人工晶体

傅里叶红外光谱仪测试样品时不可缺少的就是溴化钾光谱纯（碎晶/粉末），而在实验室做红外测样实验高消耗品之一的溴化钾光谱纯，再次恒创立达为各位大咖普及一下关于溴化钾KBr材料的相关知识。 KBr溴化钾人工晶体概念 我国晶体生长有着悠久的历史，早在春秋战国甚至更早的时期，就有煮海为盐、炼制丹药等晶体生长的时间活动，而同时，世界上随着炼金术的兴起与发展，人工晶体生长，特别是人工晶体气相生长在全世界都有发现。 进入二十世纪后，人工晶体生长才有飞跃式的发展，不仅体现在人工晶体生长理论、人工晶体生长技术上，而且，发现了一大批极有价值的新晶体，为科学进步和人类生活水平提高做出了巨大贡献。 人工晶体生长的水平主要表现在技艺和科学两个方面，其中，晶体生长技术在晶体的研究中占有极重要的地位。晶体是在物相转变的情况下形成的。 由于晶体可以从气相、液相和固相中生长，而不同的晶体材料又有不同的生长条件，加上应用对晶体的要求有时十分苛刻，这样就造成了晶体生长方法的多样性以及生长设备和技术的复杂性：从高真空到超高压，从低温到等离子体高温，从精密检测生长参数到微机自动监控生长过程，从高纯原料到超净环境......，晶体生长技术几乎动用了现代实验技术中一切重要手段，并长出了大量支撑现代科学技术发展的高品质晶体。 人工晶体生长，是物质在一定的热力学条件下相变成为晶体的过程。晶体生长多数是控制生长条件，使生长的原料从液态（熔体或溶液）转变为固态，成为单晶体。也有从气体状态生长晶体的方法。目前，已经发展出来诸如水溶液法、提拉法等许多不同的人工晶体生长方法和技术，用于不同性质的晶体的生长。 晶体生长是一个由小到大的过程，在一个合适的介质条件下，晶体生长有三个阶段：首先是介质达到过饱和，过冷却，或者融熔阶段，其次是成核，即晶核形成阶段，最终是晶体生长阶段。晶核是晶体的萌芽状态。下面是四溴化碳中添加红色燃料杂质后形成枝晶的过程。

据2020年6月19日本司动态新闻发布关于KBr溴化钾人工晶体的概念是什么？受到很多大咖的关注。借此要求我司会履行为大咖们续写关于溴化钾相关知识，为大咖们在选择仪器或者仪器耗材时做好准备。 今天恒创小编深入解读一下KBr溴化钾人工晶体生长过程是怎样的呢？ 所谓生长，对于生物体而言，就是一个从小到大，从幼稚到成熟的过程。生物体生长需要养料，需要空气、阳光等环境。同样，对于“晶体的生长”，也是一个晶体从小到大的不断变化的过程，也需要养料（原料）和合适的环境，如生长炉、合适的温度等。 不同的生物体的生存环境、生长发育各不相同，同样，对于晶体而言，不同的晶体有不同的生长过程，需要不同的生长条件，有相应的不同的晶体生长技术和方法，其晶体生长的过程和要求也有所不同。 下面，我们将以提拉法晶体生长为例，介绍晶体生长的过程。 提拉法是一种从熔融原料中生长晶体的方法，在受控条件下，使籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。提拉法生长晶体的过程大致分为多晶料烧结（含称料、混料、烧料、二次烧结等）、提拉晶体（含化料、下籽晶、放肩、生长等）以及晶体出炉几个步骤。对于上述晶体生长的概念和过程，您可以在后面的页面后找到详细的描述。

人工晶状体植入术是目前矫正无晶状体眼屈光的最有效的方法，它在解剖上和光学上取代了眼睛原来的晶状体，构成了一个近似正常的系统，尤其是固定在正常晶状体生理位置上的后房型人工晶状体。其术后可迅速恢复视力，易建立双眼单视和立体视觉。在上海某专科医院，一名患者在眼部植入人工晶体五年后， 手术效果出现非正常下降。为了排查原因，将人工晶体取出进行剖析，发现晶体一侧表面已非本来的光滑状态， 出现了混浊。该表面的混浊是植入效果变差的原因，但晶体表面变浑的原因不明。研究其混浊部分的来源，对延长人工晶体植入术的疗效有积极意义。该人工晶体材质为聚甲基丙烯酸甲醋，简称PMMA。植入人体后， 表面沉积的物质可能为有机质，也可能为无机的生物钙化物质。为了更全面的剖析其成分，我们结合岛津EDX和FTIR对其表面混浊部位进行了分析。检出的元素与文献报道中的磷酸钙沉积一致。在生物领域无机元素的定性剖析中， EDX可发挥其无破坏性、定性方便快速，并可实现半定量和薄膜分析的效果，具有很好的应用前景。 了解详情，敬请点击《岛津能量色散X射线荧光和红外光谱仪测试人工晶体上的异物》关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

