双层膜

由德国哥廷根大学领导的一个国际研究团队在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们在对天然双层石墨烯开展的高精度研究中，发现了新奇的量子效应，并从理论上对其进行了解释。这一系统制备简单，为载荷子和不同相之间的相互作用提供了新见解，有助于理解所涉及的过程，促进量子计算机的发展。2004年，两位英国科学家用一种非常简单的实验方法从石墨中剥离出石墨片，并借助特殊胶带得到仅由一层碳原子构成的石墨烯。石墨烯是强度最高的材料之一，具有很好的韧性、超强导热性与导电性，应用前景十分广阔。如果将两层石墨烯彼此以特定的角度偏转，所得到的系统甚至会表现出超导性和其他激发量子效应，如磁性。但迄今为止，很难制备出这种偏转的双层石墨烯。在最新研究中，科学家们使用了天然形成的双层石墨烯。他们首先使用简单的胶带从一块石墨中分离出石墨烯样品。为观察量子力学效应，施加了垂直于样品的高电场。他们发现，所得到系统的电子结构发生了变化，且拥有类似能量的电荷载流子出现强烈的累积效应。研究进一步发现，在略高于绝对零度（-273.15℃）下，石墨烯中的电子可相互作用，出现了各种意想不到且复杂的量子相。如相互作用导致电子自旋对齐，使材料在没有施加外部影响的情况下具有磁性。通过改变电场，研究人员也能不断改变双层石墨烯中载流子相互作用的强度。此外，电子运动的自由度在特定条件下会受限，形成电子晶格，且由于相互排斥作用，不再有助于传输电荷，导致系统对电绝缘。哥廷根大学物理系托马斯韦茨教授表示，新系统的主要优势之一在于材料制备非常简单，研究人员不需要像以前那样在高温下才能获得所需结果，可用于进一步研究各种量子态及量子计算机等。

p 　　德国斯图加特马普固态研究所和乌尔姆大学的科学家使用超显微镜(SALVE)，观察到以原子分辨率显示的锂离子在电化学充放电过程中的表现，证明了在单个纳米电池中双层石墨烯发生的可逆锂离子吸收。研究成果发表在最新一期的《自然》杂志上。 /p p 　　斯图加特马普固态研究所物理学家于尔根· 斯迈特介绍说，研究显示“纯碳化合物最适合用于锂基电化学存储系统，在此系统中，锂暂时储存在碳主体中”。 /p p 　　这一项目由巴符州基金会资助，目的是研究锂在二维碳化合物(如原子水平的石墨烯)中的储存和扩散。为此，斯迈特和他的博士生开发了一种由双层石墨烯组成的“微型电池”。石墨烯属于二维材料，由单个碳原子层组成。在只有0.3纳米薄的细长电化学微电池的一端，研究人员在顶部施加了溶解有锂盐的电解质液滴。为使电解质不干扰电子显微照片，实验必须精确定位和机械稳定，他们采用了一种技巧，即添加了在紫外线下固化的聚合物，使液滴成为凝胶状固体留在原处。 /p p 　　实验显示，当电压施加到纳米电池时，锂离子从电解质液滴迁移到石墨烯双层的间隙中，并在那里积聚 去除电位差时，累积储存的锂又溶解并迁移回到电解质液滴中。 /p p 　　在原子水平上，这种过程很难被“原位”观察。乌尔姆大学乌特· 凯瑟教授领导的团队利用超显微镜首次证明了石墨烯在原子水平上的嵌入。 /p p 　　实验结果让研究人员感到吃惊，传统的石墨基电池只有少数紧密堆积的锂在两层碳层之间，而在石墨烯纳米电池里发现非常密集的锂层。凯瑟教授称，超显微镜为理解纳米电池提供了独特的途径，能在石墨烯夹层中观察锂等轻元素的扩散是一项巨大的科学挑战，传统的透射电子显微镜(TEM)做不到。 /p

【科学背景】分数量子霍尔效应是一种在强磁场下发生的量子相变，其中电子在二维材料中以特殊的方式组织，表现出量子化的电导特性。此效应下的准粒子称为任何子，它们具有分数量子电荷，并在交换位置时显示出分数统计，这为研究量子物理的基本问题提供了独特的视角。阿贝尔任何子表现出简单的分数统计，而非阿贝尔任何子则具有更复杂的交换行为，这些特性可以通过量子干涉实验进行探测。然而，尽管已有大量研究探索了量子霍尔状态下的电子干涉，实际操作中仍存在一些问题。例如，传统的GaAs/AlGaAs基干涉仪在调节干涉状态和处理库伦相互作用方面存在局限，这限制了对分数量子霍尔态的深入研究。为了解决这些问题，研究者们将目光转向了具有更高调节能力的石墨烯基干涉仪。双层石墨烯的高迁移率和电气调节特性使得其在分数量子霍尔效应研究中表现出色。近期，以色列魏茨曼研究所Yuval Ronen教授团队在双层石墨烯平台上成功构建了Fabry-Pérot干涉仪（FPI），该装置能够在单一Landau能级内通过精确的电静态调节动态地切换干涉状态，从库伦主导状态到Aharonov-Bohm干涉状态。本研究解决了在分数量子霍尔态下量子干涉的具体实现问题。通过在双层石墨烯基FPI中进行实验，作者能够在填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下观察到纯净的Aharonov-Bohm干涉模式。当电荷密度和磁场变化时，作者不仅观察到常数填充条件下的干涉现象，还在常数密度条件下发现了相位跳跃。这些跳跃表现出准粒子在干涉回路中积累的相位与回路内电子数的关系，验证了e/3准粒子的分数统计特性。【科学亮点】（1）实验首次构建并测量了基于范德华力的双层石墨烯Fabry-Pérot干涉仪（FPI），在分数量子霍尔效应（FQHE）中实现了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的动态调节。该装置利用高迁移率双层石墨烯导电层，通过精确的电静态调节，允许在单一Landau能级内实现这一调节。（2）实验通过调节磁场和电子密度，探测了填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下的AB干涉现象。在保持常数填充因子的情况下，作者观察到纯净的AB干涉模式，确认了准粒子电荷为e/3。（3）当实验从常数填充的条件转向常数密度的条件时，干涉模式中出现了相位跳跃的演变。这些相位跳跃对应于准粒子在干涉回路中添加或去除的离散事件。（4）作者还发现，干涉准粒子所积累的相位可以表示为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内的电子数。这个观察验证了准粒子遵循分数统计的预期，并为研究阿贝尔任何子提供了新的平台。【科学图文】图1： 基于双层石墨烯的法布里-珀罗干涉仪Fabry–Pérot interferometer，FPI。图2：可调谐整数量子霍尔效应 integer quantum Hall effect，IQHE干涉态，从库仑作用主导Coulomb-dominated，CD到阿哈勒诺夫-玻姆Aharonov–Bohm，AB态。图3：在1/3分数填充处的AB干涉。图4：恒定填充和恒定密度之间可调性。【科学结论】本文的研究通过在高迁移率双层石墨烯的基础上构建并测量范德华力Fabry-Pérot干涉仪（FPI），作者成功地在一个Landau能级内动态调节了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的状态。这一实验不仅验证了在填充因子ν=1/3下的Aharonov-Bohm干涉模式，还揭示了在常数填充条件下的纯净干涉图样和在常数密度条件下的相位跳跃现象。这些发现表明，干涉准粒子所积累的相位可以被理解为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内电子数，这为理解准粒子的分数统计特性提供了新的视角。通过这种精确的调节能力和测量手段，作者为研究阿贝尔任何子和探索更复杂的非阿贝尔统计奠定了坚实的基础。双层石墨烯所展示的偶数分母分数量子霍尔态的潜力，预示着未来在这一领域的广泛应用前景，为进一步的研究和技术发展提供了有力的支持。参考文献：Kim, J., Dev, H., Kumar, R. et al. Aharonov–Bohm interference and statistical phase-jump evolution in fractional quantum Hall states in bilayer graphene. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01751-w

【科学背景】分数量子霍尔效应是一种在强磁场下发生的量子相变，其中电子在二维材料中以特殊的方式组织，表现出量子化的电导特性。此效应下的准粒子称为任何子，它们具有分数量子电荷，并在交换位置时显示出分数统计，这为研究量子物理的基本问题提供了独特的视角。阿贝尔任何子表现出简单的分数统计，而非阿贝尔任何子则具有更复杂的交换行为，这些特性可以通过量子干涉实验进行探测。然而，尽管已有大量研究探索了量子霍尔状态下的电子干涉，实际操作中仍存在一些问题。例如，传统的GaAs/AlGaAs基干涉仪在调节干涉状态和处理库伦相互作用方面存在局限，这限制了对分数量子霍尔态的深入研究。为了解决这些问题，研究者们将目光转向了具有更高调节能力的石墨烯基干涉仪。双层石墨烯的高迁移率和电气调节特性使得其在分数量子霍尔效应研究中表现出色。近期，以色列魏茨曼研究所Yuval Ronen教授团队在双层石墨烯平台上成功构建了Fabry-Pérot干涉仪（FPI），该装置能够在单一Landau能级内通过精确的电静态调节动态地切换干涉状态，从库伦主导状态到Aharonov-Bohm干涉状态。本研究解决了在分数量子霍尔态下量子干涉的具体实现问题。通过在双层石墨烯基FPI中进行实验，作者能够在填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下观察到纯净的Aharonov-Bohm干涉模式。当电荷密度和磁场变化时，作者不仅观察到常数填充条件下的干涉现象，还在常数密度条件下发现了相位跳跃。这些跳跃表现出准粒子在干涉回路中积累的相位与回路内电子数的关系，验证了e/3准粒子的分数统计特性。【科学亮点】（1）实验首次构建并测量了基于范德华力的双层石墨烯Fabry-Pérot干涉仪（FPI），在分数量子霍尔效应（FQHE）中实现了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的动态调节。该装置利用高迁移率双层石墨烯导电层，通过精确的电静态调节，允许在单一Landau能级内实现这一调节。（2）实验通过调节磁场和电子密度，探测了填充因子ν=1/3的分数量子霍尔态下的AB干涉现象。在保持常数填充因子的情况下，作者观察到纯净的AB干涉模式，确认了准粒子电荷为e/3。（3）当实验从常数填充的条件转向常数密度的条件时，干涉模式中出现了相位跳跃的演变。这些相位跳跃对应于准粒子在干涉回路中添加或去除的离散事件。（4）作者还发现，干涉准粒子所积累的相位可以表示为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内的电子数。这个观察验证了准粒子遵循分数统计的预期，并为研究阿贝尔任何子提供了新的平台。【科学图文】图1： 基于双层石墨烯的法布里-珀罗干涉仪Fabry–Pérot interferometer，FPI。图2：可调谐整数量子霍尔效应 integer quantum Hall effect，IQHE干涉态，从库仑作用主导Coulomb-dominated，CD到阿哈勒诺夫-玻姆Aharonov–Bohm，AB态。图3：在1/3分数填充处的AB干涉。图4：恒定填充和恒定密度之间可调性。【科学结论】本文的研究通过在高迁移率双层石墨烯的基础上构建并测量范德华力Fabry-Pérot干涉仪（FPI），作者成功地在一个Landau能级内动态调节了从库伦主导到Aharonov-Bohm（AB）干涉的状态。这一实验不仅验证了在填充因子ν=1/3下的Aharonov-Bohm干涉模式，还揭示了在常数填充条件下的纯净干涉图样和在常数密度条件下的相位跳跃现象。这些发现表明，干涉准粒子所积累的相位可以被理解为2π〈N〉，其中〈N〉为回路内电子数，这为理解准粒子的分数统计特性提供了新的视角。通过这种精确的调节能力和测量手段，作者为研究阿贝尔任何子和探索更复杂的非阿贝尔统计奠定了坚实的基础。双层石墨烯所展示的偶数分母分数量子霍尔态的潜力，预示着未来在这一领域的广泛应用前景，为进一步的研究和技术发展提供了有力的支持。参考文献：Kim, J., Dev, H., Kumar, R. et al. Aharonov–Bohm interference and statistical phase-jump evolution in fractional quantum Hall states in bilayer graphene. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01751-w

