载流子迁移率测试系统

中国科学院国家纳米科学中心研究员刘新风团队联合美国休斯顿大学包吉明团队、任志锋团队，在超高热导率半导体-立方砷化硼（c-BAs）单晶的载流子扩散动力学研究方面取得进展，为其在集成电路领域的应用提供重要的基础数据指导和帮助。相关研究成果发表在《科学》（Science）上。 随着芯片集成规模的进一步增大，热量管理成为制约芯片性能的重要因素。受到散热问题的困扰，不得不牺牲处理器的运算速度。2004年后，CPU的主频便止步于4GHz，只能通过增加核数来进一步提高整体的运算速度，而这一策略对于单线程的算法无效。2018年，具有超高热导率的半导体c-BAs的成功制备引起了科学家的兴趣，其样品实测最高室温热导率超过1000 Wm-1K-1，约为Si的十倍。c-BAs具有高的热导率以及超弱的电声耦合系数和带间散射，理论预测c-BAs同时具有颇高的电子迁移率（1400 cm2V-1s-1）和空穴迁移率（2110 cm2V-1s-1），这在半导体材料系统中颇为罕见，有望将其应用在集成电路领域来缓解散热困难并可实现更高的运算速度，因而通过实验来确认这种高热导率的半导体材料的载流子迁移率具有重要意义。 虽然c-BAs已被制备，但样品中广泛分布着不均匀的杂质与缺陷，对其迁移率的测量带来困难。一般可以通过霍尔效应，测定样品的载流子的迁移率，而电极的大小制约其空间分辨能力，并直接影响测试结果。2021年，利用霍尔效应测试的c-BAs单晶的迁移率报道结果仅为22 cm2V-1s-1，与理论预测结果相差甚远。具有更高的空间分辨能力的原位表征方法是确认c-BAs本征迁移率的关键。 通过大量的样品反复比较，科研团队确定了综合应用XRD、拉曼和带边荧光信号来判断样品纯度的方法，并挑选出具有锐利XRD衍射（0.02度）窄拉曼线宽（0.6波数）、接近0的拉曼本底、极微弱带边发光的高纯样品。进一步，科研团队自主搭建了超快载流子扩散显微成像系统。通过聚焦的泵浦光激发，广场的探测光探测，实时观测载流子的分布情况并追踪其传输过程，探测灵敏度达到10-5量级，空间分辨能力达23 nm。利用该测量系统，研究比较了具有不同杂质浓度的c-BAs的载流子扩散速度，首次在高纯样品区域检测到其双极性迁移率约1550 cm2V-1s-1，这一测量结果与理论预测值（1680 cm2V-1s-1）非常接近。通过高能量（3.1 eV，400 nm）光子激发，研究还发现长达20ps的热载流子扩散过程，其迁移率大于3000 cm2V-1s-1。 立方砷化硼高的载流子和热载流子迁移速率以及超高的热导率，表明可广泛应用于光电器件、电子元件。该研究厘清了理论和实验之间存在的差异的具体原因，并为该材料的应用指明了方向。 研究工作得到中科院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金、国家重点研发计划与中科院仪器设备研制项目等的支持。 　图1.c-BAs单晶的表征。（A）c-BAs单晶的扫描电镜照片；（B）111面的X射线衍射；（C）拉曼散射（激发波长532 nm）；（D）极微弱的带边发光（激发波长593 nm）及荧光成像（插图，标尺为10微米）。 图2.瞬态反射显微成像和在c-BAs中的载流子扩散。（A）实验装置示意图，激发波长为600 nm探测波长为800 nm；（B）不同时刻的瞬态反射显微成像（标尺1微米）；（C）典型的载流子动力学；（D）0.5 ps的二维高斯拟合（E）不同时刻的载流子分布方差随时间的演化及载流子迁移率，误差标尺代表95%置信拟合区间。

短波红外和中波红外波段是两个重要的大气窗口。在该波段范围内，碲化汞胶体量子点表现出良好的光响应。此外，胶体量子点具有易于液相加工制备以及与硅基工艺兼容等优势，因此有望显著降低红外光电探测器的成本。然而，目前胶体量子点红外光电探测器在比探测率、响应度等核心性能方面与传统块体半导体红外探测器相比仍存在一定差距。有效地调控掺杂和迁移率等输运性质是提升量子点红外光电探测器性能的关键。据麦姆斯咨询报道，近期，北京理工大学光电学院和北京理工大学长三角研究院的科研团队在《光学学报》期刊上发表了以“高载流子迁移率胶体量子点红外探测器”为主题的文章。该文章第一作者为薛晓梦，通讯作者为陈梦璐和郝群。在本项工作中，采用混相配体交换的方法将载流子迁移率提升，并且实现了N型、本征型、P型等多种掺杂类型的调控。在此基础之上，进一步研究了输运性质对探测器性能的影响。与光导型探测器相比，光伏型探测器不需要额外施加偏置电压，没有散粒噪声，拥有更高的理论灵敏度，因此是本项工作的研究重点。同时，使用高载流子迁移率的本征型碲化汞量子点薄膜制备了短波及中波红外光伏型光电探测器。实验过程材料的合成：Te前驱体的制备在氮气环境下，称量1.276 g（1 mmol）碲颗粒置于玻璃瓶中，并加入10 ml的三正辛基膦（TOP）中，均匀搅拌至溶解，得到透明浅黄色的溶液，即为TOP Te溶液。碲化汞胶体量子点的合成在氮气环境下，称量0.1088 g（0.4 mmol，氮气环境下储存）氯化汞粉末置于玻璃瓶中，并加入16 ml油胺（OAM），均匀搅拌并加热至氯化汞粉末全部溶解。本工作中合成短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的反应温度分别为65℃和95℃。使用移液枪取0.4 mL的TOP Te溶液，快速注入到溶于油胺的氯化汞溶液中，反应时间分别为4 min和6 min。反应结束后加入20 ml无水四氯乙烯（TCE）作为淬火溶液。碲化银纳米晶体颗粒的合成在氮气环境下，称量0.068 g（0.4 mmol）硝酸，并加入1 mL油酸（OA）和10 mL油胺（OAM）中，均匀搅拌30 min。溶解后，注入1 mL TOP，快速加热至160℃并持续30-45 min。然后向反应溶液中注入0.2 mL TOP Te（0.2 mmol），反应时间为10 min。碲化汞胶体量子点的混相配体交换混相配体交换过程包括液相配体交换和固相配体交换。选择溴化双十二烷基二甲基铵（DDAB）作为催化剂，将碲化汞胶体量子点溶在正己烷中，取4 ml混合溶液与160 μL β-巯基乙醇（β-ME）和8 mg DDAB在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中混合。之后向溶液中加入异丙醇（IPA）进行离心，倒掉上清液，将沉淀物重新溶解在60μL DMF中。固相配体交换是在制备量子点薄膜后，用1,2-乙二硫醇（EDT）、盐酸（HCL）和IPA（体积比为1:1:20）溶液对已成膜的碲化汞胶体量子点表面进行处理。碲化汞胶体量子点的掺杂调控在调控碲化汞胶体量子点的掺杂方面，Hg²⁺可以通过表面偶极子稳定量子点中的电子，所以选择汞盐（HgCl₂）来调控量子点的掺杂状态。在液相配体交换结束后，向溶于DMF的碲化汞胶体量子点溶液中加入10 mg HgCl₂得到本征型碲化汞胶体量子点，加入20 mg HgCl₂得到N型碲化汞胶体量子点。材料表征采用混相配体交换的方法不仅可以提高载流子迁移率还可以通过表面偶极子调控碲化汞胶体量子点的掺杂密度。液相配体交换前后中波红外碲化汞胶体量子点的TEM图像如图1（a）所示，可以看到，进行液相配体交换后的碲化汞胶体量子点之间的间距明显减小，排列更加紧密。致密的排列可以提高碲化汞胶体量子点对光的吸收率。混相配体交换后的短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的吸收光谱如图1（b）所示，从图1（b）可以看出，短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的吸收峰分别为5250 cm⁻¹和2700 cm⁻¹。利用场效应晶体管（FET）对碲化汞胶体量子点的迁移率和薄膜的掺杂状态进行测量，把碲化汞胶体量子点沉积在表面有一层薄的SiO₂作为绝缘层的Si基底上，基底两侧的金电极分别作为漏极和源极，Si作为栅极，器件结构如图1（c）所示。通过控制栅极的极性和电压大小，可以使场效应晶体管分别处于截止或导通状态。图1（d）是N型、本征型和P型中波红外碲化汞胶体量子点的场效应晶体管转移曲线。利用FET传输曲线的斜率计算了载流子的迁移率μFET。图1 （a）混相配体交换前后碲化汞胶体量子点的透射电镜图；（b）短波红外和中波红外碲化汞胶体量子点的吸收光谱；（c）碲化汞胶体量子点薄膜场效应晶体管测量原理图；（d）在300K时N型、本征型和P型中波红外碲化汞胶体量子点的场效应晶体管转移曲线测试结果。分析与讨论碲化汞胶体量子点光电探测器的制备光伏型探测器不需要施加额外的偏置电压，没有散粒噪声，理论上会具有更好的性能，借鉴之前文献中的报告，器件结构设计为Al₂O₃/ITO/HgTe/Ag₂Te/Au，制备方法如下：第一步，在蓝宝石基底上磁控溅射沉积50 nm ITO，ITO的功函数在4.5~4.7 eV之间。第二步，制备约470 nm的本征型碲化汞胶体量子点薄膜。第三步，取50 μL碲化银纳米晶体溶液以3000 r/min转速旋转30 s，然后用HgCl₂/MEOH（10 mmol/L）溶液静置10 s后以3000 r/min转速旋转30 s，重复上述步骤两次。在这里，Ag⁺作为P型掺杂层，与本征型碲化汞胶体量子点层形成P-I异质结。最后，将器件移至蒸发镀膜机中，在真空环境（5×10⁻⁴ Pa）下蒸镀50 nm Au作为顶层的电极。高迁移率光伏型探测器的结构图和横截面扫描电镜图如图2（a）所示。能级图如图2（b）所示。制备好的探测器的面积为0.2 mm × 0.2 mm。图2 （a）高迁移率碲化汞胶体量子点P-I异质结结构示意图及扫描电镜截面图 （b）碲化汞胶体量子点P-I异质结能带图。器件性能表征为了探究高载流子迁移率短波红外和中波红外光伏型探测器的光电特性，我们测试了器件的I-V曲线以及响应光谱。图3（a）和（b）分别是高迁移率短波红外和中波红外器件的I-V特性曲线，可以看到短波红外和中波红外探测器的开路电压分别为140 mV和80 mV，这表明PI结中形成了较强的内建电场。此外，在零偏置下，高迁移率短波红外和中波红外器件的光电流分别为0.27 μA和5.5 μA。图3（d）和（e）分别为1.9 μm（300 K） ~ 2.03 μm（80 K）的短波红外器件的响应光谱和3.5 μm（300 K） ~ 4.2 μm（80 K）的中波红外器件的响应光谱。比探测率D*和响应度R是表征光电探测器性能的重要参数。R是探测器的响应度，用来描述器件光电转换能力的物理量，即输出信号光电流与输入光信号功率之比。图3 （a）300 K时短波红外I-V曲线；（b）80 K时中波红外I-V曲线；（c）短波红外及中波红外器件的比探测率随温度的变化；（d）短波红外器件在80 K和300 K时的光谱响应；（e）中波红外器件在80 K和300 K时的光谱响应；（f）短波红外和中波红外器件的响应度随温度的变化。图3（e）和（f）给出了探测器的比探测率D*和响应度R随温度的变化。可以看到，短波红外器件在所有被测温度下，D*都可以达到1×10¹¹ Jones以上，中波红外器件在110 K下的D*达到了1.2×10¹¹ Jones。应用此外，本工作验证高载流子迁移率的短波红外和中波红外量子点光电探测器在实际应用，如光谱仪和红外相机。光谱仪实验装置示意图如图4（a）所示，其内部主要是一个迈克尔逊干涉仪。图4（b）和（c）为使用短波红外和中波红外量子点器件探测时有样品和没有样品的光谱响应结果。图4（e）和图4（f）为样品在短波红外和中波红外波段的透过率曲线。对于短波红外波段，选择了CBZ、DDT、BA和TCE这四种样品，它们在可见光下都是透明的，肉眼无法进行区分，但在短波红外的光谱响应和透过率不同。对于中波红外波段，选择了PP和PVC这两个样品。在可见光下它们都是白色的塑料，但在中波红外光谱响应和透过率不同。图4（d）为自制短波红外和中波红外单点相机的扫描成像。，短波相机成像可以给出材质信息。中波红外相机成像则是反应热信息。以烙铁的中波红外成像为例，我们可以清楚地了解烙铁内部的温度分布。在可见光下，硅片呈现不透明的状态使用自制的短波红外相机成像后硅片呈现半透明的状态。图4 （a）利用高载流子迁移率探测器进行响应光谱测量的原理示意图；（b）和（c）分别是在有样品和没有样品两种模式下用自制探测器所探测到的光谱响应；（d）自制短波红外和中波红外光电探测器的单像素扫描成像结果图；（e）TCE、BA、DDT和CBZ在短波红外模式下的透光率，插图为四种样品的可见光图像；（f）PVC和PP在中波红外模式下的透光率，插图为两种样品的可见光图像。结论综上所述，采用混相配体交换的方法，将量子点薄膜中的载流子迁移率提升到了1 cm²/Vs，相较于之前的研究提升了2个量级。并且通过加入汞盐实现了对量子点薄膜的掺杂调控，分别实现了P型、本征型以及N型多种类型的量子点薄膜。同时，基于本征型高迁移率量子点制备了短波红外和中波红外波段的光伏型光电探测器。测试结果表明，提升量子点的输运性质，有效的提升了探测器的响应率、比探测率等核心性能，并且实现了光谱仪和红外相机等应用。本项工作促进了低成本、高性能量子点红外光电探测器的发展。这项研究获得国家自然科学基金（NSFC No.U22A2081、No.62105022）、中国科学技术协会青年托举工程（No.YESS20210142）和北京市科技新星计划（No.Z211100002121069）的资助和支持。论文链接：https://link.cnki.net/urlid/31. 1 252.o4.20230925.0923.016

引言近年来, 石墨烯等二维材料与器件领域的研究和开发取得了日新月异的进展。随着二维材料与器件研究和开发的深入, 研究人员越发清楚地认识到, 二维材料中载流子的传输能力是影响其器件性能的一个至关重要的因素。衡量二维材料载流子传输能力的主要参数是载流子迁移率μ, 它直接反映了载流子在电场作用下的运动能力, 因此载流子迁移率的测量一直是石墨烯等二维材料与器件研究中的重要课题。二维材料载流子迁移率的测量方法迄今为止已有许多实验技术来测量二维材料的载流子迁移率，主要分为四大类, 一是稳态电流方法（ 如稳态直流J-V 法和场效应晶体管方法），该方法是简单的一种测量载流子迁移率的方法，可直接得到电流电压特性和器件的厚度等参数。二是瞬态电流方法，如瞬态电致发光、暗注入空间电荷限制电流和飞行时间( TOF) 方法等；三是微波传导技术, 如闪光光解时间分辨微波传导技术和电压调制毫米波谱；四种是导纳( 阻抗) 法。但上述实验方法仍存在一些普遍性问题：1）样品制备要求较高，需要繁杂的电制备；2）只能给出平均值，无法直观的得到整个二维材料面内的载流子迁移率的分布情况，无法对其均匀性进行直观表征；3）测量效率较低，无法满足未来大面积样品及工业化生产的需求。因此，我们亟需进一步优化和开发新的实验技术来便捷快速的获得载流子迁移率。颠覆性的二维材料载流子迁移率测量方法西班牙Das Nano公司采用先进的脉冲太赫兹时域光谱技术创新性的研发出了一款针对大面积（8英寸wafer）石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料100%全区域的太赫兹无损快速测量设备-ONYX[2,3]，可在1 min之内完成厘米样品的载流子浓度测量。基于反射式太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）弥补了传统接测量方法之间的不足和空白。实现了从科研到工业的大面积石墨烯及其他二维材料的无损和高分辨，快速的载流子迁移率测量，为石墨烯和二维材料科研和产业化研究提供了强大的支持。近日，北京大学刘忠范院士团队通过自主设计研发的电磁感应加热石墨烯甚高温生长设备，在 c 面蓝宝石上在 30 分钟内就可以直接生长出了由取向高度一致、大晶畴拼接而成的晶圆高质量单层石墨烯。获得的准单晶石墨烯薄膜在晶圆尺寸范围内具有非常均匀的面电阻，而且数值较低，仅为~600 Ω/□，通过Das Nano公司的ONYX的载流子迁移率测量功能显示当分辨率为250 μm时迁移率依旧高于6,000 cm2 V–1 s–1，且具有很好的均匀性。这是迄今为止，常规缘衬底上直接生长石墨烯的好水平。文章以题为“Direct growth of wafer-scale highly-oriented graphene on sapphire”[4]发表在Science Advances上。图二、电阻及载流子迁移率测量结果 【参考文献】[1] Bardeen J, Shockley W. Deformation Potentials and Mobilities in Non-Polar Crystals[J]. Physical Review, 2008, 801:72-80[2] Cultrera, A., Serazio, D., Zurutuza, A. et al. Mapping the conductivity of graphene with Electrical Resistance Tomography. Sci Rep 9, 10655 (2019).[3] Melios, C., Huang, N., Callegaro, L. et al. Towards standardisation of contact and contactless electrical measurements of CVD graphene at the macro-, micro- and nano-scale. Sci Rep 10, 3223 (2020).[4]Chen, Z., Xie, C., Wang, W. et al. Direct growth of wafer-scale highly-oriented graphene on sapphire. Sci. Adv. (2021).