人工视觉智能技术在安全、医疗和服务等领域颇有应用潜力。然而，随着网络化和信息化的发展，基于冯诺依曼构架的现有视觉系统因功耗问题难以实时处理海量激增的视觉数据。仿生人类视觉的光电突触器件可集图像信息采集、存储和处理于一体，有效解决现有视觉系统存在的时效性、功耗等问题。非晶氧化物半导体薄膜晶体管(TFT)作为传统电子器件在显示、电子电路等领域已实现产业化应用。因此，基于氧化物TFT的创新器件在产业工艺兼容性、与后端电路的在板集成等方面优势明显，在仿生人类视觉神经突触器件的研发方面，亟待解决如可见光响应弱、频率高效选择性、不同波段信号串扰等一些关键科学和技术问题。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所功能薄膜与智构器件团队阐明了非晶氧化物半导体器件中与氧空位息息相关的突触权重调控的微观机理，为提高可见光响应奠定了理论基础，设计了背沟道修饰pn异质结的光电突触TFT，有效耦合了三端器件的栅压调控和两端器件的内建电场调控功能，兼具高光电响应、易集成、低功耗等优势。 　　近期，该团队携手福州大学教授张海忠团队，设计了基于InP量子点/InSnZnO的光电TFT的仿生视觉传感器，将氧化物半导体优异的电传输特性和InP量子点良好的宽光谱响应特性有机结合，使器件具有优异的栅极可控性和可见光响应特性，通过简单控制栅极偏置实现初始状态的调控，仿生模拟了人眼暗视和明视环境下适应功能的切换。该工作构建的TFT阵列在感知红绿蓝三原色字母时均表现出逼真的环境自适应特征。此外，基于该光电传感阵列的三层衍射神经网络用于手写数字识别模拟，准确率可达93%。该研究为开发环境适应性人工视觉系统开辟了新途径，并对神经形态光电子器件的研发具有启发性意义。 　　相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials，DOI: 10.1002/adfm.202305959)上。研究工作得到国家自然科学基金和宁波市重大科技攻关项目等的支持。人眼明暗适应过程与氧化物光电薄膜晶体管光电流变化过程的类比演

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 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磁学国家重点实验室M02课题组的光耀、刘艺舟、特聘研究员于国强、研究员韩秀峰等人与德国马克斯普朗克智能系统研究所教授Gisela Schü tz团队、美国加州大学洛杉分校教授Yaroslav Tserkovnyak团队、兰州大学教授彭勇团队合作，利用一种具备高时空分辨率的软X射线磁性成像技术，在室温零场条件下成功诱导产生100 nm尺寸的斯格明子。斯格明子的产生机制是由X射线诱导的交换偏置再定向效应所主导的。除精确地产生单个斯格明子外，他们还利用X射线产生了多种结构的斯格明子二维“人工晶体”。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项研究利用扫描透射X射线显微镜(STXM)对[Pt/Co/IrMn]n交换偏置多层膜结构进行了系统的研究，首次发现X射线辐照可以诱导反铁磁序的重取向，进而实现了反铁磁序以及与之耦合的铁磁序的高空间分辨光学调控。利用这一现象，研究团队首先成功地在迷宫畴的背景下实现了零外磁场下的任意形状单畴磁区域，如图1所示。