wt% 高载量铂单原子催化剂宏量制备及其在质子交换膜电解水装置中的超低铂高性能应用，为工业化落地搭建了关键桥梁。

RESEARCH ARTICLE

Global emission trends of anthropogenic full-volatility-range organic compounds 1970-2020

1970-2020年全球人为源全挥发性区间有机物排放趋势

通讯作者：张强（清华大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag281

本研究在多尺度排放清单模型（MEIC）框架下，构建了1970-2020年全球人为源全挥发性区间有机物（FVOC）排放清单，解决了传统全球排放清单中挥发性表征缺失和不连续的问题，使可表征的全球有机物排放量提高了28%-41%。结果显示，1970-2020年间全球低/半挥发性和中等挥发性有机物排放增长速率高于挥发性有机物，其重要性在大气污染治理中日渐凸显。

RESEARCH ARTICLE

On-chip large-scale all-optical interconnect for ultra-low-latency deep neural network inference

面向超低延时深度神经网络推理的片上全光互连

通讯作者：舒浩文、王兴军（北京大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag282

基于高速硅光收发芯片与低损耗芯片级光交换电路（OCS），本论文构建了面向片间Scale-up 网络的全光互连架构。得益于高效的光电融合设计与超低损耗芯片制备技术，系统验证了全光网络在无光学增益补偿条件下实现高速零误码传输与交换的能力。进一步依托全光网络无分组级寻址、调度与缓存开销的互连特性，完成了超低时延神经网络推理验证，为未来高带宽、低时延、高能效计算架构的发展开辟了新路径。本文将收录于NSR“光电融合”专题。

RESEARCH ARTICLE

Learning to reverse thermal diffusion

学习逆转热扩散

通讯作者：李鹰、陈红胜（浙江大学），黄吉平（复旦大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag287

热扩散受热力学第二定律限制，其演化过程具有不可逆性，导致从观测到的末态反推初始热态极具挑战。本文提出了一种基于末态观测推演初始热态的逆扩散深度学习框架。该方法首先利用热场演化网络精准提取复杂异质材料的热物性参数，进而创新性地引入时间反演算子，实现了将末态热场直接向初始状态的高效投影。在3D打印结构和真实芯片的验证中，该算子驱动模型实现了误差低于0.1%的高保真度热场逆推。这一成果为电子器件热管理与工业无损检测等领域提供了高精度的新范式。

RESEARCH ARTICLE

Nonvolatile Phase-Programmable Spintronic Terahertz Emitter via Laser-induced Spin Polarization Switching

基于光致自旋极化翻转的非易失性相位可编码的自旋太赫兹发射器

通讯作者：吴晓君（北京航空航天大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag289

本文报道了一种基于 IrMn₃/Co₂₀Fe₆₀B₂₀/W 异质结构的非易失相位可编码自旋太赫兹发射器。通过构建微观双稳态，利用飞秒激光诱导自旋极化翻转，实现了阈值型太赫兹相位反转、低能量读出及磁场复位，进而展示了高对比度空间相位图案写入，为编码太赫兹光学及片上集成应用提供了新思路。

RESEARCH ARTICLE

Electrochemical in-biosensing computing

电化学生物传感内计算

通讯作者：赵伟伟（南京大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag290

本研究首次实现了电化学生物传感内计算。构建多栅极光电化学晶体管，依托其独特器件构型与突触记忆特性，实现内置矩阵向量乘法运算与光调控权重更新。针对实际样本microRNA特征图谱的同步检测与智能分类应用表明，该器件既可实现多目标生物传感，还能独立构成单层算法分类器，为开发具备边缘计算能力的电化学生物传感奠定了基础。

RESEARCH ARTICLE

Intrinsic Auxetic piezoelectricity piezoelectricity in bulk ferroelectrics

块体铁电材料中的本征拉胀压电效应

通讯作者：谭智、朱建国（四川大学），杨明敏（合肥国家实验室、中国科学技术大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag295

本研究预测并实验证明了一类Aurivillius铁电材料中存在本征的拉胀型压电效应，即其横向压电常数 d31 反常地与纵向压电常数 d33 同号，表明材料在外加电场作用下可在横向与纵向同时发生膨胀或收缩。该效应在多晶陶瓷材料中同样能够保持，并可在宽温度范围内稳定存在。外场驱动下不同带电结构单元之间的层间相对滑移，是导致其反常 d31 响应的深层物理机制。

