瓦尔米

2018年2月，西班牙Rainer Hillenbrand教授在《Science》上发表了题为：Infrared hyperbolic metasurface based on nanostructured van der Waals materials的全文文章，发现纳米范德瓦尔斯材料上的红外双曲变面特性，在红外可变平台设备的开发中取得重要进展。文章中Hillenbrand团队利用超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM，对纳米氮化硼薄膜表面进行了精细扫描。该类型薄膜表面一般具有光学超表面特性，同时可以支持深度亚波长尺度的声子化激元。研究者在在这样的纳米结构基础上，通过neaSNOM优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像观测到了发散化子束的不规则波前，如下图所示。图1 A为该项工作的原理示意，图1 B为该结构的形貌表征；图1 C、D为近场强度信号在该结构中的纳米成像并分辨对应HMS(实线)及hBN（虚线）结果。这些表征结果描述了hBN光栅功能面内的HMS。图1：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）下声子化激元在20纳米的hBN-HMS的成像结果。C、D 即为近场强度信号在该结构中的纳米成像并分辨对应HMS(实线)及hBN（虚线）结果。该工作在光学超表面光学性质的研究，对于控制材料的等离子体化激元有着突出的意义，其中利用到一种特的相位和振幅信号分离技术，这种技术是超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM申请，如下图，HMS-PHPs的波前成像结果显示其发散化子束的不规则波前，是双曲化子的重要特征。近场增强和限制可以有效操纵交换表面发射的热辐射。该项研究成果揭示了各向异性材料中化基元的不规则波前，与此同时，该类型纳米结构尺寸的范德华材料拥有优异的双曲线性质，使得红外可变平台设备的开发在未来的研究中将进一步成为可能。图2：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）下HMS-PHPs的波前成像结果。C中近场成像结果获取于w = 1430 cm-1单色波长激发。★ 科普小知识 ★neaSNOM是德国neaspec公司推出的三代散射式近场光学显微镜（简称s-SNOM），其采用了化的散射式核心设计技术，大的提高了光学分辨率，并且不依赖于入射激光的波长，能够在可见、红外和太赫兹光谱范围内，提供优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像。由于其高度的可靠性和可重复性，neaSNOM业已成为纳米光学领域热点研究方向的科研设备，在等离基元、纳米FTIR和太赫兹等众多研究方向得到了许多重要科研成果。★ 超高分辨成像技术的诸多特点，你知道吗？ ★◆ neaSNOM是目前上成熟的s-SNOM成像产品◆ 保护的散射式近场光学测量技术——有的高10 nm空间分辨率◆ 的高阶解调背景压缩技术——在获得10nm空间分辨率的同时保持高的信噪比◆ 保护的干涉式近场信号探测单元◆ 的赝外差干涉式探测技术——能够获得对近场信号强度和相位的同步成像◆ 保护的反射式光学系统 ——用于宽波长范围的光源：可见、红外以至太赫兹◆ 高稳定性的AFM系统，——同时优化了纳米尺度下光学测量 ◆ 双光束设计——高的光学接入角：水平方向180°，垂直方向60°◆ 操作和样品准备简单 ——仅需要常规的AFM样品准备过程相关产品及链接1、超高分辨散射式近场光学显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C170040.htm 2、纳米傅里叶红外光谱仪 Nano-FTIR：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C194218.htm

