单光子发射

p 　　记者从中国科学技术大学获悉，该校单分子科学团队的董振超研究小组，通过发展与扫描隧道显微镜(STM)相结合的单光子检测技术和分子光电特性调控手段，首次清晰地展示了空间位置和形貌确定的单个分子在电激励下的单光子发射行为及其单光子源阵列。国际学术期刊《自然· 通讯》9月18日发表了这项成果。 /p p 　　单光子源的研究一直是量子信息领域的核心内容之一，清晰可控的高密度单光子源阵列更是构建量子芯片器件和量子网络的关键。在众多的单量子发光体，包括半导体量子点、原子、分子、色心等，单分子体系由于其发光频率易于调控、谱线较窄、且发光行为具有高度的均一性而受到广泛的关注。此外，电泵单光子源还在纳米光电集成和相关量子器件方面具有潜在的应用前景。 /p p 　　但是，在迄今为止的单分子体系的电泵单光子源研究中，由于受到实验技术和荧光淬灭效应的制约，一直难以实现从空间位置和形貌确定的单个分子产生强而稳定的单分子电致发光信号，因此，基于单个孤立分子的电泵单光子发射行为一直未能得到清晰明确的展示。 /p p 　　中国科学技术大学单分子科学团队通过巧妙调控隧道结纳腔等离激元的宽频、局域与增强特性，拓展了测量极限，为在单分子水平上观测和调控分子的光电行为提供了有力手段。他们通过研究发现，所有分子均表现出近乎全同的单光子发射特性，实现了高密度单光子源阵列的构造和展示。 /p p 　　这些研究结果不仅为在纳米尺度研究金属附近分子的光物理现象提供了新的手段，也为研发面向光电集成量子技术的电泵单分子单光子源提供了新的思路。《自然· 通讯》杂志的审稿人评价说，“这个结果无疑开创了该领域的最新水平，为纳米光子源的研究和发展提供了新的机会”。 /p

p 　　在常规光学显微系统当中，由于光学元件的衍射效应，平行入射的照明光经过显微物镜聚焦之后在样品上所成的光斑并不是一个理想的点，而是一个具有一定尺寸的衍射斑。在衍射斑范围内的样品均会发出荧光，导致这些样品的细节信息没有办法被分辨，从而限制了显微系统的分辨能力。随着扫描电镜、扫描隧道显微镜及原子力显微镜等技术的出现，实现纳米量级分辨率的观测已经成为可能，但是以上这些技术仍然存在对样品破坏性较大，只能观测样品表面等缺点，并不适合对于生物样品，特别是活体样品的观测。因此，研究人员们急需找到一种光学的超衍射极限显微方法。二十世纪九十年代以来，研究人员们陆续提出了多种超分辨显微技术来实现超越衍射极限的高分辨率。在这些方法之中，以德国科学家S.W.Hell在1994年提出的受激发射损耗显微术(Stimulated Emission Depletion Microscopy，STED)的发展最为成熟，应用也最为广泛。 /p p 　　受激发射损耗显微术(STED)是通过受激发射效应实现减小有效荧光发光的面积。一般STED显微系统中包含两束照明光，一束为激发光，一束为损耗光。当激发光的照射使得衍射斑范围内的荧光分子被激发，其中的电子跃迁到激发态后，损耗光使部分处于激发光斑外围的电子以受激发射的方式回到基态，而位于激发光斑中心的被激发电子则不受影响，继续以自发荧光的方式回到基态。由于在受激发射过程中所发出的荧光和自发荧光的波长及传播方向均不同，因此探测器观测到的光子均是由激发光斑中心的部分荧光样品通过自发荧光方式产生的。通过这种方式可以减小有效荧光的发光面积，提高系统的分辨率。 /p p 　　目前，受激发射损耗显微术的关键主要集中在损耗光斑的调制，激发光与损耗光激光类型和波长的选择等方面。 /p p 　　根据国家科技部消息，近日，在国家重点研发计划“数字诊疗装备研发”专项的支持下，由苏州国科医疗科技发展有限公司、吉林亚泰生物药业股份有限公司、中国科学院物理研究所等多家单位共同承担的数字诊疗重点研发专项项目--双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜获得重要进展：成功研制出国内外首台双光子-STED复合显微镜样机。项目组完成了显微镜系统中核心部件的自主研制，成功研制出了具有自主知识产权的大面阵CMOS相机和长工作距离大数值孔径物镜等核心部件，打破了国外相关产品对我国的垄断。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/003b5e67-5cf9-4afd-8932-d8a32c788f59.jpg" title=" 首台复合显微镜.png" alt=" 首台复合显微镜.png" / /p p style=" text-align: center " strong 国内外首台双光子-STED复合显微镜样机 /strong /p p 　　在当今生物学及基础医学的研究中，超分辨显微光学成像是取得原创性研究成果的重要手段。国外双光子-STED成像技术研究开展的相对较早，德国、加拿大、法国、意大利等多个国家的科研机构都已经成功搭建了双光子-STED成像实验系统 而我国相关研究起步较晚，目前双光子STED成像技术仍停留在实验室研究阶段，国际上尚未出现相应的产品。因此，双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜的成功研制对于满足我国生物医学等前沿基础研究的定制化需求、提升创新能力以及推动我国显微镜行业升级等具有重要意义。 /p

2017年10月20日，科技部重点研发计划-数字诊疗专项"双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜"项目(2017YFC0110200)实施交流研讨会在南京举行，鑫图总经理陈兵在会上作了关于"下一代sCMOS相机"的技术汇报。 该项目以研发及产业化双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜为主要目标，力图在"适用于双光子成像的自适应光学技术"、"基于中空贝塞尔淬灭光场调控的STED 成像技术" 等关键技术上有所突破。在长工作距离显微物镜、飞秒激光器和CMOS 相机等核心部件能自主研发，实现高端光学显微镜的技术创新与装备国产化。项目研发团队是由多名在光学显微成像领域有着丰富研究与产业化经验的资深人员组成，在双光子显微成像、STED超分辨成像及仪器化开发方面都有着深厚的基础。在双光子显微成像方面，项目负责人郑炜博士从2006 年起就开始双光子显微成像的相关研究，自主研发了世界首台双光子\谐波\光声三模态显微镜。在STED成像方面，项目核心成员席鹏教授是国内公认的STED技术领航人，是他首次在国内实现了STED超分辨显微成像，并将STED分辨极限推进到19nm的理论极限，刷新了STED在生物成像上的记录。在产业化方面，申报企业南京东利来公司是中国光学与光子学标准技术委员会的委员单位，是中国显微物镜、目镜标准的第一起草单位。福州鑫图光电有限公司依托其在科学相机产业化方面的优势有幸参与其中，承担该项目核心部件sCMOS相机的研制，助力核心部件国产化目标。

本文转载自 知光谷成果简介二维材料凭借独特的物理和化学特性，有助于制备原子级超薄的光电子器件，近年来在全球引起广泛的研究兴趣。在光学性能调控及传感检测方面，二维材料也具有很大的研究及应用潜力。然而二维材料的多彩发光和可控制备依然是研究难题。为此，中国计量大学白功勋，徐时清教授团队与香港理工大学郝建华教授团队开展合作，在二维光电子材料与器件研究领域取得新进展。在ACS Nano期刊上发表了题为“Ultrabroadband Tuning and Fine Structure of Emission Spectra inLanthanide Er-Doped ZnSe Nanosheets for Display and Temperature Sensing” （镧系铒掺杂硒化锌纳米片的超宽带光子发射调控与精细光谱结构解析，及其显示与温度传感应用）的研究论文，第一作者为中国计量大学研究生刘源。图文导读团队通过选择宽禁带半导体ZnSe，通过固相烧结加液相剥离法，制备出多彩发光的掺稀土二维纳米片，实现了超大光谱范围的光子发射调控，解析了光谱精细电子能级结构。所制备的掺Er硒化铟纳米片物理和化学性质稳定，具有明显的丁达尔效应，且发光性能优良。图1 ZnSe:Er块材与纳米片在激光照射下的光学照片以及扫描电子显微镜图片图2 ZnSe:Er纳米片在980 nm激光照射下的4K精细发射光谱与对应的电子能级在近红外光的激发下，所制备的二维纳米片同时实现了上转换与下转换发光，发光范围覆盖紫外-可见-近红外三个区域。通过研究超低温（4K）精细发光光谱，观测到了在二维尺度下的铒离子丰富的次能级跃迁发射。团队深度解析了镧系铒离子在二维硒化锌基质中的电子能级精细结构。图3 ZnSe:Er纳米片在近红外980 nm激光激发下和紫外365 nm激光笔照射下的多彩发光将发光性能优异的纳米片与机械性能优异的光学硅胶PDMS结合，制备出柔性可拉伸的复合材料薄膜器件，可以抵抗液氮温度的处理。随着温度的变化，所制备的器件呈现出从绿色到红色的颜色变化，具有丰富的显示特性。另外，通过构建铒离子的两个次能级跃迁强度比与温度变化的关系，所制备器件展现出了优异的温度传感特性。本工作系统且深入地研究了二维材料的超宽光谱范围的光子发射调控及精细电子能级结构，对于基础物理光学研究及传感检测应用具有重要的价值与意义。相关工作得到了国家自然科学基金青年项目，浙江两化融合联合基金重点支持项目和浙江省自然科学基金重大项目的资助。文献信息Ultrabroadband Tuning and Fine Structure ofEmission Spectra in Lanthanide Er-Doped ZnSe Nanosheets for Display and Temperature Sensing文章署名作者：Yuan Liu, Gongxun Bai, Yongxin Lyu, Youjie Hua, Renguang Ye, Junjie Zhang, Liang Chen, Shiqing Xu, and Jianhua Hao文章链接：https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07547扫码查看文献

据丹麦技术大学官网信息，量子计算和保密通信都是基于单光子发射体，有关量子发射体的研究是量子技术至关重要的基石，将对通信技术产生革命性的影响。二维材料六边形氮化硼一直是最有吸引力的候选材料，但是科学界对六边形氮化硼中如何形成量子发射体的机理知之甚少。丹麦技术大学研究人员采用原子轰击与原子计算相结合的新方法，轰击二维材料六边形氮化硼中的单个氧原子，产生了量子发射体。在这一新的实验过程中，研究人员可以精确地调整击中目标的速度和氧原子数，并可以控制局部发光中心（localized luminescent centres） 的缺陷数量。此外，调节氧原子的速度和数量可以帮助了解这些发光中心的形成机理，并提供它们最可能的微观起源。这一理论和实验相结合的新方法，展示了量子发射体如何形成的机制，为深入认识量子发射体最可能的微观起源提供了极大的帮助。丹麦技术大学这一最新研究成果已经发表在科学进展杂志（Science Advances）上。下一步，研究人员将致力于在六边形氮化硼中定点生成量子发射体。实现了“位点选择（site-selectivity）”，就能够有效地将量子发射体集成到光学电路中（optical circuits）。

