When a spatially uniform temperature change is imposed on a solid with more than one phase, or on a polycrystal of a single, non-cubic phase (showing anisotropic expansion-contraction), the resulting thermal strain is inhomogeneous (non-affine). Thermal cycling induces internal stresses, leading to structural and property changes that are usually deleterious. Glasses are the solids that form on cooling a liquid if crystallization is avoided--they might be considered the ultimate, uniform solids, without the microstructural features and defects associated with polycrystals. Here we explore the effects of cryogenic thermal cycling on glasses, specifically metallic glasses. We show that, contrary to the null effect expected from uniformity, thermal cycling induces rejuvenation, reaching less relaxed states of higher energy. We interpret these findings in the context that the dynamics in liquids become heterogeneous on cooling towards the glass transition, and that there may be consequent heterogeneities in the resulting glasses. For example, the vibrational dynamics of glassy silica at long wavelengths are those of an elastic continuum, but at wavelengths less than approximately three nanometres the vibrational dynamics are similar to those of a polycrystal with anisotropic grains. Thermal cycling of metallic glasses is easily applied, and gives improvements in compressive plasticity. The fact that such effects can be achieved is attributed to intrinsic non-uniformity of the glass structure, giving a non-uniform coefficient of thermal expansion. While metallic glasses may be particularly suitable for thermal cycling, the non-affine nature of strains in glasses in general deserves further study, whether they are induced by applied stresses or by temperature change.

A conceptual approach to evaluate glass-forming ability for various glass-forming systems has been proposed from a physical metallurgy point of view. It was found that the glass-forming ability for noncrystalline materials was related mainly to two factors, i.e., 1/(T(g)+T(l)) and Tx (wherein Tx is the onset crystallization temperature, T ( g) the glass transition temperature, and T(l) the liquidus temperature), and could be predicated by a unified parameter gamma defined as T(x)/(T(g)+T(l)). This approach was confirmed and validated by experimental data in various glass-forming systems including oxide glasses, cryoprotectants, and metallic glasses.

A mandrel winding method, which can realize remarkable homogeneous plastic deformation at room temperature for various metallic glasses, is applied to characterize plastic flow units and study their relationship with macroscopic deformations and relaxations. The method can provide information on the activation energy, activation time, size, intrinsic relaxation time, distribution, and density of flow units. We find the plasticity of a metallic glass can be controlled through modulating the features of flow units. The results have benefits for better understanding the structural origins of deformations and relaxations, and for designing metallic glasses with improved performances.

Abstract Global profile of gene expression at single-cell resolution remains to be determined for primates. Using a recently developed technology (“Stereo-seq”), we have obtained a comprehensive single-cell spatial transcriptome map at the whole-brain level for cynomolgus monkeys, with ∼600 genes per cell for 10 μm-thick coronal sections (up to 15 cm 2 in size). Large-scale single-nucleus RNA-seq analysis for ∼1 million cells helped to identify cell types corresponding to Stereo-seq gene expression profiles, providing a 3-D cell type atlas of the monkey brain. Quantitative analysis of Stereo-seq data revealed molecular fingerprints that mark distinct neocortical layers and subregions, as well as domains within subcortical structures including hippocampus, thalamus, striatum, cerebellum, hypothalamus and claustrum. Striking whole-brain topography and coordinated patterns were found in the expression of genes encoding receptors and transporters for neurotransmitters and neuromodulators. These results pave the way for cellular and molecular understanding of organizing principles of the primate brain.

Porous materials, characterized by their important applications in catalysis, energy storage, and conversion, are predominantly derived from binary alloy systems due to the compositional complexity and the limited availability of phase diagrams for multi-component alloys. In this work, supergravity-induced solidification, a high-throughput approach, is employed to construct ternary MgZnY combinatorial libraries in a near-equilibrium state. This method utilizes the differences in densities and melting points among metal phases, where denser phases with higher melting points solidify and migrate towards the bottom, while lighter phases precipitate successively as the temperature decreases, resulting in samples with compositional and structural gradients along the centrifugal direction. Subsequently, a high-throughput vapor phase dealloying technique is developed based on the above bulk gradient samples, selectively volatilizing elements with high saturated vapor pressures and leaving behind residual elements that evolve into porous structures. Through the integrated high-throughput approach, we have successfully identified multiple precursor alloys capable of constructing intermetallic nanoporous Zn2Y1 (atomic percentage, at.%) with diverse morphologies. Furthermore, we have meticulously fabricated several alloys using the aforementioned high-throughput techniques. These alloys demonstrate consistent nanoporous compositions, underscoring the efficacy of our high-throughput approaches. This integrated high-throughput method significantly simplifies the exploration and development of porous materials, offering an innovative route to exploit the capabilities of multi-component alloy systems in a broad range of applications.