几十年来，半导体异质结生长技术的不断进步驱动着电子和光电子科学研究和技术应用的不断发展。红外和太赫兹波段的许多应用利用了半导体量子阱中量子化状态间的跃迁（子带间跃迁）。然而，目前的传统量子阱器件在功能和应用上都受限于对散射界面以及晶格匹配生长条件的苛刻要求。可喜的是：近期西班牙巴塞罗那科学技术研究所Frank H. L. Koppens教授团队将量子阱子带间跃迁的概念引入到范德瓦尔斯层状材料中，提出了范德瓦尔斯量子阱子带跃迁。范德瓦尔斯量子阱天然形成于二维材料之中，得益于二维材料的原子清晰界面和异质结简易转移堆叠技术，范德瓦尔斯量子阱在克服散射界面限制和晶格匹配生长条件限制上拥有巨大潜力。作者利用德国neaspec公司的近场光学显微镜（neaSNOM, s-SNOM）以低于20 nm的空间分辨率实现了WSe2薄层量子阱子带吸收共振的近场光学纳米成像。并且，通过改变照明光子能量，作者实现了对不同厚度范德瓦尔斯量子阱的光谱方式分辨。此外，作者通过静电调控WSe2中的载流子浓度实现了对量子阱子带吸收强度的原位控制。后，作者在单个WSe2器件的价带和导带均实现了量子阱子带吸收，证明了二维材料子带吸收跃迁的普遍性。这项工作使得我们能够以单的电学或光学控制来实现二维材料量子阱子带跃迁，并且以全新的视角来设计新型的光电探测器、发光二管和激光光源等。该工作同时也证明了利用近场局域探针实现纳米尺度二维材料量子阱子带吸收共振光谱方式分辨的可行性。该工作近期发表在纳米领域杂志Nature Nanotechnology上，并作为封面刊出。图1：Nature Nanotechnology 2018年11月 13卷 11期封面艺术想象图为由层状TMD形成的光激发范德瓦尔斯层状结构 图2： 层状WSe2薄片红外吸收测量装置示意图和测量结果a) s-SNOM实验测量示意图； b) a图中虚线所示区域三阶谐振复合散射光信号值空间图，可以看到散射信号值随层数单调增加； c) 5层区域三阶谐振复合散射信号相位值（正比于样品的光学吸收强度）随背栅电压变化时域图，Eph=117meV；d) 不同层数区域散射信号相位值横截线，Eph=117meV；e) Eph=117meV入射光下，三阶谐振复合散射信号相位空间图，即空间吸收图；f）改变入射光能量为Eph=165meV，三阶谐振复合散射信号相位空间图。德国neaspec公司散射式近场光学显微镜（s-SNOM）具有的伪外差探测模块，可以利用参考镜对近场信号进行相位解调，从而实现强度（反射）和相位（吸收）的同时采集和成像。该研究小组通过德国neaspec公司的散射式近场光学显微镜neaSNOM配合可调谐中红外QCL激光器，对具有不同厚度的WSe2薄片进行了近场光学成像研究。从近场光学成像相位图（图2e和2f）中可以看出，对于117mV的光子能量，1层和5层区域表现出明显的吸收现象，而对于165 meV的光子能量，只有4层区域表现出明显的吸收现象。结合理论计算，作者发现，4层和5层WSe2量子阱空穴子带跃迁的能量分别靠近165meV和117meV的光子能量，所以它们的空间吸收图是观察到范德瓦尔斯量子阱子带跃迁的直接证据，而单层区域的显著吸收行为则来源于Drude吸收机制。通过改变背栅电压，作者发现吸收系数和载流子浓度呈正相关，并且在导带和价带均观察到了子带跃迁行为。该发现证明了设计基于范德瓦尔斯量子阱的红外探测器和激光光源的物理和技术可行性。同时，该研究也展示了德国neaspec公司的散射型近场光学显微镜在二维材料光学研究中的广阔应用前景。目前，Quantum Design中国北京实验室的德国neaspec超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM设备，可提供8-11μm s-SNOM的成像功能以及650-2200cm?1 nanoFTIR近场光学光谱功能，为广大科研工作者提供更好的测试体验和技术支持。参考文献：Nano-imaging of intersubband transitions in van der Waals quantum wells, Nat. Nanotech. 13, 1035–1041(2018).In-plane anisotropic and ultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal, Nature. 562, 557–562 (2018).