p style=" text-align: center " 　　 img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/6c705e03-4866-4043-bc00-2acbbbf48ec4.jpg" title=" 2190009d92c102ae316.jpg" / /p p style=" text-align: center " 潘建伟(右)、陆朝阳 /p p br/ /p p 　　在一场长达15年的国际竞赛中，最近，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳研究小组拔得头筹，率先实现了同时兼备“三项全能”最优指标的单光子源，为实现大规模的光子纠缠和可实用量子信息技术开辟了一条新路。 /p p 　　这项工作1月14日在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表。随后，美国物理学会的《物理》(Physics)网站以“全能的单光子源”为题刊发了推介文章，《自然》(Nature)杂志以“可实用化的单光子源”在其研究亮点栏目做了报道，英国物理学会《物理世界》(Physics World)和美国光学学会旗下的《光学与光子学新闻》(Optics & amp Photonics News)也做了长篇报道。 /p p 　　这个引发国际广泛关注的“单光子源”到底是什么?它有哪些性能、又有何应用?《知识分子》试图一探究竟。 /p p br/ /p p 　　对单光子的制备、操纵和测量是量子信息技术(如量子网络、量子计算)最基础的部分。如果把大规模可实用化的光学量子信息处理器看成一幢大房子，那么单光子就是一步一步垒成这个房子的砖头。房子要造得高，砖头的质量很关键。 /p p 　　优良、纯净、实用的单光子源是可扩展量子信息和量子计算绕不开的一个关卡。如今，它从理想变为现实，就像早些时候潘建伟、陆朝阳团队“多自由度量子体系的隐形传态”的实现一样，不仅突破了以往技术的局限，也让人们看到了量子信息技术大规模实用化的曙光。 /p p 　　对于未来可以真正用于可扩展、实用化的量子信息技术来说，所需的单光子发射器的优劣主要包括三个核心性能指标的考量：单光子性(Single-photon Purity)、全同性(Photon Indistinguishability)和提取效率(Extraction Efficiency)。光量子信息主要是利用量子干涉效应和量子纠缠等为基础进行信息编码、传输和处理的技术。而以上三项指标，与此息息相关。 /p p 　　什么是“单光子性”呢?大家记不记得上小学的时候，下课铃声一响，咱们都找三两个小伙伴一起出去玩儿。通常，自然界产生的光子也喜欢这样“抱团儿”。可是一抱团儿科学家操纵起来就很难了。他们希望得到的光子像通过旋转式栅门一样，一个一个独自走出来，便于进行操作。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/a637ed97-13c9-4b61-b8e0-1d009bb08fae.jpg" title=" 2cc0000242288e3da45.jpg" width=" 600" height=" 170" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 170px " / /p p br/ /p p 　　上、中、下三束光子，区别在于，越往下，光子越喜欢“抱团儿”。量子信息需要的正是最上面的那种。 /p p 　　此外，光量子计算不可避免地需要控制逻辑门操作，光子与光子之间必须进行某种“对话”。可是静质量为零、以光速飞行、神龙见首不见尾的单光子都气质高冷，绝大多数情况下都独来独往，不和其他光子来往。但是，在真正觅得知音的特殊情况下，光子还是能够和聊得来的同伴进行“对话”。对光子来说，“聊得来”是什么意思呢? /p p 　　1987年，美国罗切斯特大学的三位研究人员Chung-Ki Hong、Z.Y. Ou(区泽宇)和Leonard Mandel发现了一种双光子量子干涉效应，实现了两个单光子的“对话”【1】。这个过程的发生有一个至关重要的条件，就是两个光子一定要“全同” 也就是说，从量子力学原理上，两个光子一模一样，根本不可能分得清谁是谁。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/f0a83479-4236-480b-89c3-ec4762c23af7.jpg" title=" 2190009d92b6d091060.jpg" width=" 600" height=" 169" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 169px " / /p p br/ /p p 　　Hong-Ou-Mandel干涉效应原理图。当两个一模一样的光子分别从上、下方向射向一个半透半反的分束器，结果存在1、2、3、4四种可能。其中，2、3这两种情况在原理上都无法区别，而且相位相消，因而剩下1、4两种可能：要么都从上方走，要么都从下方走。其实，Hong-Ou-Mandel干涉效应也进一步说明了光子不抱团儿的重要性——只有两个单光子输入分束器，该效应才存在。 /p p 　　至于提取效率呢?提取效率衡量的是从谐振腔跑出来到达第一级透镜的光子数占产生光子数的比例。可想而知，当然是越大越好，因为对于N个光子的体系来说，总的效率是单个量子点提取效率的N次方，如果提取效率不够大，总效率会非常小，大规模的应用也只能是空中楼阁啦。 /p p 　　三个指标同时达到优良，实现起来到底有多难呢? /p p 　　在过去的将近二十年里，优良的单光子源是国际上许多小组努力的目标。2000-2001年，加州大学、剑桥大学和斯坦福大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源【2-4】。量子点(Quantum Dot)是由分子束外延方法人工生长的纳米尺寸原子团簇。由于材料性质，电子在各方向上的运动都受到囚禁，所以量子限域效应显著，形成分立的能级。电子受到激发，在分立能级之间跃迁，就能发射我们需要的单光子。 /p p 　　之前非共振激发有着致命的缺陷。首先，它使得产生的光子频谱加宽 其次，产生光的波长之所以会偏离激发光的波长，是因为激发到高能级的电子会先跃迁至附近的某个能级(即弛豫过程)，再跃迁至低能级发射光子，而弛豫过程的时间人们无法控制，所以发射时间会有“抖动”，以至于到两个原本需要“对话”的光子可能无法同时达到，压根儿打不着照面儿。 /p p 　　采取共振激发方法(量子点产生的光子波长等于激发光波长)能克服这两个问题。但是，其技术代价是，如何滤除比单光子信号强一百万倍以上的激光背景。2009年，赵勇、陆朝阳等所在的英国剑桥大学卡文迪许实验室Atatü re小组利用激发光和产生光的偏振性质不同来消除激光背景，观测到了量子点荧光【5】。 /p p 　　但是，Atatü re团队实现的单光子源采取的是连续激发，产生的光子效率低而且时间是随机的，这无法在量子信息方面得到应用。因为若要光子发射器为我所用，人们需要一个控制光子的“开关”——我这厢一按“激发”，那厢光子就往外跑 我一按“停止”，发射器就不再发射光子。 /p p 　　这样的“开关”在2013年由潘建伟、陆朝阳小组实现，他们首创量子点脉冲共振激发方法，实现了当时国际上品质最好的量子点单光子源，单光子性和全同性分别达到99.7%和97%【6】。但美中不足的是，提取效率只有6%，主要就是由于量子点材料折射率、平面腔结构设计等各方面技术限制。也就是说，前面提到的三个指标还是无法同时达到优良。 /p p 　　进一步的发展需要更好的半导体工艺。在该团队最新的工作中，通过高精度分子束外延生长与纳米刻蚀工艺结合，获得了低温下与量子点单光子频率共振的高品质因子光学谐振腔。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/cd22bc7b-83e9-4a47-9787-524d4b518837.jpg" title=" 2530007b5cce561408e.jpg" / /p p br/ /p p 　　一根根“柱子”就是光学谐振微腔，由一层层的“镜面”构成。腔中的红点就是量子点，量子点受激产生光子。完美的谐振腔设计保证光子达到我们需要的指标。 /p p 　　如果我们把腔中的红点放大了看，就能看到量子点的真容，像下图这样。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201602/insimg/37928bf4-28c3-4d05-8627-681452aa9152.jpg" title=" 2530007b5ced818c032.jpg" / /p p br/ /p p 　　紫红色的部分就是利用高精度分子束外延生长技术制备的量子点。科研人员在纳米尺度上控制砷化镓和砷化铟，让它们长成图中的样子，就是为了巧妙设计量子点的尺度和形状，形成势能壁垒，将电子和空穴束缚其中，砷化镓和砷化铟原本都有各自的能带结构，在这样的势肼中，连续的能带变成了分立的能级，这就是受激辐射产生光子所需的二能级结构——电子吸收能量从基态跃迁至激发态，再通过受激辐射回到激发态，同时放出一个特定状态的光子。 /p p 　　经过精心设计和多次尝试，最终的综合指标令人满意，单光子性、全同性和提取效率分别达到了99.1%、98.5%和66%【7】。这是国际上首次能够把这三项指标在同一个量子点上结合在一起，达到“三项全能”。 /p p 　　这项工作距离大规模光子纠缠还有多远?这是很多人关心的问题。 /p p 　　虽然提取效率达到了66%(理想的水平实际应该可以达到85-99%)，但最终被探测器探测到的光子只有20~30%，也就是说，探测效率还需要进一步提高。实现更高的提取和探测效率，将是量子信息技术下一阶段中进行协同创新、系统集成要抢占的高地，也是将量子技术推向实用化的必经之路。 /p p 　　潘建伟团队估计，能操纵20-30个光子，量子模拟机就可以在波色取样问题上实现与现有最好的商用经典计算机一样的处理能力 由于并行处理能力，若能控制50个左右的光子，就可以在特定问题上跟目前最好的超级计算机——天河二号一较高下。那也许就是量子计算和经典计算“华山论剑”的激动时刻了。 /p p 　　(特别致谢：中科大上海研究院张文卓副研究员对本文亦有贡献。) /p p 　　参考文献： /p p 　　【1】C. K. Hong, Z. Y. Ou, and L. Mandel，Measurement of Subpicosecond Time Intervals Between Two Photons by Interference，Phys. Rev. Lett. 59, 2044(1987) /p p 　　【2】P. Michler, A. Kiraz, C. Becher, W. V. Schoenfeld, P. M. Petroff, Lidong Zhang, E. Hu, A. Imamoglu, A Quantum Dot Single-Photon Turnstile Device, Science 290, 2282 (2000) /p p 　　【3】C. Santori, M. Pelton, G. Solomon, Y. Dale, Y. Yamamoto, Triggered Single Photons from a Quantum Dot, Phys. Rev. Lett. 86, 1502 (2001) /p p 　　【4】Z. Yuan, B.E. Kardynal, R.M. Stevenson, A.J. Shields, C.J. Lobo, K. Cooper, N.S. Beattie, D.A. Ritchie, M. Pepper Electrically Driven Single-Photon Source, Science 295, 102 (2002) /p p 　　【5】A. N. Vamivakas, Y. Zhao, C.-Y. Lu, M. Atatü re, Spin-resolved quantum-dot resonance fluorescence, Nature Physics 5, 198-202 (2009) /p p 　　【6】Y.-M. He, Y. He, Y.-J. Wei, D. Wu, M. Atature, C. Schneider, S. Hofling, M. Kamp, C.-Y. Lu, J.-W. Pan, On-demand semiconductor single-photon source with near-unity indistinguishability, Nature Nanotechnology 8, 213-217 (2013). /p p 　　【7】X. Ding, Y. He, Z.-C. Duan, N. Gregersen, M.-C. Chen, S. Unsleber, S. Maier, C. Schneider, M. Kamp, S. Hö fling, C.-Y. Lu, J.-W. Pan，On-Demand Single Photons with High Extraction Efficiency and Near-Unity Indistinguishability from a Resonantly Driven Quantum Dot in a Micropillar, Phys. Rev. Lett. 116, 020401 (2016) /p p br/ /p

2月4日，英国《自然》子刊《自然—纳米技术》以长文形式，发表了中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等人关于量子点脉冲共振荧光确定性高品质单光子源的研究工作。这是我国量子点光学量子调控领域发表在《自然》系列期刊上的第一篇论文。 　　量子点是一种通过分子束外延方法制备的纳米晶体，又被称为“人造原子”，可以为量子保密通信和光学量子计算提供理想的单光子源。此前，美国加州大学、斯坦福大学和英国剑桥大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源。然而，由于单光子发射时间抖动、激子退相干等，不可避免地引起光子品质下降，光子全同性只能达到70%左右，无法进一步应用于可扩展量子信息处理。 　　要发展能够真正实用化的光量子信息技术，关键技术之一是实现确定性的高品质单光子源。为此，微尺度物质科学国家实验室的潘建伟、陆朝阳等在国际上首次发展了一套新颖的量子点脉冲共振光学激发、多重滤波技术，显著消除了消相干效应，解决了单光子源的确定性和高品质这两个基本问题。 　　实验产生的单光子源信噪比超过300：1，二阶关联函数小于1.5%，光子全同性优于97%，这些技术指标使得中国在这一领域的研究跻身世界前列，为可扩展光学量子计算和基于自旋的固态量子网络的实现奠定了基础。审稿人称赞这是一个“令人惊喜的高质量实验”。

日前，德国PicoQuant、意大利NIREOS和Micro Photon Devices公司联合开发了一种基于干涉仪记录时间分辨发射光谱（TRES）的全新紧凑型系统，而该系统搭建的模块分别由这三家公司提供。时间分辨发射光谱（TRES）新型系统是基于NIREOS研发的超稳型干涉仪GEMINI，它能直接将样品的荧光发射光谱和荧光寿命进行Mapping，具有高时间和高光谱分辨率（即TRES）等特点,也正是因为这些特点时间分辨发射光谱（TRES）新型系统将光谱的变化过程直接提升到了ps量级的分辨率。该系统功能非常强大，但光路却极其简单。在样品测试中，信号光通过NIREOS 的紧凑和超稳定的GEMINI干涉仪获得高分辨率的全光谱信息；然后由Micro Photon Devices的PDM系列探测器进行单光子检测；最后，经过PicoQuant的时间相关单光子计数器（TCSPC）PicoHarp 300获得高时间分辨率的荧光寿命信息，最终获得时间分辨发射光谱（TRES）。具体光路示意和探测及分析，请参见下图所示:图1：光路示意 图2：功能简介 图3：软件界面 如需了解更多该系统的完整实验光路和功能演示视频等相关资料，请联系我们！

X射线成像和光谱任务(XRISM)将于8月28日在日本种子岛航天中心由H-IIA火箭发射升空。该任务旨在观察来自深空的X射线，并以前所未有的精度识别它们的波长。这将使研究人员更深入地了解从星系团如何形成到黑洞如何产生高能粒子喷流的天体物理现象。　　XRISM是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)和美国国家航空航天局(NASA)的一项联合任务，欧洲空间局(ESA)也将有进一步的贡献，预计将运行3年左右。　　据悉，该火箭还将发射智能探月着陆器SLIM，其目的是展示在月球表面精确选择着陆点的能力。如果成功，这将是JAXA首次登陆月球。　　XRISM的独特之处在于它的X射线量热计，这是NASA在20世纪80年代开发的一项技术，可以通过百万分之一度的温度变化探测电磁辐射。单个X射线光子的能量与其波长有关，了解这一点将使天文学家能够区分化学元素的特征，帮助天体物理学家重建宇宙的历史。　　XRISM的量热计还能够获取天体的光谱，包括星系间气体和黑洞吸积盘。而现有的X射线天文台只能采集点状光源的光谱，比如单个恒星。对于运动中的X射线源，光谱会因多普勒效应而发生偏移，例如，这可以揭示一个星系团是否由两个较小的星系团合并而成。星系间的物质也经常被位于星系中心的超大质量黑洞产生的物质喷流搅动。绘制这些漩涡的地图可以帮助天体物理学家了解喷流的神秘起源，以及它们是如何影响星系演化的。　　XRISM将是日本第四次尝试在太空中部署X射线量热计。　　2016年2月，JAXA发射了ASTRO-H卫星，后来更名为“瞳”。仅仅5周后，当仪器仍在进行校准和测试时，一个软件错误导致航天器失去控制并解体。　　XRISM科学团队成员、美国芝加哥大学天体物理学家Irina Zhuravleva参与了“瞳”的研究。她说，2016年发表的研究结果“非常非常惊人”，而真实数据要比理论预测更详细。　　“我们的模型缺少一些线条，观测结果表明我们对简单原子跃迁的理解是多么地不完整。这也激发了我们在实验室环境中研究等离子体的新兴趣。”Zhuravleva说，“我们终于有望开启X射线天文学的一个全新时代。”