近期，QD中国样机实验室全新引进Lake Shore公司推出的M91快速霍尔测试仪，该快速霍尔测量系统可以与完全无液氦综合物性测量系统-PPMS® DynaCool&trade 无缝连接。全新的M91快速霍尔测量方案采用革新的一体式设计，相比传统的霍尔效应测量解决方案，显著提高了测量的灵敏度、测量速度以及使用便利性。M91将所有必要的测量信号源和锁相等信号处理功能集于一体，在测量低载流子迁移率样品时相比其他测量手段有显著优势。左）：完全无液氦综合物性测量系统-PPMS® DynaCool&trade ，右）：M91快速霍尔测试仪QD中国样机实验室M91快速霍尔测试仪集成于完全无液氦综合物性测量系统 M91快速霍尔测试仪能够检测样品电极接触状况并确保测量始终处于最佳样品条件下进行。尤其在测量低载流子迁移率材料时，M91可以更快、更准确地完成相关测量。得益于仪器特有的FastHall技术，消除了在测量过程中翻转磁场的必要性，测量速度可达传统方法的100倍，几秒钟内即可精确测量流动性极低的材料，使得该选件在PPMS上的测量效率大幅提升, 即便是在范德堡测量法(vdP)几何接线的测量过程中，也可以更快地分析低载流子迁移率材料样品。M91快速霍尔测试仪可以直观判定样品接触电极质量FastHall可以覆盖更低的载流子迁移率测量范围 产品特点：✔ 采用FastHall技术，在测量过程中无需进行磁场翻转✔ 全自动检查样品引线接触质量，提供完整的霍尔分析✔ 计算范德堡接线样品以及Hall Bar样品相关参数✔ FastHall测量技术在采用范德堡接线时可将载流子迁移率测量极限缩小到0.001 cm2/(Vs)✔ 可在显示屏直观显示检测过程，并具有触摸操作功能实时执行相关测量指令标准电阻套件——M91可以通过DynaCool杜瓦LEMO接口连接进行测量PPMS与M91的集成示例 标准测量模式下 PPMS DynaCool 采用自带样品托进行测量PPMS样品托电极接线方案该联用方案支持范德堡vdPauw 4引线连接以及Hall Bar 6引线连接模式，样品引线通过样品托底部针脚与PPMS样品腔连接并通过杜瓦侧面Lemo接口连接到M91测量单元上。该方案可以快速适配PPMS DynaCool系统并具有标准电阻测量范围（最大10 MΩ），使用常见的PPMS电学测量样品托即可完成相关测试。左）：M91通过多功能杆顶部的接口直接连接；右）：M91高阻模式PPMS多功能样品杆左) 高精度电学输运样品杆样品台 右) 样品杆顶部接口左）：样品板；右）：样品板插座此外，针对有高阻小信号测量需求的客户，QD中国样机实验室也匹配了LakeShore提供的高阻测量方案。该方案通过专用的多功能样品杆将样品板电极引线通过同轴电缆从样品腔顶部引出，从而获得更好的信噪比和更大的电阻测量范围（最大200 GΩ）。M91组件自带的MeasureLINK软件与PPMS MultiVu深度集成，可以与MultiVu工作在同一台主机上亦或是同一局域网下的任意一台主机上对系统进行控制。2K温度下使用PPMS 0-9T扫场的砷化镓二维电子气薄膜，采用范德堡测量法横向及纵向电输运测量结果准确反应了材料的整数量子霍尔效应 传统的直流场霍尔效应测量适用于具有较高迁移率的简单材料，但伴随着载流子迁移率的降低，测量难度增加，精度降低。在光伏、热电和有机物等前景广阔的新型半导体材料中，测量难度就增加了不少。 交流锁相技术结合先进锁相放大器和更长测量窗口，可以提取更小的霍尔电压信号，目前常用于探索低迁移率材料。然而，延长测量间隔会增加热漂移效应带来的误差，并且需要更长的时间来获得结果，有时甚至需要数小时。FastHall 技术有效解决了这些问题，甚至可以在几秒钟内精确测量极低迁移率的材料，极大的拓宽了材料研究测试的范围。为了便于广大客户全面了解和亲身体验M91快速霍尔测试仪，QD中国样机实验室引进了该设备样机，现已安装于公司样机实验室并调试完毕。即日起，我们欢迎对该设备感兴趣的老师和同学来访，我们在QD中国样机实验室恭候大家的到来。相关产品1、M91快速霍尔测试仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C554347.htm2、完全无液氦综合物性测量系统-DynaCoolhttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htm

以下文章来源于国家纳米科学中心 ，作者刘新风课题组1 工作简介——超高热导率半导体-砷化硼的载流子扩散动力学研究国家纳米科学中心刘新风研究员团队联合休斯顿大学包吉明团队和任志锋团队在超高热导率半导体-立方砷化硼（c-BAs）单晶的载流子扩散动力学研究方面取得重要进展，为其在集成电路领域的应用提供重要基础数据指导和帮助。相关研究成果发表在Science杂志上。随着芯片集成规模的进一步增大，热量管理成为制约芯片性能越来越重要的因素。受散热问题的困扰，人们不得不牺牲处理器的运算速度。从2004年后，CPU的主频便止步在了4 GHz，只能通过增加核数来进一步提高整体的运算速度，然而这一策略对于单线程的算法却是无效的。2018年，具有超高热导率的半导体c-BAs的成功制备引起了人们极大兴趣，其样品实测最高室温热导率超过1000 Wm-1K-1，约为Si的十倍。c-BAs不仅具有高的热导率，由于其超弱的电声耦合系数和带间散射，理论预测c-BAs还同时具有非常高的电子迁移率（1400 cm2V-1s-1）和空穴迁移率（2110 cm2V-1s-1），这在半导体材料系统中是非常罕见的，有望将其应用在集成电路领域来缓解散热的困难并且能够实现更高的运算速度，因而通过实验来确认这种高热导率的半导体材料的载流子迁移率具有非常重要的意义。虽然c-BAs被制备出来，但样品中广泛分布着不均匀的杂质与缺陷，为其迁移率的测量带来极大的困难。一般可以通过霍尔效应，测定样品的载流子的迁移率，然而电极的大小制约着其空间分辨能力，并直接影响到测试的结果。2021年，利用霍尔效应测试的c-BAs单晶的迁移率报道结果仅为22 cm2V-1s-1，与理论预测结果相差甚远。具有更高的空间分辨能力的原位表征方法是确认c-BAs本征迁移率的关键。通过大量的样品反复比较，研究团队确定了综合应用XRD、拉曼和带边荧光信号来判断样品纯度的方法，并挑选出了具有锐利XRD衍射（0.02度）窄拉曼线宽（0.6波数），接近0的拉曼本底，极微弱带边发光的高纯样品。进一步，研究团队自主搭建了超快载流子扩散显微成像系统。通过聚焦的泵浦光激发，广场的探测光探测，实时观测载流子的分布情况并追踪其传输过程，探测灵敏度达到了10-5量级, 空间分辨能力达23 nm。利用该测量系统，详细比较了具有不同杂质浓度的c-BAs的载流子扩散速度，首次在高纯样品区域检测到其双极性迁移率约 1550 cm2V-1s-1, 这一测量结果与理论预测值（1680 cm2V-1s-1）非常接近。通过高能量（3.1 eV，400 nm）光子激发，研究团队还发现了长达20ps的热载流子扩散过程，其迁移率大于3000 cm2V-1s-1。立方砷化硼高的载流子和热载流子迁移速率，以及其超高的热导率，表明其可以广泛应用在光电器件、电子元件中。该研究工作厘清了理论和实验之间存在的巨大差异的具体原因，为该材料的应用指明了方向。图1. 瞬态反射显微成像和在c-BAs中的载流子扩散。(A)实验装置示意图，激发波长为600 nm探测波长为800 nm (B)不同时刻的瞬态反射显微成像（标尺1微米） (C)典型的载流子动力学 (D)0.5 ps的二维高斯拟合 (E)不同时刻的载流子分布方差随时间的演化及载流子迁移率，误差标尺代表95%置信拟合区间。国家纳米科学中心副研究员岳帅为文章第一作者，刘新风研究员为通讯作者。文章的共同第一作者为休斯顿大学田非博士（现中山大学教授），共同通讯作者为休斯顿大学包吉明教授和任志锋教授。该研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金委项目、万人计划青年拔尖人才计划、科技部重点研发计划、科学院仪器研制项目等项目的大力支持。2作者简介通讯作者刘新风，国家纳米科学中心研究员，博士生导师。2004年获东北师范大学学士学位。2007年获东北师范大学硕士学位。2011年获中科院大学博士学位。2015年中科院海外人才计划加入国家纳米科学中心。2021年获中组部人才计划支持。目前担任中国科学院纳米标准与检测重点实验室副主任。研究方向为半导体材料微纳尺度光与物质相互作用光谱和物性研究。近年来在Science, Nat. Mater., Adv. Mater., Nano Lett.等期刊上发表论文210余篇，总引用15000余次，H因子61。担任Nat. Nanotech., Sci. Adv., Nano Lett., Adv. Mater. 等国际学术期刊审稿人。任Journal of Physics: Photonics, Nano Materials编委会委员，InfoMat, Materials Today Physics, Materials Today Sustainability, Frontiers of Physics青年编委。通讯作者包吉明，美国休斯顿大学电子与计算机工程系教授，博士生导师。美国物理学会会士，美国光学学会会士。2003年于密歇根大学获得博士学位，导师Roberto Merlin，2003年-2008年在哈佛大学做博士后研究，合作导师为Federico Capasso。2008年加入美国休斯顿大学电子与计算机工程系。主要研究方向为新型纳米材料的制备与纳米光电子学研究。发表文章250余篇，引用量19000，H因子62。通讯作者任志锋，教授，博士生导师。现为美国休斯顿大学物理系M.D. Anderson讲席教授，德克萨斯州超导研究中心主任。1984年在西华大学获得本科学位，1987年在华中科技大学获得硕士学位，1990年在中科院物理所获得博士学位。他的研究集中在具有高ZT值和高功率系数的热电材料、极高热导及载流子迁移率的砷化硼单晶、用于提高石油采收率的纳米材料、电解水产制氢催化剂、用于捕获和消灭SARS-CoV-2冠状病毒的加热过滤器、碳纳米管、太阳能转换材料、柔性透明电子器件和超导材料及其应用等。第一作者岳帅，国家纳米科学中心副研究员。2016年于中科院物理所获理学博士学位，导师翁羽翔研究员。2017年-2020年在电子科技大学-美国休斯顿大学从事博士后研究，合作导师王志明教授和包吉明教授。2020年加入国家纳米科学中心。长期从事超快光谱研究。在Science, PNAS, Nature Materials 等期刊上发表论文20余篇，申请专利5项。第一作者田非，中山大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。2012年本科毕业于南开大学物理科学学院，2013年进入美国休斯顿大学物理系攻读博士学位，导师是任志锋教授。2018年获得博士学位后，继续在任志锋教授课题组从事博士后研究。2020年起加入中山大学材料科学与工程学院。长期从事新型散热材料的合成和制备，基本性质的表征和分析，以及相关应用的设计和开发。目前已在国际主流学术期刊发表论文三十余篇。

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置， 其中以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流。虽然通过掺杂及表面覆盖抗光反射层能提高晶硅太阳能电池的效率，但是超过能带间隙和一些特定波长的光反射造成了巨大的光能量损失，反而限制了晶硅太阳能电池的效率。 Y.H. Wang等利用有机金属三溴纳米粒子（CH3NH3PbBr3）涂层吸收部分短波长太阳光，使其转化成化电场。该化电场可以通过促进分子重排而增强有机-晶硅异质结太阳能电池的不对称性，从而增加表面活性载流子密度，终将有机-晶硅异质结太阳能电池的效率从12.7%提高到了14.3%。 苏州大学Q.L. Bao教授等人在钙钛矿结构微纳米线的光电转换离子迁移行为和载流子浓度分布等领域作出了突出贡献。2016年，发表在ACS Nano上的钙钛矿结构微纳米线的光电转换离子迁移行为的研究中，作者利用neaspec公司的近场光学显微镜neaSNOM发现：1. 未施加外场电压时， 该微纳米线区域中载流子密度（图1 g. s-SNOM振幅信号）和光折射率（图1 g. s-SNOM相位信号）较均匀；2. 施加外场正电压时，该区域中载流子密度随I-离子（Br?）的迁移而向右移动（图1 h. s-SNOM振幅信号），其光折射率随随MA+离子（CH3NH3+）的迁移而向左移动（图1 g. s-SNOM相位信号）较均匀；3. 施加外场负压时，情况正好与施加正电压时相反（图1 i）。该研究显示弄清无机-有机钙钛矿结构中的离子迁移行为对于了解钙钛矿基的特殊光电行为具有重要意义，进而为无机-有机钙钛矿材料的光电器件应用打下了坚实的基础。图1.SNOM测量钙钛矿结构微纳米线的光电转换的离子迁移行为。 d-f. 离子迁移测量示意图；g-i,相应的s-SNOM光学信号振幅和相位图 2017年， Q.L. Bao教授等人发表在AdvanceMaterials的文章中再次利用neaspec公司的近场光学显微镜neaSNOM，次在实验中研究了太阳能电池表面钙钛矿纳米粒子涂层的载流子密度。结果显示：钙钛矿纳米粒子覆盖区域近场信号强度高于Si/SiO2区域中信号强度（参见下图2 b 图2 a为对应区域的形貌）。另外作者也研究了增加光照的时间的影响（参见下图2 c, d）。其结果显示：近场信号强度随光照时间增加，从12.5 μV (黄色，0 min) 增加到 14.4 μV (红色, 60 min)，该近场信号反映了可移动自由载流子密度的变化。终，红外光neaSNOM研究结果证明：随光照时间增加，太阳能电池表面的钙钛矿纳米粒子涂层富集和捕获了大量的电子。图2. SNOM测量钙钛矿结构纳米粒子涂层的载流子密度。a. AFM形貌图；b, s-SNOM光学信号图-未加光照；c, s-SNOM光学信号图-光照30min；d, s-SNOM光学信号图-光照60min 作者预见，该研究对于设计新型太阳能电池，提高其转化效率具有重要意义。同时，该研究还提出了一种使钙钛矿结构材料和晶硅太阳能电池相结合的研究方法，为之后的研究和应用提供了解决新思路。相关参考文献1.Zhang Y.P. et. al. Reversible StructuralSwell?Shrink and Recoverable Optical Properties in Hybrid Inorganic?OrganicPerovskite. ACS Nano 2016,10, 7031?7038.2.Wang Y.H. et. al. The Light-InducedField-Effect Solar Cell Concept - Perovskite Nanoparticle Coating IntroducesPolarization Enhancing Silicon Cell Efficiency. AdvancedMaterial 2017, First published: 3 March 2017 DOI: 10.1002/adma.201606370.相关产品链接超高分辨散射式近场光学显微镜 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C170040.htm德国Neaspec纳米傅里叶红外光谱仪 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C194218.htm