p style=" white-space: normal text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 时值芳春，德国南部小城瓦尔特布隆风光旖旎，安闲舒适。安捷伦液相色谱生产基地就坐落于此。不久前，仪器信息网特派小组(以下简称“特派小组”)应邀来到瓦尔特布隆，深度走访了安捷伦液相色谱生产基地——瓦尔特布隆工厂。该工厂是安捷伦在全球范围内最大的工厂，也是安捷伦“血统”最纯正的工厂之一，早在惠普时期就已建成，拥有超过40年的悠久历史。瓦尔特布隆工厂现有1000多名员工，安捷伦全部的液相色谱产品都从这里完成研发、生产和装箱，并发往全世界。 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 　　作为科学仪器行业巨头之一，安捷伦是如何制造出世界级液相色谱仪的呢?下面就请大家跟随特派小组的脚步，一起来解密安捷伦液相色谱生产线的“成功秘笈”吧。 /span /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/85f0141e-ee4c-4a99-820f-0f24b8ca25f2.jpg" title=" 1.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 安捷伦瓦尔特布隆工厂夜景 /strong /p p style=" white-space: normal text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 独特理念与工艺思维 /strong /span /p p style=" white-space: normal " 　　特派小组首先造访了“安捷伦客户与技术中心”，这是该中心全球首次对媒体开放。在这里，特派小组了解到了瓦尔特布隆工厂独特的设计理念和安捷伦团队强大的工艺管理思维。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/6d87e660-6404-4217-901a-06f73debadf5.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" white-space: normal " 　　 strong 从左到右：安捷伦中国公关经理刘力真，安捷伦液相分离事业部全球市场高级总监 Michael Frank博士, 安捷伦副总裁液相分离事业部总经理Stefan Schuette博士，安捷伦液相分离事业部全球资深研发总监Tom A. van de Goor博士，仪器信息网朱愿福，仪器信息网陈丽英，安捷伦液相分离事业部全球业务发展总监Helmut Schulenberg-Schell博士，安捷伦液相分离事业部质量高级总监Stephan Bayerbach，安捷伦液相分离事业部市场总监 Martin Vollmer, 安捷伦液相分离事业部产品经理Juan Liang-Schenkelberg /strong /p p style=" white-space: normal " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " “与客户充分沟通”的设计理念 /span /p p style=" white-space: normal " 　　“安捷伦客户与技术中心”共三层。令人印象深刻的是，该中心一楼的全部空间仅供客户使用，包括演示中心、培训中心和客户活动中心。二楼是市场营销和技术支持中心，三楼则是硬件研发中心。据工作人员介绍，其设计理念是让R& amp D、产品市场人员与客户在同一栋楼里工作，不受地理位置的局限， span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 与客户面对面充分沟通，倾听到客户需求后可以在第一时间将客户的需求加入到产品研发中。 /span /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/51a553e9-86a0-43d9-ba9d-43f9465b8d85.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" white-space: normal " 　　此外，由更早建成的6座楼组成的瓦尔特布隆工厂也体现了这一设计理念，所有与液相色谱产品有关的部门都在一起办公，以保持与客户以及团队内部的高效沟通。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/595c8363-0d62-437a-bdb2-8ff05d7ae7fb.jpg" title=" 4.jpg" / /p p style=" white-space: normal " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " “Positive Failure”工艺思维 /span /p p style=" white-space: normal " 　　安捷伦科技液相分离事业部全球市场高级总监 Michael Frank博士在介绍安捷伦瓦尔特布隆工厂的生产理念时说，以积极的态度对待失败和错误，是安捷伦团队最引以为豪的事，他们称之为 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " “Positive Failure”。 /span 因为在他们看来，出现错误就意味着还有可以改善、提高的空间，从而使整个生产流程更加完善和高效。而这种强大的生产流程和工艺管理思维， span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 是安捷伦能生产出世界顶级液相色谱仪的关键原因之一。 /span /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/f9db5fbb-259f-43cc-9006-2b2c9a448a4e.jpg" title=" 5.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 员工们正在讨论工作 /strong /p p style=" white-space: normal text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 安捷伦最重要的资产——工程师 /strong /span /p p style=" white-space: normal " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 宝贵的工程师资源是安捷伦最重要的资产。 /span 特派小组随机采访了两位正在工作的工程师，他们分别在安捷伦工作了34年和45年。像他们一样在惠普时代就在这里工作的工程师还有很多，比如开发非常成功的HP 1100的工程师还在这里工作。