Formation of topological quantum phase on conventional semiconductor surface is of both scientific and technological interest. Here, we demonstrate epitaxial growth of 2D topological insulator, i.e. quantum spin Hall (QSH) state, on Si(111) surface with a large energy gap, based on first-principles calculations. We show that Si(111) surface functionalized with 1/3 monolayer of halogen atoms [Si(111)-sqrt(3) x sqrt(3)-X (X=Cl, Br, I)] exhibiting a trigonal superstructure, provides an ideal template for epitaxial growth of heavy metals, such as Bi, which self-assemble into a hexagonal lattice with high kinetic and thermodynamic stability. Most remarkably, the Bi overlayer is "atomically" bonded to but "electronically" decoupled from the underlying Si substrate, exhibiting isolated QSH state with an energy gap as large as 0.8 eV. This surprising phenomenon is originated from an intriguing substrate orbital filtering effect, which critically select the orbital composition around the Fermi level leading to different topological phases. Particularly, the substrate-orbital-filtering effect converts the otherwise topologically trivial freestanding Bi lattice into a nontrivial phase; while the reverse is true for Au lattice. The underlying physical mechanism is generally applicable, opening a new and exciting avenue for exploration of large-gap topological surface/interface states.

The quantum anomalous Hall (QAH) effect has attracted extensive attention due to time-reversal symmetry broken by a staggered magnetic flux emerging from ferromagnetic ordering and spin-orbit coupling. However, the experimental observations of the QAH effect are still challenging due to its small nontrivial bulk gap. Here, based on density functional theory and Berry curvature calculations, we propose the realization of intrinsic QAH effect in two-dimensional hexagonal metal-oxide lattice, $\mathrm{N}{\mathrm{b}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$, which is characterized by the nonzero Chern number $(C=1)$ and chiral edge states. Spin-polarized calculations indicate that it exhibits a Dirac half-metal feature with temperature as large as ${T}_{C}=392\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{K}$ using spin-wave theory. When the spin-orbit coupling is switched on, $\mathrm{N}{\mathrm{b}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$ becomes a QAH insulator. Notably, the nontrivial topology is robust against biaxial strain with its band gap reaching up to ${E}_{g}=75\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{meV}$, which is far beyond room temperature. A tight-binding model is further constructed to understand the origin of nontrivially electronic properties. Our findings on the Dirac half-metal and room-temperature QAH effect in the $\mathrm{N}{\mathrm{b}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$ lattice can serve as an ideal platform for developing future topotronics devices.

Artificial mimic enzymes have attracted wide attention for their superior characteristics to natural enzymes in extensive applications of diagnosis and therapy. In this paper, a nanozyme Cu-BDC@FeMo6 was designed and fabricated by embedding polyoxometalate (NH4)3[FeMo6O18(OH)6]·6H2O (FeMo6) into a copper-based metal–organic framework (Cu-BDC). The integration of FeMo6 and Cu MOF based on the synergies of oxidability of FeMo6 and oxygen-driven reversible Cu+/Cu2+ enhanced the peroxidase mimicking activity, which accomplished the sensitive visual monitoring of H2O2 and dopamine (DA). The detection of H2O2 was driven by Cu-BDC@FeMo6 catalyzing the oxidation of TMB with colorimetric evolution to blue, and consecutive monitoring DA via the reverse process of reduction of ox-TMB was further achieved. The limit of detection (LOD) of H2O2 and DA were 10 μM and 2.27 μM, with excellent stability, and outstanding selectivity. The mechanism of the catalysis was further evaluated, and the generation of O2·- played a crucial role in the catalysis for oxidation. The logic gate design was constructed to illustrate the process and application. This work provides a feasible reference for the reasonable design of simulated enzyme in biosensor applications.