近日，中国科学院微电子研究所微电子器件与集成技术重点实验室在有机分子晶体器件的载流子输运研究中取得重要进展。相比于传统基于无序半导体材料的场效应晶体管中掺杂引起的缺陷钝化(trap-healing)现象，由有序单晶电荷转移界面制备的场效应晶体管整体电导、迁移率高，并具有跨导不依赖于栅压的电学特性，这表明迁移率的提高取决于trap-healing效应，且存在其他影响电学性能的机制。中科院院士、微电子所研究员刘明团队制备了基于p型和n型有机分子构成的单晶电荷转移界面的晶体管器件，探究了电荷转移界面以及栅氧界面电场的相互作用对晶体管工作时载流子及电导分布特性的影响。相较于界面，单晶体内的缺陷态减少3个数量级以上，这意味着更小的散射概率和更高的器件迁移率。研究通过开尔文探针显微镜对表面电势的栅压依赖性表征和二维数值仿真证实，电荷转移界面的内建电场与栅氧界面电场发生有效耦合，提高了载流子体传输比例，减少了界面无序因素对载流子传输的限制作用，大幅提升了器件的跨导。相关研究成果以Surface Doping Induced Mobility Modulation Effect for Transport Enhancement in Organic Single Crystal Transistors为题，发表在Advanced Material上。研究工作得到国家重点研发计划、微电子所微电子器件与集成技术重点实验室开放课题、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技项目的支持。图1.电荷转移晶体管的迁移率调制效应的原理图图2.利用扫描开尔文探针显微镜对电荷转移界面的表面电势的表征分析

近日，大连化物所超快时间分辨光谱与动力学研究组（1110组）金盛烨研究员、田文明研究员等在高压环境下光生载流子输运研究中取得新进展。该团队通过时空分辨荧光扫描成像技术，实现了高压环境下载流子输运的直接观测，并发现钙钛矿在高压环境下仍然可以保持良好的载流子输运性能。压力作为重要的热力学影响因素，可以有效缩短原子间距，增强电子轨道耦合，进而改变物质的电子和晶体结构，从而揭示材料结构与性能的关系，并在发现新结构、新现象和阐释新机制方面发挥着重要作用。研究发现，压力可以有效改变钙钛矿材料的光电特性，并且在一定的压力范围内可以提升器件的光电性能。钙钛矿材料的载流子寿命，载流子迁移率和迁移距离是决定器件性能的重要参数。因此，了解这些核心参数在压力作用下如何变化，对于理解压力对钙钛矿器件光电性能的影响至关重要。高压下材料性质研究主要在金刚石对顶砧压腔内完成，受到压腔空间以及传压介质限制，采用传统方法测量高压下载流子输运性能具有巨大挑战。　　本工作中，该团队通过将金刚石对顶砧与时空分辨荧光扫描成像等技术相结合，在高压环境下直接观测到三维钙钛矿MAPbI3单晶中的载流子输运过程，并发现在0.4至5.7GPa压力范围内，三维钙钛矿MAPbI3单晶的扩散系数比常压提高30%以上，载流子依然可以保持5至8μm迁移距离。同时，团队结合高压下X射线衍射和拉曼光谱等表征技术，证明了MAPbI3单晶在0.3至0.4GPa发生了由四方相到立方相的结构转变，在大约3GPa发生了等结构相变。本工作揭示了压力对三维钙钛矿MAPbI3载流子输运的影响，并为利用压力来调节或优化钙钛矿的光电特性提供了新思路。　　相关研究成果以“Excellent Carrier Transport Property of Hybrid Perovskites Sustained under High Pressures”为题，于近日发表在《美国化学会能源快报》（ACS Energy Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所1110组联合培养博士研究生尹延峰。上述工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02359

目前，纳米材料已经被日益广泛地应用在电子、光电、生物电子、传感以及能源等领域的各种器件中。因此，理解和表征纳米材料的电学性能不仅是基础科学研究的兴趣所在，也是实现其广泛实用化的迫切需求。但是，传统的场效应晶体管(field-effect transistor, FET)方法在纳米材料电学性能的表征中遭遇到器件制备过程复杂、材料-电极欧姆接触不易实现以及检测通量较低等问题。　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅课题组与合作者共同发展了一种名为介电力显微术(dielectric force microscopy, DFM)的新型功能成像技术来解决上述难题。相关综述发表于近期的Accounts of Chemical Research 期刊(Accounts of Chemical Research 48:1788 (2015) )。　　半导体和金属材料对于外部电场介电响应的主要贡献来自于载流子迁移引起的宏观极化。因此，材料中的载流子浓度及其迁移率既决定了该材料的介电响应也决定了它的电导率。借助于扫描探针技术对微小作用力的超灵敏检测(~pN)，DFM通过测量材料的诱导偶极与针尖上的电荷之间的相互作用力来表征纳米材料的介电响应。此成像模式无需电极接触即可“看”到纳米材料中的载流子(图a)。以单壁碳纳米管(直径~1nm)和氧化锌纳米线(直径~30-50nm)作为研究模型，DFM成功地实现了对纳米材料介电常数的测量(Nano Letters 7:2729 (2007))、半导体与金属导电性的分辨(Nano Letters 9:1668 (2009))以及半导体材料中载流子类型的判定(Journal of Physical Chemistry C 116:7158 (2012))(图e-g)。更为有趣的是，DFM展现出传统FET方法无法实现的~20nm 的空间分辨率。　　此外，陈立桅与合作者通过比对同一单壁碳管的DFM与FET测量结果，证实了DFM与FET互为平行测量手段(Nano Research 7:1623 (2014))。相关研究结果揭示了DFM信号的门控调制比(DFM信号在不同门电压下的比值)正比于FET器件开关比的对数(图b)。这个半对数关系得到微观层面的Drude模型的解释和证实(图c)。这一模型将对未来DFM技术在不同材料与器件体系中的应用提供一个理论框架。　　在纳米材料电学性质测量领域中，由斯坦福大学教授沈志勋(Zhi-Xun Shen)开发的扫描近场微波显微术(scanning near-field microwave microscopy)具有与DFM类似的特性与功能(Review of Scientific Instruments 79:063703 (2008))。扫描近场微波显微术与DFM均具有无接触测量和纳米尺度空间分辨率等特性。不同的是，扫描近场微波显微术和DFM分别测量材料的高频和低频介电性质。DFM无需昂贵的高频网络分析器和特制的扫描探针，因而便于应用在多种复杂成像环境中。DFM这一成像模式可能在未来的基础研究与工业在线监测领域获得广泛应用。　　相关系列工作由国家自然科学基金、中科院先导专项计划、江苏省自然科学基金、美国化学会石油研究基金会和苏州纳米科技协同创新中心提供资助。　　图：(a)DFM二次扫描模式示意图。(b)DFM门控比与FET器件开关比之间的半对数关联性。(c)DFM信号与载流子浓度和迁移率依赖性的数值模拟结果。DFM纳米尺度空间分辨率展示：内部具有金属-半导体结的单壁碳管的形貌像(d)和介电响应像(e-g)。

p 　　 strong 来自Testa Analytical Solutions e.K的NanoBrook ZetaPALS是一种使用相位分析光散射方法的高度精确和易于使用的Zeta电位分析仪。 /strong /p p style=" text-align: center " strong img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/74322ba6-017d-419d-988b-a6b3f373457c.jpg" title=" Nanobrook ZetaPALS.jpg" width=" 500" height=" 347" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 500px height: 347px " / /strong /p p 　　基于相位分析光散射(PALS)原理，Nanobrook ZetaPALS被设计用于测量电泳迁移率。Testa analysis公司的Nanobrook ZetaPALS提供了一个优异的平台，用于测定盐浓度低于75毫摩尔离子强度水中的纳米颗粒和胶体的zeta电位。 /p p 　　这种创新性的仪器被设计用来消除其他zeta电位仪器固有的缺陷。利用PALS配置，NanoBrook ZetaPALS可被用来测量比传统的激光多普勒电泳系统低3个数量级的迁移率。NanoBrook ZetaPALS可以在几秒钟内测量完整的电泳迁移率分布。 /p p 　　Nanobrook ZetaPALS独特的单元配置消除了电渗效应，因此不需要固定水平、对齐或校准。运用低成本，一次性样品单元，不需要组装或维护，消除了样品交叉污染的可能性。 /p p 　　NanoBrook Zeta的软件很简单，但操作起来非常直观，同时为希望进行更复杂实验的科学家们提供了高级功能。 /p

世界精密测量仪器的生产商TSI公司宣布了其新一代MacroIMS高分子离子迁移率谱仪的上市。 MacroIMS高分子离子迁移率谱仪3982是一款全新的可快速测量高分子的分子量和粒径的仪器，并具有非常高的分辨率。MacroIMS高分子离子迁移率谱仪系统是由来自TSI公司的纳米颗粒分析核心技术中发展而来，经过验证，该系统可用于各种生化分析，包括抗体聚合、脂蛋白、病毒、疫苗、类病毒颗粒、聚合物以及纳米颗粒胶体等。 这款新一代的产品具有许多上一代产品所不具有的独特优势，例如通过直接与LC泵和自动取样器相连，新产品能够实现自动分析；并采用了软X射线电离技术，摆脱了为实现电荷中和需要使用放射源的缺陷；而且该设备可自动发现组分；它具有更快的扫描速度，并配备了基于色谱分析的具有扩展分析工具的软件。 TSI公司高级全球产品经理Erik Willis先生说，“这款MacroIMS高分子离子迁移率谱仪的优势就在于它能够分析那些对质谱仪来说粒径过大的高分子和纳米粒子，而且具有光散监测仪所无法达到的高测量精度和分辨率。这款MacroIMS高分子离子迁移率谱仪是对液态色谱分析、场流分析、AUC分离以及质谱分析的有力补充。” 如果您想了解更多信息或寄送样品至本公司进行分析，请点击http://www.tsi.com/Products/Macromolecule-Analyzers/Other/MacroIMS-Macroion-Mobility-Spectrometer-3982.aspx。

精确测量仪器领域的全球领导者TSI公司宣布推出该款新型1nm Scanning Mobility Particle Sizer（SMPS）扫描电迁移率粒径谱仪。 TSI的SMPS扫描电迁移率粒径谱仪被广泛应用于测量1微米以下的气溶胶粒径分布的标准。和3777型纳米增强仪和3086型差分静电迁移率分析仪配套使用，SMPS粒径谱仪能够测量纳米的粒径范围扩展至1nm。 当整合到SMPS扫描电迁移率粒径谱仪中后,3777型1nm纳米增强仪让研究者能够以高分辨率并且快速地测量纳米级气溶胶的数量浓度和粒径。3777型纳米增强仪，和TSI的3086型 1nm-DMA差分静电迁移率分析仪已经被最优化，能够将散逸损失降至最低，且能够和SMPS粒径谱仪整合，测量1nm到50nm的粒径，并且能够与3081A型长差分静电迁移率分析仪配套使用测量1nm到1 μm的粒径。 “该款1nm 凝聚粒子计数器让研究者能够在气体到颗粒转换过程边界进行测量，”TSI颗粒物测量仪器的高级全球产品经理Jürgen Spielvogel如是说。应用包括材料科学研究、大气和气候研究、基础气溶胶研究、颗粒物成核与生长研究以及其他各类研究。关于TSI公司TSI公司研究、确定和解决各种测量问题，为全球市场服务。作为精密仪器设计和生产的行业领导者，TSI与世界各地的科研机构和客户合作，确立与气溶胶科学、气流、健康和安全、室内空气质量、流体力学及生物危害检测有关的测量标准。TSI总部位于美国，在欧洲和亚洲设有代表处，在其服务的全球各个市场建立了机构。每天，我们专业的员工都在把科研成果转化成现实。

近日，南开大学物理科学学院超快电子显微镜实验室付学文教授团队成功研制并报道了国际首套超快扫描电子显微镜（SUEM）与超快阴极荧光（TRCL）多模态载流子动力学探测系统。该系统在飞秒超快电子模式下实现了空间分辨率优于10 nm，SUEM成像和TRCL探测的时间分辨率分别优于500 fs和4.5 ps，各项技术性能和参数指标达到国际领先水平。该团队利用该多模态载流子动力学探测系统在飞秒与纳米时空分辨尺度直接追踪了n型掺杂砷化镓（n-GaAs）半导体中的光生载流子的复杂动力学过程，结合SUEM成像和TRCL测量成功区分了其表面载流子和体相载流子的动力学行为，全面直观地给出了其光生载流子动力学的物理图像。该仪器系统的成功研制填补了我国在该技术领域的空白，为研究和解耦半导体中复杂的光生载流子动力学过程提供了一个强有力的高时空分辨测量平台，将为新型半导体材料与高性能光电功能器件的开发提供重要支撑。该研究近日以“A femtosecond electron-based versatile microscopy for visualizing carrier dynamics in semiconductors across spatiotemporal and energetic domains”（一种基于飞秒电子的可用于跨时空和能量维度可视化半导体载流子动力学的多功能显微镜）为题，发表于重要国际学术期刊《Advanced Science》。半导体光电材料与器件的功能和性能主要取决于其材料表/界面的载流子动力学过程，例如光伏与光电探测器件需要增强其界面光生载流子的分离与传输，抑制载流子的复合，而发光器件则要增强其界面载流子的辐射复合，抑制非辐射复合。这些载流子的动力学过程多发生在表/界面处，且动力学过程快至皮秒乃至飞秒量级，因此以超高的时间、空间以及能量分辨率测量半导体材料表/界面载流子不同类型的动力学过程对于现代半导体器件的研发及应用起着至关重要的作用，尤其是对于一些低维、高速、超灵敏的半导体光电器件。当前，研究半导体光生载流子动力学的时间分辨探测技术主要有瞬态吸收显微镜（TAM）及光谱、时间分辨近场扫描光学显微镜（NOSM）、时间分辨阴极荧光（TRPL）、时间分辨光发射电子显微镜（TR-PEEM）等。然而，光学衍射极限限制了这些技术的空间分辨率，并且激光较大的作用深度使得测得的动力学信号主要来自材料内部的平均载流子动力学信息，很大程度上掩盖了来自表面或界面载流子的贡献，且单一的探测手段难以同时给出载流子不同类型的动力学信息。因此，为了全面表征半导体材料的载流子动力学，特别是表/界面载流子的动力学，亟需发展一种在时空间和能量维度上同时具有超高分辨率并且兼具高表面敏感特性的超快探测手段。图1. 仪器系统的示意图和时空分辨性能表征。（a）超快扫描电镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统的示意图。其中包含飞秒光学系统、扫描电镜系统、阴极荧光收集系统、条纹相机以及液氦低温台。图中左上角分别为金刚石微晶的扫描电镜图、阴极荧光强度分布图像、阴极荧光光谱以及n型GaAs在77 K下的条纹相机图像 （b）传统模式下锡球标样的SEM图 （c）和（d）不同放大倍数下锡球标样的飞秒脉冲电子图像，表明飞秒脉冲电子模式下良好的成像质量，其空间分辨率优于10 nm。（e）初始红外飞秒激光脉冲的脉宽；（f）超快扫描电子成像的时间分辨率测试，其仪器相应函数（IRF）大约为500 fs；（g）超快阴极荧光探测的时间分辨率测试，其IRF约为4.5 ps。随着超快电子显微镜技术的蓬勃发展，超快扫描电子显微镜（SUEM）和超快阴极荧光（TRCL）技术也迅速兴起，两者都同时兼具超短脉冲激光的超快时间分辨率和电子显微镜的超高空间分辨率。其中SUEM技术是基于泵浦-探测原理，用一束可见波段飞秒激光激发样品表面产生光生载流子，另一束同步的紫外飞秒激光激发扫描电子显微镜的光阴极产生飞秒脉冲电子进行扫描成像。由于扫描电子显微镜主要收集来自距离样品表面几个纳米范围内的二次电子信号，使得超快扫描电子显微镜技术具有表面敏感特性，能够直接对半导体材料表面或界面光生载流子（电子和空穴）的时空演化动力学进行成像。然而，该技术无法直接区分辐射复合与非辐射复合动力学过程。TRCL技术是用聚焦的飞秒脉冲电子束激发样品产生瞬态荧光，用条纹相机或时间相关单光子计数器对瞬态荧光进行测量，具有能量敏感特性，且信号绝大部分来源于材料体内，可直接反映载流子的辐射复合行为。因此，SUEM和TRCL在功能上形成良好的互补，将两者有机结合有望实现在超高的时空和能量分辨下全面解析半导体材料表/界面和体相载流子的动力学信息。鉴于此，付学文教授团队将飞秒激光、场发射扫描电子显微镜和瞬态荧光探测模块相结合，研制出了国际首套超快扫描电子显微镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统（如图1示意图和图2实物图所示），实现了对半导体材料表/界面和体相载流子动力学过程的高时空分辨探测和解析。图2. 超快扫描电子显微镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统实物照片。图3. 利用该系统对n型GaAs单晶表面的SUEM成像和TRCL测量结果。（a）n型砷化镓表面测量得到的随时间演化的SUEM图像；（b）从图（a）中光激发区域提取的二次电子强度演化及相应的载流子演化时间常数；（c）表面载流子的空间分布随时间的演化；（d）从297 K到77 K的变温时间积分CL光谱；（e）和（g）在图（a）的SUEM测试区域中分别探测得到的297 K和77 K下的条纹相机图像；（f）和（h）分别从（e）和（g）中提取的带边发射的衰减曲线及相应的荧光寿命。为展示SUEM成像与TRCL探测在超高时空和能量分辨率下直接可视化并解耦半导体中复杂激发态载流子动力学过程上的独特优势，该团队利用该自主研发的多模态实验装置研究了n型GaAs中的载流子动力学。如图3所示，SUEM图像表明由于表面能带弯曲效应，飞秒激光作用后表面光生载流子发生快速分离使空穴向表面富集。通过分析随时间变化的SUEM图像，提取出了光生载流子不同阶段的衰减时间常数；同时通过计算表面空穴分布的均方根位移，揭示了对应不同阶段表面空穴随时间的超扩散、局域化和亚扩散过程。通过进一步分析室温和液氦温度下测量的条纹相机图像中相应的非平衡载流子复合动力学过程和寿命，不但区分出了体相和表面载流子动力学过程的差异，还揭示了上述表面载流子的空间演变过程分别对应于能量空间热载流子冷却、缺陷捕获和带间/缺陷辅助辐射复合过程。该工作阐明了表面态和缺陷态对半导体表/界面载流子动力学的重要影响，展示了超快扫描电子显微镜和超快阴极荧光多模态动力学探测系统在超高时空尺度解耦半导体表/界面和体相载流子动力学中的独特优势。南开大学为该项工作的第一完成单位及通讯单位。南开大学物理科学学院博士生张亚卿和博士后陈祥为该论文共同第一作者，南开大学付学文教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部、天津市科技局、中央高校基础研究经费等的大力支持。文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400633