RESEARCH ARTICLE

Intimate encapsulation of non-planar electrodes via a viscoplastic interlayer

黏塑性中间层实现非平面电极的紧密封装

通讯作者：于严淏（南方科技大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag297

本研究聚焦柔性电子器件中非平面电极的封装难题，设计了一种由聚异丁烯和马来酸酐接枝聚丙烯组成的高阻隔黏塑性封装中间层，利用链滑移和永久解缠结机制，实现了对微丝、微柱、蛇形电极等多种非平面电极的紧密贴合与气密封装，将可拉伸生物电子器件的体内信号保真时间延长至45周。

RESEARCH ARTICLE

Single-molecule magnetostrictor: an {Fe₈Gd₈} cubic crystal exhibits temperature-dependent magnetostriction

单分子磁致伸缩体:具有温度依赖性磁致伸缩效应的{Fe₈Gd₈}立方晶体

通讯作者：郑彦臻、翟沅琦（西安交通大学），付振东（松山湖材料实验室）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag300

本研究主要提出了单分子磁致伸缩体的概念。由于分子不具备磁长程有序导致的磁畴运动，且{Fe₈Gd₈}分子结晶于立方空间群、Fe(III)和Gd(III)具有半充满的磁性轨道，因此磁各向异性对该晶体的磁致伸缩效应贡献十分有限。因此，{Fe₈Gd₈}晶体低温下的大磁致伸缩效应只能由分子内由于铁磁耦合产生的大自旋磁矩被磁场驱动所致，可称之为单分子磁致伸缩体。

RESEARCH ARTICLE

Toxicity-Informed Control of Global PM2.5Emissions

以削减毒性风险为导向的全球PM2.5排放控制

通讯作者：王书肖（清华大学）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag301

本研究整合了人为源排放毒性谱和全球排放清单，构建了全球首个基于毒性的PM2.5排放数据集。研究揭示，PM2.5质量排放与毒性热点显著错位，低收入国家的毒性加权排放远超其能源消耗水平，凸显环境不公。研究提出以削减毒性风险导向的全球治理框架，以改善人群健康、推动可持续发展。

RESEARCH HIGHLIGHT

Observation of the transition from capacitive to inductive synapsis behaviour

电容型向电感型突触行为转变的观测

通讯作者：Juan Bisquert（西班牙化学技术研究所）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag278

本文点评了南方科技大学生物医学工程系肖凯教授团队在National Science Review发表的论文(https://doi.org/10.1093/nsr/nwag036)。该研究在单一对称纳米流体突触器件中，揭示了电容型与电感型突触行为之间的微观转变机制：离子间距与Bjerrum length的相对关系决定了器件电学响应是由双电层电容主导，还是由Bjerrum pairs配对过程决定。仅通过改变离子种类，器件可实现在抑制型与促进型突触可塑性之间的可控转化，并可进一步构建可调高通滤波电路。该工作将以往对离子突触器件的现象学描述推进到更清晰的物理机制层面，为设计与开发面向神经形态和物理计算的多功能离子器件提供了新的思路。

RESEARCH HIGHLIGHT

Redefining structural stability in Ni-rich single-crystalline cathodes

重新定义富镍单晶正极的结构稳定性

通讯作者：Sang-Young Lee（韩国延世大学），马佳鑫、吴忠帅（中国科学院大连化学物理研究）

https://doi.org/10.1093/nsr/nwag292

本文点评了最近在Nature Energy上发表的题为“Intralattice-bonded phase-engineered ultrahigh-Ni single-crystalline cathodes suppress strain evolution”的研究论文。作者受到PNCMs【多晶Li(NixCoy Mn1−x−y)O2】中快速Li+离子动力学和SNCMs中稳定结构的启发，提出解决当前超高镍单晶正极材料（SNCMs）稳定性和合成难题的关键在于结构优化，将单晶和多晶的优点结合起来，以实现结构稳定和Li+传输加速。这种结构优化策略，有效维持颗粒结构完整性、缩短锂离子扩散路径，从而解决了超高镍NCM正极在长循环过程中出现的晶格缺陷与电化学反应不均一问题，为高镍正极材料的开发提供了重要思路。