朶蕾咪灬
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电子是我们日常生活最熟悉的“陌生人”：每个电子携带一份内禀的电荷，其集体运动产生的电流驱动了照明、晶体管以及各种电子设备的运行。然而作为一种基本粒子，电子还携带另外一个基本物理量，即自旋。如何操控自旋，研制速度更快、能耗更低的电子器件是自上世纪90年代以来科学和工程领域孜孜追求的目标。
近日，浙江大学物理学系郑毅研究员的课题组取得重要突破，首次在黑砷二维电子态中发现了外电场连续、可逆调控的强自旋轨道耦合效应，实现了对自旋的高速精准控制；同时在全新的自旋-能谷耦合的Rashba物理现象中，发现了新奇的量子霍尔态。该研究将对高效率、低能耗自旋电子器件研制提供坚实基础，对进一步加深量子霍尔现象的理解，以及依托拓扑超导器件的量子计算研究具有积极意义。北京时间5月6日，这项研究在线刊发在国际顶级期刊《自然》。
自旋操控新阀门
常见的晶体管运行，通过场效应在沟道中注入和抽离电荷实现开关。但作为与电荷具有同等内禀地位的自旋却极容易受到干扰，无法简单地生成运动控制阀门。自旋的这种不稳定，好比是一个向前行进的不停旋转的陀螺，受到外力作用（散射）就会反转旋转的方向。“要实现自旋驱动的电子器件，就必须先有效地操控自旋的取向，进而就可以用自旋阀门来控制电子的通过与否。”浙江大学物理学系郑毅研究员介绍说，重元素二维材料体系使得电子自旋的高速精准控制成为可能。电子在晶体周期性势场中的轨道运动会受到重原子对其强烈的吸引，在对称性破缺的情况下产生自旋和运动方向的严格锁定关系，即自旋轨道耦合效应。
郑毅团队在对薄层黑砷微纳器件的研究中，成功发现加入外电场时，黑砷二维电子态系统的自旋轨道耦合效应可连续、可逆的打开和关闭。这也为后续自旋器件的开发找到了一个控制电子通行的高速开关，如将示意图1中的元器件设置两个同向的铁磁电极，无栅压情况下，注入的电子高速通过黑砷沟道并保持自旋取向不变；施加外电场后，沟道内的电子在自旋轨道耦合作用下发生自旋旋转而被导出电极所阻挡，实现自旋电子开关的功能。
与基于电容效应的硅基晶体管相比，上述自旋开关具有切换速度快、发热量少的特点。“未来，科研人员可以利用自旋轨道耦合实现高效的自旋调控，开发自旋场效应晶体管等电子元器件。”谈及应用前景，郑毅如是说。
图1自旋电子器件
五年如一日的坚守
科学界一直在寻找可以高效调控自旋轨道耦合效应的量子体系，为何郑毅课题组找到了呢？他们开玩笑地说，1%的直觉+99%的运气！郑毅解释道：“1%的直觉，指的是在确定‘重元素二维体系的自旋轨道耦合调控’的研究主题后，要从几百种已知的二维材料中‘准确’地挑选1-2个体系；而99%的运气背后是夯实的专业以及不为人知的努力。目前，黑砷晶体很难人工合成，需要从天然的伴生矿石中挑选，再手工解理出纳米厚度的二维薄膜。这是一个异常复杂和繁琐的制备过程，为了得到复杂三明治结构的微纳米器件，技巧和耐心缺一不可，经常一周时间才能得到一个完全工作的器件。”
论文共同第一作者是浙江大学物理学系的博士研究生盛峰、华陈强、程满，主通讯作者是浙江大学物理学系郑毅研究员；另外两名合作通讯作者分别是中南大学的夏庆林教授和浙大物理学系的许祝安教授。在这项工作中，第一作者盛峰默默坚持了五年，他把每一个细节都做到极致，坚信高标准高要求才能获得高质量结果。“做科研的初心是探究未知，做科研的动力则是好奇心。热爱并坚持，才能走的更远！希望浙大的学生对自己有信心，做最好的自己！”郑毅赞叹道，“最后，必须要感谢一下我们优秀的合作者们。”
论文链接：
文 柯溢能 / 摄影 卢绍庆 科研图片由受访团队提供
作者：刘海波 柯溢能
摄影：卢绍庆 (科研图片由受访团队提供)
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非常高的水平，可以横着走了。