【科学背景】相关绝缘态是指在周期性超晶格、磁场和各种相互作用的调控下，电子表现出的凝聚态行为。尽管在moire过渡金属二硫化物中已观察到分数值的相关绝缘态，但在扭曲双层石墨烯系统中，特别是在具有三角moire格子的情况下，对几何烦躁效应对电子行为的影响尚未深入研究。此外，如何在实空间建立模型以理解这些复杂现象也是一个未解决的挑战。为了解决这些问题，美国俄亥俄州立大Chun Ning Lau教授团队们进行了广泛的实验和理论研究。他们在不同的扭曲角度下研究了tBLG系统中的相关绝缘态，并发现在大于魔角的扭转角度范围内观察到了强壮的零切尔尼分数相关绝缘态。通过磁场和温度依赖的实验，他们验证了这些态的存在和稳定性。本研究通过建立基于Wannier轨道形状和库仑相互作用的实空间模型，成功解释了这些分数填充下的电子相态。研究表明，Wannier轨道的三叶形状和在不同扭转角度下的几何烦躁效应是导致这些态的关键因素。此外，通过调节掺杂和扭转角度，科学家们展示了可以调控这些态的性质和相变过程。【科学亮点】（1）实验首次观察到在大角度扭曲双层石墨烯（tBLG）中，在1/3填充数下存在高强度的零切尔尼分数相关绝缘态。（2）实验通过分析大于魔角扭转角度的tBLG样品，发现这些零切尔尼分数态在垂直和平行磁场中仍然稳定存在。具体结果如下：&bull 首次观察到在tBLG中的1/3填充下，存在零切尔尼分数相关绝缘态，这些态显著超过了整数填充的态。&bull 实验结果表明，在较小扭转角度的设备中，观察到了符合预测的砖墙电荷有序态。&bull 在施加平行磁场时，观察到分数填充为 ±8/3 的状态表现出铁磁序，而 ±4/3 的状态表现出反铁磁序，并在有限磁场下观察到向自旋对齐态的转变。&bull 在具有更大扭转角度和较强次最近邻相互作用的设备中，观察到了三倍的单元胞重构，与理论预测的armchair相一致。&bull 这些分数态的产生源于Wannier轨道形状和由库仑相互作用引起的几何烦躁，其相通过掺杂和扭转角度可调节。【科学图文】图1： 器件D1的温度相关数据，θ=1.32°。图2：实空间模型。图3：在T=300mK时，器件D1的磁输运。图4：在T=1.5K时，器件D2的磁输运。【科学结论】本文深入探索了大角度扭曲双层石墨烯（tBLG）中的零切尔尼分数相关绝缘态。通过观察和理论模型的结合，揭示了Wannier轨道的特殊几何形状如何与库仑相互作用相结合，导致了这些新型电荷有序态的出现。这种研究不仅拓展了我们对二维材料中几何烦躁效应的理解，还为探索和设计新型量子材料提供了重要思路。从实验角度来看，本研究首次在大于常规魔角的扭转角度下观察到这些分数填充态的显著存在，这为探索不同扭转角度下tBLG的电子结构和相变提供了新的视角。同时，通过施加磁场的实验设计，揭示了这些分数态的磁序行为，为理解其物理本质提供了关键线索。从理论角度来看，本文采用了基于轨道几何烦躁的模型，成功解释了实验观察到的各种现象。这种实空间模型的应用不仅有助于理解和预测tBLG中复杂相互作用的影响，还为未来设计具有特定电子性质的新型二维材料提供了有力的理论指导。总之，本文不仅深化了对tBLG电子结构中几何烦躁效应的理解，还展示了通过调控几何形状和外加场效应来实现对电子态的精细控制的潜力。原文详情：Tian, H., Codecido, E., Mao, D. et al. Dominant 1/3-filling correlated insulator states and orbital geometric frustration in twisted bilayer graphene. Nat. Phys. (2024). https://doi.org/10.1038/s41567-024-02546-5

Fig. 1 日本东京大学 竹内昌治 教授及其研究团队在Lab on a Chip杂志上发表封面文章近年来，与细胞膜信号和物质传输有关的膜蛋白（membrane proteins），受到药物开发人员的广泛关注。由于具有极高的特异性（specificity）以及对配体分子（ligand molecules）的敏感性，膜蛋白还有望用于各类化学传感器。在实际操作中，膜蛋白需要双层脂膜（lipid bilayer）作为载体。在过去，研究人员主要利用机加工或光刻等MEMS器件的加工方法，来制作具有“双空腔结构”（double-well chamber，DW）的微型器件，并通过“液滴接触法”（droplet contact method，DCM）来制作双层脂膜。随着3D打印技术的快速发展，也有越来越多的研究人员尝试使用3D打印来制作类似微型器件。最近，东京大学著名学者竹内昌治教授所带领的团队，研究了3种不同的3D打印技术用于双层脂膜制备（fabrication of lipid bilayer devices）及其用于膜蛋白检测（measurement of membrane proteins）的可行性。研究成果以“3D printed microfluidic devices for lipid bilayer recordings”为题，作为封面文章发表在Lab on a Chip期刊上。Fig. 2 （a）DCM装置示意图；（b）3D打印制作DCM微型器件 这项研究从以下三个方面进行：1. 利用3D打印DCM微型器件制备双层脂膜的成功率。研究人员利用3种不同的3D打印技术，分别制作了特殊的DCM器件，其中包含厚度为40μm /80μm /200μm的薄壁结构。利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，microArch S140）技术制作的DCM器件，实际尺寸与设计值的偏差只有6%，表面粗糙度低至0.27±0.02μm，在制备双层脂膜时能够实现高达93%的成功率。Fig. 3 不同3D打印样品的尺寸精度及表面粗糙度（microArch为摩方精密 S140打印机）2. 分别对由3D打印及传统方法制作的DCM器件进行性能对比。研究指出，通过电噪声振幅（amplitude of electrical noise）及双层脂膜成型时间（waiting time for lipid bilayer formation）的比较，3D打印所制作的器件能实现与传统方法较为一致的性能，即可灵敏、快速地获取离子通道信号（ion channel signals）。3. 3D打印技术在DCM领域的拓展应用。通过微流控一体成型（monolithic fabrication）制备不同的DCM器件（如DW结构、DW与双管道串联结构、多空腔DW结构）用于溶液混合以及电信号的并行记录，研究人员指出,3D打印技术能够快速、便捷、一体成型制作传统方法无法实现的复杂结构，在药物开发和化学传感器等方面将会有非常大的应用前景。Fig. 4 摩方精密的S140所打印的DCM器件官网：https://www.bmftec.cn/links/10

美国西北大学工程师首次创造出一种双层原子厚度的硼烯，打破了硼在单原子层限制之外形成非平面团簇的自然趋势。研究结果发表在《自然材料》杂志上。　　硼烯是一种单原子厚的硼薄片，是由硼原子构成的单原子层厚的二维材料，比石墨烯更强、更轻、更柔韧。单原子层硼烯的合成是具有挑战性的。要获得硼烯通常需要制备生长，因此需要衬底作为载体或者支撑。　　5年前，来自同一研究团队的科学家们首次创造了只有单原子厚度的硼烯。理论研究预测认为，制备双层硼烯是可能的，但由于块状硼不像石墨那样是层状的，超出单原子层的生长会导致形成团簇，而不是平面结构，试图生长多层硼烯的关键就在于找到阻止团簇形成的生长条件。此次研究发现，关键在于用来生长硼烯的衬底。研究人员在平面的银质衬底上培养硼烯。当暴露在高温下，银会在原子级台阶结构之间形成异常平坦的“梯田”。在这些“梯田”上“种植”硼烯时，研究人员看到第二层硼烯的形成。这种双层材料既保持了硼烯的电子性能，又存在新的优点，如由两层原子层厚的薄片黏合在一起，中间有空间，可用来储存能量或化学物质。

CPSC 5 月22 日一致表决，对2010 年4 月16 日提交的请求再次延迟6 个月决定做出决定。该请求要求CPSC 启动法规制定程序修订双层床现行的法规，将头部和颈部卡在侧梯间的测试要求纳入进来。这已是CPSC 第三次延迟6 个月的决定时间，以让CPSC 工作人员继续与ASTM F15.30 双层床分委员会一起，制定有关头部和颈部卡在侧梯这一情况的ASTM F 1427 自愿性标准中的相关要求。 　　延长符合泳池法规中“无阻碍排水”新解读的截止日期 　　CPSC 2011 年10 月11 日宣布撤销其对“无阻碍排水”( "unblockable drain")说法的释意，该说法已在Virginia Graeme Baker Pool and Spa Safety Act(VGBA)用过。CPSC 为在2011 年10 月11 日及之前按照CPSC 的最初解释安装符合VGBA 的排水孔盖者规定了符合日期，即2012 年5 月28 日。但根据进一步的审查情况，CPSC 决定延长符合日期至2013 年的5 月23 日。 　　http://www.hktdc.com/info/mi/a/baus/sc/1X07WXUF/1/美国商情快讯/消费品安全委员会最新工作进展-英文版--.htm

加拿大多伦多大学电气与计算机工程教授Ted Sargent领导的研究小组首次研发出了一种胶体量子点(colloidal quantum dots，CQD)双层太阳电池，制备成分为吸光纳米粒子，称为量子点。其不但可以吸收可见光，也可以吸收不可见光，理论转化效率可高达42%，超过现有普通太阳电池31%的理论转化率。相关研究论文发表在Nature Photonics上。 　　量子点已经被看作是一种很有前途的方法，可以制备低成本太阳电池，因为这些粒子可以喷涂到各种表面。但是，基于这种技术的电池效率太低，难以实用。而多伦多大学研究人员研发的双层太阳电池中，一层量子点经调制可以捕捉可见光，而另一层捕捉红外光。研究人员还引入一个过渡层，构成成分包含四种薄膜状的不同金属氧化物，这一种方法可以减少层间电阻。他们选择透明的氧化物用于这一层，使光线可穿过它们，到达底层电池。 　　研究人员目前研制的这种太阳电池转化效率为4.2%。Sargent教授指出，这种方法可用于制造3层甚至4层太阳电池。该小组的目标是在5年内实现效率超过10%，之后不断提高。 　　宾夕法尼亚州立大学化学教授John Asbury指出，因为能够制成多层量子点太阳电池，多伦多大学的团队将理论效率从30%提高到40%以上。但是，要研制接近这一效率的任何尺度太阳电池，都需要消除束缚态问题。

文献分享-基于表面增强拉曼光谱的便携式双层过滤装置对多种水源性病原体同时测定一、研究背景近些年来，由感染食源性致病菌所引发的重大安全事件时有发生，不断报道的食品中致病菌的残留问题使得人们对食品中致病菌的检测越发关注，各类致病菌的检测方法也层出不穷。该研究设计了一款带有SERS-Tag作为拉曼信号报告装置的便携式双层过滤设备可以快速识别、分离、浓缩和鉴定湖水中大肠杆菌0157:H7、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌等多种水生病原体。每个SERS-Tag(与抗体结合的AuTag @ Ag)均由Au @ Ag纳米颗粒作为拉曼增强底物，吸附的拉曼报告染料(CVa, R6G和MB)产生特征性SERS信号以及特异性的抗体针对目标细菌。该过滤装置对注射器进行了一定的改造，使得其具有上孔过滤膜(孔径为30μm)(拦截膜)和下层过滤膜(孔径为200 nm(浓缩膜)。使用时推动受污染的湖水样品流通过双层过滤设备。在此过程中，沙粒，浮游生物和植物叶片等大物体被截留膜截留，而三种目标病原体可以被浓缩膜捕获并浓缩。从便携式设备上卸下浓缩膜后，通过上海如海光电便携式拉曼光谱仪可以同时对多个目标病原体进行测试。实验方法本文采用上海如海光电生产的SEED3000便携式拉曼光谱仪进行数据采集，通过上海如海光电提供的预处理算法进行光谱预处理。研究内容3.1 研究拉曼光谱和拉曼增强效应要检测多个目标，必须选择一组没有光谱间干扰的拉曼报告分子。由图4.2可知，AuCVa@Ag、AuR6G@Ag、AuMB@Ag信号强度分别比CVa、R6G、MB强的多，表明SERS-Tag具有强大的拉曼增强效果。3.2 浓缩膜的SEM表征为了验证浓缩膜的富集能力，在图4.4中通过SEM对湖水处理前后的浓缩膜进行了表征。在图4.4D中可以看到，许多小型SERS-TagCVa通过抗原抗体识别紧密紧密地分布在大肠杆菌0157:H7的表面上。该表征是有力证据证明该过滤装置可用于分离和浓缩目标病原体。3.3对单种细菌的测定性能调查经过以上研究和表征，我们首先用三种目标病原菌中的一种来测试过滤装置的细菌检测能力。测试结果表明，随着湖水中细菌浓度的增大，被吸附在浓缩上的细菌也越来越多，呈现明显的线性关系，结果如图4.6所示。随着大肠杆菌0157:H7浓度增加，在特征拉曼峰586cm-1、1501cm-1和1614cm-1处，定量检测1×101至1×106cfu的大肠杆菌0157:H7、金黄色葡萄球菌和单核细胞增生李斯特菌呈现较好线性关系，R2分别为0.9929、0.9942、0.9854，表明可以将被污染湖水与空白样品区分开来的最低浓度为1×101 cfu/mL，这足以检测实际生活时水中的水生细菌。3.4 对三种细菌的测定性能调查使用三种细菌共同污染了湖水样品，对污染后样品测试结果如图4.8所示，我们发现仍然可以检测到对应于三种目标细菌的特征性SERS峰。通过跟踪586cm-1、 1501cm-1和1613cm-1处的峰值强度，拉曼响应与已知的三种细菌的浓度成正比，表4.4中推导的细菌浓度与已知浓度的加标浓度进行比较得出的回收率也在可接受的范围内。同时也使用经典的基于MNPs的方法进行对比验证，电泳结果也验证了大肠杆菌0157:H7 (101 bp)，金黄色葡萄球菌(132 by)和单增李斯特氏菌(261 by)的PCR扩增，证明拉曼信号确实是由结合的纳米颗粒产生的在三种细菌的表面上。表明该设备可以耐受湖水环境，并同时进行多种水生病原体检测的SERS解码测定。文献来源SEED3000便携式拉曼光谱仪SEED3000广泛应用于食品安全、国防安全、珠宝鉴定、医药等需对原材料快速筛选、现场快速检测及物质分析鉴定等行业。结构简单，快速检测，可满足实验室、野外以及工业现场等多种实验场景。预留USB和串口通信， 方便多功能系统集成。SEED3000便携式拉曼光谱仪是一款高性价比的785nm小型拉曼光谱仪；结构简单，快速检测，可满足实验室、野外以及工业现场等多种实验场景。预留USB和串口通信， 方便多功能系统集成。便携式拉曼光谱仪广泛应用于食品安全、国防安全、珠宝鉴定、医药等需对原材料快速筛选、现场快速检测及物质分析鉴定等行业。产品特点◆ 高度集成，应用灵活，轻巧便捷，方便携带；◆ 可适配光谱范围在200cm-1～3000cm-1 ◆ 高稳定性，光谱响应稳定性2% @2hrs ◆ 高分辨率，分辨率最佳可达4 cm-1。