利用X射线在单畴区域扫描特定小尺寸区域，还能够精准定位产生单个斯格明子。更进一步，通过大面积的位点扫描，成功地构造出了斯格明子阵列，如三角、正方和kagome三种构形(图2)。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项研究为调控反铁磁序磁结构提供了一种新的思路，利用这种方法还有望进一步推动在交换偏置体系中实现反铁磁斯格明子。由于X射线的短波长特性，该方法有望用于调控小于10 nm尺寸的反铁磁序，极大地提高了光控磁的空间分辨率。该项研究还能激励更多利用X射线方法操控磁序的研究，进一步推动磁性材料中针对磁序的高空间分辨率光学调控。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/4119c7eb-0af5-4fe9-b3b2-cdb7ad3873a5.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 图1. /strong X射线诱导的交换偏置再定向效应。a为同步辐射X射线通过在垂直磁场(H)下扫描闭合区域诱导产生均匀的交换偏置，箭头表示正的磁场方向，b为同步辐射X射线扫描后在零外磁场下测到的物理所(IOP)标志；c-e为对应的四分之三扫描透射X射线显微镜数据截面图和相应的交换偏置示意图，IrMn层箭头表示界面垂直方向的反铁磁序。b和e中标尺条为1 μm。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/aea263db-76d5-456a-a1c8-5cfd3c4e569e.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图2. /span /strong span style=" text-align: justify text-indent: 2em " X射线诱导单个斯格明子及斯格明子晶体的产生。a为X射线诱导产生的闭合单畴条(白色虚线矩形框)；b为控制X射线在单畴区域上精准产生的两个斯格明子；c-d分别为X射线在单畴区域写入的三角和正方斯格明子人工晶体。d中的标尺条为1 μm。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 相关工作已在《自然-通讯》杂志上发表。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、北京市自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划等的支持。 /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.nature.com/articles/s41467-020-14769-0" target=" _self" strong span style=" text-align: justify text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) " 论文链接 /span /strong /a br/ /p

晶状体如同人眼中的一个精密光学元件，可以让进入眼睛的光线投影并聚焦到视网膜上，形成清晰的影像，因此我们可以看到外部精彩的世界。晶状体的主要成份是蛋白质和水份，它会因为老化而出现雾化或混浊的情况，而雾化的晶体则会阻碍光线和影像投射到视网膜上。老年人常见眼疾白内障就是由于老化引起的，患者晶状体会变得浑浊，如同透过一层白色障碍物在看东西，极大影响到视力。而相关的药物治疗至今未取得突破性进展，人工晶体植入术是治疗白内障最有效的手段，即把已变得不透明的晶状体拿掉，换上人工晶状体，术后相当于给人眼重新更换了一个光学镜头，且手术安全有效。