中国科学技术大学王亮教授和韩正甫教授课题组研发的InGaAs单行载流子探测器芯片取得重大进展。该研究团队通过设计优化表面等离激元结构，开发成功低暗计数、高响应度、高带宽的单行载流子探测器芯片，为近红外探测器性能提升提供了开创性的方法，相关研究成果以“Plasmonic Resonance Enhanced Low Dark Current and High-Speed InP/InGaAs Uni-Traveling-Carrier Photodiode”为题，发表在电子工程技术领域的知名期刊ACS Applied Electrical上。 　　基于等离基元结构的InGaAs材料的单行载流子探测器芯片具有极高带宽，低暗电流和高响应度，为近红外高速垂直光电二极管的设计提供了一种新型的方法。为应用于数据中心的光接收模块提供了核心芯片，突破未来更高速光模块开发的关键硬件技术壁垒 　　王亮教授研究团队通过调整MOCVD的温度、V/III比、掺杂浓度等生长参数实现低缺陷密度和高掺杂精度的外延结构生长。在单行载流子器件结构的基础上提出并设计了新型的表面等离激元增强单行载流子探测器，利用光在金属表面的局域表面等离激元效应，增强吸收区对于光信号的吸收。研究团队的所制造的器件具有0.12A/W的高响应度，在-3 V偏压下具有2.52 nA的暗电流，当芯片结区面积小于100 μm2时3dB带宽超过40 GHz。相比于同类器件，响应度增强了147%，具备更高的信噪比，为高速光互联网络提供优质国产化芯片。 图1表面等离激元增强单行载流子探测器示意图 　　中国科学技术大学光学与光学工程系王亮教授为该论文的通讯作者，博士研究生张博健为该论文的第一作者。本项研究得到国家科技部、国家自然科学基金和安徽省科技厅的资助，也得到了中国科大物理学院、中国电子科技集团第13研究所、中国科大微纳研究与制造中心、中国科学院量子信息重点实验室的支持。

石墨烯/二维材料电学性质非接触快速测量系统西班牙Das Nano公司成立于2012年，是一家提供高安全级别打印设备，太赫兹无损检测设备以及个人身份安全验证设备的高科技公司。ONYX是其在全球范围内推出的第一款针对石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料大面积太赫兹无损表征的测量设备。ONYX采用先进的脉冲太赫兹时域光谱专利技术，实现了从科研及到工业级的大面积石墨烯及二维材料的无损和高分辨，快速的电学性质测量，为石墨烯和二维材料科研和产业化研究提供了强大的支持。与传统四探针测量法相比，ONYX无损测量样品质量空间分布与拉曼，AFM，SEM相比，ONYX能够快速表征超大面积样品背景介绍太赫兹辐射( T射线)通常指的是频率在0. 1～10THz、波长在30μm-3mm之间的电磁波，其波段在微波和红外之间，属于远红外和亚毫米波范畴。该频段是宏观经典理论向微观量子理论的过度区，也是电子学向光子学的过渡区。在20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的产生方法和探测手段，科学家对于该波段电磁辐射性质的了解和研究非常有限，在相当长的一段时期,很少有人问津。电磁波谱中的这一波段(如下图) ，以至于形成远红外和亚毫米波空白区,也就是太赫兹空白区（THz gap）。太赫兹波段显著的特点是能够穿透大多数介电材料（如塑料、陶瓷、药品、绝缘体、纺织品或木材），这为无损检测（NDT）开辟了一个可能的新世界。同时，许多材料在太赫兹频率上呈现出可识别的频率指纹特性，使得太赫兹波段能够实现对许多材料的定性和定量研究。太赫兹波的这两个特性结合在一起，使其成为一种全新的材料研究手段。而且其光子能量低，不会引起电离，可以做到真正的无损检测。 ONYX工作原理 ONYX是全球第一套实现石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料全面积无损表征的测量系统，能够满足测试面积从科研级（mm2）到晶元级（cm2）以及工业级（m2）的不同要求。与其他大面积样品的测量方法（如四探针法）相比，ONYX能够直观得到样品导电性能的空间分布。与拉曼、扫描电镜和透射电镜等微观方法相比，微米级的空间分辨率能够实现对大面积样品的快速表征。ONYX采用先进的脉冲太赫兹时域光谱THz-TDS技术，产生皮秒量级的短脉太赫兹冲辐射。穿透性极强的太赫兹辐射穿透进样品达到各个界面，均会产生一个小反射波可以被探测器捕获，获得太赫兹脉冲的电场强度的时域波形。对太赫兹时域波形进行傅里叶变换,就可以得到太赫兹脉冲的频谱。分别测量通过试样前后(或直接从试样激发的)太赫兹脉冲波形,并对其频谱进行分析和处理,就可获得被测样品介电常数，吸收吸收以及载流子浓度等物理信息。再利用步进电机完成其扫描成像，得到其二维的电学测量结果。ONYX主要参数及特点样品大小: 10x10mm-200x200mm 全面的电导率和电阻率分析样品100%全覆盖测量最高分辨率：50μm完全非接触无损无需样品制备载流子迁移率, 散射时间, 浓度分析 可定制样品测量面积(m2量级)超快测量速度： 12cm2/min软件功能丰富，界面友好全自动操作图1 太赫兹光谱范围及信噪比ONYX主要功能→ 直流电导率（σDC）→ 载流子迁移率, μdrift→ 直流电阻率, RDC→ 载流子浓度, Ns→ 载流子散射时间，τsc→ 表面均匀性ONYX应用方向石墨烯材料：→ 单层/多层石墨烯 → 石墨烯溶液→ 掺杂石墨烯→ 石墨烯粉末→ 氧化石墨烯→ SiC外延石墨烯其他二维材料： → PEDOT→ Carbon Nanotubes→ ITO→ NbC→ IZO→ ALD-ZnO石墨烯光伏薄膜材料半导体薄膜电子器件PEDOT钨纳米线GaN颗粒Ag 纳米线ONYX测试数据1. 10x10mm CVD制备的石墨烯在不同分辨率下的电导率结果 2.10 x10mm CVD制备的石墨烯不同电学参数测量结果 3.利用ONYX测量ALD沉积在硅基底上的TiN电导率测量结果 ONYX发表文章1. P Bogild et al. Mapping the electrical properties of large-area graphene. 2D Mater. 4 (2017) 042003.2. S Fernández et al. Advanced Graphene-Based Transparent Conductive Electrodes for Photovoltaic Applications. Micromachines 2019, 10, 402.3. David M. A. Mackenzie et al. Quality assessment of terahertz time-domain spectroscopy transmission and reflection modes for graphene conductivity mapping. OPTICS EXPRESS 9220, Vol. 26, No. 7, 2 Apr 2018. 4. A Cultrera et al. Mapping the conductivity of graphene with Electrical Resistance Tomography. Scientific Reports , (2019) 9:10655.ONYX用户单位重要客户合作伙伴参与项目创新点：ONYX是第一款针对石墨烯、半导体薄膜和其他二维材料大面积太赫兹无损表征的测量设备，采用先进的脉冲太赫兹时域光谱专利技术。与传统四探针测量法相比，ONYX无损测量样品质量空间分布；与拉曼，AFM，SEM相比，ONYX能够快速表征超大面积样品石墨烯/二维材料电学性质非接触快速测量系统

