β-内酰胺类抗生素不可逆地使执行细胞壁肽聚糖（PG）合成的青霉素结合蛋白（PBP）失活，并触发细菌细胞死亡的级联反应。细菌利用多种手段抵抗抗生素的作用，例如常见β-内酰胺类的酶解反应。细菌产生具有广谱底物特异性的β-内酰胺酶，这些酶可水解属于头孢菌素类或碳青霉烯类的β-内酰胺。尽管目前已经成功开发了β-内酰胺酶抑制剂以恢复β-内酰胺类药物对耐药细菌的活性，但这些抑制剂并不涵盖革兰氏阴性菌产生的多种β-内酰胺酶。 β-内酰胺类药物与细菌周质中的多种酶具有竞争相互作用，因此这些药物和β-内酰胺类/β-内酰胺酶抑制剂的作用方式和疗效的研究非常复杂。寻找能够同时监测细菌周质中β-内酰胺类药物、β-内酰胺酶抑制剂和β-内酰胺相互作用蛋白的研究方法，有助于理解β-内酰胺类药物的作用方式，以便对药物进行改进，消除细菌耐药机制。 法国国家科学研究中心的Jean-Pierre Simorre研究团队提出了一种监测革兰氏阴性菌内外膜周质中酶活性的细胞内核磁共振方法。作者可原位和实时监测（1）β-内酰胺类药物被β-内酰胺酶水解，（2）β-内酰胺类药物与其靶点的相互作用，以及（3）抑制剂与这些酶的结合过程。研究表明，该细胞内核磁共振为研究靶向细菌周质分子的新药提供了强大的分析工具。该研究结果以“Monitoring Drug–Protein Interactions in the Bacterial Periplasm by Solution Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy”为题，于2024年3月18日发表在《美国化学会志》上。 查看详细>>

超冷分子由于其丰富的内部结构和大的本征电偶极矩，是量子科学的一个重要前沿，也是超冷物理和量子化学之间的桥梁。超冷分子可以应用在量子模拟、量子信息处理、量子化学、碰撞物理学、量子计量学和时钟，以及超越标准模型物理学的精确搜索中。实现这些目标的一个有潜力的平台是光学镊子阵列，它可以对任意几何形状的单个被囚禁粒子进行定位，并对其位置进行动态重排。光学镊子阵列能够实现基于里德堡相互作用的高保真量子处理器和量子模拟器，以及开发用于精密计量和超冷碰撞研究的基于镊子的光学时钟。人们已经实现了双原子分子的镊子阵列，以及偶极相互作用和两分子纠缠门的观察。最近，利用拉曼边带冷却使这些分子冷却到阱的运动基态，人们已经证明了对激光冷却的双原子分子的内部和外部状态的完全量子控制。 2024年4月3日，美国哈佛大学John M.Doyle团队在《自然》杂志上发表了题目为“An optical tweezer array of ultracold polyatomic molecules”的文章。多原子分子具有丰富的结构特征，使其适用于量子信息科学、量子模拟、超冷化学以及超越标准模型的物理研究。然而，完全控制分子的内部量子态和运动自由度是必须面对的挑战。本文中作者演示了单个多原子分子CaOH的光学镊子阵列的搭建，该阵列可对其内部量子态进行量子控制。CaOH的复杂量子结构导致分子行为对镊子光波长的非平凡依赖性。作者控制这种相互作用，并以大于90%的保真度直接无损地对镊子阵列中的单个分子进行成像。分子在单个内部量子态水平上被操纵，从而证明了镊子阵列中的相干态控制。该平台能够利用任意空间排列的单个多原子分子进行各种实验。 查看详细>>

光晶格钟是频标领域重要的研究方向之一，其频率不确定度已经达到了小系数10-18量级。碰撞频移是影响晶格钟的重要系统效应之一，其依赖于原子密度，可以通过利用低温和费米统计法进行抑制，而钟跃迁频移仍在10-18量级水平。虽然在特殊条件下有一些其他方法可以用来减小碰撞频移，但减少原子密度仍然是人们最普遍的做法。然而，对光钟稳定度的改进又需要更高的原子数目来降低量子投影噪声极限（QPN）。此外，密度依赖的二体损耗也会造成额外的原子丢失，从而降低光钟稳定度。 2024年3月28日，美国国家标准与技术研究所和科罗拉多大学Andrew Ludlow课题组在《物理评论快报》发表了题为“Excited-Band Coherent Delocalization for Improved Optical Lattice Clock Performance”的文章。作者应用相干退局域化方法减弱了光晶格钟中密度相关的系统效应。垂直光晶格利用重力破坏了临近位点间的兼并，导致原子波函数局域化在Wannier-Stark（WS）态。以布洛赫频率调制晶格振幅使得波函数由于隧穿效应在晶格位点间相干演化。该技术可以扩展原子云的空间分布，降低原子密度。为了减少Landau-Zener（LZ）隧穿造成的原子丢失，作者在更深晶格势的激发带诱导晶格位点间的跃迁，相比于运动基带，激发带放大了振幅调制诱导的隧穿速率。而且，利用绝热快速通道（adiabatic rapid passage,ARP）方法可以实现高保真的激发带。基于该方案，作者在1s相干退局域化后实现原子云空间扩展增加了1个数量级。作者测量得到晶格钟碰撞频移减少了6.5(8)倍，缓解了碰撞频移造成的低系统频移和高原子数目之间的矛盾。此外，二体损耗得到抑制，可以忽略不计。 查看详细>>

斯格明子的概念起源于粒子物理，被广泛应用于描述凝聚态磁性材料中一类独特的拓扑元激发，其自旋在实空间以旋涡状或环状排列，整体具有非平庸拓扑特性，可成为新一代磁存储及逻辑器件的信息载体。对于斯格明子的表征，常借助电学测量中的拓扑霍尔效应作为其存在的有力判据之一，但电学测量仅适用于金属体系。随着拓扑磁性材料的有效拓展，斯格明子领域迫切需要发展适用于更多体系的表征手段，如针对非金属体系斯格明子的表征。 2024年4月4日，中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学等合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF），在二维新型量子磁体斯格明子元激发的理论与实验研究中取得进展，提出“拓扑克尔效应”的概念。作者通过原子尺度的磁动力学模拟和理论计算，揭示出斯格明子的“拓扑荷”对于光电场下传导电子的散射是光学克尔角在磁翻转过程中出现“凸起”信号的微观原因。作者通过磁力显微镜成像实验，观察到CrVI6中带状磁结构演化为点状磁结构的磁场与磁光克尔“凸起”对应的磁场一致，进一步佐证了该光学克尔信号的拓扑属性。 基于上述结果，作者们凝练了“拓扑克尔效应”这一核心概念，基于这一概念提出了利用光学手段开展拓扑磁结构无损/非侵入式探测的新方案。该方案基于交变光电场，在直流电学“拓扑霍尔效应”的基础上，进一步放宽了对材料导电性的要求，拓宽了应用范围。强磁场光谱学的技术优势使得这一方案可以对斯格明子和其他拓扑元激发开展空间分辨、无损、非接触式探测，为揭示拓扑磁结构的微观机理奠定了物理基础、提供了表征手段。相关成果发表在《自然物理学》（Nature Physics）上。 查看详细>>