人工晶状体（Intraocular Lens）通常是由一个圆形光学部和周边的支撑袢组成，光学部的直径一般在 5.5～6 mm 左右，支撑袢的作用是固定人工晶体，可以是两个 C 型或 J 型的线状支撑袢，通常有硬质人工晶体、折叠人工晶体，单焦点/多焦点、黄色人工晶体等。 人工晶状体作为第三类医疗器械，透光率是必测指标。《YY 0290.2-2009眼光科学 人工晶状体 第2部分：光学性能及试验方法》规定了对于人工晶状体透光性能的要求，详见下表描述。标准要求每一型号的人工晶状体都应该给出在波长300nm-1100nm范围内对于光焦度为20D的人工晶状体的光谱透过率记录（例如记录在使用说明书或包装上）。 岛津基于标准《YY 0290.2-2009眼光科学 人工晶状体 第2部分：光学性能及试验方法》开发了透光孔径为φ3mm的人工晶状体测试附件，并针对多数人工晶状体特殊的支撑袢结构，设计了斜凹圆槽，人工晶状体装入后被准确固定在定位孔中。为了模拟晶状体在人眼中的实际状态，支架中可充入盐溶液代替房水，一般可采用0.9%NaCl的盐溶液。以下为对某品牌人工晶状体进行测试的结果。仪器配置如上图所示，即在岛津的紫外可见分光光度计UV-2600i上使用积分球附件，人工晶状体放置在样品侧的人工晶状体支架中，并预先充入盐溶液，同时在参比侧的支架中也注入盐溶液。为了考察测试重复性，对样品进行5次测量，每次测试需要拆开支架重新装样，以验证该人工晶状体支架对于样品定位的准确性。经过5次测试，可看到该支架具有优异的测试重复性。YY 0290.2-2009 标准要求“光谱透射比记录应表明人工晶状体在紫外线（UV） 部分的光谱被滤除，对于光焦度为20D的人工晶状体或同等物，以光谱透射比10%对应的波长作为UV截止波长时，该波长应不小于360nm”。当截止波长小于360nm，则说明人工晶状体不能有效阻挡紫外光。UV截止波长还可反映有害蓝光的透过情况，当小于360nm时，有害蓝光的透过率会变大，而过多的有害蓝光进入人眼视网膜中有可能会导致黄斑眼疾的发生。从上图测试结果得到此人工晶状体的UV截止波长为398nm，可满足行标的要求。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

2009年2月，国际期刊《自然》发表题为《中国晶体——藏匿的珍宝》的采访调研文章，认为中国禁运氟代硼铍酸钾晶体（KBBF），将对美国功能晶体相关领域的研究和发展产生严重影响，并断言“其他国家在晶体生长方面的研究，还无法缩小与中国的差距”。该文的缘起是中国2007年正式宣布停止对外提供KBBF，美国人不惜重金请求购买或邀请相关中国专家去美国工作，都被严词拒绝。中国科学家用国际领先的自主创新成果在高技术领域对美国说“不”。从20世纪60年代开启理论研究，到80年代研制出低温相偏硼酸钡晶体（BBO）、三硼酸锂晶体（LBO），再到90年代研制出KBBF，中国科学院福建物质结构研究所（以下简称福建物构所）等单位的科学家，打破了中国在晶体生长领域仿制、跟跑的局面，让“中国牌”晶体闪耀世界。几十年过去了，“中国牌”晶体这个“老字号”更显创新活力。很难想象，当年研发“中国牌”晶体的科学家们经历了怎样的奋斗历程。不跟在外国人后面走材料是人类社会进步的里程碑。作为一类重要材料，晶体指能自发生长成规则几何多面体形态的物体。随着科技进步和经济发展，人工功能晶体已成为激光设备等不可或缺的基础材料。激光技术是20世纪“四大科技发明”之一。作为激光设备的上游关键部件，非线性光学晶体可以将某一频率的激光转换成另一频率的激光。20世纪60年代初，国外已发现一些非线性光学晶体材料，而中国尚未研发出自己的晶体。整体看，国际上非线性光学晶体研发都相对滞后，导致激光器进一步应用乏力。功能晶体乃至所有功能材料的性能，都取决于其组成和结构，而这需要专业人才深入研究。在那个年代，我国缺乏这方面的人才，谁来研发“中国的晶体”？1945年，我国结构化学领域开拓者卢嘉锡留学归国，组织队伍开启晶体材料研究，并在国内首次招收以结构化学专业为主的研究生。