随着科技的突飞猛进，我们逐渐揭开了光子的神秘面纱。由于光子的微弱特性，直接观测和探测它是一项巨大的挑战。因此，研发出能够探测单个光子的探测器成为了科学家们追求的重要目标。市面上已经有多种单光子探测器，比如光电倍增管、光子计数探头、MPPC和SPAD等。它们各有千秋，但要说到单光子探测的顶尖高手，那非光电倍增管莫属。那么，这些单光子探测器是如何工作的呢？接下来，让我们一一揭开它们的神秘面纱！01 光电倍增管光电倍增管的工作原理如下图所示：当单个光子到达阴极面的时候，由于光电效应会产生光电子，产生的光电子在聚焦电场的作用下进入倍增级实现连续的倍增，从而实现电信号的连续放大，最后通过阳极输出，这个过程就实现了单光子信号的探测。图1 端窗型光电倍增管结构02 光子计数探头除了光电倍增管裸管，也有光电倍增管模块能做到单光子探测，也被称之为光子计数探头。光子计数探头是在能够做单光子探测的光电倍增管的基础上增加了如下的信号处理电路，可以将单光子的输出信号转换为TTL 信号输出，通过对TTL信号进行计数，就可以得到光子数量，方便实际测试。图2 光子信号处理电路03 多像素光子计数器（MPPC）除了上面的真空电子管类型的光子计数探测器之外，目前半导体器件也能够进行光子计数，常见的就是多像素光子计数器，滨松也称之为MPPC，硅光电倍增管。其中，MPPC是一种由多个工作在盖革模式的APD组成的光子计数型器件，其中APD（雪崩光电二极管）是一种具有高速度、高灵敏度的光电二极管，当加有一定的反向偏压后，它就能够对光电流进行雪崩放大。而当APD的反向偏压高于击穿电压时，内部电场就会变强，光电流则会获得105～106的增益，这种工作模式就叫APD的“盖革模式”。在盖革模式下，光生载流子通过倍增就会产生一个大的光脉冲，而通过对这个脉冲的检测，就可以检测到单光子，实现单光子探测！图3 MPPC输出示意图04 单光子雪崩光电二极管（SPAD）除了MPPC之外，半导体探测器中单光子雪崩光电二极管也能进行单光子探测，我们称之为SPAD。SPAD可以理解为它是由单个MPPC像素形成的探测器，它只有一个像素点，也就是只有一个能工作在盖革模式下的APD，所以它无法反映光强度的变化，只能是对光的有无做出反应。而MPPC由于是多个像素的阵列，我们可以根据输出信号的幅度来判断光信号的强度。但是SPAD也能做到单光子的探测。05 光电倍增管单光子探测优势通过以上介绍我们可以看到，目前单光子探测器主要分为真空电子管和半导体探测器两个类型，他们都能实现单光子的探测，那么光电倍增管的优势在哪呢？光敏面积光敏面积是单光子探测中比较关键的一点。相对来说，面积越大，能够探测到的光子数也就越多，同时前端的光路也会相对比较简单，不需要复杂的聚焦系统。由于光电倍增管是真空电子管，我们是可以通过控制阴极面积的大小来决定探测器的光敏区域。目前滨松最大的光电倍增管阴极面直径能做到20英寸，光子计数探头模块阴极面积最大的直径在25毫米，能够满足不同光斑大小的探测需求。但是对于MPPC来讲，由于面积大小与其性能有直接联系，比如，暗计数率同光敏面积成正比，面积的增加会导致暗计数率的增加。由于半导体的固有热噪声较大，暗计数会随着面积的增加进一步导致波形堆叠，难以对单光子信号进行分析。此外，面积越大，寄生电容越大，影响MPPC的响应速度。暗计数暗计数是指探测器在没有光子进入的时候，探测器本身的信号输出。其中光电倍增管是真空电子管器件，噪声的主要来源是阴极面的热电子发射，暗计数的值大概在百个级别，常见的光子计数探测器H10682-110，典型的暗计数在50 cps，最大值在100 cps。而MPPC和SPAD是半导体探测器，不仅光子可以产生载流子，热电子也会产生载流子，热电子生成的载流子也具有单光子水平的信号电平，并且暗计数的水平明显高于光电倍增管的暗计数，暗计数的值大概上千，常见的MPPC光子计数模块C13366-1350GD，典型的暗计数在2.5 kcps，最大值在7 kcps。弱光信噪比不管是真空电子管还是半导体探测器，他们都能实现单光子探测，但是由于噪声的存在，相同信号的输入，会导致不同的信噪比。相对来说，信噪比越大，说明其中的噪声比较小，能够有效地反映信号的情况。通过对比目前滨松常见的光子计数探头和半导体光子探测器型号在同样光强环境下的信噪比，可以看到，在弱光环境中，光电倍增管具有一个很好的信噪比。图4 不同类型探测器弱光信噪比对比（光子计数探头&MPPC&SPAD）通过以上对比我们可以看到，光电倍增管在单光子探测中，具有面积大、噪声小、信噪比高的特点，所以在弱光探测环境中，我们还是推荐使用光电倍增管！以上就是本期的讲解，如果还有其他问题，欢迎评论区留言或者直接联系相关工程师获取技术支持。相关阅读喏，你要的光电倍增管全解析在这里~想了解光电倍增管原理及应用，这一场报告就够了关于光电倍增管（PMT）模块的选型与使用光电倍增管：光照灵敏度&辐射灵敏度“差别”在哪？光电倍增管动态范围的定义不是？而是？光电倍增管（PMT）分压器设计原理

当我们抬头仰望星空，能看到繁星的点点光芒布满天穹。但在这些我们能看到的微光之外，宇宙实则是被更多的“黑暗”所填充。科学家认为，宇宙总质能的95%是由人类看不见、摸不着的暗物质和暗能量组成。它们组成的宇宙“黑暗家族”不发出任何信号、极难被探测，但却充斥在宇宙空间，成为人们最想要破解的谜团之一。当地时间7月1日，欧几里得太空望远镜在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。该望远镜将观测100亿光年范围内的数十亿个星系，创建迄今最大、最精确的宇宙“3D地图”，试图揭开困扰人类许久的暗物质和暗能量之谜。暗物质和暗能量的发现史要理解暗物质和暗能量，首先要解释清楚一个“悖论”，即暗物质、暗能量既然极难被察觉，人类最初又是如何确定它们存在的？20世纪30年代，瑞典天文学家在研究中发现，后发座星系团中星系的速度弥散度非常大，这意味着这个星系团中不同星系的运行速度有着很大的差别。对于星系团中那些运行速度极快的星系来说，仅靠星系团中发光物质的质量，不足以束缚住其如此巨大的运行速度。研究者根据位力定理计算出的星系团总质量要远大于根据发光度计算出的星系团质量。因此，天文学家大胆推测，在星系团中还存在着大量不发光、但却有质量的物质，并将其称为暗物质。如果打一个通俗的比喻，暗物质或许就像一个黑暗房间中的大象，它庞大的身躯填满了整座房间。但由于其本身并不发出任何光亮和信号，人们无从得知它的存在，而只能看见它头顶电灯发出的一点微光，并误以为那是宇宙“房间”内全部的存在。“暗物质是一种在天文观测中被发现的物质，它具有引力作用但不发光。对暗物质的粒子物理性质研究是当前粒子物理和宇宙学最重要的研究课题之一。”北京大学物理学院研究员刘佳介绍。暗物质虽然不可见，但能够被称之为“物质”，是因为其具备物质的基本特征，例如暗物质有质量、有引力，并且也有可能与其他粒子发生接触、碰撞。相较于暗物质，暗能量则更加令人捉摸不透。天文学家在20世纪末才真正认可暗能量的存在。暗能量概念的提出与宇宙加速膨胀理论密不可分。在过去很长一段时间内，天文学家普遍相信，由于天体间引力的存在，宇宙的膨胀速度在逐渐放缓。但在20世纪末，多个研究团队通过对不同距离、被称为宇宙标准烛光的Ⅰa型超新星进行观测后发现，地球与这些标准烛光的距离正在加速变远，即我们的宇宙在加速膨胀。明明引力能够拉近天体间彼此的距离，但为什么宇宙仍然在加速膨胀？天文学家据此认为，一定有尚未被发现的力量在对抗着引力，推动宇宙加速膨胀，暗能量的概念便由此而生。利用“引力透镜”探测暗物质虽然看不见，但暗物质、暗能量并非无迹可寻，它们各有证明自己存在的方式。中国科学技术大学物理学院天文学系教授蔡一夫告诉科技日报记者，引力透镜效应是证实暗物质存在的最常用的方法之一。其基本原理是，基于广义相对论，光线会因为大质量天体的引力而产生弯曲，类似于透镜对于光线的作用。而如果在地球和极其遥远的发光天体之间存在一些引力源，这些引力源的引力场便会像透镜一样，使经过其身边的光线发生变化。暗物质同样具有引力，因此其也会对光线产生引力透镜效应，从而有机会被我们探测到。“通过引力透镜效应来勾勒暗物质的分布是目前最主要的探测手段之一。”蔡一夫说道。相较于暗物质，暗能量的探测则更为困难。由于至今仍无法确定暗能量的来源及特质，科学家一直无法直接探测它。蔡一夫表示，目前探测暗能量的主要方式，仍是依靠对Ⅰa型超新星的标准烛光测距来实现。宇宙的膨胀会拉伸我们与标准烛光的距离，我们收到的标准烛光的光线会因此产生红移效应。通过对大量标准烛光红移数据的收集、分析，天文学家将有机会探究宇宙膨胀的历史，揭示暗能量的本质。虽然对于暗能量的研究至今仍无定论，但关于暗能量来源的讨论一直是天文学界的热门话题。有许多科学家认为，黑洞或许就是暗能量的来源。不久前，一个国际科研团队对星系中央黑洞开展观测，结果表明黑洞可能是暗能量的来源。在这项最新研究中，科学家比较了拥有中心黑洞的遥远星系和本地椭圆星系的观测结果，发现星系中央黑洞的质量比90亿年前增长了7—20倍，如此快速的质量增长无法用吸积和合并来解释，因此研究者大胆引入暗能量来解释这一现象。多管齐下寻找蛛丝马迹虽然困难重重，但人类在寻找暗物质、暗能量上一直没有放弃努力。在此次发射欧几里得太空望远镜前，人类已经作出诸多尝试。在暗物质探测方面，我国发射的“悟空”号暗物质粒子探测卫星是世界上观测能段范围最宽、能量分辨率最优的暗物质粒子探测卫星。其可以通过测量高能宇宙射线来发现暗物质的踪迹。通常认为，宇宙射线的源头一般是超新星爆发，但暗物质湮灭时也会产生宇宙射线。如果能够发现超新星爆发以外的宇宙射线来源，或许可以间接探测到暗物质。除了上天找答案，为了寻找暗物质，人们还深入地下数千米。暗物质不可见，但它会和其他物质发生碰撞。因此，当暗物质和普通物质的原子核发生碰撞后，普通物质的原子核会动起来，产生微弱信号，科学家能够通过检测这种信号来探测暗物质的存在。但这种方法需要苛刻的实验环境。由于信号实在太过微弱，为了把宇宙射线本底屏蔽掉，营造出极纯净的实验环境，其必须在地下深处进行，且深度越深，宇宙射线本底越低。我国便在四川锦屏山地下约2400米建设了地下实验室，其重要目标之一便是寻找暗物质。此外，刘佳也表示，通过可见物质寻找暗物质也是当今粒子物理的前沿热点问题。例如，暗光子便是理论学家构建的沟通可见物质世界和暗物质世界的媒介粒子之一。不久前，刘佳参与的研究团队发现，地球附近的超轻暗光子暗物质能够诱导射电望远镜反射板上电子的振荡，产生可观测的射电信号，另外偶极射电望远镜能够直接与这种暗物质产生射电信号。基于这种现象，研究团队提出了一种利用射电望远镜直接探测地球附近暗光子暗物质的新方法。而在暗能量探测领域，不久前中国科学院国家天文台参与的暗能量光谱巡天国际合作项目（DESI）向全球发布了首批科学数据，包括了120万个河外星系、类星体及50万颗银河系恒星的光谱。该项目计划在5年内获取超4000万个星系的光谱数据，旨在构造出三维宇宙空间的物质分布，揭示暗能量的本质以及宇宙膨胀历史。相比于此前探测暗物质、暗能量的仪器，欧几里得太空望远镜的优势是大而精。其观测范围足够宽广，能够覆盖超过三分之一的天空，并可以对其中10亿个星系分门别类绘制宇宙图谱。“欧几里得太空望远镜的突破在于其所获得的高清超大面积巡天数据，可以提高引力透镜，特别是弱引力透镜测量精度，使其统计误差显著降低。”蔡一夫介绍。通过对数十亿星系的精确观测，欧几里得太空望远镜将创建包含星系形状、位置和运动状况等信息在内的，迄今最大、最精确的宇宙“3D地图”，帮助天文学家推断宇宙暗能量和暗物质的属性，进一步加深对宇宙本质的了解。

2021年3月24日下午，由蔡司显微镜主办，仪器信息网协办的“蔡司新一代场发射扫描电镜新品发布会”成功线上举办，蔡司新一代Gemini场发射扫描电镜系列——GeminiSEM 360，GeminiSEM 460，GeminiSEM 560在云端悉数亮相。会议吸引近500名电镜用户及“蔡粉儿”报名参会。【文末彩蛋：发布会完整暖场视频】经典传承，历久弥新。蔡司此次发布的Gemini扫描电镜新品再一次进化升级，GeminiSEM 360，GeminiSEM 460，GeminiSEM 560也正是Gemini电子光学系统也针对不同的应用场景衍生出的三款型号。Gemini系列新品，左至右：GeminiSEM 360，GeminiSEM 460，GeminiSEM 560本次云端新品发布会由新品主题报告、特邀专家报告，及拓展应用报告组成。首先，蔡司显微镜高级应用专家蔡琳玲为大家分享了本次发布蔡司新一代Gemini场发射扫描电镜的详细产品信息及创新细节。据介绍，GeminiSEM 360搭载1型Gemini镜筒，是一款高通用性成像工具。其物镜为静电透镜+磁透镜复合透镜，在提高其电子光学性能的同时将它们对样品的影响降至更低。即使对极具挑战的样品（例如磁性材料）也能进行高品质成像。Beam booster技术具有镜筒内的电子加减速功能，可确保获得小束斑和高信噪比；Gemini镜筒内带有平行设计的镜筒内二次电子和背散射电子探测器，可实现信号的高效采集，同步获取形貌衬度和成分衬度像。GeminiSEM 460搭载2型Gemini镜筒，专为应对复杂的分析工作而设计。它除了复合透镜和镜筒内加减速设计以外，利用双聚光镜设计实现更加灵活的束流调节。您可以在小束流的高分辨成像模式与大束流的分析模式之间进行无缝切换，对称设计的EDS接口可让您获得无阴影的成分分布图，而物镜无漏磁设计可以让您获得无畸变的大面积EBSD花样。您还可以通过加装各种原位实验附件将Gemini 460升级为一个自动化原位实验平台。GeminiSEM 560搭载3型Gemini镜筒，带给您极致的高分辨成像体验。该款镜筒拥有两个可协同工作的电子光学系统：Nano-twin透镜和新型电子光学引擎Smart Autopilot，可通过聚光镜优化所有工作条件下的电子束会聚角，进一步提升分辨力；还可实现1倍到200万倍的无缝过渡，大视野导航和亚纳米成像一镜到底。此外，新一代Gemini扫描电镜还拥有一系列功能和附件，可进一步丰富您的应用场景、降低操作难度。接着，复旦大学信息科学与工程学院陈宜方教授结合课题组研究进展，为大家分享了蔡司扫描电镜在纳米科技和工程建设中的应用。报告讲解了其团队从2013年至今，利用纳米加工技术（电子束光刻、纳米压印光刻、光学光刻、STM光刻等）与蔡司电镜检测技术作为基础工具，在纳米科学方面开展的广泛应用工作，包括纳米仿生学研究、光子纳米喷射效应的超分辨聚焦透镜、超表面光场调控、新型光电器件、同步辐射X射线光学系统关键部件、微波/太赫兹波段MMIC通讯技术等。相关的丰富的研究成果也获得广泛的国内国际合作。最后，蔡司显微镜高级应用专家李洪进一步为大家分享了蔡司关联显微分析解决方案。蔡司多维度&多尺度&多手段显微镜技术包括：一站式关联显微解决方案（ZEN core+Altlas 5软件与LM-SEM-FIB-XRM硬件）；丰富的样品信息，让分析更全面（BF,DF,C-DIC,POL,FL等光镜和能谱EDS信息）；向导式操作流程，专门的关联样品夹具让分析更简单；图像自动测量，高级图像处理和自动测量，机器学习分割等，让分析更高效等。彩蛋1：暖场视频之蔡司显微镜彩蛋2：暖场视频之蔡司显微镜Seeing beyond