工欲善其事，必先利其器。仪器设备好比科学家的“千里眼、顺风耳”，现代科技前沿探索，越来越离不开高端仪器设备的帮助，没有它们，科研探索将会变得寸步难行。近年来，上海交通大学在新材料、新能源、生命科学、医学、先进制造等科研领域不断涌现出重大成果，这些成果的背后，几乎都有着分析测试中心的重要贡献。这个拥有300kV冷冻电镜、双球差透射电镜、700M液体核磁、飞行时间二次离子质谱仪等高端精密仪器的公共科研服务平台，正在校内外发挥着越来越重要的科研支撑作用。如今，上海交通大学分析测试中心迎来成立40周年。成立于1983年的上海交通大学分析测试中心，先后经过“211工程”“985工程”“双一流”等的连续大力投入，已成为国内高校一流的，一所集科研支撑、教学实践、社会服务为一体的综合性分析测试机构。分析测试中心的部分设备顶尖装备助力重大科学问题探索顶尖实验能力与顶尖实验设备，是世界一流大学科研服务平台的硬实力。分析测试中心作为校级大型仪器公共科研服务平台，下设五个仪器平台（电镜-影像中心，表面与性能分析平台，光谱、波谱、质谱平台，元素分析平台，冷冻电镜中心）、三个技术中心（新药创制技术中心，生物医学影像技术中心，模式动物技术中心），以及实验动物中心、张江公共仪器平台和病原微生物P2实验室。中心具备从皮米到厘米、从二维到四维的跨尺度多维度微区综合表征分析能力；具备材料应力及颗粒度分析、原子尺度的材料结构分析、生命及材料复杂样品制备等全流程的一站式技术服务能力；具备全面的多组学分析能力，可全面系统研究疾病、生理、微生物代谢、动植物代谢等生命活动发生发展规律，寻找潜在生物标志物；具备分析气体、液体、固体、聚合物等各种类型样本中目标有机物含量及纯度、表征有机物结构、分析未知物结构等分析能力；具备检出范围从超痕量至主含量的成分定量分析能力；具备空间分辨率从原子级到微米级的成分原位分析及成像能力。顶尖的分析测试能力极大地帮助了科研人员的前沿探索工作。一项又一项科学新发现、技术新发明在这里获得重要突破。化学化工学院崔勇教授团队完成的“手性金属-有机多孔固体的设计构筑及性能研究”项目，荣获2020年国家自然科学二等奖，这项成果的获取离不开分析测试中心的单晶解析技术支持。化学化工学院邱惠斌教授团队开发了一种在材料表面活性生长嵌段共聚物胶束刷的方法，其密度、长度和壳层化学等均能被精确调控，通过后修饰还能引入各种功能分子或纳米粒子，在催化和传感等领域具有广阔的应用前景。该成果2019年发表于Science杂志。分析测试中心电镜-影像中心的技术团队为他们实现胶束刷定量设计和控制优化提供了关键数据。机械与动力工程学院前瞻交叉研究中心钱小石教授是颠覆性制冷技术“电卡制冷”专家，这项新的制冷技术其温室气体直接排放量为零，有望发展为低碳高效的下一代制冷技术，是全球科研的一个热点。分析测试中心为钱小石团队的研究提供了极大助力。分析测试中心的电镜表征技术团队与钱小石团队的师生们利用冷冻超薄切片技术、低温透射电镜成像技术和高通量扫描电镜极高清成像技术有效地解决了样品的辐照损伤问题，获得了高质量的原位结构信息，为进一步深入研究奠定了坚实基础。近两年，他们的研究工作发表于Nature(2篇)、Science(2篇)等高水平学术刊物，并获多项国家专利授权。上海交通大学分析测试中心成立40周年暨高校公共仪器平台战略发展研讨会现场 （胡思华摄）锚定三个“第一”，提供“分析测试—交大方案”作为上海交通大学的公共科研服务平台，中心秉持“质量第一、技术第一、服务第一”的理念。中心的一项重要使命，是为复杂交叉的综合性科研问题与极具成果转化前景的科研项目提供可靠的“分析测试—交大方案”。中心有一批学历背景好的实验技术人员，他们不断开发新方法，解决测试难点，为科研项目提供了更优质的“全过程”解决方案、更高效的“一站式”科研服务。材料科学与工程学院的韩礼元、杨旭东两位教授是研究太阳能电池的专家，2019年至2022年，他们连续入选了科睿唯安ESI全球“高被引科学家”榜单。他们的科研团队是分析测试中心的“老用户”，长期使用中心的固体、液体核磁共振波谱仪、稳态/瞬态荧光光谱仪、红外光谱、拉曼光谱、紫外光谱和显微红外等设备，团队分析测试需求量大，技术要求复杂。为了解决钙钛矿材料空气敏感、测试过程中易变质、光密度对载流子有影响等技术难题，光谱技术团队对样品仓支架进行设计、改造、反复优化条件，建立了光通量/光强衰减与光密度关系曲线等测试方法，成功用于分析载流子动力学相关的载流子寿命、载流子迁移率研究。由于制备钙钛矿薄膜材料的前驱体反应活性高，结构复杂，对其进行分子级别的结构分析较为困难，核磁机组团队为他们制定了综合测试方案，为课题组钙钛矿型太阳能电池的研究工作提供了关键的分析技术支持。近现代混凝土结构建筑是一类特殊的文化遗产，科学性的保护与修复干预必不可少。设计学院杜骞老师团队经常使用分析测试中心多种仪器对历史建筑材料进行表征、解析，研究对象包含了张园、上海音乐厅、上海市工部局等历史建筑。但在分析混凝土构件中，研究团队遇到了混合材料难以直接分析的困难。分析测试中心元素分析平台的老师向他们推荐了最新的微区X射线荧光光谱分析技术，并制定了局部原位定量加高分辨成像扫描的分析方案，克服了常规分析方法不能直接分析混合物的难点，便捷高效地对混凝土构件进行元素定性、定量分析和成像分布分析，为历史建筑修缮提供了科学的数据支撑。注射用紫杉醇（白蛋白结合型）是乳腺癌、卵巢癌、肺癌等疾病的治疗用药，曾经主要依靠进口，每支售价约6000元人民币。国内某著名制药企业在上海交大分析测试中心的帮助下，成功仿制出这款药品，售价仅为每支780元。最初，药企提供的测试样品为液体，难以进行精确的分析。分析测试中心电镜-影像中心TEM机组团队用辉光放电仪对普通碳支持膜进行表面处理后，成功地解决了该问题。通过反复试验，形成了稳定的制样方案。然后利用透射电镜成像技术，得以更清晰地观察到仿制药颗粒内部的载药情况。最终，中心为该药企的仿制药出具了具有法律效力的CMA检测报告，为其产品上市提供了可靠的技术支持。近年来，分析测试中心围绕测试技术方法创新和仪器功能开发等方面主动开展研究，获得国家自然科学基金、上海市自然科学基金等国家级和省部级科研项目支持30余项，其他类型项目13项（校外），校内项目40余项（决策咨询课题31项，校内其他项目17项），参与制定标准7项，授权专利7项，并获得了多项国家或地方奖项。这些成果既是对中心发展的见证，又是对工作人员辛勤工作的回报。信息化赋能高效共享服务在信息化建设的浪潮中，上海交大分析测试中心一直走在全国高校前列。信息化管理作为支持大型仪器开放共享的重要手段，既可以让全校师生能更公平、便捷地使用仪器，也让仪器运维变得更有效率。师生用户可以通过中心门户网站、微信公众号、交我办APP等入口进入大型仪器设备共享系统，便捷地进行仪器预约。在优先保证校内师生使用的前提下，仪器设备设施也向全社会开放共享。共享系统的服务数据显示，目前分析测试中心已服务全校理、工、农、医等20个学院、11个研究院、12家附属医院，近900个主账户；还吸引了包括中石化、上海医药集团、中科院上海应用物理研究所、光明乳业、强生公司等校外注册用户超9000个，注册用户覆盖31个省、自治区、直辖市。近三年，中心共服务超15万人次，73万机时，测试分析54万个样品。在信息化建设过程中，中心坚持三个导向。一是服务导向，实施业务电子化。中心作为校级仪器公共科研服务平台始终坚持以服务用户为导向，突出展示优质资源和检测实力。门户网站包括新闻、通知和用户指南、资质认定、交流讲座、技术培训和联系我们等栏目，以及检测项目导航和仪器关键词搜索栏，方便查找设备和预约测试。信息化系统不断完善，实现线上委托、在线支付、结果下载和培训考核管理等功能，持续提升用户的使用体验。二是深化应用，推进系统集成化。基于测试工作流程，通过微信公众号预约设备、审批耗材、门禁绑定等多种功能的开发，拓展了信息化系统的覆盖面；通过设备预约系统和门禁系统的绑定，确保了非工作时段的校内师生自主测试便捷实施；通过与学校云计算平台和高性能计算平台的对接，方便了测试结果的下载和数据结果的进一步分析；通过电子标签和条码打印、读写器等设备的配套和用户预约一体式打印机、自助样品柜，耗材智能柜等设施的定制，深度整合门户网站、业务系统和配套设施之间的关系，全方位地实现从数字化网站到集成化系统的升级。三是数据引导，推动管理精细化。在信息化系统长期运行过程中，分析测试中心充分利用信息技术的特点和优势，使信息采集、动态监测、分析管理决策融为一体。通过数据分析和挖掘，充分了解用户需求，指导设备采购，优化测试流程，监控测试质量。从以往的经验主导模式的实验室管理决策转变为数据驱动模式的精准施策，不断开发设备服务潜能，实现了设备使用机时和样品数的连年提升，切实提升了大型仪器设备开放共享效能。助力实践教学及人才培养助力实践教学和人才培养，也是分析测试中心服务科研的内在要求。中心充分利用高、精、尖大型精密仪器和实验技术人员的丰富经验，为研究生普及仪器理论知识、相关学科的前沿技术进展与应用动态。同时，中心在校内积极举办仪器新方法、新进展、新应用技术讲座，邀请国内外仪器分析技术专家作专题报告等系列学术活动，助力学生开阔学术视野，拓宽科研思路。分析测试中心主任陈峰作40周年发展情况报告 （胡思华摄）中心积极开展线上线下相结合的混合式仪器自主操作培训，通过安全教育、理论培训、上机操作培训、考核等多个环节确保学生充分掌握仪器操作技能，获得初、中、高级上岗证。中心开展自主操作培训五年年来，已有3000余人获得培训上岗证书，学生可利用仪器非繁忙时段持证上岗，实现了仪器资源的充分利用。此外，中心还拥有全国分析检测人员能力培训委员会（NTC）考核基地和培训基地资质，可开展14项分析技术培训。现已开展21场培训，200余人获得证书。中心充分运用资源优势，打造可为学生提供多样化教育方式的科普实践基地，结合科普讲座、高精尖设备参观和实践观察等方式，宣传普及高端仪器设备和前沿分析测试技术，对学生科学精神的培养起到了良好的推动作用。中心自2009年起，通过跨学科、跨专业的方式招收学术型硕士研究生。拥有一支结构合理、教学水平高、测试技术能力强、具有高级职称的教师队伍，通过研究性测试拓展和课程建设，进行研究生培养。现有博导2名，硕导10名，已培养博士生4名，学术型硕士51名。实验人员在电镜-影像中心做实验 （胡思华摄）中心以仪器分析新方法和仪器研究最新进展为主要讲授内容，加强研究生在进入科学研究领域之前基本理论与实践相结合的训练。先后开设多门分析测试相关研究生课程，其中包括表面分析技术、现代元素分析技术与应用、X射线表征技术、现代色谱-质谱前沿技术及应用、扫描电子显微技术及应用、透射电子显微技术及应用、实验动物学；同时面向物理与天文学院、材料科学与工程学院和农业与生物学院研究生专门开设实验教学课程，如固体物理实验方法、现代材料科学实验方法、现代仪器分析技术等。中心利用多学科优势，培养本科生的学科交叉意识，拓宽原有的知识面，开阔科学研究的思路，以实验教学和实践方式培养本科生自主科研能力。积极参与学校本科通识课程教学，先后开设新生研讨课《探测微观世界的手段和方法》《现代先进仪器分析与实践课程》，以及通识课《探索微观物质世界》《纳米技术与生物医学》《工程技术探究》。至今已承担本科实习近500人、本科生研究计划（PRP）48项、本科毕业设计4项。2023年10月30日，上海交通大学荣获第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国总冠军，第六次捧得赛事最高荣誉“挑战杯”。分析测试中心为上海交通大学“特等奖”项目“基于刻蚀坑可控生长的极紫外反射元件原子级抛光系统”中相关指标的表征提供了重要技术支持，再一次显示了中心在学校人才培养体系中不可或缺的重要作用。

近日，2021年第四届低维材料应用与标准研讨会（简称：LDMAS2021）在北京西郊宾馆成功召开。会议吸引了低维材料与器件相关领域的400余名专家学者与企业代表出席，云端参会人数超过1万人。会议同期举办5个不同主题的分会场，仪器信息网编辑对“第3分论坛：低维材料测试与表征”进行了跟踪报道。该会场共安排了8个特邀报告和6个青年报告，相继由北京大学特聘研究员张青、华东师范大学通信与电子工程学院副院长吴幸、国防科技大学研究员江天主持；内容精彩纷呈，得到与会观众的高度关注。报告题目：《单根碳纳米管纳米光谱学表征技术》北京大学 刘灿（代讲）当前，随着芯片集成度的不断提高，摩尔定律难以持续，硅基器件的运行速度和性 能难有突破性进展，开发全新的量子材料体系以实现变革性的新型器件已成为当前科技激烈竞争的焦点。 其中，碳纳米管具有优异的结构稳定性、极高的电子迁移率、1 nm量级的特征尺寸，被证明为是替代硅的核心备选电子材料之一。由于碳纳米管种类繁多且性质高度依赖于其手性结构，快速、精确表征碳纳米管的结构与性质成为其器件规模化的重要前提。报告主要介绍了刘开辉教授团队在单个碳纳米管水平的纳米光谱学表征系统搭建以及碳纳米管手性结构与光学性质的直接对应关系等方面的系列研究进展。报告题目：《器件可靠性的原位透射电子显微学研究》华东师范大学通信与电子工程学院副院长 吴幸低功耗非易失性存储器是信息存储领域的重要组成部分，其工作可靠性问题是目前研究 的热点之一。随着“后摩尔时代”的到来，技术节点向亚5纳米逐步迫近，器件的特征尺寸已经触及到物理规律的极限。传统的电学表征工具不能满足原子尺度下的高精度研究，需要采用表征器件微观结构与成分动态变化的有效工具和技术。透射电子显微镜（TEM）具备更高的空间、能量、时间分辨率，并且能够实现多场耦合，与不同的原位样品杆结合（如热、电、机械、光学和磁场），能够进一步实时观察非易失性存储器在不同外场环境下的读写行为和结构动态演变过程。报告重点介绍了原位TEM应用于多种非易失性存储器的存储机制与封装可靠性的最新研究进展，并展望其未来的研究设计与发展方向。 报告题目：《低维半导体器件中的光与物质相互作用》国防科技大学研究员 江天低维半导体及其异质结构的兴起为新型高性能可见、红外、太赫兹光电子器件的发展带来了巨大的契机，展示出了颠覆性的应用潜能。近些年，江天研究员团队从探索低维半导体器件中光与物质相互作用的新机理角度出发，利用时间分辨的显微吸收光谱和太赫兹光谱探测技术，研究了几类典型高效低维异质器件中超快光耦合及其随后的光生载流子的动力学过程，取得了一系列进展，为实现拓扑材料自旋太赫兹发射提供了新的可能，为实现高效率的光伏器件提供了理论基础，为实现高灵敏的光电探测器件提供了新的设计途径。报告题目：《弯曲石墨烯超晶格中平带和相关态的证据》中国科学院大学副教授 姜宇航二维（2D）原子晶体可以根据外部影响（如衬底取向或应变）从根本上改变其性质，从而在电子结构方面产生本质上新的材料。一个显著的例子是在双层石墨烯中为两层取向之间的某些“神奇”扭曲角创造了平带。报告讨论了一种不涉及微调的创建平坦频带的替代方法。利用扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）以及数值模拟，证明了放置在不同衬底上的石墨烯单分子膜可以被迫经历屈曲转变，从而产生周期性调制的伪磁场，这又创造了一种具有扁平电子带的后石墨烯材料。通过静电掺杂将费米能级带入这些平带中，可观察到态密度(DOS)中出现一种伪类似耗尽的现象，这标志着相关态的出现。所描述的二维晶体屈曲方法为创建其他超晶格系统，特别是探索具有平带特征的相互作用现象提供了一种策略。报告题目：《新型二维材料 PdSe2 的光学特性及其应用》中南大学特聘教授 刘艳平迄今问世的绝大多数二维晶体是六边形晶格，例如石墨烯、过渡金属二硫族化合物和黑磷。根据此前的理论预测，存在一系列由五角形晶格构成的二维晶体材料。二硒化钯(PdSe2)具有很强的层间耦合和褶皱的五边形结构，这种独特的结构导致其具有非同寻常的层相关电子结构以及高度各向异性的面内光学和电子特性。刘艳平教授团队通过偏振分辨吸收光谱法在这种材料中首次实现了线性二色性转换行为，并探讨了这种新型二维材料在光电探测器中的应用。报告题目：《一维半导体纳米线激子极化激元物性研究》北京大学特聘研究员 张青半导体微腔激子极化激元作为激子与光子强相互作用下杂化形成的准粒子，既具有激子部分的非线性效应，同时又保留了光子部分的大多数特性，在低阈值光源、光逻辑器件和新兴量子应用等方面极富潜力。卤化物钙钛矿半导体兼具无机和有机半导体的特性，其较大的激子结合能、高光吸收系数、可见光区域波长可调、长载流子传输距离、高缺陷容忍度、兼容低温液相制备工艺等优点，使其成为近年来新兴的室温激子极化激元基础与应用研究理想材料。报告介绍了张青团队在钙钛矿微腔中激子极化激元性质及其在低阈值激光应用方面的研究进展。报告题目：《低维材料缺陷光物理与太赫兹应用》东南大学教授 吕俊鹏（代讲）低维材料中的光致载流子动力学是一个超快时间尺度上发生的复杂过程，其中载流子的产生、分离、束缚、输运、弛豫以及复合等过程会直接影响器件的光电转换效率和响应速度。而在低维材料中存在着大量缺陷，这些缺陷作为束缚和复合中心会影响光致载流子的寿命和复合效率，作为散射中心则会大大影响载流子的迁移率。南京师范大学刘宏微教授利用激光光谱技术分析低维材料中缺陷态对载流子动力学的影响，并且通过激光辐照等方式对缺陷态进行有目的的调控；并基于对低维材料的太赫兹频段的性质表征，设计了功能化微纳结构，制备了光场调制器，实现了对太赫兹光场的深度调控。报告题目：《原子层 NbSe2的电荷密度波阵列及自旋极化特征》北京理工大学副教授 刘立巍基于电荷密度波、量子自旋液体、莫特绝缘相等新奇效应构建的纳米器件（例如离子场效应晶体管、电压振荡器、超快开关或存储器）在下一代纳电子学中具有广阔的应用潜力。刘立巍教授团队通过分子束外延技术构筑出高质量的单层1T-NbSe2纳米岛，并测量和分析其莫特绝缘相、电荷密度波和自旋极化的关联效应，其研究发现为研究二维面内自旋序，量子自旋液体等新奇量子材料的效应提供了崭新的平台。青年论坛掠影

我国半导体/绝缘高分子复合材料研究取得重大突破 　　日前，中科院长春应用化学研究所杨小牛研究员课题组在半导体/绝缘体高分子复合材料研究取得重大突破，其研究结果被国际著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)以“封面论文”的形式给予重点报道。 　　在传统观念中，绝缘体会阻碍电荷传输，因此一般来讲，在半导体/绝缘体复合材料中，绝缘相往往扮演着降低材料电学性能的角色。然而近年来研究人员发现，在特定外场条件下，复合材料二维表面处的载流子迁移率并不差。杨小牛课题组首次在体相半导体/绝缘高分子复合材料中发现并确认了绝缘基质增强的半导体电荷传输现象，随后将这一规律推广到无特定外场条件下的三维体系，并用更具普适性的物理量—电导率来论证了这一点。 　　通过控制聚噻吩/绝缘聚合物共混物制备过程中结晶和相分离的竞争关系，可抑制大尺度的两相分离，由此得到均匀的半导体/绝缘体复合材料。这种材料表现出绝缘基质增强的半导体电荷传输现象。研究人员认为，载流子以极化子形式在复合材料中进行传导。由于绝缘基质极化率较低，极化子在半导体/绝缘体界面处传输时受到周围极化环境的影响较小，有助于降低界面处的电荷传输活化能，由此提高了两相界面处的载流子迁移率。从此意义上讲，对于两相共混体系，增强的体相电荷传输性质需要满足下列3个条件：首先，鉴于电荷主要在共混两相界面传输，绝缘聚合物的介电常数必须足够低才可能降低电荷传输活化能，从而有效提高半导体相的载流子迁移率 其次，半导体/绝缘体两相相分离尺度需要足够小，才能大幅提高两相接触界面 第三，要求半导体相要有较好的连续性，有利于减小电荷传输的阻力。 　　在半导体聚合物中通过共混引入通用绝缘聚合物，不仅可以提高其电学性能，而且可降低基于塑料的柔性电子器件的成本，提高其柔韧性和环境稳定性。