卢嘉锡1955年当选中国科学院化学学部委员，1981年至1987年任中国科学院院长。在美国留学期间，卢嘉锡在美国国家科学院院士鲍林的指导下，利用X射线和电子衍射法技术分析研究晶体结构和分子结构；他所设计的卢氏图表载入《国际X射线晶体学用表（第二卷）》，被国际化学界应用了几十年。国外晶体研究已开展数十年，我国如何赶超？基于对国际国内晶体研究的分析，卢嘉锡认为探索新晶体材料，不应受国外学术思想束缚，跟在外国人的后面走，而应在分析、总结国外已有工作基础上走自主创新之路。“打造科研平台很关键。”福建物构所所长曹荣介绍，1959年，中国科学院福建分院设立并筹建技术物理所、化学所等6个研究所和生物物理研究室。卢嘉锡一直构想建立现代化物质结构研究室，福建分院的设立让他看到了希望。1960年，卢嘉锡经过深思熟虑，向中国科学院和福建省委提出将福建分院筹建的“六所一室”整合，最终形成福建物构所，卢嘉锡为首任所长。自此，卢嘉锡带领福建物构所的研究团队开始研制非线性光学晶体。卢嘉锡（左）指导福建物构所青年科技人员工作。让人匪夷所思的重大发现当时，我国缺乏技术、没有经验和专业人才，只能从仿制起步。由于没有理论指导，工作很快就遇到瓶颈。那时科研条件极为简陋。建所之初，主体建筑是一幢四方形平房，人员主要是复退军人和大中专毕业生，办公和仪器设备是从其他学校搬来的，吃饭就在临时搭建的竹棚里。 创办初期的福建物构所。即便如此，卢嘉锡还是凭借研究积累，部署了结构化学、非线性光学晶体等研究方向，希望从结构化学角度探讨晶体和分子结构、电子结构之间的关系。构想有了，关键是靠大团队联合开展大攻关。为此，卢嘉锡想方设法从高校调来理论物理等专业的毕业生，陈创天（2003年当选中国科学院院士）就是其中之一。那是1962年，陈创天25岁，刚从北京大学物理系毕业。到福建物构所没几天，卢嘉锡就找到他，语重心长地说：“研究所搞的是结构化学，你的研究重点要从理论物理向结构化学转移。”卢嘉锡给陈创天介绍了基本知识并列出参考书单，嘱咐他“可边工作边学习，不懂可来问我，相互切磋”。此后3年，陈创天系统学习了结构化学知识，最终选择非线性光学材料结构和性能之间关系为研究方向。1976年，苦心钻研10年后，陈创天提出阴离子基团理论，找到了非线性光学晶体材料宏观效应与微观结构间的关联。次年，他被任命为非线性光学材料探索组组长。据介绍，当时研究所几乎一穷二白，一群怀揣梦想的年轻人自己动手创造科研条件，如自行组装激光器、测试设备等。1979年，研究组发现BBO是一种非常有希望的新型材料。3年后，他们终于生长出大块BBO。 BBO晶体。中国科学家以翔实的数据和无懈可击的实验证明了BBO是非中心对称的晶体，在200纳米至350纳米波长范围内，其透过率可达80%以上。1986年，陈创天在美国参加一个国际激光与光电子会议，向全世界宣布成功研制出BBO，引起轰动。业界赞誉这是中国人按照自己的科学思想创造出的首块“中国牌”晶体。吴以成（2005年当选中国工程院院士）正是那一年在福建物构所获得博士学位。他回忆：“陈老师告诉我们，他发言结束后，参会的200多位科学家竟有一多半跟他出去向他进一步了解情况，导致会都没法开了。”福建物构所副所长、国家光电子晶体材料工程技术研究中心主任林文雄1988年被保送到福建物构所读研究生。“教材都把BBO写进去了。”林文雄说，BBO的面世让全世界的科学家感到匪夷所思，他们感受到严峻挑战，认为这样的重大发现不该在中国诞生，而应在美国、日本或欧洲国家。曹荣感慨，福建物构所取得这样的成就，离不开国家的一贯支持，也得益于中国科学院面向世界科技前沿、面向国家重大需求进行的前瞻布局和建制化研究。 福建物构所建所初期的结构化学研究队伍。在高技术领域对外国说“不”正当外国学者为横空出世的“中国牌”晶体感到震惊时，陈创天、吴以成等中国科学家又在1987年宣布一项新的重磅成果——他们发现并生长出第二块“中国牌”晶体LBO。 LBO晶体。与BBO相比，LBO紫外截止波长移到150纳米，是迄今为止实现高功率三倍频输出最好的非线性光学晶体。