一根燃烧的蜡烛1秒钟可以发射出100亿亿个以上的光子，要探测到能量如此小的单个紫外光子一直是世界技术难题。记者昨天获悉，南京大学电子科学与工程学院长江特聘教授陆海为首的研究团队近来获得突破，在国内首先研制出超灵敏度的固体紫外单光子探测器，从而使中国成为继美国之后第二个掌握这一核心技术的国家。 　　&ldquo 自然界中波长小于280纳米的紫外光几乎为零，所以我们探测它相当于在暗室中探测光，只要发现一个小光点就一定是目标。&rdquo 陆海介绍说，可探测400纳米以下紫外辐射的紫外光探测器，是火焰探测、环境监测、生物医药、空间科学等领域所急需的关键部件，也是关系到国家安全的关键技术，可以用来检测海上油污、卫星遥感监测雾霾等。 　　光子是光的最小能量量子，也是光作为信息载体的最小传输单位。一根蜡烛1秒钟释放出的超100亿亿个光子中，假设紫外光子只占万分之一，那么在完全不考虑飞行损耗的情况下，1公里以外，面积为1平方厘米的镜头1秒钟只能接收到1000个紫外光子。专门用来捕捉这些&ldquo 小家伙&rdquo 的单光子探测器一直是世界各国研究和竞争的焦点。 　　陆海举例说，导弹的飞行尾焰中存在像指纹一样的特殊紫外光谱成分，但距离越远能够传输过来的紫外光就越微弱。利用超灵敏度紫外单光子探测器就有可能在上千公里以外探测和分辨出来袭飞弹，为反制或者规避提供宝贵时间。之前，国际上只有美国罗格斯大学、弗吉尼亚大学、通用电气研发中心三家美国单位成功研制碳化硅单光子探测器。而南大研究团队此次获得突破后，跻身成为第四家。 　　南大研究团队研制出的紫外单光子探测器，基于碳化硅半导体芯片技术，能灵敏捕捉到紫外单光子，并且打破了过去依赖于超低温条件的瓶颈。&ldquo 我们的探测器在150℃下仍能正常工作，这是原来任何单光子探测技术都无法达到的。&rdquo 陆海说。这一突破也引起了国际关注，欧洲的《今日半导体》杂志专门长文报道了南大的这一研究成果。 　　同时，该探测器有显著的成本优势，有望向民用领域大规模推广，比如高压输电线和高铁供电线路上出现电晕、污闪时，可用其远程检测和定位。&ldquo 目前，紫外火灾报警器用的真空紫外光敏管，综合成本很高。&rdquo 陆海拿出一枚耳钉大小的器件介绍说，未来用如此小的单光子探测器件，不仅造价更便宜，而且防爆、使用寿命更长。 　　眼下，南大研究团队在该领域的部分研究成果已开始进入产业化阶段。过量的紫外线照射易诱发皮肤癌，韩国三星公司日前发布的Note4手机就装备了微型紫外线传感器，受到消费者欢迎。而南大研究团队正在和华为合作的贴片封装紫外探测器，尺寸比米粒还小，也将安装到手机或智能手环中，藉由它，用户可随时随地检测所处环境的紫外线强度，以及时防护。

1月20日，由生物岛实验室领衔研制，拥有自主知识产权的首台国产商业场发射透射电子显微镜TH-F120“太行”在广州发布。这标志着我国已掌握透射电镜用的电子枪等核心技术，并具备量产透射电镜整机产品的能力。　　透射电镜技术跨越多个学科、工程技术复杂、攻关难度大。经过三年多努力，中国科学家们完成了我国首台100%自主知识产权的120千伏场发射透射电镜的整机研制，实现了0.2nm分辨率的成像能力，达到了产品化的水平。　　“这对于我国摆脱进口依赖、实现高水平科技自立自强具有重大意义。”中国科学院院士、生物岛实验室主任徐涛介绍，这将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面，场发射透射电子显微镜将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。　　以“太行”之名，挺起透射电镜产业的中华脊梁　　如果说光学显微镜揭开了细胞的秘密，那么透射电子显微镜则把纳米级的微观世界展示在人类眼前。1933年，世界上第一台透射电镜诞生，为科学研究提供更强有力的武器，也因此被誉为高端科学仪器皇冠上的“明珠”。　　透射电镜具有极高的行业垄断性与技术门槛。行业数据显示，此前，我国透射电镜100%依赖进口，国产化尚属空白。2022年，我国进口透射电镜约300台，进口总额超30亿元，预计2022年至2028年期间，年复合增长率超5.8%。　　生物岛实验室生物电子显微镜技术研发创新中心研究员孙飞早在2016年便带领团队联合中国科学院生物物理研究所启动了预研工作。　　“我们通过广泛交流，集合了有志于从事国产电镜自主研制的科学家和工程师，涵盖了电子光学、机械、自动化控制、软件等相关领域。”孙飞介绍，其中既有来自国内外学界的科研人才，也有在产业界深耕扫描电子显微镜多年的领军人物，“大家都抱有同样的愿景，就是造出我们国家自己的透射电镜。”　　2020年，这支来自全国各地甚至海外的队伍集结在广州的生物岛实验室组展开技术攻关。团队成立三年多以来，在国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、广州市科技局的大力支持下，相关研发工作接连取得重大突破——先后成功研制120千伏场发射电子枪、120千伏低纹波高压电源、400万像素和1600万像素棱镜耦合CMOS电子探测相机、100万杂合像素直接电子探测相机等透射电镜核心关键部件。　　据悉，电子枪是透射电镜的“光源”，其作用是发射高能电子束照射到样品上，是透射电镜最为核心的部件之一。“将原有的30千伏场发射电子枪提升为120千伏，要解决电子源发射稳定性、高压真空打火等问题。经过不断的摸索，我们突破国外相关技术壁垒，去年成功实现120kV场发射电子枪的稳定量产。”孙飞说到。如今，生物岛实验室是我国唯一有能力量产该透射电镜核心部件的单位。　　孙飞直言，更大的困难在于如何将各个研制成功的部件组合起来实现联调，真正拿到高分辨率图像。“拿到分辨率优于0.2nm图像的那天，我们非常激动，我国终于突破这一关键技术。”　　为了进一步推动透射电镜的产业化，生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子联合成立了广州慧炬科技有限公司，致力于将透射电镜技术商业化应用。　　“我们成功走到今天，得益于生物岛实验室作为新型研发机构的特殊体制机制，保证了研发队伍的稳定。同体制内外并行发力，与产业界的紧密合作。同时，国家部委项目的支持，保证了项目研制的可持续性。”孙飞说。　　此次广州慧炬科技有限公司推出的首款透射电镜新品TH-F120，取名源自中华名山“太行”，寓意TH-F120将如太行山一样成为中国透射电镜产业的脊梁。　　向“珠穆朗玛”进发，将推出更高千伏电镜透视更厚材料　　广州慧炬科技有限公司总经理曹峰正在推进“太行”的商业化应用。他介绍，场发射透射电镜在高端科研、产业发展应用广泛、意义重大。在生命科学研究领域，它可以看到蛋白质的生物结构；用在集成电路领域，可以实现半导体的缺陷检测；用在新材料领域，可开展锂电池的研发等等。　　曹峰表示，“太行”是拥有原子级分辨率的显微放大设备，信息分辨率达0.2nm，可以呈现大多数晶体的排列结构。广州日报记者现场看到，“太行”能清晰呈现小鼠大脑中的髓鞘组织、小鼠肝脏细胞的里的线粒体。“它是多个技术的复合体。我们必须在每个环节都做到极致，才能保证设备整体达到超高分辨率。”曹峰说。　　尽管“太行”是该公司推出的“入门级”产品，现已具备多项先进性能——一是自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化电子光学设计，可为用户带来更佳的图像衬度和分辨率；二是自主研制的高稳定性低纹波高压电源，实现了高压自动控制，保证电子枪稳定发射；三是标配自主研制的高像素CMOS相机，在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节；四是以人机分离为设计理念，匹配高度自动化的控制系统，使图像采集工作更加舒适高效；五是预设充足的拓展接口和整机升级空间，满足用户需求迭代，有效延长整机使用年限。　　曹峰透露，团队明年计划研制出200千伏场发射透射电镜。“电压虽然看起来只是增加了80千伏，但研制难度却是指数级增加，设备的稳定性、防护性都需要进一步探索。”　　曹峰表示，电压越高意味着电子能量越高，就越能穿透更厚的样品。目前120千伏的电镜，可以穿透大约50纳米厚度的材料。但是对于常见的100纳米的材料，还需要200甚至300千伏的电镜。　　在未来数年，该公司计划推出场发射透射电镜系列EM -F200“峨眉”、KL -F300“昆仑”，冷冻透射电镜系列YL -F100C“玉龙”、TGL -F200C“唐古拉”、 ZMLM -F300C“珠穆朗玛”，热发射透射电镜系列QL -T120“秦岭”、DX -LaB120“丹霞”。“我们的透射电镜产品取名均源自中华名山，代表慧炬立足中国、放眼世界，助力科研工作者勇攀高峰、不断突破。”曹峰说。　　此次“太行”的发布，是生物岛实验室“二次创业”，向成果转化专业机构成功转型的缩影。作为广州市首批省实验室之一，生物岛实验室不断培养高价值专利，与本地头部企业共建联合实验室、技术产业转化中心，累计孵化企业12家，其中4家估值已经超亿元。通过技术作价、配比投入等方式撬动社会资本近1.5亿元，助力科研成果高效率转化，赋能产业科技创新，为广州高质量发展作出突出贡献。

中国科学技术大学量子信息重点实验室利用Montana Instruments低温光学恒温器实现了量子点发射的确定性单光子的多模式固态量子存储。该成果在国际上次实现量子点与固态量子存储器两种不同固态系统之间的对接，并且实现了100个时间模式的多模式量子存储，模式数创造高水平，为量子中继和全固态量子网络的实现打下坚实的基础。研究成果发表在10月15日的《自然通讯》上。 文章的共同作者为唐建顺博士（量子点）和周宗权博士（固态存储）都是Montana Instruments 低温光学恒温器用户。文章作者与Montana低温光学恒温器合影 纠缠分发是构建量子网络的核心技术。由于信道中不可避免的传输损耗，目前在信道中直接进行纠缠分发只能达到百公里量，要想实现长程的纠缠分发则需要基于单光子量子存储和两光子Bell基测量的量子中继技术。目前已经实验验证的量子存储或量子中继方案都是基于概率性光源的存储，这类方案的长程纠缠分发时间预计将在分钟量以上。Experimental set-up 审稿人对该成果给予了高度评价：“（连接）纯固态量子光源和固态量子存储器对该领域具有显著的贡献（….pure solid-state quantum emitter and solid-state quantum memory a significant contribution to the field）”；“该工作朝着（量子中继的）正确的方向迈出了重要的一步（….this work takes an important step in the right direction）”。 相关产品Montana超精细低温光学恒温器：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=280 关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

一、项目编号：0705-224002028052项目名称：复旦大学电感耦合等离子体发射光谱仪采购国际招标预算金额：99.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：97.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标条件项目概况：电感耦合等离子体发射光谱仪采购资金到位或资金来源落实情况：本次招标所需的资金来源已经落实项目已具备招标条件的说明：已具备招标条件2、招标内容：招标项目编号：0705-224002028052招标项目名称：电感耦合等离子体发射光谱仪采购项目实施地点：中国上海市招标产品列表(主要设备)：序号产品名称数量简要技术规格备注1电感耦合等离子体发射光谱仪1套自激式射频发生器，频率大于40MHz预算金额：人民币99万元 最高限价：人民币97万元 合同履行期限：签订合同后4个月内合同履行期限：签订合同后4个月内本项目( 不接受 )联合体投标。二、项目编号：0705-224002028053项目名称：复旦大学激光粒度分析仪采购国际招标预算金额：60.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：58.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标条件项目概况：激光粒度分析仪采购资金到位或资金来源落实情况：本次招标所需的资金来源已经落实项目已具备招标条件的说明：已具备招标条件2、招标内容：招标项目编号：0705-224002028053招标项目名称：激光粒度分析仪采购项目实施地点：中国上海市招标产品列表(主要设备)：序号产品名称数量简要技术规格备注1激光粒度分析仪1套测量速度：扫描速度≥10KHz预算金额：人民币60万元 最高限价：人民币58万元 合同履行期限：签订合同后3个月内合同履行期限：签订合同后3个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：0705-224002028082项目名称：复旦大学电感耦合等离子体发射光谱仪采购国际招标预算金额：99.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：97.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标条件项目概况：电感耦合等离子体发射光谱仪采购资金到位或资金来源落实情况：本次招标所需的资金来源已经落实项目已具备招标条件的说明：已具备招标条件2、招标内容：招标项目编号：0705-224002028082招标项目名称：电感耦合等离子体发射光谱仪采购项目实施地点：中国上海市招标产品列表(主要设备)：序号产品名称数量简要技术规格备注1电感耦合等离子体发射光谱仪1套自激式射频发生器，进样系统可耐高盐样品预算金额：人民币99万元 最高限价：人民币97万元 合同履行期限：签订合同后4个月内合同履行期限：签订合同后4个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：0705-224002028082项目名称：复旦大学电感耦合等离子体发射光谱仪采购国际招标预算金额：99.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：97.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标条件项目概况：电感耦合等离子体发射光谱仪采购资金到位或资金来源落实情况：本次招标所需的资金来源已经落实项目已具备招标条件的说明：已具备招标条件2、招标内容：招标项目编号：0705-224002028082招标项目名称：电感耦合等离子体发射光谱仪采购项目实施地点：中国上海市招标产品列表(主要设备)：序号产品名称数量简要技术规格备注1电感耦合等离子体发射光谱仪1套自激式射频发生器，进样系统可耐高盐样品预算金额：人民币99万元 最高限价：人民币97万元 合同履行期限：签订合同后4个月内合同履行期限：签订合同后4个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