Dyskalemia are associated with an increased risk of mortality in patients undergoing maintenance hemodialysis (MHD). However, studies evaluating the impact of serum potassium variability on mortality in MHD patients are scarce. To investigate serum potassium variability and its association with prognosis in MHD patients, we conducted a retrospective study on maintenance hemodialysis patients from three campus of Renji Hospital between June 2018 and December 2022. The exposure of interest was serum potassium variability defined as the coefficient of variation of serum potassium levels (CVSP). Cox regression models and Kaplan-Meier survival analysis were used to assess the prognostic significance of serum potassium variability. In a subgroup analysis, the association between serum potassium variability and prognosis was investigated in patients within normal serum potassium concentration range. Total of 588 maintenance hemodialysis patients were included. During a median follow-up of 45 months (24, 54), 121 patients (20.6%) died. The survival analysis suggested significantly higher survival rates for both all-cause (p < 0.01) and cardiovascular (p < 0.01) death in patients in the highest group of CVSP (H-CVSP) compared with those in the the lowest group (L-CVSP). After adjustment, the all-cause mortality hazard ratio compared to L-CVSP was 2.17 [95% confidence interval (CI) 1.18, 3.97] for H-CVSP (p < 0.05) and was 2.53 [95%CI 1.03, 6.22] for cardiovascular mortality (p < 0.05). In the subgroup analysis, 493 patients (83.8%) presented normokalemia (the mean of serum potassium levels ≥ 3.5mmol/L and ≤ 5.0mmol/L) were included. Similar association was found between serum potassium variability and accumulated survival rates, and higher serum potassium variablity was remained an independent risk factor for cardiovascular mortality (2.69, 95% CI 1.07–6.78, p < 0.05) in patients within normal serum potassium concentration range. In conclusion, a higher serum potassium variability was associated with all-cause and cardiovascular mortality in maintenance haemodialysis patients, even in the normal range.

With increasing research on geological hazards and the development of geographic information technology, slope units play an increasingly important role in landslide susceptibility assessment and prevention work. The scientific and reasonable division of slope units directly impacts the accuracy and practicality of analysis results. Despite the significant progress in slope unit division techniques, most existing methods still have certain limitations, such as a strong dependence on manually set thresholds during the division process, resulting in low levels of automation and efficiency. To address this issue, a new parameter-free slope unit extraction algorithm that integrates terrain factors, called Terrain Factor Parameter-Free Slope Unit Division (TFPF-SU), is introduced. This eliminates the issue of manually setting parameter thresholds during the slope unit division process. This algorithm fully utilizes the terrain information provided by digital elevation models (DEMs) to accurately calculate the curvature, slope, and aspect data for each point. On the basis of the inherent consistency principles among slope, aspect, and curvature, object-oriented image segmentation technology is used to achieve slope unit division. We select Dongchuan District in Yunnan Province, China, as a test area to verify the TFPF-SU algorithm and conduct a detailed comparative analysis and validation of the results with those obtained via traditional hydrological analysis methods from both qualitative and quantitative perspectives. In the quantitative analysis, we utilize the size and shape of the slope units. The results indicate the following: ① the slope units obtained with the TFPF-SU method are more uniform in size, avoiding issues with oversized or irregularly shaped units; ② the slope unit shapes obtained with the TFPF-SU method are more reasonable, with about 70% of the units falling within a reasonable shape index range, compared to only about 32% with the hydrological method; and ③ the slope units produced by the TFPF-SU method align more closely with terrain authenticity, exhibiting a higher degree of topographical conformity.

Reactive ion etching (RIE) with fluorocarbon plasma is a facile method to tracelessly remove the subsurface damage layer of fused silica but has the drawback of unsatisfactory improvement in laser damage resistance due to the induction of secondary defects. This work proposes to incorporate O2 into the CHF3/Ar feedstock of RIE to suppress the formation of secondary defects during the etching process. Experimental results confirm that both the chemical structural defects, such as oxygen-deficient center (ODC) and non-bridging oxygen hole center (NBOHC) defects, and the impurity element defects, such as fluorine, are significantly reduced with this method. Laser-induced damage resistance is consequently greatly improved, with the 0% probability damage threshold increasing by 121% compared to the originally polished sample and by 41% compared to the sample treated with conventional RIE.