BBO、LBO分别被美国《激光电子学》杂志评为1987年、1989年“十大尖端产品”。“BBO和LBO的背后，光研究组就有多个，包括理论组、化学合成组、结构分析组、相图研究组、晶体生长组等。大家互相协作、劲往一块儿使，才有这样的结果。”吴以成说。山东大学教授王继扬介绍，当时国内晶体研究界有“三驾马车”，分别是福建物构所、山东大学和南京大学，它们在晶体生长、消除晶体畴等方面各有所长，非常团结又能创新，把晶体研究这个国际上本不受重视的领域变成各国争相研究的焦点。“我国科学家有股迎难而上的拼劲，敢走新路、勇于自主探索。”1988年，福建物构所成立成果转化公司——福建福晶科技股份有限公司（以下简称福晶科技），开启了BBO、LBO商业化之路。“商业化后，外国就眼红了。BBO面世时，中国的专利法还没出台，但LBO研发出来时已有专利法，团队有意识地申请专利将它保护起来。”吴以成说，美国最先坐不住，他们以专利无效为借口和中国打官司，希望能取消中国的LBO晶体专利权。“美国最终没有凭借蹩脚的理由得逞。”吴以成回忆，当时国际上关于LBO的研究成果都是中国科学家发表的，团队把整个研究的详细实验记录等收集起来应诉，最终打赢了官司。这个案例再次印证了团队协作的重要性。“那时候，团队里以林朝熙为代表的知识产权方面的专家就懂得申请专利，他们不是为了报奖，而是要把自主创新成果保护起来。”林文雄说，更关键的是，他们申请的不是晶体生长专利，而是器件专利，很好地避免了国外钻空子侵权。LBO面世前，美国等国家都在基于BBO等晶体开展多倍频研究，中国科学家也在寻求新突破。“我国虽已取得领先成果，但当时科研条件仍很落后。”吴以成举例，LBO晶体生长是在坩埚中进行的，耐温1000摄氏度以上的铂金是做坩埚的理想材料。当时铂金比黄金还贵，一小块就上千美元。“我们每次用完坩埚都要称重，如有损耗须说明。然而落后的科研条件没能阻止我们做出领先世界的重大成果。” 科研人员用提拉法培养晶体。外国对中国科学家的态度，也随着“中国牌”晶体的相继面世，从傲慢转向尊重。吴以成回忆，陈创天讲过这样一件事。 BBO面世前，有位中国学者在美国一家实验室工作，有人不小心打碎了一块杜邦公司生产的非线性光学晶体，中国学者想把碎片带回国研究，但被实验室负责人以保密为由拒绝。没想到数年后，中国就制备出领先世界的BBO。20世纪90年代，陈创天在日本访问期间，日方曾为他升起中国国旗表示尊敬和欢迎。研发出BBO、LBO后，陈创天团队意识到，由于微观结构条件限制，二者无法通过简单倍频技术产生深紫外光谱区的谐波光输出。经过反复计算和思考，陈创天等又踏上一条长达10多年的新型非线性光学晶体探索之路，研制出全球独一无二的KBBF。KBBF是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体。当时国际激光界普遍认为，用固体激光器产生波长小于200纳米的激光几乎不可能，KBBF则使激光最短波长达到184.7纳米，在深紫外激光领域大展身手。KBBF独特的薄片层状生长习性，使其难以获得实际应用。为此，陈创天联合中国科学院院士蒋民华团队、中国工程院院士许祖彦团队等开展联合攻关，攻克晶体生长难关，实现多种波长的深紫外激光有效输出，保障了中国在深紫外固体激光方面的国际领先地位。2007年，KBBF被禁止对外出口。中国科学家用国际领先的自主创新成果，在高技术领域对外国说“不”。“老字号”焕发新活力2000年，洪茂椿（2003年当选中国科学院院士）任福建物构所常务副所长，主持研究所工作。当时，中国科学院基于对知识创新与技术创新前沿的把握，批准福建物构所关于福晶科技改制的申请，做大做强“中国牌”晶体产业。洪茂椿面临的第一个难题，就是让“好酒”走出“深巷”。“首先要聚人才。”洪茂椿表示，当时福建物构所建所成立已有40多年，老一辈科学家年纪大了，科学家梯队出现了断层。“当时所里引进了一批人才，积极申请系列科研项目，包括多个上亿元的大项目。”