电子显微镜通过发射电子与样品相互作用成像，用来“照射”样品的可靠电子源是电镜最重要的部分之一。电子显微镜对电子束的要求非常高。目前只有两种电子源满足要求：热电子发射源和场发射电子源。目前商用的，热电子发射源用的是钨灯丝（较少见）或六硼化镧（ ）晶体（较常见）；场发射电子源用的是很细的针状钨丝（具体分为肖特基发射源和冷场发射源）。场发射电子源场发射电子源通常叫做 FEG，其工作原理和热电子源有着本质区别。基本原理是：电场强度 E 在尖端急剧增加，这是因为如果把电压 V 加到半径为 r 的（球形）尖端，则在场发射中我们称细针为“针尖”，钨丝是最容易加工成细针尖的材料之一，可以加工出半径小于 0.1μm 的针尖，场发射与钨针尖的晶体取向相关，310是最好的取向。场发射枪（FEG）相对简单，通过拔出电压将电子从针尖中拉出来，然后通过加速电压对电子加速。第一次启动时要缓慢增加拔出电压，使热机械振动不至于损坏针尖。这就是使用 FEG 要执行的唯一实际操作，并总是由计算机实际控制。热电子发射源我们称热发射钨电子源为“灯丝”，因为钨可以被拉成细丝，类似白炽灯中用的灯丝。六硼化镧通常沿110取向生长来增强发射能力。事实上，把任何一种材料加热到足够高的温度，电子都会获得足够的能量以克服阻止它们离开的表面势垒（称为功函数 Φ）。大小约为几个电子伏。热电子发射机制可以用 Richardson 定律表示：其中，J 为发射源电流密度，T 为工作温度（K），k 是玻尔兹曼常量 ，A 是 Richardson 常数，A ，具体数值取决于电子源的材料。把电子源加热到温度 T，使电子获得大于 Φ 的能量并从此那个电子源中逃逸出来，从而形成电子电子束。然而大多数材料注入几 eV 的热能时就会熔化或蒸发。唯一可能的热电子源材料要么是高熔点（钨熔点 3660K），要么 Φ 异常小（ 功函数 2.4）。晶体是现代 TEM 中所用的唯一热电子源，通常被绑在金属（例如铼）丝上通过电阻加热形成热发射。 晶体对热冲击很敏感，所以加热、冷却电子源时要小心。当必须手动开关电子源时，要缓慢增加/减小热电流，在每个设定值后停顿 10~20s。随着科学技术发展，目前部分操作已可以通过计算机控制，但是对于大多数 TEM 仍广泛使用的热电子枪，仍需要操作者进行部分手动控制。大束科技（北京）有限责任公司自主研发了电镜零部件，尤其是消耗型的部件都做到了国产化，例如液态镓离子源、电子枪和离子枪配件、光阑、电镜上使用的各种电源等，可以完全替代进口产品。大束科技（北京）有限责任公司的可以量产的生产制造场地即将装修完毕投入使用，实现量产以后，在最极端的情况下，如果在国内已经安装的进口电镜原厂家不再提供配件，大束科技（北京）有限责任公司的产品可以保障国内这些进口电镜正常运行。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 10月15日-16日，中国科学院半导体研究所、仪器信息网联合主办首届“半导体材料与器件研究与应用”网络会议(i Conference on Research and Application of Semiconductor Materials and Devices, iCSMD 2020)，22位业内知名的国内外专家学者聚焦半导体材料与器件的产业热点方向，进行为期两日的学术交流。会议期间，中国科学院半导体研究所研究员赵玲娟研究员做了题为《InP基光子集成材料与器件及标准代工平台》的报告。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=D8139CACC0C50CC69C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 电子和光子有很多不同，最典型的特征是电子由电场控制，电电相互作用强，可以存储，而光子是波导控制，光光相互作用弱，难存储，因此在集成方式大不相同。相比于电子集成，光子集成不仅需要改变材料和结构，还需要改变电子和光子相互作用，因此光子集成面临着两大挑战：一是高效的光电转换有源器件；二是低损耗的无源连接波导。而光子集成技术一般是通过半导体材料、微纳加工技术将不同功能的光子器件集成在单个衬底上，器件之间通过光波导连接，构成单片集成电路-片上光子系统。目前来讲，集成技术平台有硅基光子集成和InP基光子集成。赵玲娟认为，光子集成是光电紧密结合的产物，其终极目标是电子集成和光子集成融合实现片上系统。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 赵玲娟在报告中谈到，硅基光子和InP基光子集成技术各有不同的特点。硅基光子集成集成度高、规模大、生态成熟、有大企业支持，但缺乏有效发光和放大，且探测、调制带宽低于InP。而InP基光子集成功能全、器件性能优异，但集成难度大、生态不完善。此外，InP基光子集成有源无源耦合损耗低、能效高，而硅基光子集成需要外激光器，耦合损耗大、能效低，只能通过混合封装及异质外延解决。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前微电子集成主要以代工模式为主，在光子集成方面，硅光也是以代工（Fabless）为主，少数垂直整合制造（IDM）。硅光集成的部件包含有源器件，如激光器、调制器、探测器、放大器等，因此需要设计者与Foundry更紧密的融合。InP光子集成则呈现IDM和Fabless共存的局面，Fabless的主要代表是欧盟InP标准化代工平台JePPIX，而IDM的代表为Lumentum和Infinera。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在应用领域方面，光子集成芯片不仅仅用于光通讯，在生物医疗、传感、激光雷达、光收发器等也有很好的应用，在5G、数据中心、光接入网中的应用也越来越多。在市场趋势方面，硅基光子集成芯片发展迅速，InP分立器件维持市场主导，InP集成器件增长潜力巨大。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 赵玲娟在报告中还详细介绍了光子集成技术研究组的发展方向、核心技术和应用领域，代表性光子集成芯片有多波长光发射芯片、多波长锁模激光器和新型光发射芯片。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 报告中总结到：光子集成是光子技术的发展趋势；InP基和硅基光子集成将在不同的领域发挥不同的作用；标准化光子集成技术平台是光子集成的发展方式；光子集成芯片的产业化主要是IDM或者与标准化平台紧密结合的方式。 /p

一、项目编号：项目名称：电感耦合等离子体质谱仪采购项目预算金额：98.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：98.0000000 万元（人民币）采购需求：1. 标的名称：包组1：电感耦合等离子体质谱仪采购项目2. 标的数量：包组1：1套3. 简要技术需求或服务要求：（1） 项目编号: CLF22SH01QY17（2） 最高限价: 人民币 ¥ 980,000.00元（3） 交货期限: 采购合同签订之日起至1个月内。（4） 本项目只允许采购本国产品；（5） 简要技术要求： a） 电感耦合等离子体质谱仪具备可搭配LC、自动进样器、全自动石墨消解系统、全自动微波消解系统等连用技术。 b） 可广泛应用于水质、土壤、大气颗粒物、固废、食品、动植物、食品接触材料、化妆品、半导体、高纯材料、矿产、石油化工、工业品、纺织等领域，且符合相关国家标准分析方法的要求。具体详见采购需求。 合同履行期限：自合同签订之日起至2023年10月前本项目( 不接受 )联合体投标。二、项目编号：0705-224002028052项目名称：复旦大学电感耦合等离子体发射光谱仪采购国际招标预算金额：99.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：97.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标条件项目概况：电感耦合等离子体发射光谱仪采购资金到位或资金来源落实情况：本次招标所需的资金来源已经落实项目已具备招标条件的说明：已具备招标条件2、招标内容：招标项目编号：0705-224002028052招标项目名称：电感耦合等离子体发射光谱仪采购项目实施地点：中国上海市招标产品列表(主要设备)：序号产品名称数量简要技术规格备注1电感耦合等离子体发射光谱仪1套自激式射频发生器，频率大于40MHz预算金额：人民币99万元 最高限价：人民币97万元 合同履行期限：签订合同后4个月内合同履行期限：签订合同后4个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

据新华社1月21日消息，我国第一颗综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台（ASO-S）计划于2022年上半年发射升空。这颗卫星的发射，将标志我国进入“探日”时代。“先进天基太阳天文台(ASO-S)”，2016年4月底通过了中国科学院组织的背景型号阶段结题验收。中国科学家团队正全力以赴推进太阳探测卫星计划。他们希望赶在下一个太阳活动峰年的前夕(即2021年)，将其射入轨道，以完整记录太阳活动第25周的“太阳风暴”。2018年1月4日，ASO-S(先进天基太阳天文台）科学准备项目暨ASO-S科学应用系统启动会在中国科学院紫金山天文台仙林新园区召开。同年7月4日，中国科学院重大任务局在中国科学院国家空间科学中心主持召开了“空间科学（二期）”战略性先导科技专项启动会暨EP、ASO-S卫星工程启动会。根据ASO-S卫星工程立项批复文件和空间科学（二期）先导专项实施方案，ASO-S卫星将在2021年底完成工程研制任务，并于2022年上半年择机发射。据悉，先进天基太阳天文台（ASO-S）是我国首颗空间太阳专用观测卫星，将揭示太阳磁场、太阳耀斑和日冕物质抛射（一磁两暴）的形成及相互关系。 为实现这一目标，ASO-S上将搭载3个主要载荷：全日面太阳矢量磁像仪(FMG)、莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)、太阳硬X射线成像仪(HXI)，它们将分别用来观测太阳磁场、耀斑和日冕物质抛射。全日面矢量磁像仪是ASO-S卫星的主载荷之一，将以高分辨率和高灵敏度测量太阳磁场，通过连续稳定的观测,研究太阳磁场的发生，发展，相互作用，以及作用的后果,从而深入研究耀斑和日冕物质抛射过程中的能量积累，触发，释放和传输机制，并为空间天气事件预报提供观测基础，为我国空间环境的安全提供保障。空间光学系统在进行天文观测时，彻底摆脱了大气影响，背景噪声的降低极大的提高了观测分辨率。莱曼阿尔法太阳望远镜(LST)是先进天基太阳天文台(ASO-S)卫星的载荷之一，它包括白光太阳望远镜(WST),全日面太阳成像仪(SDI)和日冕仪(SCI)等仪器。1991年Kuhn,Lin和Loranz提出的方法(简称KLL方法)是WST和SDI在轨平场定标的方法之一。硬X射线成像仪(HXI)作为该卫星3个科学载荷之一, 实现了高时间分辨率和空间分辨 率的太阳硬X射线成像观测，其量能器由99套溴化镧闪烁晶体-光电倍增管探测单元和读出电子学板构成，实现了30–200 keV的硬X射线光子能谱测量。

