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1、Science：北航材料科学与工程学院赵立东教授团队在热电材料及器件研究领域取得最新进展

2025年12月19日，国际顶级学术期刊《Science》报道了北京航空航天大学材料科学与工程学院赵立东教授团队在热电材料及器件研究领域取得的最新进展：《Extending the temperature range of the Cmcm phase of SnSe for high thermoelectric performance》。该工作通过在硒化锡（SnSe）材料中大比例固溶高对称立方相PbSe，成功拓宽了SnSe的高温Cmcm相的温度稳定区间，显著增强了N型SnSe晶体面外方向在Cmcm相的“2D声子/3D电荷”传输特性，将N型SnSe晶体在单个温度点（748K）下ZT~3.0的性能扩展至673-923 K的宽温域范围，温区跨度达250K，基于此宽温域下的卓越热电性能实现了 ~ 19.1%的发电效率，该报道揭示了N型SnSe晶体在温差发电领域的巨大潜力。

赵立东教授课题组聚焦国际学术前沿，取得系列高水平成果，2025年已发表3篇《Science》，自2014年以来第14次发表Science和Nature正刊！

第一作者：高天（2025级博士生），文熠副教授，白树林（2023级博士生）

通讯作者：宿力中教授，常诚教授，赵立东教授

第一单位：北京航空航天大学材料科学与工程学院

能源是人类社会赖以生存及社会发展的重要物质基础，然而在使用过程中约有超过50%的能量以废热的形式浪费掉，若能将这些热能回收并转成电能，将产生深远影响。热电技术可将热能和电能进行直接转换，既可基于塞贝克效应实现温差发电，又可基于珀尔帖效应实现热电制冷，在深空探测电源、集成电路热管理等关键领域具有重要应用价值。

图1. 热电效应：(A) 基于塞贝克效应的温差发电模型； (B) 基于珀尔帖效应的热电制冷模型

热电材料的转换效率主要由其无量纲热电优值（ZT= (S2σ/κ) T）所决定。在给定温度T下，高效热电材料应具备：大塞贝克系数 S（以产生大的温差电压）、高电导率σ（以减少焦耳热损耗）以及低热导率κ（以维持大的温差）。然而，这些热电参数之间的复杂耦合关系限制了ZT值的提升。围绕高效解耦热电参数，该课题组提出了开发本征低热导材料、多能带协同、晶格素化和栅格素化等策略，形成了筛选宽温域温差发电材料【Science 367 (2020) 1196-1197】和新型制冷材料的新思路【Science 378 (2022) 832-833】。在前沿学科交叉领域，该课题组与中科院化学所朱道本院士课题组的狄重安研究员合作，将提出的策略运用到有机塑料基热电领域，实现了聚合物热电材料近室温热电性能的重大突破【Nature 632 (2024) 528-535】；该课题组与江雷院士课题组的北航化学学院刘明杰教授合作，将所制备的热电制冷器件用于柔性磁电领域，为复杂环境下传感器的长效稳定工作提供了可靠保障【Science 389 (2025) 623-631】。

该课题组长期致力于开发新型热电材料及高效发电和制冷器件，经筛选研究发现SnSe晶体具有优异热电潜力【Nature 508 (2014) 373-377】。此后，该课题组持续挖掘SnSe晶体的独特性质，发现SnSe晶体在面内方向具有优异的P型输运热电性能。2016年，发现并利用了多能带协同参与的电传输增强机制，在P型SnSe晶体中取得了优异的近室温热电性能，表明SnSe晶体具有极大潜力成为制冷材料【Science 351 (2016) 141-144】。2021年，发现并提出了多能带的Synglisis效应（动量与能量空间的多能带协同对齐），实现了P型SnSe晶体室温热电性能的大幅提升，基于P型SnSe晶体的热电器件能够实现 ~ 45.7 K的最大制冷温差，已达到商用Bi2Te3基制冷器件的70%【Science 373 (2021) 556-561】。2023年，成功验证了晶格素化策略，在P型SnSe晶体中引入微量的Cu来填充本征Sn空位，实现了超高电传输性能（利于低功耗），其热电制冷器件室温下能够实现 ~ 61.2 K的制冷温差，制冷性能已接近商用Bi2Te3基制冷器件【Science 380 (2023) 841-846】。

与SnSe晶体在面内方向展现优异P型输运热电性能相反，SnSe晶体在面外方向展现出卓越的N型输运热电性能。2018年，在Br元素掺杂的N型SnSe晶体中发现其独特的“2D声子/3D电荷”传输特性，有效利用了SnSe晶体面外方向极低的晶格热导率，并在层间产生交叠的电荷密度增强其电传输特性，从而在Pnma相SnSe晶体中773K温度下获得了ZT ~ 2.8的优异热电性能【Science 360 (2018) 778-783】。2022年，通过调控N型SnSe晶体在Pnma相的晶格对称性，促进了层间声-电解耦，进一步增强了“2D声子/3D电荷”传输特性，使Pnma相SnSe晶体在748K的温度下实现了ZT > 3.0【Science 375 (2022) 1385-1389】。