洪茂椿强调，当时申请项目并非盲目扩充研究方向，而是更聚焦科技创新价值链，把知识创新、技术创新与产业创新链接起来，以国家重大需求推动福建物构所的科学研究。2008年，福晶科技正式上市。几年里，洪茂椿经常白天忙完，晚上回所里搞科研，企业管理经验是现学现用。好在经过几年努力，人才梯队建起来了，晶体产业发展脉络理顺了。这个团队人才济济。中国科学院光电材料化学与物理重点实验室主任吴少凡带领团队致力于激光与非线性光学晶体、闪烁晶体新型功能材料研究，成果已在国家重大工程中获得应用。“90后”研究员罗敏已成长为课题组长，聚焦非线性光学晶体材料的设计、合成和生长，以学术骨干身份参与国家重大项目和中国科学院战略性先导科技专项等。走进福晶科技的晶体熔盐车间，工作人员正在一排排晶体生长监控器前观察晶体生长炉的温度。“以前晶体生长都需要工作人员在坩埚旁守着，温度很高，夏天更受不了，现在定时观察显示器即可。”福晶科技董事长陈辉说。如今的福晶科技已成为全球知名的LBO、BBO、磁光晶体等龙头厂商，产品广泛应用于激光、半导体等领域，2023年实现营业收入7.82亿元。“需求端推动供应，目前公司生产的我国原创晶体占全球此类晶体生产总量的近五成，出口超过四成。”陈辉说，“国内晶体需求占全球总需求的比例，从20世纪90年代初的不足5%到如今超过五成，说明我们积极应对了产业链转移及国内需求增长等市场变化。” 晶体提拉生长车间。福建物构所供图今天，我国的晶体研究是否依然领先？曹荣表示，我国原创晶体在研制和应用上不断取得新成果，始终领先国际。近年来，福建物构所又取得一系列引领国际的研究成果，使我国成为激光晶体强国。“当前，我们正积极将人工智能技术应用到晶体设计和生长等环节。”曹荣表示，福建物构所将进一步面向世界科技前沿及国家重大需求，抢占科技制高点，助推我国科技创新事业迈上新台阶。“纵观我国晶体研究发展史，我感受最深的就是科研没有捷径，是靠一代又一代科学家一步步走出来的。”洪茂椿表示，跟在别人后面永远不是创新。正是有了国家和中国科学院对晶体研究的持续大力支持，有了几代科学家的团结互助、勠力创新，我国晶体研究才长盛不衰。

美国麻省理工学院一个跨学科团队开发出一种低温生长工艺，可直接在硅芯片上有效且高效地“生长”二维（2D）过渡金属二硫化物（TMD）材料层，以实现更密集的集成。这项技术可能会让芯片密度更高、功能更强大。相关论文发表在最新一期《自然纳米技术》杂志上。这项技术绕过了之前与高温和材料传输缺陷相关的问题，缩短了生长时间，并允许在较大的8英寸晶圆上形成均匀的层，这使其成为商业应用的理想选择。新兴的人工智能应用，如产生人类语言的聊天机器人，需要更密集、更强大的计算机芯片。但半导体芯片传统上是用块状材料制造的，这种材料是方形的三维（3D）结构，因此堆叠多层晶体管以实现更密集的集成非常困难。然而，由超薄2D材料制成的晶体管，每个只有大约三个原子的厚度，堆叠起来可制造更强大的芯片。让2D材料直接在硅片上生长是一个重大挑战，因为这一过程通常需要大约600℃的高温，而硅晶体管和电路在加热到400℃以上时可能会损坏。新开发的低温生长过程则不会损坏芯片。过去，研究人员在其他地方培育2D材料后，再将它们转移到芯片或晶片上。这往往会导致缺陷，影响最终器件和电路的性能。此外，在晶片规模上顺利转移材料也极其困难。相比之下，这种新工艺可在8英寸晶片上生长出一层光滑、高度均匀的层。这项新技术还能显著减少“种植”这些材料所需的时间。以前的方法需要一天多的时间才能生长出一层2D材料，而新方法可在不到一小时内在8英寸晶片上生长出均匀的TMD材料层。研究人员表示，他们所做的就像建造一座多层建筑。传统情况下，只有一层楼无法容纳很多人。但有了更多楼层，这座建筑将容纳更多的人。得益于他们正在研究的异质集成，有了硅作为第一层，他们就可在顶部直接集成许多层的2D材料。