导读：当今，化石能源短缺和环境污染问题凸显，能源的多元化和高效多级利用成为解决能源与环境问题的一个重要途径。作为一种绿色能源技术和环保型制冷技术热电转换技术受到学术界和工业界的广泛关注。热电器件可以实现热能和电能的直接转换，在航空航天、低品位热回收和固态制冷领域具有重要的研究价值。 随着航空航天、物联网及低品位热回收等领域的发展，热电发电器件的性能越来越受到人们关注，除了用于制备器件的热电材料本身的zT值这一重要因素外，器件的结构（形状、尺寸、连接方式）以及界面材料等都对器件性能有重要影响，因此，对于发电器件性能的准确测量从而改善器件的设计及制造工艺成为科研工作者的迫切需求。 日本Advance Riko公司新推出的小型热电转换测量系统Mini-PEM（图1）是一款既可以测量单腿器件，也可以测量多对器件的商用热电转换效率测量系统。该系统热端温度可高达500℃，可以测量器件在不同温差条件下的发电量、热流量及最大转换效率。图1、小型热电转换效率测量系统Mini-PEM 赵立东教授课题组Science碲化铋基热电材料（BiTe）在室温附近具有优异的热电性能，被广泛应用于低温区的制冷及发电，是目前极具前瞻性的热电材料体系，但Te元素的稀缺性（地壳内含量：0.005ppm）使其广泛应用受到限制，因此寻找新的材料体系对于热电材料的广泛应用非常重要。来自北京航空航天大学的赵立东教授课题组对于SnSe体系进行了深入的研究，在2021年的工作中【Science 373 (2021) 556-561】通过掺杂Pb，显著提高了p型SnSe晶体室温附近的电传输性能，并制备了基于SnSe晶体材料的热电器件，测试了其温差发电性能（最大发电量及功率），还实现了大温差的电子制冷。这一研究表明了SnSe基晶体材料作为温差发电和电子制冷材料的巨大潜力，使用p型SnSe晶体制备的器件，其制冷性能达到了使用传统BiTe基材料商用器件的70%（210K温差下），且SnSe基热电材料具有成本低、重量轻且储量更加丰富的优势，具备巨大的应用潜力[1]。2023年，该课题组通过在SnSe中引入Cu填充Sn空位，有效地提高了载流子迁移率，基于获得的高性能SnSe晶体搭建的热电器件在发电和制冷都表现出优异的性能。发电器件（TEG）在300K温差下能够实现最高12.2%的发电效率，制冷器件（TEC）在室温及高温下也均实现了优异的制冷性能[2]。近期，该课题组通过物理气相沉积的方法制备了PbSe晶体，以及在PbSe晶体中额外引入微量的Pb，观察到了PbSe晶格中的本征Pb空位被填补，其对应的点缺陷散射被削弱，从而显著增加了载流子迁移率。基于获得的高性能N型PbSe晶体在发电与制冷都表现出优异的性能。如图2A所示，单腿器件在420K温差下能够实现 ~ 11.2%的发电效率；如图2B所示，与该课题组2023年开发的高性能P型SnSe晶体（Science 380（2023）841-846）搭配制备的Se基热电制冷器件在热端温度（Th）为室温下能够实现 ~ 73.3 K的制冷温差，其制冷性能优于Bi2Te3基等材料制成的制冷器件[3]。图2、热电转换效率对比图（A）；制冷器件温差对比图（B）该工作以《Grid-plainification enables medium-temperature PbSe thermoelectrics to cool better than Bi2Te3》为题，发表在《Science》上，其中单腿发电器件的发电量及转换效率均使用Mini-PEM测得。与上述工作不同，如果样品为多对p-n结构，ADVANCE RIKO公司则提供热电转换测量系统PEM-2用于发电量及转换效率的测量。热电转换测量系统PEM-2支持多种器件尺寸（最大40mm×40mm），热端最高温度可达800℃，测量在惰性气体（Ar2）中进行。图3、热电转换效率测量系统PEM-2 何佳清教授课题组Science近期，来自南方科技大学何佳清教授课题组的科研工作者，首次发现并验证了空穴载流子捕获和释放机制和其对材料电性能的调控作用，以及调控材料本证铅空位形态的赝纳米结构对材料热输运的抑制作用。课题组在碲化铅材料中构造了大量的纳米级空位团簇，这些团簇在材料中产生了大量的应力和应变，使材料的晶格热导率显著降低了，并且更加有利于热电材料的高服役。同时，热电器件结构设计和转换效率的提升，也有助于推动热电发电器件的发展和应用[4]。该工作以《Pseudo-nanostructure and trapped-hole release induce high thermoelectric performance in PbTe》为题，发表在《Science》上，其中热电发电器件的转换效率使用PEM-2测得。图4、使用PbTe制备的热电发电器件的热电性能延伸阅读日本ADVANCE RIKO公司已专业从事“热”相关技术和设备的研究开发近60年，并一直走在相关领域的前沿，为世界各地的科学研究及生产活动提供了诸如红外加热、热分析/热常数测量等系统。2018年初，Quantum Design 中国公司将日本ADVANCE RIKO公司先进热电材料测试设备：小型热电转换效率测量系统Mini-PEM、塞贝克系数/电阻测量系统ZEM、热电转换效率测量系统PEM及薄膜厚度方向热电性能评价系统ZEM-d引进中国。2018年7月，Quantum Design中国与日本ADVANCE RIKO达成协议，作为其热电材料测试设备在中国的代理商继续合作，携手将日本ADVANCE RIKO先进的热电相关设备介绍到中国。目前，所有中国用户购买的日本ADVANCE RIKO热电产品，均由Quantum Design中国公司的工程师团队负责安装及售后服务。同时，Quantum Design 中国公司在日本ADVANCE RIKO公司的协助下，在北京建立部分热电设备示范实验室和用户服务中心，更好的为中国热电技术的发展提供设备支持和技术服务。 参考文献[1] Qin Bingchao et al., Power generation and thermoelectric cooling enabled by momentum and energy multiband alignments, Science 30 Jul 2021: Vol. 373, Issue 6554, pp. 556-561[2] Liu Dongrui et al., Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics, Science 380, 841–846 (2023)[3] Qin Yongxin et al., Grid-plainification enables medium-temperature PbSe thermoelectrics to cool better than Bi2Te3, Science 383, 1204–1209 (2024)[4] Jia Baohai et al., Pseudo-nanostructure and trapped-hole release induce high thermoelectric performance in PbTe, Science 384, 81–86 (2024)相关产品1、小型热电转换效率测量系统-Mini-PEMhttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C283294.htm2、热电转换效率测量系统-PEMhttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C283291.htm

导读：当今，化石能源短缺和环境污染问题凸显，能源的多元化和高效多利用成为解决能源与环境问题的一个重要途径。作为一种绿色能源技术和环保型制冷技术热电转换技术受到学术界和工业界的广泛关注。热电转换技术是利用材料的塞贝克效应与帕尔贴效应将热能和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷。这种技术具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物、适用温度范围广等特点。热电器件可以实现热能和电能的直接转换，在废热回收和固态制冷领域具有重要的研究价值，对热电发电器件的能量转换效率进行测量是评价热电材料和器件性能的重要基础。近期，我们在中国科学院物理研究所成功交付使用了小型热电转换效率测量系统Mini-PEM。该设备可测量热电材料产生的电量及热电转换效率η（通过产生的电量和热流来获得）。为尽快满足用户的科研需求，Quantum Design中国子公司调集技术力量，在满足防疫要求的前提下与用户紧密合作，顺利完成了设备的安装工作，所有技术指标均符合要求，设备正式交付使用。热电材料能够实现热能与电能的直接转换，具有重要的实用价值，而热电转换效率是衡量热电材料这种转换能力的一个重要指标，对热电材料的产业化具有重要的指导意义，目前小型热电转换效率测量系统是能有效测量该指标的仪器。Quantum Design中国子公司工程师为客户介绍设备传统的热电转换效率测量方法是将所制得的样品（p型或n型）与标准（n型或p型）材料结合制备成器件，通过对器件进行测试得出转换效率。近年来，ADVANCED RIKO公司创新性地研发了全新的小型热电转换效率测量系统Mini-PEM，其能以单腿器件为样品，通过测试样品的热流及发电量再结合理论计算得到热电转换效率，并且对该类产品申请了。Mini-PEM的样品连接方式近期Mini-PEM用户，昆明理工大学材料学院教授葛振华、冯晶等通过将Ru纳米粉体掺杂至商业碲化铋中，实现了细晶强化。通过晶界对电子和声子的散射，有效提高了塞贝克系数，降低了热导率。材料在425K的ZT值达到0.93。使用Mini-PEM对单腿n型碲化铋的热电转换效率进行了表征，相比纯商业样品提升了91%。相关研究成果以Simultaneous Enhancement of Thermoelectric Performance and Mechanical Properties in Bi2Te3 via Ru compositing为题发表在化工领域期刊Chemical Engineering Journal上[1]。该工作中，材料的高温塞贝克系数和电阻率是采用日本ADVANCE RIKO公司生产的塞贝克系数/电阻测量系统ZEM-3测得的；单腿样品的热电转换效率是使用日本ADVANCE RIKO公司生产的小型热电转换效率测量系统Mini-PEM测得。另外，材料在室温（291K）的载流子浓度与载流子迁移率使用Quantum Design公司研发的综合物性测量系统PPMS测得。日本ADVANCE RIKO公司成立近60年来专业从事“热”相关技术和设备的研究开发，并一直走在相关领域前端，为各地的科学研究及生产活动提供了诸如红外加热、热分析/热常数测量等系统。2018年初，Quantum Design 中国子公司将日本ADVANCE RIKO公司的先进热电材料测试设备：小型热电转换效率测量系统Mini-PEM、塞贝克系数/电阻测量系统ZEM、热电转换效率测量系统PEM及大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM引进中国。2018年7月，Quantum Design China与日本ADVANCE RIKO达成协议，作为其热电材料测试设备在中国的代理商继续合作，携手将日本ADVANCE RIKO先进的热电相关设备介绍到中国。目前，所有中国用户购买的日本ADVANCE RIKO热电产品，均由Quantum Design中国子公司的工程师团队负责安装及售后服务。同时，Quantum Design 中国子公司在日本ADVANCE RIKO公司的协助下，在北京建立部分热电设备示范实验室和用户服务中心，更好的为中国热电技术的发展提供设备支持和技术服务。 参考文献：【1】Y-K. Zhu, J. Guo, L. Chen, S-W. Gu, Y-X. Zhang, Q. Shan, J. Feng, Z-H. Ge,Simultaneous Enhancement of Thermoelectric Performance and Mechanical Properties in Bi2Te3 via Ru compositing, Chemical Engineering Journal (2020)

近日，国内首家薄膜材料测试服务平台——武汉光谷薄膜测试服务有限公司在中国光谷正式批复成立！ 该服务平台为嘉仪通科技的全资子公司，依托于功能薄膜材料物理性能检测技术湖北省工程实验室和武汉市工程技术研究中心，将为全国各大专院校、科研院所、材料企业、钢铁、汽车制造、航空航天、军事科研单位、第三方检测机构、出入境海关检测等单位提供专业的材料样品制备和测试服务，以及技术委托开发、培训等其他相关服务！一、样品制备和加工 众所周知，材料样品的制备和加工是一个非常复杂和繁琐的精细活。武汉光谷薄膜测试服务公司为广大客户的薄膜材料性能检测提供制样准备服务，以满足仪器的检测需要。该测试服务平台拥有薄膜制备仪器：磁控溅射镀膜仪、离子束溅射镀膜系统。可以制备各种薄膜：陶瓷氧化物、氮化物膜、金属多层膜，以及各种超晶格；同时，可合成纳米管、纳米粉末，以及量子点。精密切割机、研磨抛光机、光刻机对块体和薄膜样品表面进行微加工处理，满足不同的测样要求。 某薄膜材料的制备工艺流程二、材料物理性能的分析与检测 作为薄膜材料物理性能的领跑者，嘉仪通科技旗下的测试服务平台，不仅可以解决材料制样难的烦恼，而且可以解决没有合适的仪器测试最新研发新材料的烦恼！可测试各类新材料尤其是薄膜材料的相变温度、热膨胀系数、Seebeck系数、电导率、热导率、载流子浓度、迁移率、霍尔系数等一系列重要参数。薄膜热导率的测试实例三、产品试用与购买 除了为广大客户提供块体、薄膜等新材料的制样和分析测试，解决样品制备和实际测试的烦恼，嘉仪通还为广大材料科研机构和个人提供免费产品试用服务，进一步打消对嘉仪通产品性能的疑虑，用实际测试数据来赢得消费者的信赖！嘉仪通产品免费试用政策 此外，嘉仪通还拥有分析和测试材料热学、电学、磁学、光学、电学等方面物理性能重要参数的一系列优质产品。只要您是做材料物理性能分析领域相关研究的，总有一款好的产品适合您！嘉仪通部分序列产品

近日，大连化物所分子反应动力学国家重点实验室任泽峰研究员和中国工程物理研究院赵一英研究员等合作，在揭示准二维钙钛矿载流子本征动力学方面取得新进展。飞秒，是一种时间单位，等于10-15秒。飞秒激光是一种特殊类型的激光，其脉冲（像脉搏似的短暂起伏）持续时间非常短，达到了飞秒级别。我们知道，能量除以时间得到的是功率，所以即使一个很小的能量，除以一个极短的时间，也会得到一个非常巨大的瞬时功率。如果把这样具有巨大瞬时功率的光聚焦到小尺寸的材料上，材料就可以被精细的切割或加工，因此，飞秒激光可用于微型器件制造、纳米材料加工等方面；在医学领域，飞秒激光可以用于眼科手术，切割角膜组织。另外，科学家们还利用飞秒激光脉冲时间短、瞬时功率大等特点，研究物质在飞秒时间尺度上的动态过程，如同给照相机安装了一个超快的“拍照快门”，可以给分子、材料的变化过程 “拍电影”。总之，飞秒激光技术非常重要，具有广泛的应用前景。飞秒瞬态吸收光谱（Transient Absorption Spectroscopy，TAS）是一种常用的主要研究半导体载流子动力学的手段。受限于常规的探测灵敏度，TAS一般只能探测较高载流子浓度下的动力学过程（文献中往往大于1017 cm-3）。然而，太阳能电池工作环境中的载流子浓度远低于该浓度（通常低于1015 cm-3）。因此，常规瞬态吸收光谱测得的动力学规律和真实情况下的载流子动力学规律可能相差甚远。任泽峰团队前期发展了高灵敏度瞬态吸收光谱仪，灵敏度ΔOD达到10-7量级，比常规的TAS提高2个数量级。前期，团队利用该装置实现了3D钙钛矿本征载流子动力学的研究，该工作以(BA)2(MA)n−1PbnI3n+准二维钙钛矿薄膜为模型，阐述了准2D钙钛矿中本征载流子动力学过程。二维钙钛矿由于其独特的稳定性和出色的光电性能而受到广泛关注。然而，围绕准二维钙钛矿中不同二维相之间的空间相分布和能带排列的争论给理解载流子动力学带来了复杂性，也阻碍了材料和器件的发展。本工作中，研究团队发现了2D和3D相之间载流子浓度依赖的电子和空穴转移动力学。在线性响应范围内的低载流子密度下，团队测量到了电子和空穴传输的三个超快过程，从数百fs到数ps、数十到数百ps、数百ps到数ns，可以归属于2D和3D相之间的横向外延（结构I）、部分外延（结构II）和无序界面异质结构（结构III）。此外，进一步通过考虑相分布、能带排列和载流子动力学，团队提出了旨在增强载流子传输的材料合成策略：（1）提高结构I和II的比例可以显著提高电子/空穴的转移速率；（2）增大3D相的晶粒尺寸可以提高准2D钙钛矿薄膜中电子转移速率；（3）增加2D相晶粒尺寸可以改善空穴从3D相到2D相的转移。该工作不仅为准2D钙钛矿的精确本征光物理学提供了深入的见解，而且也有望促进这些材料的实际应用的研发。相关成果以“Unveiling the Intrinsic Photophysics in Quasi-2D Perovskites”为题，于近日发表在《美国化学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）上。任泽峰，博士，研究员，博士生导师。2004年中国科学技术大学化学物理系毕业后，来所分子反应动力学国家重点实验室学习，师从杨学明院士。2009年博士毕业后，到德国马普学会Fritz Haber研究所做博士后，洪堡学者。2011年底被聘为北京大学量子材料科学中心研究员，博士生导师。2016年9月回到所里工作，任化学动力学研究中心B类组群1114组组长，研究员，分子反应动力学国家重点实验室副主任。研究方向：（1）利用表界面非线性光谱，研究工作条件下粉末催化剂表面反应分子的振动光谱，能源材料表界面的电子光谱；（2）发展超高灵敏超快光谱，包括瞬态吸收光谱，时间分辨受激拉曼光谱，时间分辨表面和频光谱，研究光催化、热催化的动力学过程和能源材料载流子动力学；（3）发展超快时间分辨光发射电子显微镜，时空分辨研究半导体、光催化等体系中的光生载流子动力学；（4）发展超快激光技术，研制全国产化超快激光。