单层石墨烯(SLG)因为其近弹道输运和高迁移率等独特性质以及在纳米电子和光电子器件方面所具有的潜在应用而受到了广泛的研究和关注。每个SLG样品都存在边界，且SLG与边界相关的物理性质强烈地依赖于其边界的取向。在本征SLG边界的拉曼光谱中能观察到一阶声子模-D模，而在远离边界的位置却观察不到。研究发现边界对D模的贡献存在一临界距离hc，约为3.5纳米。但D模的倍频模-2D模在本征SLG边界和远离边界处都能被观察到。因此，D模成为研究SLG的晶畴边界、边界取向和双共振拉曼散射过程的有力光谱手段。 　　SLG具有两种基本的边界取向：&ldquo 扶手椅&rdquo 型和&ldquo 之&rdquo 字型。与SLG不同，多层石墨烯(MLG)中每一石墨烯层都具有各自的边界以及相应的边界取向。对于实际的MLG样品，其相邻两石墨烯层的边界都存在一个对齐距离h。h可以长到数微米以上，也可短到只有几个纳米的尺度。当MLG的所有相邻两石墨烯层的h等于0时，我们称之为MLG的完美边界情况。MLG边界复杂的堆垛方式以及存在不同h和取向可显著影响其边界的输运性质、纳米带的电子结构和边界局域态的自旋极化等性质。尽管SLG边界的拉曼光谱已经被系统地研究，但由于MLG边界复杂的堆垛方式，学界对其拉曼光谱的研究还非常少。 　　最近，中国科学院半导体研究所博士生张昕、厉巧巧和研究员谭平恒等人，对MLG边界的拉曼散射进行了系统研究。他们首先对MLG边界进行了归类，发现N层石墨烯(NLG)的基本边界类型为NLGjE，即具有完美边界的jLG置于(N-j) LG上。因此，双层石墨烯(BLG)的边界情况可分为BLG1E+SLG1E和BLG2E两种情况。研究发现：(1)NLG1E边界与具有缺陷结构的NLG的D模峰形相似，其2D模则为NLG和(N-1)LG的2D模的叠加。(2)在激光斑所覆盖区域的多层石墨烯边界附近，相应层数石墨烯的2D模强度与其面积成正比，而相应的D模强度则与在临界距离内的对齐距离(如果h

p style=" text-indent: 2em " 近日，日本科学家研制出两种新材料，它们都是三层石墨烯结构，但由于堆叠方式不同，却各具独特的电学性能，这项研究对于光传感器等新型电子器件的发展具有重要意义。 /p p style=" text-indent: 2em " 自从2004年，两位科学家首次利用清洁石墨晶体的透明胶带分离出了单层碳原子，石墨烯就因其迷人的特质吸引了无数研究者蜂拥而至。它的强度是钢的200倍，不仅非常柔韧，而且是一种极为优良的电导体。 /p p style=" text-indent: 2em " 石墨烯的碳原子呈六边形排列，构成了蜂窝状晶格。在单层石墨烯上再堆叠另一单层石墨烯，就可以形成双层石墨烯结构。有两种堆叠方法：让每层石墨烯结构的碳六边形中心彼此正对在一起，就构成了AA堆叠结构；而将其中一层向前移位，使得其碳原子六边形中心位于另一层石墨烯的碳原子之上，就构成了AB堆叠。AB堆叠的双层石墨烯材料在施加外部电场时，具有半导体的性质。 /p p style=" text-indent: 2em " 刻意堆叠三层石墨烯结构是非常困难的，但是这样做却可以帮助科学家们研究三层材料的物理性质是怎样随层与层间堆叠方式的不同而变化的，并从而对新型电学仪器设备的发展具有促进作用。现在，日本东京大学和名古屋大学的研究者已成功研制出两种具有不同电学性能的三层石墨烯结构。 /p p style=" text-indent: 2em " 他们采用了两种不同的方式加热碳化硅，一种是在加压氩气环境下将碳化硅加热到1510摄氏度，另一种是在高真空环境将碳化硅加热至1300摄氏度。随后用共价键已被破坏成单个氢原子的氢气喷涂两种材料，两种不同的三层石墨烯结构就大功告成了。在加压氩气下加热的碳化硅形成了ABA堆叠结构的三层石墨烯，其顶部和底层的碳原子六边形精确对齐，中间层稍有移位。高真空环境下加热的碳化硅则形成了ABC堆叠结构的三层石墨烯，每一层碳原子六边形都比其下面一层稍稍向前移位。 /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/fda047f2-d0aa-4cca-894b-6475b2f605a5.jpg" title=" 同是三层石墨烯结构 电学性质因何大相径庭？.jpg" / /p p /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px " ABA堆叠状三层石墨烯（图a）与ABC堆叠状三层石墨烯（图b）的晶体结构示意图 /span /p p style=" text-indent: 2em " 科学家们检测了这两种三层石墨烯结构的物理性质，发现他们电学性能差异显著。ABA型石墨烯与单层石墨烯类似，是十分优良的电导体，而ABC型石墨烯却更像AB型双层石墨烯结构，具有半导体的性质。 /p p style=" text-indent: 2em " “ABA型和ABC型两种不同三层石墨烯结构的成功制备，将从堆叠层数和堆叠序列的角度，拓宽石墨烯基纳米电子器件的研发可行性。” 相关研究人员在NPG Asia Materials杂志上发表的论文中这样总结道。 /p

【科学背景】二维半导体是当今研究的热点，因为它们具有潜在的在下一代电子和光电子器件中发挥重要作用的特性。然而，尽管已经取得了一定进展，但已知的二维半导体普遍存在着热导率较低的问题，这限制了它们在高性能器件中的应用。为了解决这一挑战，科学家们开始寻找具有高热导率的二维半导体。在这种背景下，MoSi2N4作为一种新兴的二维半导体受到了关注。相较于已知的二维半导体，MoSi2N4具有更高的电子和空穴迁移率，光学透射率以及断裂强度和杨氏模量等方面的性能。然而，尽管其结构更加复杂，MoSi2N4被预测具有异常高的热导率。为验证这一预测，中国科学院金属研究所沈阳国家材料科学实验室、中国科学技术大学材料科学与工程学院Wencai Ren教授等人进行了实验测量，并发现悬浮单层MoSi2N4的热导率高达173 Wm–1K–1，远高于已知的二维半导体。通过第一性原理计算，他们发现这种异常高的热导率得益于MoSi2N4的高德拜温度和低格林尼森参数，这两者都与其高杨氏模量相关。这项研究不仅为下一代电子和光电子器件提供了有望实现高性能的新材料，而且为设计具有高效热传导的二维材料提供了重要参考。【科学亮点】（1）实验首次利用非接触的光热拉曼技术，对悬浮单层MoSi2N4的热导率进行了实验测量。（2）通过该实验，我们在室温下测量到了约为173 Wm–1K–1的高热导率，这一结果远高于已知的二维半导体如MoS2、WS2、MoSe2、WSe2和黑磷。（3）这一结果证明了MoSi2N4具有异常高的热导率，为其作为下一代电子和光电子器件的候选材料奠定了基础。（4）第一性原理计算揭示了MoSi2N4的热导率高的原因，主要归因于其高德拜温度和低格林尼森参数，这两者又强烈依赖于材料的高杨氏模量，后者是由最外层Si-N双层引起的。【科学图文】图1：化学气相沉积生长的MoSi2N4晶体的表征。图2. SiO2/Si衬底上单层MoSi2N4晶体的拉曼表征。图3：利用光热拉曼技术对悬浮单层MoSi2N4晶体的热导率测量。图4：单层MoSi2N4晶体的异常高热导率。图5：对单层MoSi2N4异常高热导率的理论分析。【科学结论】在单层MoSi2N4中发现异常高的热导率，不仅确立了该材料具有同时高载流子迁移率的基准二维半导体，可用于下一代电子和光电子器件，还为设计具有高效热传导性能的二维材料提供了新的见解。然而，本研究中测得的单层MoSi2N4的热导率低于理论计算结果，这可以归因于以下两个事实。首先，MoSi2N4晶体具有一定浓度的热力学平衡点缺陷，如通过iDPC-STEM成像观察到的N空位。与其他二维材料中的缺陷类似，随着N空位密度的增加，Si-N双层的热导率显著下降。此外，N2空位在高频声子散射中起主要作用，而N1空位影响较小。其次，MoSi2N4中的褶皱，作为一种形式的平面外扭曲变形，会导致强烈的声子局部化和增强的声子散射，从而类似于其他二维材料，降低了热导率。在未来，制备具有高质量的硅片尺度单晶单层MoSi2N4是利用其高热导率和载流子迁移率用于下一代电子和光电子器件的关键。原文详情：He, C., Xu, C., Chen, C. et al. Unusually high thermal conductivity in suspended monolayer MoSi2N4. Nat Commun 15, 4832 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48888-9