图2. (A) N型SnSe晶体面外“2D声子/3D电荷”传输特性：层状SnSe晶体利用其层结构抑制了（晶格振动）声子传输，但是与声子不同的电子可通过交叠的电荷密度实现电子隧穿；固溶高对称相后显著促进了该传输特性；(B) 与目前先进的P型热电材料的ZT对比图；(C)与目前先进的单臂热电器件的发电效率对比图

SnSe在800K温度点为两相相变点，即<800K为Pnma相，>800K为Cmcm相，此前的研究都聚焦于Pnma相SnSe晶体，然而其具有更高对称性的Cmcm相的热电性能的潜力仍未被开发，同时，基于N型SnSe晶体面外方向的热电器件研究仍为空白。本工作聚焦于高对称Cmcm相N型SnSe晶体，通过固溶高对称相（立方相PbSe）拓宽了Cmcm相的温度稳定范围，同时，Cmcm相N型SnSe晶体的局域晶格对称性的提升显著增强了其“2D声子/3D电荷”传输特性：1) 提升的晶格对称性有效降低了Cmcm相SnSe晶体的形变势，在态密度有效质量（md*）和载流子浓度（nH）显著增大的同时优化了载流子迁移率（μH），促进了“3D电荷”传输；2) Pb元素的引入在带来应力的同时软化了晶体中的键合作用，从而降低了晶格热导率，增强了“2D声子”散射。如图2（B）所示，最终在673-923 K的温度范围内获得了优异的宽温域热电性能ZTave ~ 3.0。此外，本工作搭建了基于N型SnSe晶体的热电器件并表现出卓越的热电转换效率。如图2（C）所示，在572 K的温差下，其单臂热电器件可实现 ~ 19.1%的发电效率。

本工作得到了国家重点研发计划（2024YFA1210400）、国家自然科学基金青年A类延续项目（52525101）、国家自然科学基金（52450001; 52403348; 523B2007; 524B2004; 52401258）、科学探索奖等的资助，并得到了中国载人航天工程空间应用系统项目的支持。参与此项工作的还有：太原科技大学宿力中教授课题组、白培康教授课题组、北京高压科学中心高翔研究员课题组。

2、全球首次实现！上海交大，Science

北京时间12月19日，上海交通大学集成电路学院（信息与电子工程学院）图像通信与网络工程研究所陈一彤课题组在新一代算力芯片领域取得重大突破，首次实现了支持大规模语义媒体生成模型的全光计算芯片，相关研究以“All-optical synthesis chip for large-scale intelligent semantic vision generation”（大规模智能语义视觉生成全光芯片）为题发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science）上。上海交通大学为论文第一作者和通讯作者单位，陈一彤助理教授为第一作者及通讯作者。

研究背景

随着深度神经网络和大规模生成模型的迅猛演进，AI正以前所未有的速度革新世界。然而，规模爆炸式增长的生成模型带来超高算力和能耗需求，与传统芯片架构的性能增长速度已出现日益严峻的紧迫缺口。

为突破算力与能耗瓶颈，光计算等新型架构受到广泛关注。然而如传统的全光计算芯片主要局限于小规模、分类任务，光电级联或复用又会严重削弱光计算速度。因此，“如何让下一代算力光芯片能运行复杂生成模型”成为全球智能计算领域公认的难题。

研究成果

研究团队首次提出全光大规模语义生成芯片LightGen，这也是国际首次实现的大规模全光生成式AI芯片，在单枚芯片上同时突破了百万级光学神经元集成、全光维度转换、无真值光芯片训练算法的领域公认瓶颈。

大规模全光生成计算芯片LightGen

论文实验验证了全光芯片LightGen在高分辨率（≥512×512）图像语义生成、3D生成（NeRF）、高清视频生成及语义调控、去噪、局部及全局特征迁移等多项大规模生成式任务。不再让电辅助光生成，而是让全光芯片完整实现输入图像、理解语义、语义操控、生成全新媒体数据的端到端过程，即让光“理解”和“认知”语义。

LightGen生成的采样图像示例

此外，LightGen采用了极严格的算力评价标准，在实现与电芯片上运行的Stable Diffusion、NeRF、Style Injection Diffusion等前沿电子神经网络相仿生成质量的同时，直接测量整个系统端到端的耗时与耗能降低。实测表明，即便采用较滞后性能的输入设备，LightGen仍可取得相比顶尖数字芯片2个和2个数量级的算力和能效提升。而如果采用前沿设备使得信号输入频率不是瓶颈的情况下，LightGen理论可实现算力提升7个数量级、能效提升8个数量级的性能跃升。这不仅直接体现了在不损失性能情况下替换顶尖现有芯片能获得的巨大算力和能效提升，也印证了解决大规模集成、全光维度变换、无真值光场训练等关键难点，全光片上实现大规模生成式网络的重要意义。