星际未证认红外发射（Unidentified Infrared Emission, UIE）谱是一系列波长处于3-20微米的分立的红外谱带。自1970年代天文学家首次在年轻富碳星NGC 7027中观测到UIE谱带以来，研究人员在包括原行星状星云、行星状星云、反射星云、银河系弥散星际介质、超新星遗迹和星爆星系等多种天体环境中都观测到了UIE谱带。其辐射能量约占银河系红外辐射能量的20%，足见产生UIE谱带的载体物质在星际环境中广泛而大量存在。理解这些谱带的特征、确认其载体物质和演化对理解宇宙恒星形成历史、星际化学、星系演化及生命起源具有重要意义，是天文学、天体物理和天体化学等领域一个非常重要的科学问题。半个世纪以来，研究人员普遍认为波长位于3.3、6.2、7.7、8.6和11.3微米的UIE谱带主要源于多环芳香烃分子单光子吸收引起的加热激发。根据红外辐射模型和天文观测的UIE谱带强度，研究人员估算得到星际空间中多环芳香烃分子中碳元素含量约占星际碳元素总量的10-15%。但是，在目前得到证认的大约300个星际分子中仅有数个氰基化的芳香烃分子隶属于多环芳香烃物种，而它们可否贡献于UIE谱带尚有诸多谜团。与此相反，加拿大天文学家Jan Cami教授等人于2010年首次将实验室测量的C60富勒烯的四条红外特征谱线与Spitzer空间望远镜观测的年轻的行星状星云TC1的红外发射谱进行比对，提出认富勒烯可以作其中四条天文观测谱带的载体。随后，瑞士物理化学家John Maier教授等人于2015年通过测量C60+的近红外谱，提出其可以作为天文观测谱世纪谜团之星际弥散谱带（Diffuse Interstellar Bands, DIBs）的载体物质，该提议最终于2019年由哈勃空间望远镜证实，从而得到学界的公认，使得富勒烯成为宇宙空间中得到明确证认的最大的星际分子。目前，天文学家已在超过40种的天体环境中观察到了C60富勒烯的四条红外谱线。但是，热激发模型和荧光模型均无法合理解释不同环境中上述四条UIE谱线的强度差异；同时，天文观测的红外发射谱中仍有诸多强度较弱的谱线的起源未知。事实上，诺贝尔奖得主Harold W. Kroto教授曾于1980年代末期提出假设：星际空间中富勒烯与金属或其离子形成的复合物可否贡献于天文观测谱线？然而，气相富勒烯-金属复合物的高分辨光谱的实验室测量具有很大的挑战性，过去四十年来该假设未有任何的进展。鉴于此，西安交通大学侯高垒教授联合荷兰自由电子光源FELIX和比利时鲁汶大学等研究机构的科学家，利用自主研发的双激光溅射束流技术和惰性气体标记的红外光解离光谱技术（action spectroscopy），在实验上首次成功测量得到了多个气相富勒烯-金属复合物在6-25微米范围的高质量红外光谱。研究人员通过将实验室测量的富勒烯-金属复合物的红外谱与Spitzer空间望远镜的天文观测谱进行对比和相关分析，发现富勒烯-金属复合物的红外谱与天文观测谱之间呈现很好的相关性，不但合理解释10余条目前尚未得到证认的天文观测谱带，而且可以对四条归属于富勒烯C60的谱线强度差异之谜团提供一定的解释。结合理论计算与天文学丰度模型模拟，研究人员估算了富勒烯-金属复合物在星际空间的含量，提出富勒烯-金属复合物为一类非常有希望的星际未证认红外谱带的载体物质，并可作为紫外-可见-近红外波段范围的弥散星际谱带的潜在载体。同时，富勒烯-金属复合物在星际空间的存在可以一定层面解释富勒烯在星际空间的高丰度及其形成机制，为研究星际富勒烯物质和宇宙碳化学打开了一个新的篇章。该研究成果于2022年7月首次在预印本网站arXiv（arXiv:2207.10311）公开后，迅速得到英国New Scientist等多家国际学术媒体的独立报道和超过30家媒体转载。国际著名天体物理学家Pascale Ehrenfreund教授在报道中评价：This type of laboratory information is essential for identifying the existence of these molecules in future…their spectral signature in the visible part of the electromagnetic spectrum would be more unique to metal complexes。西安交通大学的研究团队目前正在致力发展可以实现紫外-可见-近红外波段的光谱精密测量技术与仪器，期望实现富勒烯-金属复合物在多波段的光谱精密测量。研究人员期待詹姆斯韦伯空间望远镜（JWST）未来能够提供更高灵敏度与更高信噪比的天文观测谱来帮助研究人员认识这些谱线的起源，从而帮助宇宙演化模型的完善与生命起源的揭示。上述研究成果近期以“Buckyball-metal Complexes as Potential Carriers of Astronomical Unidentified Infrared Emission Bands”为题发表在国际知名期刊《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal 2023, 952: 13）。西安交通大学物理学院侯高垒教授设计并领导了该研究，为论文的第一作者兼通讯作者，物理学院和物质非平衡合成与功能调控教育部重点实验室为论文的通讯作者单位。该研究工作得到了国家自然科学基金和西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”等的支持。西安交大“团簇谱学精密测量和结构调控”研究团队由侯高垒教授牵头组建。团队实验和理论并重，坚持面向世界科技前沿和国家重大需求，主要利用自主研发的多维度调控的高灵敏度高分辨质谱-光谱联用实验技术与仪器，开展原子分子团簇结构、光谱学及其动力学的实验和理论研究。目前研究工作主要围绕能源催化转化、实验室天体物理与化学以及团簇基功能信息器件的设计与构建等开展。在JACS、Angewandte Chemie、Acc. Chem. Res.、PNAS、Nat. Commun.、Astrophys. J.和Phys. Rev. A等期刊发表学术论文80余篇；主持国家自然科学基金委面上项目、重大研究计划、科技部高端外专项目和陕西省科技科技创新团队等国家级与省部级项目，与国内外多个知名研究小组和大型光源装置如加拿大光源、荷兰自由电子激光光源FELIX等建立有紧密的长期合作关系。

在过去的近百年里，电子显微镜在现代材料科学研究中起着不可或缺的作用。随着电子显微镜技术的发展，能量色散光谱（EDS）、波长色散光谱仪（WDS）以及电子能量损失谱（EELS）等基于电子显微镜的光谱分析手段不断涌现。在电镜空间分辨率的基础上，这些光谱分析手段为电镜表征又赋予了能量分辨率的维度，通过将两者相融合，电镜技术得以在分析过程中获得高能量分辨率和高空间分辨率并存的结果。近年来，随着先进光谱分析手段的发展，出现了一种基于电镜且十分便捷高效的X射线发射光谱分析方法：软X射线发射光谱（SXES）。吉林大学张伟教授在国内、乃至国际，较早的围绕SXES展开了系列研究，并取得了诸多亮眼成果。近三十年，张伟教授围绕电镜，在诸多材料体系均有代表性成果产出，这不仅基于他对电子显微学的热爱，也离不开对电镜技术的“敏感”。近日，仪器信息网有幸采访了张伟教授，请其分享了SXES技术的最新进展与应用潜力，也聆听了其与电镜的故事。张伟，吉林大学电子显微镜中心主任、材料科学与工程学院“唐敖庆学者”领军教授。现任吉林省电子显微镜学会理事长、英国皇家化学会会士（2022），科睿唯安“全球高被引科学家榜单”（2023，交叉学科）。关注电化学能源存储/转换材料的表/界面的化学和物理调控及与性能的构效关系，强调先进材料的电子显微分析。作为学术带头人引进人才来吉林大学工作前，先后在日本国立材料研究所、韩国三星综合技术研究院、德国Fritz-Haber研究所、丹麦技术大学、西班牙能源协作研究中心从事合作和独立的科学研究。2017年起先后任电子显微镜中心副主任、主任。2020年起任唐敖庆学者-领军教授。27载电镜魅力职业：既是技术手段，更是一门学问“热爱，往往收获意外的惊喜”1997年至2004年，张伟在我国电子显微学重要发展地之一的中国科学院金属研究所攻读硕士和博士，师从我国著名电子显微学专家李斗星研究员、隋曼龄教授。在此，张伟开始开展电镜相关研究，与电镜结缘，并对这个学科产生浓厚兴趣。2004年博士毕业以后又先后在多个国家从事合作和独立的科学研究。2014年开始到吉林大学工作。这十余年间，虽然研究的材料体系广泛、领域不同，但电镜都是最重要的研究手段或对象。回顾以往，“因为我可能经历的地方很多，当时我的直觉，在哪个地方离开的时候都要留下些什么”。在这种直觉和热爱驱动下，十余年的科研历程收获诸多“意外惊喜”，每个领域和阶段也都有一些值得回忆的成果。攻读博士期间，张伟专注于金属与合金的研究。利用电镜深入探索，通过快速加热的方法，发现了传统钛合金中一种特殊的相变形式——快速升温马氏体相变。由于马氏体相变在材料科学和凝聚态物理领域都扮演着至关重要的角色，这一成果在当时备受关注，不仅发表在应用物理快报上，还得到了中国科学院官方报纸科学时报的专门报道。在德国研究期间，基于团队自由的学术氛围，得以深入研究一些有趣的方向。在电镜中，张伟发现了一种超大单胞的表面终结状态，这在当时具有重大意义。传统观念上，透射电镜主要研究块体结构，但此研究成功挑战了表面研究的难题。通过调整衬度传递函数，结合先进球差电镜中的HAADF-STEM技术，揭示了超大单胞结构表面终结于非完整通道的现象，解决了团队长期关于侧面或表面态原子排布的争议。这一工作发表后，引起了广泛关注，并启发了后续相关的诸多研究。回顾这一发现，张伟认为这依旧是自己目前最具原创性的工作之一。随后在丹麦继续研究期间，张伟在电镜中随意观察石墨烯样品时，意外发现石墨烯上会留下痕迹，敏锐地意识到这可能是一种纳米书写工具。于是深入探究，最终发表了题为“以石墨烯为纸，电子束为墨”的纳米书写技术论文。发表后迅速受到国家科技日报海外头版头条报道，这一结果因他灵活的想法和电镜的作用而备受关注，也让张伟备受激励。回国后，张伟致力于能源存储领域研究，并与西班牙能源协作研究中心和韩国基础科学研究所合作，发现了氢氧化物赝电容超级电容器的新机制，即氢离子的嵌入脱出过程，而非传统认为的表面氧化还原反应。成果发表受到广泛关注，至今被引超过250多次。2019年诺贝尔化学奖获得者古迪纳夫教授甚至专门撰写文章评价了这一工作的重要意义。尽管运用了多种研究手段，但核心仍是张伟对电镜的敏锐洞察，通过观察特征形貌演变和电子衍射谱分析，发现了充电和放电结构的高度相似性，这一发现对后续研究起到了关键作用。张伟讲授“电子显微镜魅力职业”课堂一瞥问及在诸多材料体系中都有一定成果的原因，张伟讲到，“一个可能是我兴趣在，再有一个也确实热爱”。正如张伟曾经给本科生、研究生和留学生讲授几门相关的课程“材料科学测试方法”、“电子显微镜应用与实例分析”或讲座“电子显微镜魅力职业与追求”中所阐释的，电镜除了是生存手段，更成为喜欢的一个魅力职业。“双管齐下”的学科：电镜既是手段，更是一门学问在谈到电子显微学这门学科时，张伟认为，首先，电子显微学是一门实用性极强、应用范围广泛，起着为其他学科服务支撑的重要作用。但另外，电子显微学本身也蕴含了丰富的理论，是一门需要不断研究、探索和突破的学问。作为现代科研的重要支撑学科，电子显微学在材料物理化学等领域扮演着不可或缺的角色。无论是探索新现象、新机理，还是揭示物质结构，电镜都发挥着举足轻重的作用。通过电镜对材料的深入研究，科学家们得以发现许多未知的领域，为科学进步贡献着力量。回顾以往，许多革命性成果的获得，正是依赖于电子显微学的突破性发现。例如，碳纳米管、准晶的发现等，背后都离不开电子显微学的直接贡献。同时，随着电镜技术的飞速发展，空间分辨率、能量分辨率以及时间分辨率等方面都取得了前所未有的提高，这些进步离不开新的理论支撑。例如，空间分辨率方面，球差电镜如今已经能够达到0.5埃甚至0.4埃的尺度。然而，一篇物理快报中提到，如果能克服某些限制，分辨率甚至可以达到0.01埃以下。这些突破性的进展，都需要其他学科的研究支持，以实现对分辨率不断突破的目标。总之，电子显微学是一门“双管齐下”的学科。它在支撑其他学科发展的同时，也在自身领域内不断取得新的突破和进展。二者相辅相成，共同推动着电子显微学不断向前发展。张伟的科研工作也与电子显微学的以上两个特性十分契合，在不同材料体系中广泛应用电镜的同时，也在围绕一些电子显微技术进行系统研究。2017年，吉林大学成立电子显微镜中心，张伟先后任电子显微镜中心副主任、执行主任、主任，并开始“双肩挑”的工作。一方面继续在材料学院从事科研工作，一方面也在电镜中心负责管理行政工作，同时也开始“回归”电镜相关研究，希望能通过一些原创性工作，为电子显微学的发展做出一些贡献。其中，软X射线发射光谱的应用与发展就是张伟近来比较聚焦的一个研究方向。探索新方向：基于电镜，以高能量分辨率表征电子态信息的SXES技术SXES技术发展历程：一种高效表征键合电子态信息的光谱方法诞生X射线发射光谱（XES）属于X射线光谱学，其分析原理是入射电子束辐照内层能级电子使其激发，被激发的电子脱离原来稳定的系统，内壳层会存在空穴，此时整个系统处于一种不稳定的激发态。与此同时，外层电子会向内壳层的空穴发生跃迁（退激发De-excitation），从而促使X射线的发射，通过分析发射光子的能量可以获得相关材料的电子信息。X射线发射光谱有多种类型，其中，软X射线发射光谱（SXES）也可用于确定材料的电子结构。1924年，林德（Lindh）和伦德奎斯特（Lundquist）首次发表了关于X射线发射光谱的实验结果，随后X射线发射光谱被广泛应用在材料研究中。虽然这些早期研究提供了对小分子电子构型的基本见解，但X射线发射光谱直到在同步辐射设施提供高X射线强度束后才得到更广泛的应用。近年来，随着先进光谱分析手段的发展，出现了一种基于电子显微镜且十分便捷高效的X射线发射光谱分析方法：软X射线发射光谱（SXES）。SXES的能量分辨率和检出限分别可以达到0.3 eV和20 ppm，优于EDS（120-130 eV、5000 ppm）和WDS（8 eV、100 ppm）。这意味着SXES的诞生为研究更精细的材料电子结构提供了更多的可能性。SXES与WDS,EDS对比（参考日本电子数据，根据安装的装置不同而不同）SXES作为附着在电子显微镜上的光谱分析方法，其目标是获得更高的分辨率，为了达到超高的能量分辨率以及空间分辨率，该技术也经历了几代漫长的发展。2000年，日本东北大学M Terauchi等人开发了连接到透射电子显微镜的第一代亚电子伏特分辨率软X射线光谱仪（JEM 2000FX）。光谱仪由VLS光栅和冷却的CCD探测器组成。首次在TEM中以0.6 eV能量分辨率的特定样品区域观察到价带（VB）的部分态密度（DOS）。然而，由于空间分辨率仅为1μm，在分析更小结构时能力不足。2002年，第二代软X射线发射光谱仪被开发。与第一代相比，能量分辨率从0.6 eV提高到0.4 eV，空间分辨率从1 μm提高到400 nm。可以设置两种不同的光栅，能量范围为60-1200 eV。然而，高能量区域的收集角和能量分辨率仍然不够。因此，从2008年到2012年，日本科学技术振兴机构(JST)资助了一项产学研联合种子创新项目，开发了一种光谱仪，该光谱仪利用VLS光栅作为色散元件，以达到超高的能量分辨率，可以在50 eV到4000 eV的宽能量范围内对软X射线光谱进行测量。成功研发出新一代商用软X射线发射光谱仪（SS- 94000 SXES），随后日本电子以商业化产品推向市场。该光谱仪带有两个光栅，可以检测50 -210 eV的一阶光谱和高达420 eV的二阶光谱，以及更高阶的光谱。该光谱仪可以探测到70多种元素的软X射线发射信号。到目前为止，SXES已经成为在纳米尺度上描述材料物理性质的成熟技术。SXES技术优势：高分辨，无损、化学键状态、锂元素分析X射线发射光谱工作原理示意图X射线发射主要是由电子束辐照引发的电子从价带（键合电子）到核心能级的电子跃迁。发射的X射线携带着有关键合电子（如Li的2s电子，C的2s和2p电子）的能量状态信息。通过检测电子从价带跃迁到内壳引起的X射线发射（上图），可以获得键合电子的部分态密度。由于核心能级态具有良好的对称性，发射强度分布反映了价带的部分态密度。作为一种基于电子显微镜的光谱分析方法，在样品制备过程中无需对样品进行特殊处理；在低加速电压下工作时，可以实现纳米级空间分辨率；在对简单金属、半导体和铝基化合物进行光谱分析时可以探究其能带结构效应。也就是说，一种新的、方便的表征键合电子态信息的光谱方法诞生了，该方法正在蓬勃发展，并在各个领域中得到应用。SS-94000 SXES检测金属Li图谱（图自日本电子）关于SXES技术的优势，张伟表示，一方面是分辨率高，其能量分辨率和检出限分别可以达到0.3 eV和20 ppm，优于EDS和WDS。这意味着SXES的诞生为研究更精细的材料电子结构提供了更多的可能性。另一方面，SXES还具有可视化和选择分析区域的优势，这使得SXES能够获得材料的局部或平均信息。此外，SXES 还具有几个独特的优势。第一，SXES的检测深度在几纳米到几百纳米之间，这使得SXES能够对样品进行无损的分析。其次，由于SXES具有非常高的能量分辨率和检出限，因此高能量分辨率的SXES可用于分析材料中化学键的状态。第三，也是最重要的一点，SXES可以对材料中的锂元素进行分析，这对于当下热点研究的新能源材料、能量存储材料中的应用是十分重要的。SXES技术应用进展：成果广泛，应用潜力被低估当前，从事基于电镜SXES技术研究与应用的团队较少，国际上主要是日本在推进相关研究，张伟则是我国鲜有的从事相关应用研究团队。日本偏技术推进，而张伟则在应用研究方面做了系列工作。并在全球率先发表了以基于电镜SXES技术应用研究为主题的综述。安装于吉林大学的国内首台基于扫描电子显微镜的软X射线发射光谱仪吉林大学也在2017年，购置了国内首台基于扫描电子显微镜的软X射线发射光谱仪（SS-94000 SXES），配置在JSM-7900F热场发射扫描电子显微镜上。基于SXES，张伟团队成功地将SXES应用于电化学能源和电催化领域，并为团队一些文章提供了关键数据，起到画龙点睛的作用。近两年来，张伟团队产出6篇实验型文章，1篇综述型文章。在水系电池领域，通过SXES揭示了CuHCF正极材料中铵离子的可逆嵌入/脱出，伴随Cu/Fe可逆价态转变的储能机制，发表于国际纳米领域的权威期刊Nano Lett上（Nano Lett. 23 (2023) 5307-5316）。在双离子电池工作中，团队利用SXES技术检测了石墨电极中Li-K和C-K边发射峰，证明了Li+成功的预嵌入石墨电极中，发表在国产卓越行动计划期刊JEC上(Journal of Energy Chemistry 71 (2022) 392-399)。团队将SXES与XANES的结果一同分析，研究了充放电过程中Bi电极和碱金属离子（Li+、Na+ 和K+）之间的电子结构演化过程，发表在影响因子高达20.4的ESM期刊中(Energy Storage Materials 45 (2022) 33-39)。此外团队也将这种表征手段应用于OER中，采用熔融盐辅助硼热反应法制备了FeCoB2。通过SXES对OER反应后催化剂的表征，证实OER反应后的催化剂中B原子与FeBO4中B的存在形式相同，与XPS的结果一致(Journal of Energy Chemistry 72 (2022) 509-515)。在HER中，通过SXES对反应前后对MXene量子点催化剂进行表征，证明了在电化学反应后，-Cl基团被氧基团取代，从而优化了HER性能，在EEM期刊上发表，并且作为封面 (Energy Environment Materials 6 (2023) e12438)，正逢MXene量子点获得诺贝尔化学奖之际。在ORR中，借助SXES 分析了铠甲催化剂的电子结构，通过对比金属Co元素引入的Co-NC催化剂与没有金属引入的NC催化剂的SXES峰位，表明金属Co物种的引入会使石墨电子结构发生变化，与同步辐射的结果一致，并且在国产卓越行动计划期刊JEC上发表(Journal of Energy Chemistry 70 (2022) 211-218)。随后团队对SXES在锂离子电池中的应用进行了全面的总结，在专注研究材料领域创新性研究成果的国际顶级快报MRL期刊上（年发文量74篇）发表了全球首篇关于软X射线发射光谱仪在锂离子电池研究领域应用的综述型文章，（Materials Research Letters 11 (2022) 239-249）并对SXES未来的发展提出了合理的展望。近两年，张伟团队产出的部分成果显然，SXES将成为在材料科学领域剖析电子结构信息的一个非常重要和强大的表征手段。尽管已经取得了一些进展，但SXES技术在许多的研究领域中的作用仍然被忽视。张伟认为，随着应用的不断深入，相关成果不断涌现，相信SXES技术会受到更多科研工作者的青睐。SXES作为一种简单、方便的光谱分析工具，并不局限于能源和催化领域。另外，张伟也十分看好SXES与其他表征手段联用技术，通过SXES辅助其它表征手段可以简化材料电子结构的研究，通过与其他表征手段的结合可以实现1+1远远大于2的效果。2024年1月，日本电子软X射线发光分光器出货第100台合影留念关于SXES技术的未来展望，张伟十分看好SXES技术以及相关联用技术，并认为，虽然目前SXES技术的研究与应用还处于一个相对初期的阶段，但相信在仪器使用者、研究者，以及仪器企业等多方共同努力下，SXES技术必将在材料电子结构研究领域掀起一个巨大浪潮，从而促进催化、能源以及其他领域的蓬勃发展。后记基于电镜技术，张伟在多个材料体系研究中取得显著成果，并较早投入SXES技术的研究，取得了系列突破。分享经验时，他强调了兴趣的重要性，提倡夯实基础知识，聚焦研究领域，并注重多学科交流。他特别提到，科研应摆脱功利心态，以平和之心面对挑战。就像团队学生们以“正能量满满”来描述张老师，兴趣为伴，乐观的心态下，有生活也有理想，科研与生活之旅中自然收获惊喜。或许，这便是张伟与电镜故事的真实写照。附：4分钟视频一览SXES的特点和功能（视频自日本电子官网）