近日 ，美国麻省理工学院 Jeong Min Park、曹原等人在《自然》发文，报告三层扭转石墨烯能够表现出超导性。这个“三明治”比双层的“魔角” 石墨烯更加稳定，并且能够通过两种相互独立的方式进行调节。这样的结构或有助于理解实现高温超导需要的条件。图片来源：Pixabay当两片石墨烯 以 1.1° 的扭转角度交错排列，这个双层结构就会转变为非常规的超导体，从而使电流无阻通过，而不会浪费能量。这种“魔角”石墨烯结构及其超导效应由美国麻省理工学院 （MIT）物理学教授 Pablo Jarillo-Herrero 团队在 2018 年首次发现。这项研究也让中科大少年班毕业生、当时年仅 21 岁的曹原“一战成名”： 他以共同第一作者/共同通讯作者 的身份首次在同一天发表了两篇《自然》 （Nature ）论文，随后他 成为了 《自然》2018 年十大科学人物中最年轻的学者 。扭转电子学 （twistronics）领域从此兴起。此后，科学家一直在寻找其他可以经过扭转而表现出超导性质的材料。但是到目前为止，除了最初的双层“魔角”石墨烯以外，没有发现其他材料具备相似的特性。近日，已经成为博士后的曹原再次以共同第一作者身份 在《自然》发文报告，在三层石墨烯组成的“三明治”中观察到超导性。 在新的三层结构中，中间一层石墨烯相对于外层以新的角度扭转，其超导性比双层结构更稳定。该论文 2 月 1 日在《自然》发表， Jeong Min Park 和曹原为共同一作，此外曹原还与他的导师、Pablo Jarillo-Herrero 共同担任论文通讯作者。日本国立材料科学研究所（National Institute of Materials Science）的渡边贤司（Kenji Watanabe）和谷口尚（Takashi Taniguchi）也参与了这项研究。研究人员还可以通过施加和改变外部电场的强度来调节结构的超导性。而通过调节三层结构，研究人员能够产生超强耦合超导性，这是一种奇特的电学行为，在其他所有材料中很少见。Jarillo-Herrero 说：“目前尚不清楚魔角双层石墨烯是不是特例，但现在我们知道它并不孤单，它有一个三层表亲。这种超可调（hypertunable）超导体的发现将转角电子学领域扩展到了全新的方向，在量子信息和传感技术中具有潜在的应用。”打开新型超导体研究的大门在 Jarillo-Herrero 和同事们发现扭转双层石墨烯中可能产生超导性之后不久，理论物理学家提出，在三层或更多层石墨烯中也可能看到相同的现象。石墨烯就是厚度仅有一层原子的石墨，它完全由排列成蜂窝状晶格的碳原子组成，如同纤细却坚固的金属网格。理论物理学家提出，如果将三层石墨烯像三明治一样堆叠， 中间层相对于两个外层扭转 1.56 度，那么这种扭曲构型将产生一种对称性，从而促使材料中的电子配对，形成无阻力的电流，即超导的标志。Jarillo-Herrero 说：“我们就想，为什么不尝试检验一下这个想法？”为此，Park 和曹原设计了三层石墨烯结构。他们将单层石墨烯小心地切成三个部分，并将其按照理论预测的角度精确堆叠。他们制造了几个这样的三层结构，每个结构的尺寸仅有几微米，大约相当于人类头发的直径的 1/100，高度则为三个原子。Jarillo-Herrero 称之为 “纳米三明治”。接下来，研究小组将电极连接到结构的两端，并通过电流，同时测量材料中损失或耗散的能量。“我们没有观察到能量耗散，这意味着它是超导体。”Jarillo-Herrero 说，“我们必须肯定理论物理学家的贡献，他们算出了正确的夹角。”但他补充说， 这种结构具备超导性能的确切原因仍然有待确认，目前还不确定这是不是因为理论物理学家所提出的对称性。这也是他们计划在未来的实验中进行检验的内容。 他说：“目前我们只能确认相关性，而无法确认因果关系。但现在我们至少有了一条途径，可以根据这种对称性思想探索一大批新型超导体。”“ 最强大的耦合超导体”在探索新的三层石墨烯结构时，研究团队发现，可以通过两种方式控制其超导性。对于团队此前提出的双层石墨烯，可以通过施加外部 门电压来改变流过材料的电子数量，从而调节其超导性。研究团队上下调节门电压，同时测量材料停止耗散能量、转变为超导体时的临界温度。通过这种方式，团队能够像调节晶体管一样打开和关闭双层石墨烯的超导性。团队使用相同的方法来调节三层石墨烯，同时还发现了控制材料超导性的第二种方法，这在双层石墨烯和其他扭转角结构中是不可能的。这种方式就是使用附加电极对材料施加 电场，这能够改变三层结构之间的电子分布，同时不改变结构的整体电子密度。Park 说：“现在，这两个相互独立的‘旋钮’能为我们提供大量有关超导电性出现条件的信息，帮助我们理解这种不寻常的超导状态背后至关重要的物理学原理。”通过同时使用这两种方法调整三层结构，研究小组在一定条件下观察到了超导性，包括在相对较高的 3 开尔文临界温度下，即使此时材料的电子密度很低。相比之下，量子计算领域正在研究使用铝制作超导体，铝具有更高的电子密度，而它仅在约 1 开尔文的温度下才具备超导性。Jarillo-Herrero 说：“我们发现魔角三层石墨烯可以成为最强大的耦合超导体，这意味着在给定的电子数量很少的情况下，它也能在相对较高的温度下进行超导。它能带来最大的收益。”研究人员计划制造三层以上的转角石墨烯结构，以了解具有更高电子密度的此类构型是否可以在更高的温度下表现出超导性，甚至实现室温超导。“如果能够工业化大规模生产这些结构，那么我们就可以制造用于量子计算的超导比特，或者低温超导电子器件、光子探测器等。不过我们还不知道如何一次制造数十亿个这样的结构，”Jarillo-Herrrero 说。Park 说：“我们的主要目标是理解强耦合超导的基本性质。三层石墨烯不仅是有史以来最强大的强耦合超导体，它还具备最大的调节空间。借助这种可调谐性，我们能够真正实现在相空间的任何位置探索超导电性。”论文信息：Park, J.M., Cao, Y., Watanabe, K. et al. Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twisted trilayer graphene. Nature (2021).

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

中国科学技术大学教授曾长淦、副研究员李林研究团队与北京大学教授冯济课题组合作，通过构筑氮化硼绝缘层间隔的多种石墨烯基电双层结构，首次揭示了在层间拖拽这一复杂的多粒子输运过程中存在显著的量子干涉效应。相关研究成果日前在线发表于《自然-通讯》。量子干涉效应是量子力学中波粒二象性的直接体现。在固体材料中，弱局域化、普适电导涨落和Aharonov-Bohm效应等独特量子输运现象，都源于载流子扩散路径之间的量子干涉。然而这些量子干涉行为均发生在单一导体内的载流子输运过程，可以在非相互作用的单粒子框架下很好地解释。与之相比，诸如层间拖拽效应这种路径更为复杂的多粒子耦合输运中是否会展现出类似的量子力学行为，是一个重要的基础科学问题。所谓拖拽效应，是指对于两个空间相近但彼此绝缘的导电层构成的电双层结构，在其中一层（主动层）施加驱动电流，层间载流子之间的动量/能量转移会诱导另一层（被动层）载流子移动，从而在被动层产生一个开路电压或闭路电流。此前，拖拽效应被广泛用于研究载流子长程耦合特性，发现如间接激子波色爱因斯坦凝聚等层间关联量子态。然而，对这一独特输运过程本身的外场响应特性及可能的量子效应研究还十分缺乏。石墨烯基二维电双层结构为在二维极限下深入相关研究提供了很好的平台，作为天然且理想的二维电子气，石墨烯本身载流子类型和浓度均高度可调，且利用氮化硼作为绝缘层，两层石墨烯之间的间距可以低至数纳米，从而使得在更广阔参数空间内表征层间拖拽特性成为可能。此次研究中，研究团队构筑了双层石墨烯/氮化硼/双层石墨烯（以下称双层/双层）、单层/单层以及单层/双层等多个石墨烯基电双层结构。通过系统的外磁场下拖拽响应特性测试，研究团队发现在很大的温度/载流子浓度范围内，低磁场区间内拖拽磁电阻均会明显偏离经典库伦拖拽行为，并且这种偏离的符号直接取决于石墨烯层的能带拓扑性。如对于双层/双层和单层/单层体系，拖拽电阻在电子-电子区间的修正均表现为低场的电阻峰，而对于双层/单层体系，则为电阻谷。通过对拖拽输运过程的系统性分析，研究团队发现观察到的低场修正可以很好地归因于由时间反演和镜面对称联系起来的两个层间拖拽过程之间的量子干涉，而其干涉路径则由空间分隔的两个石墨烯层层内载流子扩散路径共同组成。这种层间量子干涉的产生依赖于两层石墨烯中空间重叠的扩散路径的形成，其中中间绝缘层的杂质势散射起到至关重要的作用。研究人员认为，这一新型量子干涉效应的发现，将固体材料中的量子干涉行为，从单一导体内单一粒子输运行为，拓展到多个导体间多粒子耦合输运过程，进一步丰富了量子干涉的物理内涵。此外，相比于传统层内量子干涉导致的磁阻修正，层间量子干涉导致的拖拽磁电阻的修正显著增大，从而有望为发展新原理存储器件提供新的思路。

皮肤和软组织感染十分常见，特别是在抗生素难以渗透的深层组织中，细菌能够形成生物膜，这使得它们更难对抗生素产生反应。为了克服这一问题，联合治疗策略备受关注。多粘菌素B（PB）和姜黄素（CUR）的联合治疗显示出系统性细菌生长抑制效果。然而，目前面临的主要挑战包括制造可分离微针的材料局限性、环境因素对微针的影响和药物输送机制。通过技术优化来克服这些挑战，将为深层皮肤感染的治疗提供新路径，从而有望改善全球健康状况和抗生素耐药性问题。针对以上问题，中国科学技术大学精密机械与仪器系徐晓嵘教授、中国科学技术大学苏州高等研究院胡祥龙教授研究团队合作开发了一种能够同时装载PB和CUR的多功能微针。这些微针在高湿度环境中表现出色，通过装载CUR的药物层成功解决了药物输送的难题。实验证明，这种技术对细菌的影响显著，为未来的临床应用提供了广阔的前景。相关成果以“Rational engineering of dual Drug-Formulated multifunctional microneedles to accelerate in vivo cutaneous infection treatment”为题发表在学术期刊《Chemical Engineering Journal》上，中国科学技术大学精密机械与仪器系博士研究生郑致远、中国科学技术大学苏州高等研究院副研究员申书伟为本文的共同第一作者，申书伟老师，胡祥龙教授和徐晓嵘教授作为共同通讯作者，中国科学技术大学为该论文的第一通信单位。研究团队通过倒模和静电雾化的方式制备了15×15的微针阵列，微针的高度、底部的宽度和中心到中心的距离分别为790 ± 20 μm、382 ± 16 μm和735 ± 15 μm。此外，随机选取100个负载CUR的颗粒，统计分析显示，颗粒直径保持在2.2～2.8 μm，验证了静电雾化过程的稳定性。团队采用摩方精密microArch® S230（精度：2μm）3D打印设备，实现了微锥结构模板的高精度打印（直径：50 μm，高度：40 μm），并通过翻模技术制备了PDMS模具。通过静电雾化的方式，将CUR装载至微针贴片表面，实现了PB和CUR的联合负载（图1）。图1. 多功能微针的制备和形态示意图。微针尖端与电源附近的电位基本相同，这有助于微粒均匀雾化。粒子主要沉积在微针上，然而，随着粒子继续沉积，电场尖端效应减弱，使得粒子开始在-基底或贴片外部随机沉积。累积粒子重量与喷雾时间的比例关系仅在前80 min内成立。荧光图像显示，50 min时，粒子存在显著差异。同样，静电雾化微针粒子的层厚度波动明显高于30 min和40 min。这种波动可能是由过量沉积造成的，使得粒子与PVP内芯隔离，从而导致它们随机粘附（图2）。图2. 静电雾化粒子形成过程的表征。该团队将共负载PB和CUR的多功能微针（PB-PVP-MN@CUR-PLGA）朝下放置在生物膜覆盖的盖玻片上，无载药的微针也经历了相同程序。对照组和无药微针组样品中仍存在大量活性细菌。相比之下，PB-CUR和PB-PVP-MN@CUR-PLGA能有效减少生物膜厚度。PB-PVP-MN@CUR-PLGA组中细菌的灭活率接近99%。这表明通过物理破坏生物膜可以提高药物输送效率，对于杀灭深层细菌至关重要（图3）。图3. 生物膜抑制作用的体外评估。该团队评估了微针对金黄色葡萄球菌感染小鼠的体内抑制效果。PB-PVP-MN@CUR-PLGA组的损伤在治疗12天后完全愈合。相比之下，其他治疗组的损伤仍然存在。此外，临床分析表明，PB-PVP-MN@CUR-PLGA 组在治疗第12天时病变几乎愈合，皮肤的炎症细胞较少。相反，在其他治疗组中则观察到了严重的感染症状，如更多的炎症细胞和更厚的表皮。这证明了微针可以有效穿刺皮肤并直接向受感染小鼠的皮下组织输送药物，从而加快了愈合过程（图4）。图4. 多功能微针治疗深层皮肤感染的效果。微针的内层是装载PB的PVP，外层是含有CUR的PLGA 粒子，PLGA的疏水性在提高耐湿性方面发挥了重要作用。通过利用内层和外层材料各自的物理特性，多功能微针可以同时具有亲水性PB和疏水性CUR。与传统的局部应用PB和CUR相比，体外抗菌和动物脓肿感染治疗实验均表明，使用基于多功能微针的策略可以显著提高治疗效果。值得注意的是，这种方法可以扩展以创建各种无痛、高效、抗吸湿和多药负载的微针，为病变提供协同治疗。除了治疗皮肤和软组织感染之外，微针还具有更广泛的临床应用潜力。