论文同步被《Science》官方选为高光论文重点报道。论文中提到，生成式AI正加速融入生产生活，要让“下一代算力芯片”在现代人工智能社会中真正实用，势在必行的是研发能够直接执行真实世界所需任务的芯片——尤其是大规模生成模型这类对端到端时延与能耗极其敏感的任务。面向这一目标，LightGen为新一代算力芯片真正助力前沿人工智能开辟了新路径，也为探索更高速、更高能效的生成式智能计算提供了新的研究方向。

相关研究及论文信息

陈一彤

陈一彤博士长期致力于光计算领域的研究，聚焦新一代算力芯片切实应用时的核心科学难点问题，团队所提出的全模拟光电芯片ACCEL（Nature 623 (7985), 48-57），国际首次实测验证了复杂智能任务中光计算的系统级算力优越性，将光计算芯片中的超高算力能效，无损地保留和接入复杂成熟的数字社会中。2023年，所提出的PED (Photonic Encoder Decoder，Science Advances 9(7), eadf8437)光计算架构，更被Science子刊认证为“国际首个全光生成网络（PED is the first demonstration of all-optical generative neural networks）”。基于上述研究基础，LightGen突破性将全光芯片的适用范围拓展到了大规模生成式神经网络，并已与工业界合作开展应用实践。

上海交通大学集成电路学院（信息与电子工程学院）陈一彤助理教授担任第一作者及通讯作者，翟广涛教授、张文军院士、博士生孙心玥，清华大学硕士生谭龙涛、博士生姜一洲、博士后周银等均对本文做出重要贡献。该研究得到了多项国家及上海市项目资助。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv7434

3、吉林大学哲学社会科学领域首篇《Science》论文揭示东亚地区家牛的复杂演化史与史前东西方文化交流

北京时间2025年12月19 日，吉林大学生物考古实验室、考古学院蔡大伟教授团队联合韩国首尔大学Choongwon Jeong教授团队及国内数十家考古研究机构，在国际顶级综合性学术期刊《Science》上发表题为“Ancient genomes illuminate the origins and dynamic history of East Asian cattle”的研究论文。该研究首次系统构建了东亚地区家牛起源与迁徙的完整遗传图谱，为探索史前跨大陆人群迁徙、技术传播与古代文明交流互鉴提供了全新视角。这也是吉林大学在哲学社会科学领域首次以第一完成单位在《Science》发表研究成果，标志着我校在生物考古领域取得了重大突破。

东亚地区家牛的四次融合事件

研究团队整合了来自全国数十处遗址的166例古代牛科样本，覆盖近万年时间跨度，构建了迄今为止全球规模最大、时间序列最完整的东亚古代牛基因组数据集。研究打破了以往关于东亚地区家牛“单一起源”的传统观点，揭示其形成是多次外来输入与本地种群深度融合的渐进过程。距今约5000年前的新石器时代晚期，普通牛（Bos taurine）传入黄河流域并与本土野生原牛发生基因交流；新疆地区的早期家牛受到西亚普通牛和南亚瘤牛（Bos indicus）的共同影响，自青铜时代晚期至铁器时代不断向黄河流域渗透，持续影响了中国北方家牛的遗传结构。铁器时代至明清时期，南北方牛群进一步融合，最终奠定了现今中国南北方家牛的基本遗传框架。

该研究不仅极大深化了国际学术界对东亚地区家牛起源、驯化与传播历程的科学认知，更展现了中华文明在形成和发展过程中与周边地区广泛而深入的交流互动历史场景，为深入揭示经济基础变革、社会复杂化进程以及跨区域文明互鉴开辟了全新的科学视角，也为阐释"人类命运共同体"的历史根基贡献了重要的学术支撑。

该研究成果的第一完成单位为吉林大学生物考古实验室，蔡大伟教授为本研究的第一作者兼通讯作者。韩国首尔大学Donghee Kim博士为共同第一作者，Choongwon Jeong教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家社科基金重大项目“古动物DNA视角下的丝路文化交流研究”（项目批准号17ZDA221）资助。

近年来，学校始终将哲学社会科学高质量发展置于战略全局高度，把有组织科研作为激活创新动能、服务国家战略需求的关键抓手，形成了学科建设、平台搭建与人才培养深度融合的新格局。作为首批教育部哲学社会科学实验室试点单位，生物考古实验室始终以国家战略需求为锚点，以学科前沿突破为目标，打破传统学科壁垒，高效整合考古学、生物学、医学、化学、地球科学、历史学等多领域优势资源，凝练形成“问题导向、协同攻坚、链式推进”的有组织科研范式，为重大原创性成果的涌现筑牢了坚实根基。本研究成果的取得，既是吉林大学坚守有组织科研理念、奋力构建中国哲学社会科学自主知识体系的生动实践，也是生物考古实验室充分发挥平台赋能效应、引领学科前沿创新的重要突破，为学校“十四五”收官落下点睛之笔，更为“十五五”开局加快建设教育强国、科技强国、人才强国汇聚龙头之力。

文章链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu9904

来源：北京航空航天大学、上海交通大学、吉林大学