随着量子科学及技术的快速发展，单光子源已成为光量子信息研究中的关键器件，对量子计算起着至关重要的作用。NANOBASE将反聚束实验与快速拉曼和光致发光成像技术联用，该项技术将给科研工作者更便捷的手段进行与量子计算机等新兴技术密切相关的单光子源研究。单光子源具有独特的量子力学特性，其在量子技术和信息科学中得到了广泛的应用，包括量子计算机开发和密码学技术研究等等。常见的单光子源有金刚石中的氮空位（NV）色心、单个荧光分子、碳纳米管和量子点等。反聚束实验则是鉴别单光子源的重要表征方法。知识拓展”NV（Nitrogen-Vacancy）色心是金刚石中的一种点缺陷。金刚石晶格中一个碳原子缺失形成空位，近邻的位置有一个氮原子，这样就形成了一个NV色心。反聚束效应是一种量子力学效应，它揭示了光的类粒子行为。它是由于单光子源一次只能发射一个光子而产生的现象。由于两次光子发射之间必须完成一个激发和弛豫循环，两次光子发射之间的最小间隔主要取决于单光子源的激发态寿命。当将发光信号分成两束，采用两个检测器同时探测，每个光子只能被其中一个检测器探测到。即在同一时刻仅有一个检测器可以探测到光子。反聚束效应会导致两个探测器的信号在很短的延迟时间内呈现反相关（HBT实验）。“光子反聚束测试功能和常见的利用机械位移平台的mapping方式相比，采用扫描振镜的mapping方式无需样品发生任何位移，通过光斑在视场内的nm级位移来实现样品的成像。这种方式可以方便的和磁场，低温，CVD等其他设备结合在一起，实现“绝对”的原位测试，避免位移平台本身重复精度累积带来的成像扭曲和定位偏差。而全新推出的光子反聚束测量模块，在原本拉曼光谱、荧光寿命、光电流成像的基础上新增光子反聚束功能，在方便快捷的进行零声子线的测试的同时，还可以完成光子反聚束的测量，极大的简化色心的搜寻流程，迅速判断制备工艺水平。该模块有助于研究者用拉曼光谱和光致发光（PL）成像来表征样品，快速确定目标区域（可能有单光子源的区域），随后在同一仪器来进行反聚束实验。典型案例：对已经进行过氮离子注入处理过的纳米级金刚颗粒进行光谱分析，从而精准定位符合要求的潜在色心：上图1为在5X物镜下进行快速粗扫后得到的针对零声子线峰位强度成像，图2为40X物镜下粗扫获得的强度图像，可以看到十字标志处单独存在的一个潜在优质色心，图3为该点的PL光谱图，可以清晰看到637nm处的较窄的零声子线。利用扫描振镜直接将光斑移动至感兴趣的点位进行HBT测试，上图为测得的单个NV-所体现的光子反聚束现象。常见的处理金刚石样品的方法有很多，比如以浓硫酸和双氧水配备的食人鱼溶液浸泡和清洗，或者将金刚石样品放入空气中进行高温加热，经过处理后的金刚石样品表面氧化层被去除后，再通过飞秒激光辐射等方法进行N离子的注入，从而生成单个NV色心、多个NV色心发光点，以及高密度NV色心团簇。与显微共聚焦荧光系统联用的光子反聚束实验具有众多优势。不仅可以快速筛选NV色心的可能区域，还能实现空间分辨及对其单光子发光源特性的研究，这一技术可以有效地协助单光子源的前沿研究，助力新型量子技术的快速筛选和实验。 昊量光电作为NANOBASE公司在中国区域的du家代理商，全权负责其在中国的销售、售后与技术支持工作。如想进一步了解光子反聚束测试，或者有任何问题及反馈建议，欢迎与我们来联系

近日，大连化物所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室(二十五室)袁开军研究员团队发现了一种具有多光子激发自陷态激子发光的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。多光子吸收是一种非线性效应，是指材料可以同时吸收多个单色红外光子，并将电子从基态激发到激发态，然后上转换为高能光子。无铅钙钛矿作为一种“明星”材料，具有较高的稳定性和低毒性，已经成为铅基钙钛矿的替代品。但与铅基钙钛矿相比，对于无铅钙钛矿高阶多光子吸收效应的研究还比较匮乏。本工作发现了一种在800至2000nm波长范围内，具有3至6光子吸收的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。稳态和瞬态光学实验结果表明，Cs2TeCl6晶体中单光子和多光子激发的宽带橙色发射归因于自陷态激子的复合。此外，研究人员通过飞秒激光激发的多光子荧光吸收饱和法，量化了Cs2TeCl6晶体的多光子吸收截面，其中六光子吸收截面为1.87×10-174cm12s5photon-5(1980 nm)。该工作为无铅钙钛矿家族在非线性光电领域的应用和发展提供了一个有潜力的候选材料。相关研究成果以“Six-Photon Excited Self-Trapped Excitons Photoluminescence in Lead-Free Halide Perovskite”为题，于近日发表在《先进光学材料》(Advanced Optical Materials)上。该工作的第一作者是大连化物所2507组博士研究生蒋举涛。该工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。

近日，大连化物所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室（二十五室）袁开军研究员团队发现了一种具有多光子激发自陷态激子发光的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。多光子吸收是一种非线性效应，是指材料可以同时吸收多个单色红外光子，并将电子从基态激发到激发态，然后上转换为高能光子。无铅钙钛矿作为一种“明星”材料，具有较高的稳定性和低毒性，已经成为铅基钙钛矿的替代品。但与铅基钙钛矿相比，对于无铅钙钛矿高阶多光子吸收效应的研究还比较匮乏。本工作发现了一种在800至2000nm波长范围内，具有3至6光子吸收的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。稳态和瞬态光学实验结果表明，Cs2TeCl6晶体中单光子和多光子激发的宽带橙色发射归因于自陷态激子的复合。此外，研究人员通过飞秒激光激发的多光子荧光吸收饱和法，量化了Cs2TeCl6晶体的多光子吸收截面，其中六光子吸收截面为1.87×10-174cm12s5photon-5（1980 nm）。该工作为无铅钙钛矿家族在非线性光电领域的应用和发展提供了一个有潜力的候选材料。相关研究成果以“Six-Photon Excited Self-Trapped Excitons Photoluminescence in Lead-Free Halide Perovskite”为题，于近日发表在《先进光学材料》（Advanced Optical Materials）上。该工作的第一作者是大连化物所2507组博士研究生蒋举涛。该工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。