• James Keerfot• Vladimir V Korolkov原子力显微镜（AFM）是一种测量探针和样品之间作用力的技术，它不仅可用于测量纳米级分辨率的表面形貌，还可用于绘制和操作可使用纳米级探针处理的一系列性能。在这里，我们只谈到了最先进的AFM在层状材料研究中的一些能力。我们希望探索的第一个例子是如何使用AFM来研究垂直异质结构中的层的注册表，这会产生许多有趣的现象[1，2]。根据层间和层内的结合、晶格周期和两个重叠薄片角度的对称性和失配，可以观察到单层石墨烯（SLG）和六方氮化硼（hBN）[3]之间的莫尔图案或扭曲控制的双层二硫化钼（2L-MoS2（0°））[4]中的原子重建等特征。在图1中，我们展示了我们的FX40自动AFM如何使用导电AFM（C-AFM）和侧向力显微镜（LFM）来测量这些特征。这两种技术都源于接触模式AFM，其中悬臂由于排斥力而产生的偏转用于通过反馈回路跟踪表面形貌。LFM测量探针在垂直于悬臂梁的方向上扫描时的横向偏转，而C-AFM绘制尖端样品结处恒定电压和力下的电流图。除了传统的形貌通道外，AFM还使用这些模式，为研究垂直异质结构中层间扭曲和应变影响的研究人员提供了“莫尔测量”。图1:Park Systems的FX40自动AFM（a）用于使用LFM（c）和c-AFM（d）测量hBN和单层石墨烯（b）之间的莫尔图案。对于具有边缘扭曲角和有利的层间结合的样品，可以测量原子重建，这是石墨上平行堆叠的双层MoS2的情况（e）。与莫尔图案一样，在这种情况下，由于重建，可以使用LFM（f）和C-AFM（g）测量不同配准的区域。除了探索层状材料的形态和注册，原子力显微镜还具有一系列功能模式，可以用纳米尺度的分辨率测量诸如功函数、压电性、铁电性和纳米机械性能等性能。在图2中，我们展示了如何使用单程边带开尔文探针力显微镜（SB-KPFM）[5]来同时绘制尖端和具有不同层厚度的MoS2薄片之间的形态和接触电势差（CPD）。MoS2薄片从聚二甲基硅氧烷（PDMS）转移到Si上，在MoS2和Si之间留下截留的界面污染气泡。通过比较形貌（见图2b）和CPD（见图2c），我们看到由于MoS2层厚度和截留的界面污染物气泡的大小，CPD发生了变化。通过从地形数据中提取相对应变的估计值，该估计值基于尖端水泡相对于平坦基底的行进距离，可以直接将CPD和一系列层厚度的应变关联起来[6]。图2:KPFM是用Multi75E探针和5V的电驱动（VAC）和5kHz的频率（fAC）在硅（天然氧化物）上的MoS2上进行的（a）。对于多层MoS2薄片，同时绘制了形貌图（b）和CPD（c），揭示了由于层厚度和捕获污染物的气泡的存在而导致的CPD对比度。通过从地形图像中提取相对应变的估计值，我们绘制了各种泡罩尺寸和MoS2厚度的相关应变和CPD（d），如图图例所示。在我们的最后一个例子中，我们将研究如何使用原子力显微镜来决定性地操纵层状材料。在图3 a-c中，我们比较了90 nm SiO2/Si中2-3层（L）石墨烯薄片在使用阳极氧化切割之前（见图3b）和之后（见图3c）的横向力显微镜图像，其中尖端使用接触模式保持接触，同时施加40 kHz的10 V AC偏压[7]。除了阳极氧化，原子力显微镜还能够对层状材料进行机械改性。图3d-f中给出了一个这样的例子，其中使用Olympus AC160探针（刚度~26N/m）将聚苯乙烯上的3L-MoS2薄片缩进不同的深度。如图3f的插图所示，压痕深度（使用非接触模式监测）与压痕力密切相关。以这种方式修改局部应变已被证明可以决定性地产生表现出单光子发射的位点[8]。图3：在接触模式（a）下，通过向探针施加AC偏压，对少层石墨烯进行阳极氧化。通过比较（b）之前和（c）之后的LFM图像来证明薄片的确定性切割。也可以在聚苯乙烯上进行几层MoS2的压痕，证明了机械操作（d）。通过非接触模式AFM监测的压痕深度显示，压痕力范围高达~7.2µN。总之，我们已经展示了AFM如何能够提供比表面形貌多得多的信息，并且可以执行的一套功能测量和样品操作过程为关联测量提供了新的机会。易于使用的功能以及使用最佳探针自动重新配置硬件进行功能测量的能力，使Park的FX40特别适合此类调查。References[1] R. Ribeiro-Palau et al. Science 361, 6403, 690 (2018).[2]Y. Cao et al. Nature 556, 80 (2018).[3] C. Woods et al. Nature Phys. 10, 451 (2014).[4]A. Weston et al. Nat. Nanotechnol. 15, 592 (2020).[5] A. Axt et al. Beilstein J. Nanotechnol. 9, 1809–1819 (2018)[6] E. Alexeev et al. ACS Nano 14, 9, 11110 (2020)[7] H. Li et al. Nano Lett., 18, 12, 8011 (2018)[8] M. R. Rosenberger et al. ACS Nano, 13, 1, 904–912 (2019)原文：Atomic force microscopy for layered materials，Wiley Analytical Science作者简介• 詹姆斯基尔福（James Keerfot）Park Systems UK Ltd, MediCity Nottingham, Nottingham, UK.弗拉基米尔科罗尔科夫（Vladimir V. Korolkov）Park Systems UK Ltd., MediCity Nottingham, UK.弗拉基米尔于2008年获得莫斯科大学化学博士学位。随后，他进入海德堡大学，专攻薄膜的X射线光电子能谱学，随后在诺丁汉大学任职，在那里他发现了自己对扫描探针显微镜（SPM）的热情，并成为SPM技术的坚定拥护者，以揭示纳米级的结构和性能。他率先使用标准悬臂的更高本征模来常规实现分辨率，而以前人们认为分辨率仅限于STM和UHV-STM。弗拉基米尔目前发表了40多篇科学论文，其中包括几篇在《自然》杂志上发表的论文。尽管截至2018年，他的专业知识为SPM技术的产业发展做出了贡献，但他的工作仍在激励和影响该领域的学术冒险。

对称性是影响物理系统各项性质的一个基础因子。由于维度的降低，原子层厚度的范德华材料是研究对称性调控量子现象的天然平台。二维层状磁体材料中，磁序是对称性调控的一个额外自由度。有鉴于此，近期，美国华盛顿大学的许晓栋教授课题组在《自然-物理》杂志上发表了低温强磁场拉曼光谱研究单层与双层CrI3晶体材料磁振子的工作，验证了对称性在二维材料体系中对磁振子的实际影响。单层CrI3材料中存在两种自旋波（见图1），一种是面内声学模式，另一种是面外的光学模式。之前文章中理论预计该自旋波隙大约是0.3-0.4 meV（2.4-3.2 cm-1）, 原则上可被拉曼光谱探测到。图1. (a-b)单层CrI3材料的两种自旋波，a)面内声学模式，(b)面外光学模式；(c) 单层CrI3的反射磁圆二色性成像图（内置图左，单层CrI3的光学照片）； (d-f)单层CrI3的低温强磁场拉曼光谱数据，磁场分别为0T, -4T, 4T。图1d数据显示在无磁场时候，由于瑞利光的存在，拉曼光谱无法测到信号，而当施加强磁场时，低波数拉曼可以明显观测到拉曼信号（见图1e,1f）。并且通过分析，证实了测量得到的斯托克斯与反斯托克斯低波数拉曼信号完全符合光学选择定则。通过分析拉曼峰随磁场变化的数据（图2a-b），研究者发现拉曼峰位与磁场强度成线性关系，分析表明拉曼信号反应的是二维材料CrI3的磁振子信息。计算得到单层CrI3在无磁场时的自旋波隙是2.4cm-1 (0.3meV)，与理论预测完全吻合。而拉曼信号随温度升高（见图2c），信号强度越来越弱。图2. (a-b): 单层CrI3拉曼信号随磁场强度关系图。(c): 拉曼信号随温度变化图，磁场为-7T。(d): 单层CrI3中的光学选择定则示意图。图3. (a) 双层CrI3在6T下的拉曼光谱，(b): 双层CrI3拉曼信号随磁场强度关系图。(c): 双层CrI3拉曼光谱随磁场变化数据，在0.7T左右磁场有反铁磁与铁磁转变。双层CrI3与单层CrI3不同，双层CrI3中同时存在反铁磁与铁磁态。图3a是双层CrI3在6T磁场下的拉曼数据。双层CrI3在强磁场下表现类似铁磁态的单层CrI3，拉曼信号与磁场强度成线性关系（见图3b）。通过分析拉曼信号（见图3c）与磁圆二色性 (RMCD）信号，表明双层CrI3在在0.7T左右磁场有反铁磁与铁磁转变。文章中，作者使用了德国attocube公司的attoDRY2100低温恒温器来实现器件在低温度1.65K下通过磁场调控的低温拉曼光学实验。文章实验结果表明CrI3晶体是研究磁振子物理和对称性调控磁性器件的理想候选材料。图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C377018.htm attoDRY2100+CFM I主要技术特点：+ 应用范围广泛: PL/EL/ Raman等光谱测量+ 变温范围：1.8K - 300K+ 空间分辨率： 1 μm+ 无液氦闭环恒温器+ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)+ 低温消色差物镜NA=0.82+ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K+ 精细扫描范围：30 μm X 30 μm@4K+ 可进行电学测量，配备标准chip carrier+ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能 参考文献：[1] Xiaodong XU et al, Direct observation of two-dimensional magnons in atomically thin CrI3, Nature Physics, (2020)

高压隔离开关在我国电力系统中被广泛应用，主要用于检修高压电线、断路器等电气设备时，在无负荷情况下切换高压线，隔断电网，安全的进行检修，保证电力设备和电力人员的安全。导电触头是高压隔离开关的关键部件,承担转接、隔离、接通和分断等任务,其工作状态的好坏,直接影响到整个电力系统的运行。触头作为高压开关的重要部件,容易受到侵蚀破坏,触头镀膜质量下降问题最为常见。因此,一套科学有效的触头镀膜检测方法是保障高压电器设备安全运行的前提。x射线荧光光谱分析法是镀银层厚度检测的一种非常有效的分析方法，具有分析迅速、样品前处理简单、可分析元素种类多，可分析的浓度范围广，可以同时进行多元素分析，谱线简单，光谱干扰少等优点。赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪相比台式分析仪器在金属表面处理工艺中有着无可比拟的优势，它无需切割样品，无需花费较长的时间来等待检测结果，可以在数秒内准确，无损的得到多层镀层厚度，对提高电镀效率和过程效率很有帮助，避免镀层过厚或过薄。另外，赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪不受分析样品的大小、形状限制，对于大的、不规则形状样品和小直径的丝状、管状样品同样适用。切割样品放到台式分析仪测试的做法将成为历史。技术进步和对用户需求的持续关注，使赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪成为在工业现场进行镀层厚度分析的首选，它可以携带至任何工作现场并获得实验室级精度的分析数据。除了优越的合金牌号鉴定及合金成分分析功能，赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪还提供了镀层测厚和涂层测重的无损检测方案，提高了工作效率和经济效益。高压隔离开关触头的镀银层质量是影响其电接触性和可靠性的重要因素，镀层不合格会导致触头早期失效，造成电网运行故障。建议在开关触头验收阶段或者投入使用之前，采用赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪对高压开关触头镀银层进行成分和厚度检测，保证入网产品符合国家电网公司相应规范要求。赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪实测数据ag/ni/cu镀层1镀层2测试次数ni(μm)ag(μm)14.7344.4324.7514.40934.754.40444.7554.40754.7114.38464.7564.40674.7484.42284.714.40894.7364.411104.714.414平均值4.7364.41标准值4.724.42赛默飞世尔尼通便携式x射线荧光镀层检测仪产品特点【灵活性】可利用已知样品轻松校正【在线分析】提升生产过程效率【无损分析】样品无需切割【测厚准确】防止镀层过厚或过薄【特殊构造】采用坚韧的lexan塑料密封外充，重量轻，坚固耐用；密封式一体化设计，防尘、防水、防腐蚀，可在任何地方安全使用【通讯功能】蓝牙、usb多种仪器连接方式【可测试元素多】可检测mg-pb之间的多达25种元素【激发源功率高】可检测镀层厚度为0.4-100um（无限厚度视镀层元素不同）【计算方法领先】基本参数法加经验系数法结合【检测方法领先】提高了较涡电流/磁感应检测方法对基体变化/样品形状比较敏感的技术准确性【多种单位可选】可测试二十余种基体下单/双层镀层样品厚度并可转换成多种单位

