聚焦科研 | 合肥工大又获多项新进展

近期我校取得了一系列亮眼的科研进展

电子科学与应用物理学院（微电子学院）集成电路设计研究中心提出并实现一种具有高分辨率、高位宽的数字脉宽调制器混合结构。该项研究为高性能数字开关电源的实现提供了有力技术支持。

食品与生物工程学院韩际宏、段亚君科研团队的最新研究成果，阐明了一种调控糖脂转化的新分子机制，发现了Nogo在糖脂代谢中的新功能，有望成为治疗代谢性疾病的新靶点。

电子科学与应用物理学院量子信息实验室在金刚石NV色心量子调控技术上取得多项进展，分别利用纳秒激光脉冲实现了自旋量子系统的高效初态制备，以及利用固态自旋模拟器模拟量子多体系统的动力学相变。这两项工作分别发表于高水平物理学杂志Photonics Research和Applied Physics Letters上。

数字脉宽调制器混合结构

作为数字电源控制系统的重要模块，数字脉宽调制器（DPWM）的作用是将多位数字控制信号转换成一位占空比信号，类似于数模转换器，其性能直接决定数字电源的整体性能。

基于同步相移电路和延时链的高分辨率数字脉宽调制器结构

该团队针对高性能数字脉宽调制器展开一系列研究，最终实现11位、时间分辨率53ps的数字脉宽调制器，成果发表在电子工程类国际著名期刊IEEE Trans. Power Electron.上。在此基础上，该团队进一步对DPWM关键路径的时序进行优化设计，并提出新型相移同步电路和快速进位链构成数字脉宽调制器，最终实现14位、时间分辨率41.3ps的数字脉宽调制器。上述工作为高性能数字开关电源的实现提供了有力技术支持。

数字脉宽调制器的线性度、时间分辨率测试曲线

该项工作得到国家自然科学基金委和中央高校基本科研业务费专项资金的资助。合肥工业大学是该论文唯一署名单位，作者包括程心副教授（第一作者）、解光军教授、张章教授（通讯作者）。

调控饮食所致糖脂代谢紊乱的新机制

食品与生物工程学院韩际宏、段亚君科研团队在肝脏研究顶级期刊Journal of Hepatology上在线发表了题为“Reduced Nogo expression inhibits diet-induced metabolic disorders by regulating ChREBP and insulin activity”的最新研究成果，首次阐明了减少Nogo表达能够抑制高碳水化合物食物引起的葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗，同时增加糖和脂的利用，增加能量消耗，从而可以抑制由高碳水化合物食物引起的体重增加、肝脏脂质积累以及相关的代谢紊乱，发现了Nogo在糖脂代谢中的新功能，有望成为治疗代谢性疾病的新靶点。

在线发表页面

在此项研究中，研究人员发现高碳水化合物食物通过激活ChREBP和降低胰岛素敏感性造成野生型(WT)小鼠肝脏脂肪变性和代谢紊乱，同时高碳水化合物食物通过刺激Nogo-B表达进一步加剧胰岛素抵抗。与WT小鼠相反，高碳水化合物食物在Nogo敲除(Nogo-/-)小鼠中无法刺激肝脏Nogo-B表达，表现为肝脏Nogo-B的缺失增强胰岛素敏感性，降低ChREBP表达和活性以及脂质合成相关分子表达，并伴随着AMPKα、PPARα和FGF21的激活和能量代谢升高，从而拮抗了由高碳水化合物食物诱导的肝脏脂质积累、胰岛素抵抗以及其他代谢紊乱。并且，C57/BL6J小鼠注射Nogo的siRNA敲减肝脏Nogo-B能够通过改善胰岛素敏感性、抑制ChREBP活性、缓解内质网应激和炎症改善高果糖饮食诱导的代谢损伤。

分子机制示意图

本研究阐明了一种调控糖脂转化的新分子机制：在生理条件下，Nogo敲除能够适当地激活ChREBP，从而少量增加肝脏脂质水平。而在病理条件下，减少Nogo表达能够抑制ChREBP的表达，从而抑制高碳水化合物食物引起的葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗，同时增加糖和脂的利用，增加能量消耗。

该工作由合肥工业大学、南开大学、纽约大学、耶鲁大学等单位合作完成，张爽博士为该论文第一作者，我校韩际宏教授、段亚君教授与陈元利副教授为该论文共同通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金、政府间国际科技创新合作重点专项等基金的共同资助。

金刚石NV色心量子调控领域

我校量子信息团队通过数值模拟结合实验深入研究了激光脉冲宽度对极化效果的影响。在研究中发现当激光脉冲变短时，由于亚稳态布居减少导致最终极化率会有所提升。基于这一发现，该团队发展了一种利用极短激光脉冲（4-5纳秒）进行电子自旋初始化的新方法，该方法在实验中可以将电子自旋的初始化保真度提高约10%，这相当于在相同信噪比的情况下，实验效率可以提高约20%。该工作7月14日在线发表于美国光学会旗下Photonics Research杂志上，该杂志2019年影响因子5.720，位于中科院分区I区（物理学）。该工作共同第一作者为博士研究生宋雨萌和田宇，徐南阳教授、陈冰副教授和杜江峰院士为共同通讯作者。

利用纳秒激光脉冲实现自旋量子系统高效初态制备的示意图

在此前的另一项研究中，团队还利用金刚石NV色心中的电子自旋来实现了自旋链的动力学量子相变过程的模拟。该工作通过能带模型把自旋链从实空间转化到准动量空间，测量了系统处在顺磁相和铁磁相时的速率函数，得到了只有处在顺磁相时才能观测到动力学相变过程。同时在实验上通过测量超越量子关联的量子信息扩散项（out-of-time-order correlation, OTOC）来探测横向场伊辛模型非平衡相变并量化研究了其中量子关联和量子相干的形成。这个实验工作可以被进一步应用在另外一些多体物理系现象的研究，如多体局域化问题等。该工作发表于5月11日Applied Physics Letters杂志上，该杂志为自然指数收录，陈冰副教授为第一作者，硕士生侯先飞为第二作者，徐南阳教授为通讯作者，牛津大学申恒研究员为共同通讯作者。

固态自旋量子比特模拟动力学量子相变过程

上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委以及中央高校基本科研业务费等的支持。