一台代表食品安全快速检测技术先进水平的离子迁移谱仪，在12月2日到4日上海举行的《2012第六届中国国际食品安全控制及检测仪器设备展览会》上亮相展出。 　　产品的现场演示尽显神奇：操作人员无论从待测的动物毛发、肌肉组织，还是从新鲜奶制品和蔬菜等农副产品中摄取微量样品，通过直接进样送进这台复印机大小的离子迁移谱仪，不到两分钟，机器就准确给出了所测物质中是否存在三聚氰胺、瘦肉精、农药残留等多种国家禁止使用的农药残留、非法添加和生物毒素等有害物质。 　　现场专业人士深入浅出的介绍，解开了离子迁移谱仪的神奇之谜。这种技术和设备的基本原理是：通过化学电离的不同物质，其所形成的离子的迁移率不同，根据不同的离子迁移率就能区分出不同的物质，从而完成对于不同有机化合物的测量。 　　离子迁移技术发明至今虽然已有将近30年的时间，但只是在最近几年才取得真正的进展并进入实用阶段，而上海矽感信息科技有限公司将离子迁移谱技术用于食品安全领域的快速检测和化学分析，在国内外尚属首例。近年来我国各地频发的食品安全事故严重危及广大人民群众的身体健康和生命安全，已引起党和政府高度重视，正在大力采取措施保障食品安全，而建立方便快捷、准确可靠的检测体系是其中基础一环。离子迁移谱技术产品的应用推广，将形成对现有监管手段和技术的有效补充，极大改善当今中国社会食品安全的监管状况，尤其是对县一级农产品风险评估和环境监测，对农产品生产的源头控制，大型农产品集散、批发和消费场所的食品安全监管有着广泛的市场应用前景。 　　据食品安全检测专家介绍，由于技术环境和产品条件的约束，我国现有的食品安全检测体系和技术手段呈现两极分化的态势：一是在快速检测领域，我们至今还在采用欧美发达国家60、70年代发明并且已经淘汰的快速检测卡、酶抑制免疫法等落后的检测技术，这些技术虽然价格较低，但检测精度也低 二是在计量检测领域，目前大部分设备都是属于实验室应用级的，日常运行和维护都需要特定的实验室，并且几乎所有的待检物品都需要对样品进行几小时至几十小时的预处理，检测费用也很高昂。 　　相比之下，离子迁移谱仪的优势尽显:可在生产现场实施检测，不需要对送检样品进行预处理，能对待测物质做到精确定性和相对定量，而全部检测时间缩短为分钟级。这些优势使得生产企业对食品安全的源头控制和消费者在购买安全食品时的现场筛选成为可能。与此同时，再配合现代二维码信息识别技术、互联网和数据库技术，对从“农田到餐桌”的整个食品供应链,包括原产地环节、食品加工环节、流通环节和销售终端环节进行全过程动态检测记录、标识和追溯，都具有了实际可操作性。 　　据了解，重庆、武汉等城市的企业或超市已开始试用离子迁移谱仪检测食品安全。

纳米材料具备优异的力学特性，能够承受远超块体材料的应变，从而调节其物理/化学性能（如电子、光学、磁性、声子和催化活性）。基于力学应变工程，过去的研究优化设计了一系列前所未有的先进功能材料和器件，包括高迁移率芯片、高灵敏度光电探测器、高温超导体、和高性能太阳能电池以及电催化剂等等。尽管对基于应变调控电子输运性能和能带结构等方面进行了广泛研究，但由于单一施加应变梯度而不引入其他混淆因素（例如界面和缺陷）的困难，以及将纳米尺度热输运测量与原子尺度局域声子谱表征相结合的挑战，非均匀应变下的导热机制仍未被系统研究。这尤其令人沮丧，因为精确热管理被视为制约先进芯片和高端设备效率和寿命的关键瓶颈。针对这些挑战，北京大学工学院杨林研究员与北京大学物理学院高鹏教授、杜进隆高级工程师及西安交通大学岳圣瀛教授等人提出了实验探究非均匀应力对导热调控的新策略，他们揭示了均匀应力下不存在的，由应变梯度导致的独特声子谱扩展效应及其对导热的反常抑制现象。通过在自制的悬空微器件上弯曲单个硅纳米带（SiNRs）来诱发非均匀应变场，并利用具有亚纳米分辨率的基于扫描透射电子显微镜的电子能量损失谱（STEM-EELS）技术表征局域晶格振动谱，他们的研究结果显示，0.112％/nm应变梯度将导致热导率（κ）显著降低34±5％，这是先前文献中均匀应变下热导率调制结果的3倍以上（图1）。相关工作以“Suppressed thermal transport in silicon nanoribbons by inhomogeneous strain”为题发表于Nature。图1. 非均匀应力对硅纳米带导热的显著抑制现象。（a）实验测得的（实心符号）和理论模拟的（空心符号）结果表明，在均匀应变下，块体硅和硅纳米线的热导率基本保持不变，而弯曲硅纳米带的测量结果随着应变的增加急剧上升（半填充）。（b）基于悬空热桥微器件的热导率测试原理示意图。（c）高分辨透射电子显微镜显示弯曲硅纳米带的单晶特性。（d）实验测得的弯曲硅纳米带相较于无应力样品的热导率降低百分比为了揭示应变对声子传输的影响，直接测量弯曲硅纳米带的局域声子谱，并表征沿应变梯度声子模式的演变现象是非常必要的。与先前文献中观察到的在异质界面或缺陷周围的EELS峰移不同，运用同时具备亚纳米级空间分辨率和毫电子伏特（meV）能量分辨率的STEM-EELS技术，该工作首次表征了完全受非均匀应变调控的声子模式，揭示了应变梯度下奇特的声子谱扩展效应（图2）。图2. 表征受应变调控的局域声子谱。（a）基于STEM-EELS的局域声子谱表征技术示意图。带有弯折的弯曲硅纳米带HAADF图像（b）和EELS测量区域的放大视图（c）。（d）在不同位置（P1至P5）沿应变梯度测得的TA和TO声子模式的EELS谱。（e）弯曲硅纳米带的HAADF图像。（f）沿电子束移方向TA和TO声子模式的振动谱图。（g）在e中标记的区域沿应变梯度测得的EELS谱线与均匀应变下每个声子支具有的特定单一线条色散关系不同，不均匀应变的存在导致了在给定波矢处的声子频率分布区间（图3）。这种奇特的声子谱扩展效应增加了声子频率的多样性，以满足声子-声子散射的能量守恒约束，因此加速了声子-声子散射率并缩短了声子寿命，引发了一种均匀应变不存在的全新声子散射机制。图3. 声子谱扩展增强声子散射率。（a）受应变梯度调制的声子色散示意图。（b）左侧，硅在不同弹性应变下的声子色散。右侧，应变梯度为0.118% /nm下声子谱扩展引发的声子散射率，τsg−1通过开发跨微米-原子尺度的实验表征技术，并结合第一性原理的理论模拟，该工作为长期以来有关非均匀应变对声子传输影响的难题提供了关键线索。因此，这项研究不仅清楚地揭示了非均匀应变对固体导热的调制机理，而且为基于应变工程的功能性器件的创新设计提供了重要思路。例如，基于应变梯度引起的晶格热导率降低，与此前已证明的载流子迁移率增强之间的协同作用，为开发高性能的热电转换器件提供一种新颖策略。此外，基于非均匀应变调制热导率可实现功能性热开关器件，用于动态控制热通量。杨林和岳圣瀛是该论文的共同第一作者，杨林、高鹏、杜进隆是共同通讯作者。合作者包括东南大学陈云飞课题组、北京大学戴兆贺课题组、北京大学宋柏课题组和美国范德堡大学Deyu Li课题组。北京大学杨林课题组主要研究方向为功能性热材料和器件，包括先进微纳结构设计制造，极端尺度导热微观机理表征与调控，超高温储热技术研发，高性能热功能器件制备。研究成果以第一作者或通讯作者发表于Nature、Nature Nanotechnology、 Science Advances、Nature Communications、Nano Letters等国际顶级期刊。杨林曾入选2021年国家高层次海外青年人才计划，获得2019Nanoscale 年度精选热门文章、2020PCCP年度 精选热门文章等奖项。

来自美国麻省理工学院、加拿大渥太华大学等机构的科学家，利用一种名为三元碲铋矿（ternary tetradymite）的晶体材料研制出一种新型超薄晶体薄膜半导体。据介绍，这种“薄膜”厚度仅 100 纳米，其中电子的迁移速度约为传统半导体的 7 倍从而创下新纪录。这一成果有助科学家研发出新型高效电子设备。相关论文已经发表于《今日材料物理学》杂志。据介绍，这种“薄膜”主要是通过“分子束外延技术”精细控制分子束并“逐个原子”构建而来的材料。这种工艺可以制造出几乎没有缺陷的材料，从而实现更高的电子迁移率（即电子在电场作用下穿过材料的难易程度）。简单来说，当科学家向“薄膜”施加电流时，他们记录到了电子以 10000 cm² /V-s 的速度发生移动。相比之下，电子在“硅半导体”中的移动速度约为 1400 cm² /V-s，而在传统铜线中则要更慢。这种超高的电子迁移率意味着更好的导电性。这反过来又为更高效、更强大的电子设备铺平了道路，这些设备产生的热量更少，浪费的能量更少。研究人员将这种“薄膜”的特性比喻成“不会堵车的高速公路”，他们表示这种材料“对于更高效、更省电的电子设备至关重要，可以用更少的电力完成更多的工作”。科学家们表示，潜在的应用包括将“废热”转换成电能的可穿戴式热电设备，以及利用电子自旋而不是电荷来处理信息的“自旋电子”设备。科学家们通过将“薄膜”置于极寒磁场环境中来测量材料中的电子迁移率，然后通过对薄膜通电测量“量子振荡”。当然，这种材料即使只有微小的缺陷也会影响电子迁移率，因此科学家们希望通过改进薄膜的制备工艺来取得更好的结果。麻省理工学院物理学家 Jagadeesh Moodera 表示：“这表明，只要能够适当控制这些复杂系统，我们就可以实现巨大进步。我们正朝着正确的方向前进，我们将进一步研究、不断改进这种材料，希望使其变得更薄，并用于未来的自旋电子学和可穿戴式热电设备。”

p 　　日前，Excellims携新型高效离子迁移谱仪MC3100亮相Pittcon 2017。 /p p 　　基于高效离子迁移谱和小型化离子阱质谱仪原理，MC3100是一款崭新的小型(15x16x24 英寸)离子迁移质谱系统。这个集成于一体的台式化学分析/鉴定系统，可在一分钟内对离子迁移率和分子质量进行测量以实现二维化学物质鉴定。此外，MC3100也可以用来测量离子的碰撞界面积以表征分子的大小和形状及分子空间构象。 /p p 　　据介绍，MC3100 首创小型化离子迁移质谱仪，离子迁移质谱仪现在终于可以放在狭窄的实验室工作台上和移动实验室内，它为化合物的现场鉴别提供了强有力分析手段。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" New Picture (41).jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/9f05b1c8-a450-4a18-807f-f61911a53170.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 高效离子迁移谱仪MC3100 /strong /p p 　 strong 　仪器特点： /strong /p p 　　基于离子迁移率和质荷比的二维化学鉴定系统； /p p 　　经过离子迁移谱分离的离子进入到质谱分析器，整个过程只需一分钟分析时间； /p p 　　分析异构体的强力工具； /p p 　　多操作模式用户自定义实验设计； /p p 　　提供便捷更换各种不同的离子源而不需要卸载真空。包括Excellims提供的ESI直接进样源/ESI连续进样源/热脱附离子源。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" DSC009331.jpg" style=" HEIGHT: 333px WIDTH: 500px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201703/insimg/3564052b-34a2-4d3a-ad73-727af3be80bc.jpg" width=" 500" height=" 333" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong Excellims展位 /strong /p

离子迁移谱（Ion mobility spectrometry, IMS）是一种在电场作用下通过离子在中性气体中迁移从而实现离子分离与检测的技术。IMS发展至今已具有三大技术优势：首先，IMS 可与电离效率较高的大气压化学电离源联用，获得 ppt 量级的检测限；其次，IMS 分析可在 ms 量级完成，且与色谱、质谱分离相正交；再次，离子迁移率 K 与离子形状、尺寸等结构信息直接相关。基于前两种优势，IMS 被广泛用于化学战剂、爆炸物、毒品及危化品的现场快速检测中，并发展成为一种主流核心技术。然而，离子迁移谱技术研究领域一直面临着如何实现离子迁移谱分辨能力提高的同时，不损失其对不同离子检测灵敏度的这一重要挑战。为此，金铠仪器（大连）股份有限公司与中国科学院大连化学物理研究所长期开展合作，成立质谱发展事业部，开展离子迁移谱研发工作，先后攻克了非放射性电离源，无离子歧视的TPG构型离子门等全自主技术。基于TPG构型离子门，通过提高离子迁移谱内部迁移电场的强度并降低离子门开门时间，将离子迁移谱的分辨能力提高到超过100，同时保持了不同离子的灵敏度。该技术成功解决了不同溶剂对TATP识别的干扰问题，提高商品化离子迁移谱仪器识别TATP的准确性，降低仪器的误报率。金铠仪器 高精度连续在线测NH3仪金铠仪器基于离子迁移谱技术研制的高精度在线测NH3仪，具有灵敏度高、检测快速、结构简单、操作方便等特点，可用于大气环境、工业污染源、高纯气体以及材料释放NH3的高精度在线监测。中科院大气物理所应用场景大气环境联合观测实验青岛联合观测站氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径，作为燃料的氢气，其纯度和所含杂质的含量，对氢燃料电池的放电性能和寿命具有重大影响。将其分为有毒性杂质（总硫、CO、HCHO、HCOOH、总卤化物、NH3）和其他杂质（O2、He、Ｎ2、Ar、总烃、CO2、H2O、颗粒物）。离子迁移谱也可用于同时检测氢气中的硫化物，甲醛，甲酸，NH3杂质。离子迁移谱技术展望：（1）离子迁移谱高频测量应用离子迁移谱的测量速度极高，可在 10 ms 内完成一个测量周期，最高测量频率可达 100 Hz，在需要高频测量的应用中具有良好的发展前景。例如，大气环境中，涡传输的时间尺度范围较大，可从 0.1 秒到数小时， 只有使用测量频率在 10 Hz 以上的仪器才能捕集大气中绝大多数的涡，并监测其中的化合物。离子迁移谱技术的测量频率远高于 10 Hz，因此，在大气涡相关计算污染物通量方面具有广阔的发展前景。（2）多种化合物同时精确定量离子迁移谱同时测量多种化合物时，因其反应不为一级动力学反应，谱峰的强度不与化合物的浓度呈正比例关系，使其定量应用受限。因此，发展离子迁移谱测量多种化合物的精准定量为离子迁移谱发展的一个方向。（3）固定点危化物泄露预警应用离子迁移谱对化合物的测量速度较快、灵敏度高，可对极低剂量危化物的泄露快速测量，可用于固定点危化物泄露预警。（4）离子迁移谱技术与其它技术联用离子迁移谱技术与其它快速分析手段联用，例如质谱，可以保留高分析速度的能力下，极大提高分析方法的峰容量，提高仪器的定性识别能力；降低化学背景，提升灵敏度和定量范围。并且可利用离子迁移率与离子结构信息之间（m/z）的关系区分同分异构体等。 本文来源：金铠仪器（大连）股份有限公司