光子晶体又称光子禁带材料。从结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体，其物理思想可类比半导体晶体。通过设计，这类晶体中光场的分布和传播可以被调控，从而达到控制光子运动的目的，并使得某一频率范围的光子不能在其中传播，形成光子带隙。 光子晶体中介质折射率的周期性结构不仅能在光子色散能带中诱发形成完整的光子带隙，而且在特定条件下还可以产生一维（1D）手性边界态或具有Dirac（或Weyl）准粒子行为的奇异光子色散能带。原则上，光子晶体的概念也适用于控制“纳米光”的传播。该“纳米光”指的是限域在导电介质表面的光子和电子的一种耦合电磁振荡行为，即表面等离子体激元（SPPs）。该SPP的波长，λp，相比入射光λ0来说多可减少三个数量。如果要想构筑纳米光子晶体，我们需要在λp尺度上实现周期性介电结构，传统方法中采用top-down技术来构建纳米光子晶体，该方法在加工和制造方面具有较大的限制和挑战。 2018年12月，美国哥伦比亚大学D.N. Basov教授在Science上发表了题为Photonic crystals for nano-light in moiré graphene superlattices的全文文章。研究者利用存在于转角双层石墨烯结构（twisted bilayer grapheme, TBG）中的莫尔（moiré）超晶格结构，成功构筑了纳米光子晶体，并利用德国neaspec公司的neaSNOM纳米高分辨红外近场成像显微镜研究了其近场光导和SPP特性，证明了其作为纳米光子晶体对SPP传播的调控。 正常机械解理的双层石墨烯是AB堆叠方式，但是，当把其中的一层相对于另一层旋转一个角度，就会形成AB和BA堆叠方式相间排列的莫尔超晶格结构，AB畴区和BA畴区之间是AA堆叠方式的畴壁，如图例1A所示。如果通过门电压对该双层石墨烯施加一个垂直电场，会在AB畴区和BA畴区打开一个带隙，从AB畴区到BA畴区堆叠次序的反转连同能带结构的反转则会在畴壁上形成拓扑保护的一维边界态，如图例1C。一维边界态的存在会使得畴壁上光学跃迁更加容易，表现为畴壁上增强的光导能力。研究者通过德国neaspec公司的neaSNOM高分辨率散射式近场红外光学显微镜对样品进行近场纳米光学成像，在近场光学振幅成像中观察到了转角双层石墨烯上六重简并的周期性亮线图案，成功可视化了这种光导增强的孤子超晶格网络。从近场光学振幅成像上可以看到孤子超晶格周期长度大约为260nm，据此，研究者推断对应的转角大约为0.06°。 图例1：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）对转角双层石墨烯（TGB）进行近场纳米光学成像研究的结果。A:实验示意图（AB,BA,和AA表示石墨烯不同堆叠类型）；B：近场纳米光学振幅成像及TEM图；C:畴壁上电子能带结构。 不仅孤子超晶格的周期性和等离激元的波长相匹配，而且之前的研究表明，双层石墨烯中的孤子对SPP具有散射行为，转角双层石墨烯中规律的孤子结构所形成的周期性散射源恰好满足了作为纳米光子晶体的条件。接下来研究孤子超晶格对SPP的光子晶体效应，实验中研究者利用neaSNOM近场光学显微镜的针作为SPP发射源，并通过改变门电压和入射光波长改变SPP的波长，在该器件上同时得到了两组近场光学振幅图和相位图(如图例2B和2C)。从图中可以看到，λp=135 nm和λp=282 nm的情况下，近场光学振幅图和相位图表现出截然不同的周期性明暗图案，这种周期性明暗分布正是SPP在孤子超晶格传播过程中干涉效应的显现，近场光学振幅图、相位图和理论计算结果显示出的吻合性。对近场光学成像的傅里叶变换使得研究者可以进入动量空间研究其光子能带结构，结合模拟计算，对光子能带结构的研究表明，虽然孤子对SPP的散射较弱，还不足以形成纳米光学带隙，但是转角双层石墨烯中SPP的传播毫无疑问符合纳米光子能带色散行为。 图例2：散射式近场光学显微镜（neaSNOM）研究石墨烯超晶格中等离激元（SPP）传播近场光学成像结果。A,C: 通过改变门电压和入射光波长，λp分别为135nm和282nm下近场光学成像结果（同时获得近场光学振幅成像和相位成像）；B,D: 模拟计算结果。 在该项工作中，研究者利用转角双层石墨烯设计实现了石墨烯SPP纳米光子晶体，并利用德国neaspec散射式近场光学显微镜从几个途径进行了研究。先，畴壁区域增强的光导响应来源于孤子的一维拓扑边界态，neaSNOM近场光学显微镜以高的分辨率可视化了孤子超晶格网络。其次，双层石墨烯纳米光子晶体的主要参数（周期性、能带结构）可以通过改变转角角度和静电场等实现连续调控，这可以突破标准top-down或光刻等技术来构筑纳米光子晶体的限制和挑战。在电中性点附近，孤子被预言具有拓扑保护的一维等离激元模式，此时，双层石墨烯纳米光子晶体作为一维等离激元的二维网络载体，可能会展现出很有意思的光学现象。 特别值得指出的两点是：1. 即使研究者通过0.06°的超小转角制造了高达260nm的孤子超晶格周期长度，如果没有neaSNOM近场光学显微镜高的空间分辨率（取决于针曲率半径，高可达10nm），清晰地看到孤子超晶格网络依然是非常困难的。2. neaSNOM近场光学显微镜具有的伪外差相位解调模块，可以同时实现高信噪比下的近场光学信号振幅成像和相位成像。该项工作中实验结果和模拟计算结果的吻合很好地证明了这一点。作为二维材料纳米光学领域为专业的研究工具，neaspec近场光学显微镜已经助力国际和国内多个研究机构在为的杂志发表了诸多研究成果。不仅是在纳米光学成像领域，neaspec开放兼容的设计使得它在纳米傅里叶红外光谱（nano-FTIR）、太赫兹（THz）、拉曼、荧光、超快、光诱导等多个领域均有广泛应用。

项目编号：GXZC2023-G1-000028-JDZB项目名称：国重实验室双开门层析柜等67种仪器设备采购项目预算金额：495.3410000 万元（人民币）最高限价（如有）：495.3410000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量1双开门层析柜2台2超低温冰箱6台3低温保存箱2台4冰柜10台5变频冰箱11台6超纯水系统1套7落地式高速冷冻离心机1套8微孔板离心机1台9便携式电子天平2台10样品破碎系统1台11研磨仪2台12手持式超声波破碎仪1台13超声波细胞粉碎机1台14低温春化培养箱2台15低温光照培养箱1台16匀浆器1台17长轴旋转混匀仪1台18旋转混匀仪1台19迷你涡旋混合器2台20振荡器1台21高频震动器1台22加热磁力搅拌器1台23便携式光合-荧光全自动测量系统1套24荧光-气孔测量仪1套25叶绿素仪3台26土壤水份测定仪1台27电热恒温水槽1台28恒温金属浴4台29水浴锅2台30恒温摇床1台31卧式全温摇床1台32双层恒温摇床1台33光照全温振荡培养箱1台34恒温培养摇床1台35小型脱色摇床（翘板式）2台36全温振荡培养箱1台37全波长酶标仪1套38超净工作台6台39切胶仪2台40磁力架2个41高压灭菌器1台42雪花制冰机2台43台式PH计1台44液氮罐3个45试剂柜6个46药品保存箱1个47种子存储柜1个48低温推车1辆49防爆柜1个50超声波清洗器1台51实验室危废物存贮柜1个52真空泵1台53单管型发光检测仪1台54杂交炉1台55笑气罐1个56生物安全柜1个57二氧化碳钢瓶保护柜1个58二氧化碳培养箱（气套、水套）1台59研究级体视荧光观察显微镜1套60体视显微镜1套61生物显微镜3套62倒置荧光生物显微镜1套63研究级正置荧光成像系统1套64研究级正置荧光成像系统1套65高压灭菌器1台66非接触式超声波破碎仪1套67超灵敏多功能成像仪1台 具体内容详见招标文件。合同履行期限：国产设备签订合同30日内整体完成供货安装调试，进口设备签订合同120日内整体完成供货安装调试。本项目( 不接受 )联合体投标。

透射电子显微镜（TEM）在物理、化学、结构生物学和材料科学等领域的微纳结构研究中发挥着重要作用。电子显微镜像差校正光学的进展极大地提高了成像系统的质量，将空间分辨率提高到了低于50pm的水平。然而，在实际样品中，只有在极端条件下才能达到这个分辨率极限，其中一个主要的障碍是，在比单层更厚的样品中，多电子散射是不可避免的（由于电子束与原子静电势之间的强库仑相互作用）。多次散射改变了样品内部的光束形状，并导致探测器平面上复杂的光强分布。当对厚度超过几十个原子的样品进行成像时，样品的对比度与厚度之间存在非线性甚至非单调的依赖关系，这阻碍了通过相位对比成像方式直接确定样品的结构。定量结构图像解释通常依赖于密集的图像模拟和建模。直接修正样品势需要解决多重散射的非线性反函数问题。尽管已经通过不同的方法对晶体样品的不同布拉格光束进行相位调整（其中大部分是基于布洛赫波理论），但对于具有大晶胞或非周期结构的一般样品来说，这些方法变得极其困难，因为需要确定大量未知的结构因子。Ptychography（叠层衍射成像）是另一种相位修正方法，可以追溯到20世纪60年代Hoppe的工作。现代成熟的装置使用多重强度测量——通常是通过小探针扫描广大的样品收集的一系列衍射图案。这种方法已广泛应用于可见光成像和X射线成像领域。直到最近，电子叠层衍射成像技术还受到样品厚度和电子显微镜中探测器性能的限制。二维（2D）材料和直接电子探测器的发展引起了更广泛的新兴趣。用于薄样品（如2D材料）的电子叠层衍射成像已达到透镜衍射极限的2.5倍的成像分辨率，降至39μm阿贝分辨率。然而，这种超分辨率方法只能可靠地应用于小于几纳米的样品，而较厚样品的分辨率与传统方法的分辨率没有实质性差异。对于许多大块材料来说，这样的薄样品实际上很难实现，这使得目前的应用局限于类2D系统（例如扭曲的双层）。对于比探针聚焦深度更厚的样品，多层叠层衍射成像方法提出了使用多个切片来表示样品的多层成像。所有切片的结构可以分别恢复。目前，利用可见光成像或X射线成像都成功地演示了多层叠层衍射成像。然而，由于实验上的挑战，只有少数的多层电子叠层衍射成像证据的报道，并且这些报道在分辨率或稳定性方面受到限制。透射电子显微镜使用波长为几皮米的电子，有可能以原子的固有尺寸最终确定的固体中的单个原子成像。然而，由于透镜像差和电子在样品中的多次散射，图像分辨率降低了3到10倍。康奈尔大学研究人员通过逆向解决多次散射问题，并利用电子叠层衍射成像技术克服电子探针像差，证明了厚样品中不到20皮米的仪器（图像）模糊以及线性相位响应；原子柱的测量宽度受到原子热涨落的限制，新的研究方法也能够在所有三维亚纳米尺度的精度从单一的投影测量定位嵌入原子的掺杂原子。相关研究工作以“Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations”为题发表在《Science》上。图1 多层电子叠层衍射成像原理图2 PrScO3的多层电子叠层衍射重建图3 多层电子叠层衍射成像的空间分辨率和测量精度图4 多层电子叠层衍射的深度切片

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 以色列当地时间1月13日，2020 年沃尔夫科学艺术奖获奖名单公布。麻省理工学院的 Pablo Jarillo-Herrero 教授、德州大学奥斯汀分校的Allan H. MacDonald 教授和 Rafi Bistritzer 博士因“魔鬼”双层石墨烯相关研究，荣膺2020 年沃尔夫物理学奖。值得一提的是，中国天才青年学者曹原也为该项目做出重要贡献。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/35e20fad-0698-4d69-91de-f6c3ceb833a0.jpg" title=" 魔鬼石墨烯.png" alt=" 魔鬼石墨烯.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 沃尔夫奖是以色列颁发的最负盛名的国际奖项，有“诺奖风向标”之称。沃尔夫物理学奖更是别誉为物理学界诺贝尔奖之外，另一重要的国际奖项。魔鬼双层石墨烯是2018年科学家们首次成功实验制备的可扭曲双层石墨烯——一种可轻度扭转的双原子厚碳层材料。它能够实现超导和绝缘态的转换。西班牙、美国、中国以及日本科学家共同研究的最新成果发现，这种材料在微小的电压变化下可以实现超导性的开启或关闭，大大提升了它在电子设备中的效用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这一研究起源于2011年，理论物理学家 Allan Macdonald 带领的小组，小组中的重要成员是博士后& nbsp Rafi Bistritzer& nbsp 发现了扭转双层石墨烯的有趣现象，即两层石墨烯间电子的隧穿速率取决于它们错开的角度。将两层单个原子厚度的石墨烯堆叠在一起，当它们之间的扭转角度达到1.1° 时，电子相互作用的效应会被极度地放大，从而使双层石墨烯表现出有趣的行为。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这一发现一开始并没有受到科学界的重视，但实验凝聚态物理学家Jarillo-Herrero被MacDonald 和Bistrizer的思想激发并进一步研究。2017年，其实验取得了成功。他们发现，在温度为1.7K（绝对零度以上1.7度），将两层石墨烯彼此扭转错开1.1° 的“魔角”时，它们表现为绝缘体，而只要施加微弱的门电压注入载流子，这种材料就会转变为超导体。这一研究成果于2018年发表在《自然》杂志上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 能够实现高温超导甚至是室温超导电性是所有超导研究人的终极梦想。魔鬼石墨烯的发现和进阶研究，或许会将这一天马行空的梦想变为可能。 /p