一直以来，安捷伦的工程师们都非常了解用户的需求，他们所掌握的丰富工艺和经验使安捷伦液相色谱工艺技术得以在数十年里完好地延续，传承。此外，在这里工作的新员工需要先经过2年系统的职业培训，通过考核后才能正式上岗，其对于工程师培养的重视程度可见一斑。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/a87be5dc-e1a9-45d1-bc8c-fe1255eb32fb.jpg" title=" 6.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 安捷伦瓦尔特布隆的工程师们正在工作 /strong /p p style=" white-space: normal text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 德国工厂的精益生产 /strong /span /p p style=" white-space: normal " 　　物联网库存管理、全自动模块化生产、3D打印，不得不感叹这家老牌分析仪器制造商对于前沿工业科技的积极探索与运用，让人时刻感受到现代仪器制造的科技之美。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/6c5f7fc3-4889-41f5-aa55-0ad90ec9d8b2.jpg" title=" 7.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 安捷伦瓦尔特布隆工厂资深生产总监 Heiko Breckwoldt向特派小组介绍工厂生产理念 /strong /p p style=" white-space: normal " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 物联网库存管理 /span /p p style=" white-space: normal " 　　当前，在全世界都在探讨物联网广阔前景的时候，安捷伦已经将其应用到零配件供应、生产库存管理之中。在这里， span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 每一个货架单元底部都装有重力传感器，并连接互联网。 /span 当货架单元里的零部件被取走时，相关的库存信息会被其零配件供应商合作伙伴通过网络实时看到，并自动生成订单。这时，安捷伦的供应商小伙伴们就会开车运送相应的零部件过来，补齐库存。安捷伦和供应商建立了很好的长期合作关系，大部分供应商也都是在德国南部，从惠普时代开始就一直合作到现在。整个过程完全省略了传统人工统计、做预算、下单、补货的繁琐流程。这样做的好处是，既消除了因库存缺货或过量积压而影响生产的风险，又节约了人力成本，同时还提升了生产效率。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/9cfac7e4-8da9-437e-95ca-9fb764641b76.jpg" title=" 15.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 零配件库存 /strong br/ /p p style=" white-space: normal " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 全自动、模块化生产 /span /p p style=" white-space: normal " 　　还有一点不得不提，那就是整个 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 生产线自动化程度非常高。 /span 在这里， span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 几乎所有产品都是模块化的 /span ，单就液相色谱仪的模块就多达140个。不同的模块通过传送带传送，一步一步加工，组装，检测，装箱，经电梯运至陆运中心，全程不需手动。所有模块都可以同前代产品兼容，用户可以根据自己需求对产品进行个性化定制，从而降低用户成本。此外，拆卸、组装非常方便，便于工作人员和用户进行维修、维护。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/3995f668-cb99-4e38-8271-058ef09f84fc.jpg" title=" 9.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 瓦尔特布隆工厂的液相色谱生产线 /strong br/ /p p style=" white-space: normal " 　　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 3D打印技术的应用探索 /span /p p style=" white-space: normal " 　　此外，瓦尔特布隆工厂研发部门已开始采用3D打印技术来生产零部件，并投入研发使用。相信不远的未来，3D打印技术便能应用到大规模生产当中。届时，零部件生产成本将大幅降低，整个生产流程将迎来新的蜕变。 /p p style=" white-space: normal " 　　那么，这里的员工在工作时是什么样子呢?下面让我们一起看一段短片感受下吧~ /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=CC8B4A66228117559C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=2BE2CA2D6C183770& playertype=1" type=" text/javascript" /script p style=" white-space: normal text-indent: 0em text-align: center " strong style=" color: rgb(255, 0, 0) text-align: center " 极度重视产品质量 /strong /p p style=" white-space: normal " 　 span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 　安捷伦非常重视产品质量，认为好的产品质量是给用户最好的回报。 /span 据安捷伦液相分离事业部质量高级总监Stephan Bayerbach介绍， span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 安捷伦的质量工程最关注三件事：一是安全 二是可靠 三是满足法规要求。 /span 具体的考察维度包括功能性、性能表现、可靠性、服务性(如便于拆卸、维修等)、法规依从性等等。“我们考察这些的目标是确保产品在生命周期里面能够承受住一些极端的情况，包括温度、湿度、重复性、震动、跌落等。