《Nature》是世界上历史悠久的、最有名望的科学杂志之一，首版于1869年11月4日。与当今大多数科学杂志专一于一个特殊的领域不同，其是少数依然发表来自很多科学领域的一手研究论文的杂志（其它类似的杂志有《科学》和《美国科学院学报》等）。
在许多科学研究领域中，很多最重要、最前沿的研究结果都是以短讯的形式发表在《自然》上。
在2012年的全球百大科学强国中，美国以2236篇的自然系列期刊论文总数摘得桂冠，这一数字是中国的7倍还要多。英国和德国分别位列第二和第三，日本、法国紧跟其后，中国则位列第六。
不过，该杂志还是对中国的科研前景寄予较高期望，鉴于2012年中国作者的研究类论文占《自然》系列研究期刊上所有发表论文的8.5%，《自然》杂志增刊编辑将中国确定为“五大重点关注国家”之一。
《自然》杂志17日公布了由其评选出的2015年度十大人物，其中出现了两张中国面孔，分别是中国中山大学的生物学家黄军就和美国斯坦福大学华裔女科学家鲍哲楠。
15日，《自然》杂志网站发布2020年度科学界十大人物名单，其中包括世界卫生组织总干事谭德塞，中国疾病预防控制中心传染病预防控制所研究员张永振，中国工程院院士、浙江大学传染病诊治国家重点实验室教授李兰娟等人。
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韩春雨，男，中国协和医科大学理学博士，现任河北科技大学生物科学与工程学院生命科学系副教授，硕士研究生导师。
韩春雨事件指的是韩春雨撤稿事件。
2016年5月2日，韩春雨作为通讯作者在国际顶级期刊《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）杂志上发表了一篇研究成果，即发明了一种新的基因编辑技术——NgAgo-gDNA，向已有的最时兴技术CRISPR-Cas9发起了挑战。
2016年8月2日，《自然-生物技术》发表声明称，“已有若干研究者联系本刊，表示无法重复这项研究。本刊将按照既定流程来调查此事。作为在自然科研旗下期刊发表论文的条件之一，作者须将材料、数据、代码和相关的实验流程及时向读者提供，不可加以不当限制”。
2017年1月9日，以河北科技大学副教授韩春雨、浙江大学基础医学院研究员沈啸为发明人的专利—以Argonaute核酸酶为核心的基因编辑技术，因申请人未在规定期限内答复国家知识产权局的第一次审查意见通知书，该专利的申请被视为撤回，国家知识产权局发布该专利申请的“视为撤回通知书”。
2018年8月31日晚，河北科技大学公布韩春雨团队撤稿论文的调查处理结果称，未发现韩春雨团队有主观造假情况。撤稿论文已不再具备重新发表的基础，有关方面按照规定已取消了韩春雨所获得的荣誉称号，终止了韩春雨团队承担的科研项目并收回了科研经费，收回了韩春雨团队所获校科研绩效奖励。
扩展资料
韩春雨研发出基因编辑新技术NgAgo-gDNA的成果发表在英国《自然·生物技术》上，向此前最先进的基因编辑技术CRISPR-Cas9发起了挑战，该成果打破了国际基因编辑技术的垄断，实现了中国高端生物技术原创零的突破，有望成为新一代“基因剪刀”。
《自然》杂志执行主编尼克坎贝尔评论说：“虽然这项新技术还处于初期，但有一些理由让我们相信它与现在普遍使用的CRISPR-Cas9技术相比有多种优势，特别是在更精准的基因编辑方面。”
基因编辑技术指能够让人类对目标基因进行“编辑”，实现对特定DNA片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技术自问世以来，就有着其它基因编辑技术无可比拟的优势，技术不断改进后，更被认为能够在活细胞中最有效、最便捷地“编辑”任何基因。
参考资料：百度百科-韩春雨
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