《Nature(IF69.504)》谭海仁团队最新研究-钙钛矿界面结构优化，叠层太阳电池效率28.5%。 【重点摘要】研究团队在铅锡混合钙钛矿/电子传输层界面引入双层钙钛矿异质结,有效抑制了界面复合损失,提高了电荷提取效率。通过在铅锡混合钙钛矿顶部沉积一层铅卤化物宽禁带钙钛矿形成双层异质结,混合钙钛矿太阳能电池的效率提高到23.8%。在混合钙钛矿子电池中应用双层异质结结构,全钙钛矿叠层太阳能电池实现了28.5%的记录效率。封装的叠层电池经过600小时光照后,效率仍保持在90%以上。【研究背景】全钙钛矿叠层太阳能电池具有利用光谱范围广、热损耗低的优点,被视为下一代光伏技术的有力候选。但是先前报道的铅锡混合钙钛矿底层电池存在开路电压和填充因子不足的问题,主要是钙钛矿与电子传输层之间的界面发生严重的非辐射复合造成的。构建混合2D/3D异质结是目前研究最多的抑制界面复合的方法,但2D层会增加电阻,影响电荷传输。【研究成果】南京大学谭海仁团队在铅锡混合钙钛矿/电子传输层界面引入了II型能带结构的3D/3D双层钙钛矿异质结。先在混合钙钛矿表面沉积一层铅卤化物宽禁带钙钛矿,再通过溶液处理转化为钙钛矿,形成双层异质结。这种结构有利于电荷提取,混合钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子显著提高,效率达到23.8%。在混合钙钛矿子电池中应用双层异质结,全钙钛矿叠层太阳能电池达到28.5%的记录效率。封装后的叠层电池在连续600小时光照条件下,效率仍能保持在90%以上。这主要是因为双层异质结抑制了界面复合,提高了电荷转移速率。【研究方法】利用溶液处理和蒸发方法,在混合钙钛矿表面覆盖铅卤化物钙钛矿薄层,形成双层异质结。通过扫描电镜、X射线衍射等手段表征双层异质结的形貌和结构。测量并比较带异质结和不带异质结的混合钙钛矿太阳能电池的光伏参数。采用稳态和时间分辨光致发光、超快瞬态吸收等方法研究异质结的载流子动力学。在混合钙钛矿子电池中引入双层异质结,制作钙钛矿叠层太阳能电池。测试并优化子电池的参数,实现高效率。对叠层太阳能电池进行封装,测试其在光照条件下的稳定性。【结论】本研究在混合钙钛矿太阳能电池的界面引入3D/3D双层异质结,有效抑制了界面复合,获得了23.8%的高效率混合钙钛矿单电池。这种双层异质结结构应用于全钙钛矿叠层电池,进一步提升了效率至28.5%,表现出良好的稳定性。该成果为钙钛矿太阳能电池的界面设计和高效叠层电池的开发提供了新思路。宽禁带、窄禁带亚电池和叠层太阳能电池的光伏性能。a,带原VNPB和修改SAM的NiO空穴传输层的宽禁带钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。b,控制组和PHJ窄禁带钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。c-d,不同亚电池叠层太阳能电池的J-V和EQE曲线。从EQE光谱中获得的宽禁带和窄禁带亚电池的积分Jsc值显示不同叠层太阳能电池之间具有良好匹配的电流密度(光伏性能参数见补充表13)。宽禁带钙钛矿太阳能电池的光伏性能。a, 62个器件中的光伏参数统计。b-c, 性能最佳的宽禁带器件的J-V、EQE和总吸收度(1-R)曲线。

近日，上海交通大学物理与天文学院李听昕课题组、李政道研究所刘晓雪课题组在《Nature》上发表题为“Tunable superconductivity in electron- and hole-doped Bernal bilayer graphene”的研究论文。该项研究首次在单晶石墨烯中观测到电子掺杂情况的超导电性，这对于理解晶体石墨烯及转角石墨烯系统的超导机理，设计制备基于石墨烯系统的高质量新型超导量子器件等具有重要意义。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07584-w 超导这一宏观量子现象最早由荷兰科学家H. K. Onnes于1911年在研究汞在低温下的电学输运性质时被首次观察到，是凝聚态物理学中里程碑式的发现之一，有关超导材料和超导机理的研究是物理学及相关领域研究中经久不衰的课题。2018年，有关魔角双层石墨烯的研究首次在石墨烯系统中观察到超导电性，这一研究立即引起了国际物理学界的广泛关注，引领了有关二维莫尔超晶格研究的热潮。此后，研究者们在转角多层石墨烯莫尔超晶格系统中也观测到了超导电性，而转角石墨烯中超导与平带之间的关系、超导的配对机制等，至今仍是领域内备受关注的重要科学问题。魔角双层石墨烯对两层石墨烯之间的转角要求十分苛刻，容忍度仅在魔角1.1度正负偏差0.1度的范围，这在一定程度上限制了对魔角石墨烯中超导电性的深入研究。图一 样品结构示意图和光学显微镜照片2021年，研究者首次在不需要莫尔超晶格的亚稳态单晶石墨烯，即菱方堆垛的三层石墨烯中，通过栅极静电调控，观察到空穴掺杂的超导现象，其超导转变温度约为100 mK，这一研究结果也马上引起了广泛的关注。随后，2022年，在施加约0.15 T平行磁场和垂直位移电场（约1 V/nm）的条件下，人们在空穴掺杂的Bernal堆垛双层石墨烯也观察到了超导态，但其超导转变温度仅约为30 mK. 不同于魔角石墨烯和菱方堆垛石墨烯系统，Bernal堆垛的双层石墨烯是天然石墨的基本组成单元，是一种稳定的晶体结构，这为可控制备高质量样品、以及未来研制基于石墨烯的新型超导量子器件提供了理想的实验平台。之后的研究发现，将半导体过渡金属硫族化合物二硒化钨（WSe2）与Bernal堆垛的双层石墨烯组合形成异质结构时，由于近邻效应，增强了石墨烯体系的自旋轨道相互作用，有趣的是，这使得双层石墨烯的超导态能在零磁场下显现，并且超导转变温度被显著提升至约300 mK. 但由于实验中可实现的位移电场范围的限制，无法完全揭示双层石墨烯空穴超导态随位移电场变化的性质与规律；而且，其超导配对机制以及二硒化钨对石墨烯系统超导态的影响机制仍是悬而未决的问题。此外，之前有关高质量双层石墨烯器件中自发对称性破缺态和超导态的研究主要集中在价带（空穴掺杂），而对导带（电子掺杂）的关注较少。图二 实验揭示的双层石墨烯与二硒化钨异质结系统的相图，以及观察到的空穴和电子掺杂情况的超导态通过优化样品制备方法，上海交大实验团队成功制备出高质量双层石墨烯与二硒化钨异质结样品，使得可以对其施加高达1.6 V/nm的垂直位移电场。通过开展系统的极低温量子输运测量，结合电场调控和静电掺杂调控，他们揭示了该系统中空穴掺杂超导随位移电场和载流子浓度变化的完整相图；更为重要的是，实验上在电子掺杂的情况也观察到超导态，这是在单晶石墨烯中首次观察到电子掺杂的超导电性。空穴端和电子端的超导态强度都可以通过外加的垂直位移电场进行有效调节，实验上测量到的最高超导转变温度分别约为450 mK和300 mK，这也是目前在单晶石墨烯系统中观察到超导转变温度的最高记录。图三 在外加高垂直位移电场下，Bernal堆叠双层石墨烯电子端量子振荡及费米面分析通过测量高质量石墨烯样品的纵向电阻随垂直磁场的量子振荡（即Shubnikov-de Haas效应，简称SdH振荡），可以得到有关能带费米面的重要信息，这对于理解体系中由于电子关联相互作用导致的自发对称性破缺态，以及超导配对机制等都具有重要的意义。该研究工作详细测量了在不同位移电场下，低磁场区间空穴掺杂和电子掺杂时的SdH振荡。分析结果表明，在较高的位移电场下，双层石墨烯在空穴掺杂和电子掺杂时均出现了一系列自发对称性破缺态，这些态的出现与能带的范霍夫奇点以及电子-电子相互作用相联系。特别地，当施加电场使得双层石墨烯中的电子或空穴靠近二硒化钨层时，SdH振荡的频率发生了进一步的变化，这是因为当电子和空穴靠近二硒化钨层时，感受到了明显的自旋轨道耦合作用，从而导致电子态的简并度和费米面的结构发生变化。实验结果表明，空穴掺杂和电子掺杂的超导的正常态均对应于费米面为部分极化的情况。最后，该工作详细对比了双层石墨烯中电子掺杂超导和空穴掺杂超导的性质。出乎意料的是，在选取的超导转变温度，超导临界垂直磁场等超导性质类似的情况下，空穴掺杂超导和电子掺杂超导展现了截然不同的平行磁场依赖性。具体而言，空穴掺杂的超导态违反了泡利顺磁极限，而电子掺杂的超导性却始终遵循泡利顺磁极限。之前的研究工作认为，二硒化钨对石墨烯系统超导态的增强效果可以通过近邻效应引入的Ising自旋轨道耦合相互作用的角度来理解，而超过泡利顺磁极限的空穴掺杂超导是Ising自旋轨道耦合相互作用的直接结果。而在此项工作中，尽管通过费米面分析在导带中也观测到明显的Ising自旋-轨道耦合相互作用，但电子掺杂的超导电性却没有违反泡利顺磁极限。这一观察预示着二硒化钨对双层石墨烯中超导的增强效果可能不仅仅来自于近邻效应引入的Ising自旋轨道耦合相互作用。该成果上海交大团队主要成员：（从左至右）刘晓雪、李佳熠、李楚善、徐凡、李听昕这一研究工作突显了在高位移电场下双层石墨烯系统中涌现的丰富量子物态，其中很多现象和性质还值得进一步的理论和实验研究。该工作不仅为理解单晶石墨烯乃至魔角石墨烯的超导机理提供了重要的实验信息和约束，而且为基于稳态结构的单晶石墨烯设计和制造新型超导量子器件奠定了坚实基础。论文第一作者为上海交通大学物理与天文学院博士研究生李楚善。共同通讯作者为物理与天文学院李听昕副教授，李政道研究所刘晓雪副教授和武汉大学吴冯成教授。论文的合作者还包括上海交通大学贾金锋教授，博士研究生徐凡，李佳熠；武汉大学博士研究生李泊浩；中科院物理研究所吕力研究员，沈洁研究员，仝冰冰副主任工程师，博士研究生李国安，以及日本国立材料研究所Kenji Watanabe研究员和Takashi Taniguchi研究员。此项研究涉及的器件微纳加工部分在上海交通大学物理与天文学院微纳加工平台完成，极低温测量在中国科学院综合极端条件实验装置完成。本工作得到科技部、国家自然科学基金委、上海市和上海交通大学的资助。