目前技术方案已完善，研制正顺利进行 目的是为最终建成空间站提供技术支持。 　　我国将在2016年前研制并发射空间实验室，突破和掌握航天员中期驻留等空间站关键技术，并开展一定规模的空间应用。神舟飞船原总设计师戚发轫3日接受记者采访时表示，2011年下半年计划发射的我国首个目标飞行器“天宫一号”，将于2012年完成交会对接试验的重要使命。 　　戚发轫说，目前，空间实验室的技术方案已经完善，研制工作正在顺利进行，将解决一定规模、短期有人照料的空间应用问题。将来随着空间实验室体积的增大、可靠性的提高，将逐步发展成为空间站的核心舱或者实验舱，增加太空实验的项目和种类，为建成空间站奠定基础。 　　空间实验室是我国载人航天工程的第二步，将在2016年前完成，为最终建成空间站提供技术支持。而第一步即载人飞船阶段，已由神五、神六飞船实现。 　　与宇航强国竞争，我国正在研制论证 　　130吨重型运载火箭 　　运载能力是现役运载火箭的6倍 满足载人登月、深空探测等发射 　　中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院党委书记梁小虹3日接受记者专访时透露，我国目前运载能力最大的运载火箭正在进行研制论证工作，运载能力将达130吨，是现役运载火箭的6倍。该火箭可满足载人登月、深空探测等发射任务的需求，中国运载火箭技术研究院将承担研制任务。 　　目的：保持空间优势核心能力 　　据介绍，研制重型火箭是我国实施太空发展战略的重要举措，也是我国实施大规模深空探测任务的基础，将大大提高我国运载火箭的运载能力、自主进入空间能力，是保持空间优势核心能力的关键支柱。该项目在极大带动航天技术水平跃升的同时，还辐射带动国家基础工业、科学技术和民用产业的技术进步、能力升级。 　　意义：带动科学技术的研究进步 　　梁小虹告诉记者，与其他长征系列火箭“追赶”世界同类型先进型号不同，在重型运载火箭领域，美国、俄罗斯已经或正在开展研制具有代表性的重型运载火箭，我国目前进行重型运载火箭的研制论证意味着与宇航强国同时起步，开展竞争。 　　他说，重型运载火箭研制需要攻克大量先进技术，例如大推力发动机技术、大直径箭体设计与制造技术、高精度制导、低温推进剂在轨管理等技术，将带动有关科学技术的研究进步，例如制导理论、燃烧理论、新型材料和计算机等的发展。 　　天宫一号和神八发射 　　长征二号F火箭承担 　　它为载人航天第二阶段任务做好准备 　　梁小虹3日透露，长征二号F火箭将承担天宫一号和神舟八号发射任务。 　　梁小虹告诉记者，与前三次载人航天飞行相比，长征二号F技术状态变化较大，进行了近170项技术状态更改，其中38项为重大更改。长征二号F已为载人航天第二阶段任务的顺利实施做好充分准备。 　　在今年下半年发射天宫一号和神舟八号后，我国还将在未来两年内发射神舟九号、十号飞船，分别与天宫一号完成空间交会对接。 　　梁小虹说，今后我国还将致力于逐步形成系列化、通用化、组合化程度更高、能力覆盖更完整的新一代运载火箭大、中、小型谱系列，进一步满足深空探测、载人登月等规模更大的航天重大工程的任务要求。 　　今年完成9次发射任务 　　金牌火箭长三甲飞天忙 　　其高可靠性达到世界先进水平 　　3日，梁小虹告诉记者，被誉为“金牌火箭”的长征三号甲系列火箭将在2011年完成9次发射任务。 　　梁小虹介绍说，主力火箭长征三号甲系列火箭包括长征三号甲、长征三号乙、长征三号丙三个型号。 其中，长征三号甲是享誉全球的金牌火箭，长征三号乙是国内高轨道运载能力最大的火箭，长征三号丙执行世人瞩目的探月工程。 　　长征三号甲系列低成本、强适应性和高可靠性均达到世界先进水平。长征三号甲系列运载火箭国际商业发射服务价格是国外同类火箭的60%，目前可靠性验证指标已达到0.937，并通过上面级的研制大幅提升了任务适应性。截至目前共完成发射32次，成功30次，发射成功率达到93.75%。 　　新一代长征火箭 　　型谱正逐步形成 　　满足未来30年至50年航天器发射需求 　　我国新一代运载火箭系列型谱正在逐步形成，将满足未来30年至50年航天器发射需求，我国航天运输能力也将达到国际先进水平。 　　梁小虹3日接受记者专访时透露了这一信息。 　　梁小虹告诉记者，新一代运载火箭型谱家族形成的总体运载能力覆盖范围全面。新一代大型、中型和小型运载火箭家族是满足基本应用需求的主力军，该型谱全面覆盖大型、中型、小型运载能力，实现太阳同步轨道500公斤，地球近地轨道25吨，地球同步转移轨道1.5吨到14吨的新目标。 　　梁小虹向记者透露，“新一代运载火箭型谱家族的应运而生预示着中国运载能力将达到世界先进水平。” 　　2011年我国运载火箭 　　发射次数将达20余次 　　长征三号甲系列火箭将担纲大任 　　梁小虹3日还透露，2011年全球预计将进行70余次轨道发射，我国运载火箭发射次数也将达到20余次，中国运载火箭技术研究院将承担其中17次发射任务，创该院运载火箭发射次数历史之最。 　　中国运载火箭技术研究院现役火箭将在2011年一一登上发射塔架。其中，长征三号甲系列火箭将担纲大任，在今年完成9次发射任务。长征二号F火箭将承担世人瞩目的天宫一号和神舟八号的发射任务。长征二号丙运载火箭预计也将进行多次发射任务。 　　梁小虹称，这意味着平均不到一个月就要完成一次发射，相比于以往近两个月一次，“如此快节奏历史罕见”。 　　戚发轫 　　中国工程院院士、国际宇航科学院院士，曾担任中国载人航天工程载人飞船系统总设计师。 　　本组稿件综合新华社

仪器信息网讯 2月25日，麻省理工学院电子研究实验室和物理系等在Science发表一种纳米光学的闪烁体架构最新成果：A framework for scintillation in nanophotonics。该闪烁体架构在电子诱导和x射线诱导的闪烁中都获得了近一个数量级的增强，有助于开发出一种更亮、更快、更高分辨率的新型闪烁体。这或将推动医学成像、x射线无损检测、电子显微镜和高能粒子探测器等技术的发展。（DOI: 10.1126/science.abm9293 ）闪烁体纳米光子学当高能粒子与材料碰撞时，能量会传递给材料中的原子，从而可以发光。这种闪烁过程被应用于从医学成像到高能粒子物理学等的许多探测器中。Roques-Carmes等人将纳米光子结构集成在闪烁材料上，以增强和控制其光发射。作者展示了纳米光子结构如何塑造闪烁的光谱、角度和偏振特性。这种方法将有助于开发更亮、更快和更高分辨率的闪烁体。摘要高能粒子对材料的轰击通常导致光发射，这一过程称为闪烁。闪烁在医学成像、x射线无损检测、电子显微镜和高能粒子探测器中有广泛的应用。大多数研究集中在寻找更亮、更快、更可控的闪烁材料。团队发展了一个统一的纳米光子闪烁体理论，该理论解释了闪烁的关键方面:高能粒子的能量损失，以及纳米结构光学系统中的非平衡电子的光发射。然后，我们设计了一种基于将纳米光子结构集成到闪烁体中来增强其发射的方法，在电子诱导和x射线诱导的闪烁中都获得了近一个数量级的增强。该框架预期能够开发出一种更亮、更快、更高分辨率的新型闪烁体，具有定制化和优化的性能。纳米光子闪烁体：( A ) 纳米光子闪烁体由与闪烁体集成的纳米光子结构组成。通过结合能量损失动力学、占据水平动力学和纳米光子学建模，可以对闪烁进行建模、定制和优化。( B ) 光子晶体纳米光子闪烁体增强x射线闪烁的数量级。( C ) 使用纳米光子闪烁体（白色虚线正方形）进行的 X 射线扫描。简介高能粒子对材料的轰击通常导致光发射，这一过程称为闪烁。闪烁体广泛应用于电离辐射的检测，具有广泛的应用，包括用于医学成像、无损检测的 X 射线探测器、用于正电子发射断层扫描的伽马射线探测器、夜视系统和电子显微镜中的荧光屏以及高能物理实验中的电磁热量计。因此，人们对开发具有更高光子产率和更高空间和能量分辨率的“更好的闪烁体”非常感兴趣。一般来说，更好的闪烁体会导致上述所有应用技术的明确改进。比如在医学成像技术中，更亮的闪烁体可以实现极低剂量的 X 射线成像，从而减少对患者的潜在伤害。大多数对改进闪烁体问题的研究都涉及合成具有更好固有闪烁特性的新材料。基本原理高能粒子转化为光子是一个复杂的多物理过程，其中入射粒子在闪烁体中产生一连串的二次电子激发。然后这些二次激发在发射闪烁光子之前放松为非平衡分布。通过在闪烁体中在闪烁光子波长的尺度上产生空间不均匀性，从而在波长尺度上调制材料的光学特性，可以控制和增强光发射。在这种“纳米光子闪烁体”中，由于电子可用于发光的光学态的局部密度的增强，闪烁体中的发光电子可以更快地发光。还可以使用这些纳米光子结构将捕获的光“引导”出闪烁体，从而检测到更多的光。这两种效应都导致闪烁光子发射率的提高。这些纳米光子效应与材料无关，原则上可以增强任何闪烁体，并且原则上也可以对任何类型的高能粒子观察到这些效应。纳米光子成形和增强电子束诱导闪烁实验演示：（a） 使用改进的扫描电子显微镜（SEM）诱导和测量电子束（10-40 keV）轰击闪烁纳米光子结构的闪烁。（b） 通过Monte Carlo模拟计算了绝缘体上硅晶片中的电子能量损失。插图：放大闪烁（硅）层中的电子能量损失。（c） 光子晶体（PhC）样品（蚀刻深度35nm）的SEM图像。倾角45◦.比例尺：1µm（顶部），200 nm（底部）。（d） 具有不同蚀刻深度（但厚度相同）的薄膜（TF）和PhC样品的闪烁光谱。（e） 闪烁信号通过物镜从真空室耦合出来，然后在相机上成像，并用光谱仪进行分析。（f-g）绿色和红色闪烁峰的理论（左）和实验（右）闪烁光谱之间的比较。插图：计算出的正常发射方向的闪烁光谱（每个立体角），显示出在单个发射角度上可能有更大的增强。成果该团队建立了纳米光子闪烁体的第一性原理理论，理论考虑了导致电子激发的复杂过程以及任意纳米光子结构中非平衡电子的光发射。使用该理论作为指导，在两个不同的平台上通过实验证明了数量级的闪烁增强：通过硅缺陷产生的电子诱导闪烁，以及传统闪烁体中通过稀土掺杂引起的 X 射线诱导闪烁。两种情况下的增强都是通过对闪烁体或闪烁体上方的材料进行二维周期性蚀刻来实现的，以创建二维光子晶体平板几何形状。该理论解释了实验观察到的增强，以及其他需要对发射过程的潜在微观动力学进行第一性原理描述的影响。例如，我们可以将观察到的光谱形状解释为光子晶体板的几何参数的函数。此外，使用该框架，我们可以解释信号与入射粒子通量的非线性关系，以及主要闪烁波长可能随高能粒子通量而变化的影响。此外，团队使用纳米图案 X 射线闪烁体来记录各种样本的 X 射线扫描，并观察到图像亮度的增加。这直接转化为更快的扫描，或者相当于实现给定亮度所需的更低 X 射线剂量。X射线闪烁的纳米光子增强结论该框架可以直接应用于在许多现有实验中的纳米光子闪烁模型，可解释任意类型的高能粒子、闪烁体材料和纳米光子环境。除此之外，该框架还允许发现用于增强闪烁的最佳纳米光子结构。成果展示了如何使用拓扑优化和其他类型的纳米光子结构来寻找可以呈现更大闪烁增强的结构。该团队期望这里展示的概念可以部署在使用闪烁体的所有应用领域，并在整个应用领域提供引人注目的应用，包括医学成像、夜视和高能物理实验等。实验设置和校准测量示意图.（A）实验设置示意图，扫描电镜SEM室内，1：电子束与样品相互作用；2：法拉第杯，链接外接皮安计，测量入射电流；3：6轴，同心圆工作台，由SEM控制；4：XYZ目标阶段。5：X射线遮挡窗口，SEM室外；6：镜面；7：管状镜头；8：分束器；9：CCD摄像机，成像样品表面；10：偏振片（可选）；11：XYZ框架组件，带两个聚焦透镜和一个光纤耦合器，内部分光仪；12：光栅转台；13，14：（聚焦）镜；15：光谱仪CCD，绿色激光馈通对准臂；16：绿色激光源；17：光纤耦合直通，真空兼容；18：光纤输出照明样品。（B）校准实验（其余设置与（A）类似）。19：AVA校准光源。（C）测量校准转换功能。

记者日前从中国特检院获悉，该院副院长沈功田研究员在日前闭幕的2013年世界声发射会议(简称WCAE-2013)上，成功当选国际声发射学会(简称ISAE)理事长。ISAE的永久秘书处也设立在中国特检院，由中国机械工程学会无损检测分会管理。 　　本次会议由国际声发射学会主办，中国机械工程学会无损检测分会和中国特检院承办。来自美国、日本、澳大利亚、中国等13个国家的97名代表出席会议。会议收录论文86篇，其中口头报告41篇。会议期间，国际声发射学会召开了委员大会，选举产生了由来自9个国家的13人组成的第一届理事会和执行委员会，我国的沈功田研究员任理事长、李邦宪研究员任秘书长。 　　ISAE由中国和美国联合发起成立。这是在声发射领域，乃至无损检测领域首次由我国组织并发起的国际组织，彰显了我国声发射研究的水平和在国际上的影响力。ISAE理事会的成立，建立了中国声发射科技工作者与国际声发射领域专家深入交流的平台，促进了我国声发射检测技术的发展与推广应用，让世界见证了中国声发射技术的新发展，提高了我国声发射检测技术乃至无损检测技术的国际地位和国际影响力。 　　材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象称为声发射，大多数材料变形和断裂时都有声发射发生。用仪器探测、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号对声发射源的状态作出正确判断的技术称为声发射检测技术。声发射技术适用于大型结构件的快速动态监测、检测和结构完整性评价，在石油化工、电力、冶金、材料试验、民用工程、航天和航空、金属加工、交通运输等领域开展了广泛的应用，且正在向生物等其他领域扩展。 　　我国的声发射检测应用面最广的是压力容器安全性检测和评价方面。现在有超过100家检测机构从事压力容器声发射检测。自1984年，中国特检院一直致力于特种设备的声发射检测技术的研究和应用，是国内声发射技术的领导者，在全国范围内建立了产、学、研、政四位一体的60多人的研发团队，承担国家科技攻关、科技支撑和社会公益科研项目近20项，制定国家或行业声发射检测技术标准10多项，开发声发射和管道泄漏检测仪器4种，培养声发射高级检测人员23名，中级近700名。其取得的科研成果获得国家科技进步二等奖2项，省部级科技奖励1等奖3项、二等奖6项。这项技术为企业解决了特种设备在线检测与安全评价的技术难题，既可及时发现和排除安全隐患，为生产安全提供技术保障，也可延长设备的运行周期，为企业带来可观的经济效益和社会效益。仅对大庆炼油厂、燕山石化、镇海炼化、华北制药、江西铜业等18家企业开展的3000多台次压力容器和大型常压储罐声发射检测应用进行统计，就为他们减少了12亿元的停产损失。《中国质量报》