封面新聞記者 張崢 譚羽清
2023年1月12日，由中國科學院院士和中國工程院院士投票評選的2022年中國十大科技進展、世界十大科技進展新聞揭曉。其中，電子科技大學研究團隊兩項重大科技成果入選。
這兩項成果分別為首次發現並證實玻色子奇異金屬、將二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸，前者將推動凝聚態物理學領域向前邁出一大步，而後者則為人工和半人工合成“糧食”提供了新路徑。
推動凝聚態物理學邁出一大步
電子科技大學電子薄膜與整合器件國家重點實驗室主任李言榮院士團隊與美國布朗大學教授James M。 Valles Jr、北京大學物理學院/量子材料科學中心謝心澄院士等協同攻關，成功突破了費米子體系的限制，首次在玻色子體系中誘匯出奇異金屬態。相關研究成果於2022年1月12日發表於《自然》（《Nature》）。
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早在三十年前，科學家們就發現了費米子奇異金屬，但在團隊此項發現前，物理學界還沒有玻色子奇異金屬相關實驗的報道。《自然》認為，這項工作突破了現有對奇異金屬態與無序超導體的認知框架，將推動凝聚態物理學領域向前邁出一大步。
什麼是玻色子奇異金屬？玻色子包括膠子、光子、介子、氘核等，是和費米子相對的粒子。物質的基本結構是費米子，物質之間的基本相互作用則由玻色子來傳遞。而奇異金屬，電阻率與溫度成正比，存在於銅基高溫超導體中，超越了費米液體理論的框架，是一種電子之間高度量子糾纏的新物質狀態。
左圖是可以用朗道費米液體理論描述的普通金屬。右圖是費米子的奇異金屬，由於電子之間高度糾纏，難以用準粒子的影象描述。（圖片來源哈佛大學教授Subir Sachdev的講座）
“受到材料結構的限制，以往的奇異金屬態的所有研究僅僅侷限於費米子體系。”李言榮院士團隊成員之一、電子科大熊傑教授解釋說：“之前的奇異金屬的研究大多在薄膜或塊體材料中，並且通常需要很強的磁場來抑制掉超導態，受此限制奇異金屬僅侷限於費米子體系。出人意料地，我們在奈米蜂窩結構調製的高溫超導薄膜中，誘匯出玻色子體系中的奇異金屬，這使得我們有機會進一步地去研究奇異金屬的物理本質。”
據介紹，目前絕大多數電子器件都是基於費米子（電子）體系，存在能量消耗高、損耗大等問題，而以高溫超導體為代表的玻色子器件，具有完美的零損耗能量傳遞特性。這項發現可能將成為推動未來低能耗超導量子計算以及極高靈敏量子探測技術的關鍵。
取得這項重大發現後，將如何進一步推動玻色子奇異金屬研究呢？該團隊表示，物理方面，計劃透過進一步的實驗手段來研究玻色子奇異金屬，包括強磁場下輸運測量，熱輸運測量，光電導測量等。應用方面，則將繼續致力於開展基於玻色金屬態的高溫超導單光子探測器件的製備，“有望能夠實現輕質小型、高靈敏高溫超導單光子探測原型器件，希望能應用到國防裝備系統、量子通訊、航空航天等領域。”
為人工合成“糧食”提供新技術
電子科技大學夏川教授領導的夏川團隊、中國科學技術大學曾傑團隊和中國科學院深圳先進技術研究院于濤團隊共同完成的研究成果“二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸”入選2022年中國十大科技進展新聞。
夏川教授（中）在實驗室指導學生
團隊論文《電化學耦合生物合成實現二氧化碳轉化製備葡萄糖和脂肪酸》以封面文章形式發表於國際學術期刊《自然·催化》雜誌上。獲評第三屆川渝科技學術大會優秀論文一等獎。研究團隊透過電催化結合生物合成的方式，將二氧化碳和水高效合成高純度乙酸，並進一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸（油脂）。
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葡萄糖和油脂是重要的糧食成分，將二氧化碳和水轉化為生命體所必需的葡萄糖或者油脂，長期以來只有靠農作物種植一條路徑。
此項研究中，科研人員首先將二氧化碳電解高效還原合成高純度乙酸，然後用釀酒酵母對乙酸進行發酵。這個過程可以理解為，先將二氧化碳轉化為釀酒酵母的“食物”——醋，然後釀酒酵母不斷“吃醋”來合成葡萄糖和脂肪酸。
近年來，隨著新能源發電的迅速崛起，電力成本下降，二氧化碳電還原技術已經具備與依賴化石能源的傳統化工工藝競爭的潛力。因此，高效的二氧化碳電還原製備高附加值化學品和燃料的工藝被學界認為是建設未來“零碳排放”物質轉化的重要研究方向之一。
接下來，研究團隊將進一步研究電催化與生物發酵這兩個平臺的適配性和相容性。同時，未來如果要合成澱粉、製造色素、生產藥物等，只需保持電催化設施不改變，更換髮酵使用的微生物就能實現。
對此，中國科學院院士、中國化學會催化專業委員會主任李燦評價，該工作為人工和半人工合成“糧食”提供了新技術。
中國科學院院士、上海交通大學微生物代謝國家重點實驗室主任鄧子新認為，這項研究工作開闢了電化學結合活細胞催化製備葡萄糖等糧食產物的新策略，為進一步發展基於電力驅動的新型農業與生物製造業提供了新範例。
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