量子霍尔效应是凝聚态物理学中的基本现象。科学家发展了拓扑能带理论来研究此类拓扑物态，发现了量子霍尔系统的能带结构和系统的边界态密切相关即存在体相与边缘的对应，并利用陈数（Chern number）来区分不同的拓扑结构，以陈绝缘体来描述相关拓扑物态。陈绝缘体材料可通过第一性原理计算预测以及实验合成并检测，过去几年出现了系列创新性成果，有望发展出具有实用价值的器件。随着量子系统调控技术的发展，研究利用各种人工可控量子系统来模拟陈绝缘体并揭示其性质。超导量子计算系统具有运行稳定、通用性强的优势，将是模拟陈绝缘体的理想平台。近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心，与北京量子信息科学研究院、南开大学、华南理工大学、日本理化学研究所等合作，利用集成有30个量子比特的梯子型量子芯片，实现了具有不同陈数的多种陈绝缘体的模拟，并展示了理论预测的体边对应关系。该团队制备了高质量的具有30比特的量子芯片，在实验中精确控制其量子比特之间的耦合强度，并降低比特间串扰，（图1、2），实现了一维和梯子型比特间耦合的构型。 该团队设计模拟方案，将二维陈绝缘体格点模型的一个维度利用傅里叶变换映射为人工控制相位，从而用一维链状量子比特来实现其模拟（图3）。 基于同样的思想，双层二维陈绝缘体则可以利用两个一维链状平行耦合，形成梯子型比特间耦合的量子芯片实现，而人工维度相位控制还可实现双层陈绝缘体不同的耦合方式。这样便实现了不同陈数的陈绝缘体。该工作通过激发特定量子比特、测量不同本征态能量的方案，直接测量拓扑能带结构（图4）并观测系统拓扑边界态的边界局域的动力学特征，在超导量子模拟平台证实了拓扑能带理论中的体边对应关系（Bulk-edge correspondence）（图5）。此外，利用全部30个量子比特，在超导量子模拟平台上通过模拟双层结构陈绝缘体，实验上首次观察到具有零霍尔电导（零陈数）的特殊拓扑非平庸边缘态（图6）。此外，实验上探测到具有更高陈数的陈绝缘体。该研究通过精确控制超导量子比特系统及读出的技术方案，实现对量子多体系统拓扑物态性质的复现与观测，并表明30比特梯子型耦合超导量子芯片的精确可控性。相关研究成果以Simulating Chern insulators on a superconducting quantum processor为题，发表在《自然-通讯》【Nature Communications 14,5433 (2023)】上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、北京市自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。图1. 30比特梯子型量子芯片耦合强度信息。（a）15比特实验中测量到的量子比特间（最近邻和次近邻）的耦合强度信息。（b）30比特实验中测量到的量子比特间（最近邻、次近邻和对角近邻）的耦合强度信息。图2. Z串扰矩阵。Z串扰系数矩阵，每个元素代表着当给横轴比特施加1 arb.units幅度的 Z方波时，纵轴比特感受到的方波幅度，后续将根据该系数矩阵进行Z方波矫正。图3. 30比特梯子型量子芯片以及映射AAH模型的实验波形序列。（a）超导量子处理器示意图，其中30个量子比特构成了梯子型结构。（b）通过在y轴进行傅里叶变换，将二维霍夫施塔特（Hofstadter）模型映射为一系列一维不同配置的 Aubry-André-Harper (AAH) 模型的集合。（c）通过改变合成维度准动量Φ用以合成一系列AAH模型的量子比特频率排布，其中b=1/3。（d、e）用以测量动力学能谱（d）和单粒子量子行走（e）的波形序列。图4. 动力学光谱法测量具有合成维度的二维陈绝缘体的能谱。（a）对应于Q8的随时间演化的数据，其中b=1/3，Δ/2π=12MHz，Φ=2π/3。（b）利用15个量子比特响应函数得到的傅里叶变换振幅的平方。（c）沿着比特维度将傅里叶变换振幅的平方求和。（b）利用15个量子比特参数数值计算求解的二维陈绝缘体的能带结构，其中，b=1/3，Δ/2π=12MHz。（e、f）对于不同的Φ，实验（e）和数值模拟（f）得到的能谱对比。图5. 拓扑边界态的动力学特征以及拓扑电荷泵浦。（a1-3）分别激发Q1（a1）、Q8（a2）、Q15（a3）测量到的激发态概率的时间演化，其中，b=1/3，Δ/2π=12 MHz，Φ=2π/3。（b1-3）分别利用Q1（b1）、Q8（b2）、Q15（b3）作为目标比特测量得到的能谱部分信息。（c1-c3）激发中间比特Q8，测量得到的对应于向前泵浦（c1），不泵浦（c2）和向后泵浦（c3）的激发态概率演化，其中，Δ/2π=36MHz，初始Φ0= 5π/3。（d）根据图（c1-c3）计算得到的质心随着泵浦周期T的变化。图6. 利用全部30个量子比特模拟双层陈绝缘体。（a、b）实验测量的对应于相同Δ↑(↓)/2π=12 MHz（a）和相反 Δ↑/2π=-Δ↓/2π=12MHz（b）周期性调制的两条AAH一维链的构成的双层陈绝缘体的能谱，黑色虚线为对应的理论预测值，其中，b=1/3。霍尔电导定义为对所有被占据能带的陈数Cn的求和：σ= ∑nCn ，其中定义e2/h=1。（c、d）选择Q1,↑和Q1,↓为目标比特测量到的对应于Δ↑(↓)/2π=12 MHz（c）和相反Δ↑/2π=-Δ↓/2π=12 MHz。（d）周期性调制系统的能谱的部分信息。（e-g）当激发边界比特（Q1,↑ 或 Q1,↓），测量到的对应于Δ↑(↓)/2π=0MHz（e），Δ↑(↓)/2π=12 MHz（f）和 Δ↑/2π=-Δ↓/2π=12 MHz（g）的占据概率时间演化。

瑞士科学家在最新一期《自然纳米技术》杂志上发表论文称，他们利用石墨烯，制造出了首个超导量子干涉装置，用于演示超导准粒子的干涉。最新研究有望促进量子技术的发展，也为超导研究开辟了新的可能性。2004年石墨烯横空出世，自此引发广泛关注并获得大力发展。石墨烯是目前已知最薄、强度最高、导电导热性能最好的新型纳米材料。随着研究的不断深入，其更多特性也一一浮出水面。双层扭转石墨烯——两个原子层相对于彼此稍微有所扭转是近几年的研究重点。一年前，苏黎世联邦理工学院固态物理实验室的克劳斯恩斯林团队证明，扭转双层石墨烯可用于制造超导设备的基本组成部分约瑟夫森结。在最新研究中，恩斯林科研团队利用扭曲石墨烯，制造出了首个超导量子干涉装置（SQUID），用于演示超导准粒子的干涉。传统SQUID正广泛应用于医学、地质学和考古学等领域，其灵敏的传感器能够测量磁场的微小变化，但其只与超导材料一起工作，因此在工作时需要使用液氦或氮气进行冷却。新研制的石墨烯SQUID的灵敏度并不优于传统铝制SQUID，且也必须冷却至绝对零度之上2℃，“但最新研究大大拓宽了石墨烯的应用范围，此前我们已经证明石墨烯可用于制造单电子晶体管，现在又增加了超导设备。”恩斯林指出，“在量子技术中，SQUID可以容纳量子比特，因此可用作执行量子操作的元件。此外，通常情况下，晶体管由硅制成，SQUID由铝制成，不同材料需要不同加工技术，但现在它们都可由石墨烯制成。”恩斯林补充道，石墨烯内存在不同的超导相，但还没有一个理论模型来解释它们。最新成果也将为超导研究带来新的可能性，有了这些组件，也许能更好地理解石墨烯中的超导性是如何产生的。

文章导读复旦大学微电子学院包文中教授课题组主要的研究领域包括二维层状材料的能带调控、器件工艺及应用，包括二硫化钼（MoS2），黑磷等。近日，其课题组利用小型台式无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）在新型二维层状材料MoS2的器件制备、转移和应用等方面取得了一系列瞩目的研究成果。 引言随着电子信息产业的高速发展，集成电路的需求出现了井喷式的增长。使得掩膜的需求急剧增加，目前制作掩膜的主要技术是电子束直写，但该制作效率非常低下，并且成本也不容小觑，在这种背景下人们把目光转移到了无掩膜光刻技术。英国Durham Magneto Optics公司致力于研发小型台式无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3），为微流控、MEMS、半导体、自旋电子学等研究领域提供方便高效的微加工方案。传统的光刻工艺中所使用的铬玻璃掩膜板需要由专业供应商提供，但是在研发过程中，掩膜板的设计通常需要根据实际情况多次改变。无掩膜光刻技术通过以软件设计电子掩膜板的方法，克服了这一问题。与通过物理掩膜板进行光照的传统工艺不同，激光直写是通过电脑控制DMD微镜矩阵开关，经过光学系统调制，在光刻胶上直接曝光绘出所要的图案。同时其还具备结构紧凑（70cm x 70cm x 70cm）、高直写速度，高分辨率（xy：正文包文中教授课题组利用小型台式无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）在新型二维层状材料MoS2的器件制备、转移和应用等方面取得了一系列瞩目的研究成果。（一） SMALL: 高性能的具备实际应用前景的晶圆MoS2晶体管 原子层的过渡金属二硫化物（TMD）被认为是下一代半导体器件的重要研究热点。然而，目前大部分的器件都是基于层间剥离来获取金属硫化物层，这样只能实现微米的制备。在本文中，作者提出一种利用化学气相沉积（CVD）制备多层MoS2薄层，进而改善所制备器件的相关性能。采用四探针法测量证明接触电阻降低一个数量。进一步，基于该法制备的连续大面积MoS2薄层，采用小型无掩膜光刻直写系统（MicroWriter ML3）构筑了栅场效应晶体管（FET）阵列。研究表明其阈值电压和场效应迁移率均有明显的提升，平均迁移率可以达到70 cm2v-1s-1，可与层间剥离法制备的MoS2 FET好结果相媲美。本工作创制了一种规模化制备二维tmd功能器件和集成电路应用的有效方法。 图1. (a-e) 利用CVD法制备大面积多层MoS2的原理示意及形貌结果。(g, h, i, j) 单层MoS2边界及多层MoS2片层岛的AFM测试结果，拉曼谱及光致发光谱结果 图2. 利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）在MoS2薄层上制备的多探针（二探针/四探针）测量系统，以及在不同条件下测量的接触电阻和迁移率结果。证明所制多层mos2的平均迁移率可以达到70 cm2v-1s-1 图3. 利用无掩膜光刻直写系统（MicroWriter）制备的大面积规模MoS2 FET阵列，及其场效应迁移率和阈值电压的分布性测量结果，证明该规模MoS2 FET阵列具备优异且稳定的均一特性 （二） Nanotechnology: 用于高性能场效应晶体管的晶圆可转移多层MoS2的制备 利用化学气相沉积（CVD）制备半导体型过渡金属二硫化物（TMD）是一种制备半导体器件的新途径，然而实现连续均匀的多层TMD薄膜制备仍然需要克服特殊的生长动力学问题。在本文中，作者利用多层堆叠（layer-by-layer）及转移工艺，制备出均匀、无缺陷的多层MoS2 薄膜。同时，利用无掩膜光刻直写系统（MicroWriter）在其基础上制备场效应晶体管（FET）器件。分别实现1层、2层、3层和4层MoS2 FRT的制备，并深入研究不同条件下器件的迁移率变化，终发现随着MoS2 堆叠层数的增加，电子迁移率随之增加，但电流开关比反而减小。综合迁移率和电流开关变化，2层/3层MoS2 FET是优设计器件。此外，双栅结构也被证明可以改善对多层mos2通道的静电控制。 图4 (a) 多层MoS2 结构的制备/转移流程示意；(b) 单层/双层MoS2 薄膜的光学形貌；(c) 双层MoS2 薄膜的afm表面形貌结果；(d) 单层/双层MoS2 薄膜的拉曼谱结果 图5 (a) 背栅MoS2 FET阵列制备流程示意；(b) 利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）制备的MoS2 FET器件的表面光学形貌（利用MicroWriter特有的虚拟掩膜对准技术(VMA)，可以高效直观地在感兴趣区域实现图形曝光）；(c-f) 不同结构的MoS2 FET器件的输出特性及转移特性测量结果 图6 (a) 利用MicroWriter在Si/SiO2晶圆上制备的大范围MoS2 FET器件阵列，其中包含1层和2层MoS2；(b) 相应阵列区域的迁移率和阈值电压分布结果，证明其优异的均一特性图7 (a) 双栅MoS2器件的结构原理；(b) 利用无掩膜激光直写系统（MicroWriter）制备的大面积双栅MoS2器件的形貌结果；(c, d) 2层MoS2双栅器件的电学测量结果。相关参考：1. high-performance wafer-scale mos2 transistors toward practical application. small 2018, 18034652. wafer-scale transferred multilayer mos2 for high performance field effect transistors. nanotechnology, 2019, 30,174002

国务院设备更新行动方案倡导节能降碳、低排放，优莱博推出了不消耗氮气的氮吹浓缩仪。浓缩是实验室中常用的技术。其中氮吹浓缩适用于处理样品量大、体积小、易挥发的实验。氮吹仪采用惰性气体对加热样品进行吹扫，使待测样品迅速浓缩，被广泛应用于农残检测，制药等行业中的样品批量处理。但是传统多通道氮吹仪耗气量很大，气体本身又有较多的安全隐患。此优莱博VAPORNADO Plus常压闭路快速蒸发浓缩系统是一种高效蒸发设备。使用氮气封闭回路循环，在使用过程中几乎不消耗氮气。这样的设计降低了能耗和碳排放，实现了节能减排的目标。VAPORNADO-Plus系统，其蒸发效果是通过使用稳定的载气，将溶剂蒸汽从溶剂表面带走而实现的。在VAPORNADO Plus的闭路循环中，载气通过双层定氮吹针管的内管进入样品瓶，持续吹扫液体表面。饱和载气分别从每个样品瓶(无交叉污染)中通过双层氮吹针管的外管被吸引至冷凝器，载气中的溶剂在冷凝器中被冷凝。冷凝完成后，载气在循环泵的作用下，通过加热模块后，重新回到双层引导管内管中，再次进入样品管吹扫液体表面。热的载气可以为溶剂蒸发提供需要的能量。此外，氮吹针管与溶剂液面的距离自动保持一致，可以保证高的蒸发效率。VAPORNADO Plus 系统还具有高效蒸发能力、高效冷凝能力、运行可靠、“吹入距离”自动控制、无交叉污染风险、可从方法库中调取常见溶剂及混合溶剂的标准蒸发浓缩方法等特点。VAPORNADO Plus 系统以下多个参数可以得到准确控制：被蒸发样品的温度、加热模块的温度、循环气体的流速、氮吹针管的下降速度、液位检测，以保持液体表面与氮吹针管之间的距离恒定。更多细节，请尽快联系优莱博，升级您的用气设备吧。