这些测试不仅在安捷伦内部进行，还会送到一些权威第三方机构进行，如TUV、CSA等。” Stephan说到。 /p p style=" white-space: normal " 　　Stephan还给特派小组科普了产品生命周期的整个过程，产品生命周期首先是从用户需求(User Needs)开始的，然后经设计输入(Design Input)，设计实施(Design Process)，设计输出(Design Output)，最终形成产品(Product)。期间要进行可行性测试(Feasibility testing)、预验证测试(pre-verification testing)、验证测试(verification testing)、有效性测试(Validation testing)一系列严格的测试。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/b6368ae0-2671-4770-a248-c257df183cce.jpg" title=" 10.jpg" / /p p style=" white-space: normal text-align: center " strong 安捷伦液相色谱产品可靠性测试区 /strong /p p style=" white-space: normal text-align: center " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 产品线覆盖高、中、低，重视中国市场需求 /strong /span /p p style=" white-space: normal " 　　开篇提到，瓦尔特布隆工厂拥有超过40年的液相色谱研发制造历史。在这40多年里，从惠普时代的第一台液相色谱仪HP 1010，到历史上最成功的液相色谱仪之一HP 1100，再到如今大名鼎鼎的1200系列，瓦尔特布隆工厂为全世界奉献了众多明星产品。今年1200系列屡获殊荣：1260 Infinity II Prime液相色谱获得2018年度科学家选择奖 Agilent 1290 Infinity II制备型液相色谱则在刚闭幕不久的第十二届中国科学仪器发展年会上获得2017年度优秀新产品。 /p p style=" white-space: normal " 　　如今，安捷伦拥有1220 Infinity II LC1220、1260 Infinity II LC、1260 Infinity II Prime LC、1290 Infinity II LC一系列涵盖整体式和模块式色谱仪的丰富产品线，与安捷伦色谱柱产品一同构筑成崭新的Infinity Lab品牌。 /p p style=" white-space: normal text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/7c4422ba-4df0-4ece-9e27-7cf70ffd051e.jpg" title=" 11.jpg" / /p p style=" white-space: normal " 　　值得一提的是，安捷伦非常重视中国市场。针对中国用户的需求，安捷伦推出了多款创新产品，如率先推出二维液相色谱仪处于非常领先的地位，去年推出的Infinity1290 Preparative制备型液相色谱仪也在中国取得了很好的成绩，此外还有1260 Infinity分析型超临界流体色谱(SFC)系统。 /p p style=" white-space: normal " 　　据安捷伦液相分离事业部市场总监Martin Vollmer介绍， span style=" color: rgb(31, 73, 125) " 更好地支持中国市场是安捷伦的公司战略之一。 /span 原因在于，一方面中国市场业务量已经非常庞大，另一方面通过满足中国市场不断涌现出的一些新需求可以帮助安捷伦更好的服务全球其他地区客户。 /p p style=" white-space: normal " 　　 strong 附：安捷伦历代液相色谱产品。 /strong /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　1973 HP 1010——500kg,57um填料 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　1976 HP 1084——第一台带有自动进样器和信号放大器的HPLC /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　1982 HP 1040——第一台带有二极管阵列检测器(DAD)和计算机(3MHz,32KB RAM,500KB disk!)的HPLC /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　1983 HP 1090——第一台使用窄孔柱的HPLC(200um/min,至今仍有客户在使用) /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　1988 HP 1050——第一台模块化HPLC，可选配二极管阵列检测器(DAD)、可变波长扫描紫外检测器(VWD)、多波长检测器(MWD) /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　1995 HP 1100——迄今为止最成功的液相色谱仪 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2006 1200系列——第一台快速解析液相色谱仪，DAD检测速率首次达到80Hz /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2009 1290 Infinity LC——市场上第一台1200 bar UHPLC /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2010 1260 Infinity LC——使600 bar成为行业标准 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2012 1290 Infinity 2DLC——第一台商用的全二维液相色谱系统 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2014 1290 Infinity II LC——性能全面大幅提升 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2016 1220/1260 Infinity II LC——将1290的技术融入进来 /span /p p style=" white-space: normal " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 　　2017 1260 Infinity II Prime LC——压力提升至800 bar，搭载安捷伦智能系统模拟技术(ISET)。 /span /p