由于跟非晶硅面板制程兼容，非晶氧化物InGaZnO(IGZO)自从在实验室被发现后，很快进入了显示驱动工业应用，如AMLCD、AMOLED、LTPO 面板驱动。以IGZO 为代表的非晶氧化物薄膜晶体管(TFT)在较高的迁移率 (10 cm2/Vs 左右)、低温大面积制程(可至G8面板以上)、低的关态电流(约比低温多晶硅TFT低1000倍)等方面具有独特的优势。然而，伴随着显示技术的快速发展，现有显示驱动无法匹配新型高品质显示的迫切需求。具体而言，伴随着显示面板大面积化(75 Inch)、超高清化(8K)和高帧频(240 Hz)的发展趋势及未来Micro-LED等高性能显示的涌现，客观上要求TFT器件在保持较低关态电流这一优势的同时，器件场效应迁移率要大于40 cm2/Vs，并兼具较好的性能稳定性。鉴于此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队的梁凌燕、曹鸿涛研究员基于InSnZnO(ITZO)半导体材料，围绕靶材-薄膜-工艺-器件研究链条开展科研攻关，阐明了靶材质量、源漏电极工艺、稀土掺杂及金属诱导工艺等对ITZO-TFT性能的影响规律，为后续实现高迁、高稳的TFT器件打下了坚实基础。系列工作发表在IEEE EDL. 42, 529-532(2021)、Appl. Phys. Lett. 119, 212102 (2021)、IEEE TED. 69, 152-155 (2022)、ACS Appl. Electron. Mater. 2023, 10.1021/acsaelm.2c01673。近期，该团队携手中山大学的刘川教授和相关企业提出了高电子迁移率输运层和光电子弛豫层的叠层设计，将迁移率和稳定性的关联/矛盾关系进行了解耦，器件迁移率和稳定性(特别是光照和偏压稳定性)分别与输运层和弛豫层各自的物性及厚度相关联，由此实现了高迁移率(40 cm2V-1s-1，归一化饱和输出电流225 μA)和高稳定性(NBIS/PBTS △Vth = -1.64/0.76 V)，器件性能水平极具竞争力，解决了目前氧化物TFTs普遍存在的输运和稳定性难以兼顾的难题。根据氧化物半导体输运的渗流理论以及经典的载流子扩散机制对实验结果进行了模拟，理论预测跟实验结果相吻合，验证了本设计的有效性和可行性。此外，器件的输运层和弛豫层厚度均超过20 nm，容易实现大面积均匀性，具有很好的工业导入前景。研究结果发表在Adv. Sci. 2023, 2300373. 10.1002/advs.202300373。上述工作得到了国家重点研发计划(2021YFB3600701)、国家自然科学基金(62274167)、中科院重点部署(ZDRW-XX-2022-2)等项目的支持。TFT应用中的木桶效应以及电子输运/光电子弛豫叠层设计解决策略与成效

多层石墨烯及其堆垛顺序具有特的物理特性及全新的工程应用，可以将材料从金属调控为半导体甚至具有超导特性。石墨烯薄膜的性质相对于层数及其晶体堆垛顺序有很大变化。例如，单层石墨烯表现出高的载流子迁移率，对于超高速晶体管尤为重要。相比之下，AB堆垛的双层或菱面体堆垛的多层石墨烯在横向电场中显示出可调的带隙，从而产生了高效的电子和光子学器件。此外，有趣的量子霍尔效应现象也主要取决于其层数和堆垛顺序。因此，对于大面积制备而言，能够控制石墨烯的层数以及晶体堆垛顺序是非常重要的。 近日，韩国基础科学研究所（IBS）Young Hee Lee教授和釜山国立大学Se-Young Jeong教授在期刊《Nature Nanotechnology》以“Layer-controlled single-crystalline graphene film with stacking order via Cu-Si alloy formation” 为题报道了采用化学气相沉积的方法来实现大面积层数及堆垛方式可控的石墨烯薄膜的突破性工作。为石墨烯和其他2D材料层数的可控生长迈出了非常重要的一步。 文章提出了一种基于扩散至升华（DTS）的生长理论，实现层数可控生长的关键是在铜箔基底上先可控生长SiC合金，具体来讲（如图1所示），先在CVD石英腔室内原位形成Cu-Si合金，之后将CH4气体引入反应室并催化成C自由基，形成SiC，随后温度升高至1075℃以分解Si-C键，由于蒸气压使Si原子升华。因此，C原子被留下来形成多层石墨烯晶种，在升华过程中，这些晶种横向扩展到岛中（步骤III），并扩展致边缘。在给定的Si含量下注入不同浓度稀释的CH4气体，可以控制Si-Cu合金中石墨烯的层数。图1e显示了在步骤II中引入不同稀释浓度CH4气体时C含量的SIMS曲线，在较高CH4气体浓度下，C原子更深地扩散到Cu-Si薄膜中，形成较厚的SiC层，然后生长较厚的石墨烯薄膜。由此实现可控的调节超低限CH4浓度引入C原子以形成SiC层，在Si升华后以晶圆尺寸生长1-4层石墨烯晶体。 　　图1. 不同生长过程中的光学显微镜结果，生长示意图及XPS能谱和不同生长步骤中Si和C含量的二次离子质谱SIMS曲线 随后，为了可视化堆垛顺序并揭示晶体取向的特电子结构，进行了nano-ARPES光谱表征，系统研究了单层，双层，三层和四层石墨烯的能带结构（图2a-d），随着石墨烯层数增加，上移的费米能逐渐下移。另外，分别根据G和2D峰之间的IG/I2D强度比和拉曼光谱二维模式的线形来确定石墨烯薄膜的层数和堆垛顺序。IG/I2D随着层数增加而增加（从0.25到1.5），并且2D峰发生红移（从2676 cm-1到2699 cm-1）。后，双层、三层和四层石墨烯的堆垛顺序通过双栅器件的电学测量得到了确认（图2i-k）。在双层石墨烯（图2i）中，沟道电阻（在电荷中性点处）在高位移场下达到大值，从而允许使用垂直偶电场实现带隙可调性。在三层器件上进行了类似的测量（图2j），与AB堆垛的双层相反，由于导带和价带之间的重叠，沟道电阻随着位移增加而减小，这可以通过改变电场来控制，从而确认了无带隙的ABA-三层石墨烯。在四层器件中也观察到了类似的带隙调制（图2k），确认了ABCA堆垛顺序。 图2. 不同层数的石墨烯样品的nano-ARPES,拉曼及电学输运表征 本文通过在Cu衬底表面上使用SiC合金实现了可控的多层石墨烯，其厚度达到了四层，并具有确定的晶体堆垛顺序。略显遗憾的是本文并没有对制备的不同层数的石墨烯样品进行电导率，载流子浓度及载流子迁移率的标准测试。值得指出的是，近期，西班牙Das-Nano公司基于THz-TDS技术研发推出了一款可以实现大面积（8英寸wafer）石墨烯和其他二维材料100%全区域无损非接触快速电学测量系统-ONYX。ONYX采用一体化的反射式太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）弥补了传统接触测量方法（如四探针法- Four-probe Method，范德堡法-Van Der Pauw和电阻层析成像法-Electrical Resistance Tomography）及显微方法（原子力显微镜-AFM, 共聚焦拉曼-Raman，扫描电子显微镜-SEM以及透射电子显微镜-TEM）之间的不足和空白。ONYX可以快速测量从0.5 mm2到~m2的石墨烯及其他二维材料的电学特性，为科研和工业化提供了一种颠覆性的检测手段。ONYX主要功能：→ 直流电导率（σDC）→ 载流子迁移率, μdrift→ 直流电阻率, RDC→ 载流子浓度, Ns→ 载流子散射时间，τsc→ 表面均匀性ONYX应用方向：石墨烯光伏薄膜材料半导体薄膜电子器件PEDOT钨纳米线GaN颗粒Ag 纳米线

AdvancedScience(IF:20.7)吕宥蓉&阙居振_缓解准二维钙钛矿光电二极体效率衰减的新策略随着全球能源转型的迫切性不断增强，太阳能已成为一种重要的替代能源。在众多可用技术中，特别是钙钛矿光电二极体（PeLEDs）这类太阳能光伏技术已在科学界广受关注。值得注意的是，准二维钙钛矿材料作为PeLEDs的一个子类别，由于量子限制效应和不同n相之间的有效能量传递，展现出良好的光学特性。然而，这些有前途的材料常常受到导电性差、载流子注入不佳以及在高电流密度下效率衰减严重等问题的困扰，限制了它们在太阳能转换中的应用潜力。来自中研院副研究员吕宥蓉与中国台湾大学化工系副教授阙居振等研究学者所共组团队最近发表了一篇研究，该研究旨在改善准二维钙钛矿光电二极体（PeLEDs）的性能。此团队致力于提高亮度、减少陷阱密度以及减缓高电流密度下的效率衰减问题。研究团队提出了一种创新方法，以增强这些准二维PeLEDs的性能，主要集中在提高亮度、减少陷阱密度和降低效率衰减等方面。PeLEDs的概念理解及其限制这项技术的核心在于钙钛矿材料的特性。这些材料通常是混合有机无机铅或锡卤化物，对于光伏应用具有良好的光吸收、载流子迁移率和发射特性等诱人特性，然而当这些材料在PeLEDs的准二维配置中应用时，它们的性能却受到一系列限制因素的限制。然而准二维钙钛矿材料，尽管具有良好的稳定性、可调节能隙和较高的光致发光量子产率，但导电性降低且载流子注入减少，这些问题导致在增加的电流密度下出现显著的效率衰减，降低了亮度和整体器件性能。解决准二维PeLEDs效率衰减问题本研究探索了一种新方法，通过在钙钛矿和电子传输层之间的界面添加一层薄的导电胆碱氧化物来缓解这些缺点。这种创新方法出人意料地并未增强钙钛矿膜中不同准二维相之间的能量传输。相反，它显著改善了钙钛矿界面的电子特性，引入这一额外的层次解决了两个关键难关。首先，它对钙钛矿膜中的表面缺陷进行了去活化处理。其次，它促进了电子注入并限制了界面上的空穴泄漏。结果，经过优化的纯Cs基准二维器件展现出超过70,000cdm&minus 2的亮度、10%以上的最大外部量子效率（EQE）以及在高偏压下显著降低的效率衰减，这些数据与对照组器件相比呈现出明显的改善，显示了所提出技术的有效性。实验方法与材料研究中探索了在准二维钙钛矿中引入导电胆碱氧化物PPT和PPF以减少光电器件效率衰减的潜在优势，重点放在在沉积电子传输层（ETL）之前，在钙钛矿膜上添加PPT或PPF额外层次的应用上，这个过程被认为可以增强载流子注入并去活化表面缺陷，从而抑制非辐射复合。对修改过的钙钛矿膜进行初步研究时，未观察到结晶度或相分布的明显变化。X射线衍射（XRD）和紫外可见吸收光谱（UV-Vis）证实了修改对相分布和膜质量没有影响，此外，PPT和PPF的应用并未显著改变膜的形态，这一点得到了扫描电子显微镜（SEM）的确认。为了了解这些修改对载流子动力学的影响，使用稳态光致发光（PL）光谱和时间分辨光致发光（TRPL）测量。在修改后的两个膜中观察到明显的PL熄灭，表明钙钛矿层和PPT/PPF层之间发生了载流子传输。此外，修改后的两个膜中的平均载流子寿命增加，表明有效去活化。作为对这些修改与钙钛矿相互作用的补充，使用核磁共振（NMR）、静电势（ESP）图和X射线光电子能谱（XPS）检测了PPT/PPF和钙钛矿之间的相互作用。这些测试的数据确认了后处理过程中PPT/PPF层成功旋涂到钙钛矿膜上。结果表明，磷酸胆碱氧化物中的P=O基团成功地与表面缺陷和空位协同作用，形成优势的去活化效应。在令人期盼的发现之后，基于修改过的钙钛矿膜制作了PeLEDs并与对照器件进行了比较。PPT和PPF的修改都显著提高了性能，防止了从钙钛矿层向ETL的空穴泄漏，并促进了电子传输。修改后的器件亮度是对照器件的两倍以上，并在高电压下显著降低效率衰减。这些结果突显了在纯Cs基准二维钙钛矿PeLEDs中使用PPT和PPF磷酸胆碱氧化物的潜力。总之，引入导电胆碱氧化物以去活化准二维钙钛矿材料在提高光电器件性能方面提供了令人寄予厚望的策略，未来进一步的研究将有助于优化这些材料在未来器件结构中的应用。在这项研究中，研究团队使用了EnlitechLQ100X-PL光致发光和发光量子产率测试系统，光焱科技这一款PLQY量测设备具有紧凑设计和NIST可追踪性的优势，其设备仅有502.4毫米（长）x322.5毫米（宽）x352毫米（高）的尺寸，提供了一个节省空间的解决方案，与手套箱集成再也不是难题，这种手套箱集成能力对一就实验尤其重要，可以在避免水解或氧化的情况下进行精确测量，避免测试物品的效率因水氧而降低应有的效率。LQ-100X-PL的先进仪器控制软件使其能够进行原位时间光致发光光谱分析并同时生成2D和3D图形。这种能力加速了材料表征过程，快速获得对样品的洞察。此外，LQ-100X-PL的光学设计将光谱波长范围从1000纳米扩展到1700纳米，并且与多种样品类型兼容，包括粉末、溶液和薄膜。这些特点凸显了该系统的多功能性，并在成功完成本研究中发挥了关键作用。本研究总结性地证明了策略性界面工程能够显著提高准二维PeLEDs的性能。通过在钙钛矿/电子传输层界面处引入薄的导电胆碱氧化物层，能够减少表面缺陷并促进载流子动力学的改善。这种增强的电子注入和改善的空穴阻挡效应使得器件亮度提高并在高电流密度下减少效率衰减。这项研究揭示了界面特性在PeLEDs性能中的关键作用，为未来在该领域的研究和开发开辟了新的途径。a)PPT和PPF的化学结构，后处理过程的示意图以及界面工程的插图。b)原始、PPT处理和PPF处理的钙钛矿薄膜的PL发射光谱，c)PLQYs，d)TRPL曲线，其中PLQYs是通过368nm激光测量的。31PNMR谱图，包括a)PPT和b)PPF及其与不同钙钛矿前体成分的混合物。c)PPT分子的ESP图。d)Pb4f信号的XPS谱图，涵盖原始的、PPT修饰的和PPF修饰的钙钛矿薄膜。e)表示PPT在钙钛矿表面的钝化功能的示意图。a)制造的PeLEDs的结构和b)能级图。c)J&minus V&minus L特性，d)归一化EQE电压曲线，e)归一化EQE电流密度曲线和f)制造的器件的EQE亮度曲线。使用可见区域的瞬态吸收（TA）颜色图，分别展现a）原始的、b）PPT修改的和c）PPF修改的钙钛矿薄膜。原始的、PPT修改的和PPF修改的钙钛矿薄膜的超快时间分辨TA谱分别为d）、e）和f）。在505nm的探测波长下，展示了g）原始的、h）PPT修改的和i）PPF修改的钙钛矿薄膜的功率依赖载流子动力学。a)对控制、PPT修饰和PPF修饰器件进行的EIS分析和b)电容-电压曲线。c)原始、PPT修饰、PPF修饰钙钛矿薄膜和TPBi的能级。d)修饰器件中更好的载流子动力学的示意图。