在科创板过会、研发取得重大突破的联影医疗又有大动作！6月18日上午，2022年常州国家高新区重点项目集中签约“拿地即开工”仪式上，联影高端医学影像设备及核心部件项目等总投资103.4亿元的12个重点项目落地。随着“健康中国”已上升为国家战略，我国大健康市场快速扩容、高端医学影像行业支持力度增加以及新冠疫情的常态化防控等因素都促进了对医学影像设备的潜在需求，经过十余年国产医学影像设备技术的发展以及相关核心部件公关，国产品牌的进口替代趋势愈发明显，进口品牌的市场份额呈现下降趋势。据了解，联影高端医学影像设备及核心部件项目将规划达成400台RT（直线加速器）的部件加工和整机生产规模，以及500台PET-CT的晶体生产能力，项目建成后，将成为世界上最大的高端医疗设备晶体生产基地，这将极大地满足国内医学影像设备需求。01、要建世界最大高端医疗设备晶体生产基地围绕《新材料产业发展指南》明确的十大重点领域，力争到2020年在关键领域建立20家左右。“医疗器械材料生产应用示范平台”即此前工信部按照国家新材料产业发展总体规划，在“生物医药 和高性能医疗器械材料”领域部署的国家级应用示范平台。LYSO/LSO晶体在核医学设备、高能物理、油井钻探、安全检查、环境检查等领域应用广泛，是目前全球最重要和最理想的射线探测器材料之一。当前，我国正推动大型医疗设备国产化，为打破国外材料供应商对国内医疗设备厂商的垄断供应局面，进一步完善国产高端医疗设备的研发、生产体系，LYSO/LSO晶体等闪烁晶体材料的国产化是重要环节。而在影像产业链中，核心部件主要涉及闪烁晶体、液氦、X射线球管、高压发生器、探测器等。闪烁晶体是能够与X射线、伽玛射线、带电粒子等粒子发生作用，将粒子沉积在闪烁晶体中的动能转换为可见光光子的透明晶体。硅酸钇镥（LYSO）稀土闪烁晶体作为PET探测器的核心部件，占到PET/CT整机成本的40%-50%，与溴化镧稀土闪烁晶体同为最具商业价值的新材料。国产PET/CT无论是关键技术还是核心材料，均已不逊色国外品牌，甚至在一些“卡脖子”的原材料方面也取得了突破性进展，2019年，联影医疗联合下游企业——上海新漫晶体，通过上海市工业强基项目“符合PET/CT需求的大尺寸晶体的开发与产业化”的持续攻关，制定晶体性能指标要求，承担晶体性能检测、效果验证等工作，实现了LYSO 晶体的国产化，解决了国产PET/CT对进口晶体的依赖问题。现在，上海新漫系联影重要子公司，为公司提供分子影像产品重要原材料LYSO闪烁晶体。除了晶体制造技术，联影公司还掌握探测器技术、数据传输和处理技术、产品设计和制造能力等，在高端医疗影像设备研发及产业化中联影展现更大雄心，在刚过科创板的招股书中：联影要新建高端智能制造工厂，购置和安装必要的产线生产设备、自动化升级设备、自动控制设备、立体仓库和物流设备以及搭建厂区智能化系统，建成后主要用于生产高端XR、CT、PET/CT、MR和PET/MR等系列产品；新建生产研发楼；新建配套综合楼以及其他配套设施。RT在研产品 CT在研产品2018 年，联影医疗uRT-linac 506c 获NMPA 医疗器械技术审评中心第三类医疗器械认证，是世界首款一体化CT 直线加速器。目前联影医疗在放疗领域的前沿性、关键性技术的掌握情况如下：联影医疗对加速管、多叶光栅已实现自研自产，并结合治疗床技术，精密剂量控制系统，治疗计划系统，肿瘤信息系统等方面形成技术基础。未来联影医疗在放疗领域核心部件的布局规划主要包括下一代功率源系统、加速管系统、新一代多叶光栅等。经过多年的经营积累，常州联影已具备包括MR、CT、DR和RT在内的高端医学影像设备上游机加工和整机生产能力。此次，常州联影高端医学影像设备及核心部件项目将规划达成400台RT（直线加速器）的部件加工和整机生产规模，以及500台PET-CT的晶体生产能力。项目建成后，将成为世界上最大的高端医疗设备晶体生产基地。02、揭秘联影常州基地重大项目建设，是经济发展的“稳定器”。二季度，常州强保障、优服务，启动“拿地即开工”攻坚行动，保障重大项目快开工、快推进、快投产，以项目之“进”撑经济发展之“稳”。在科技创新的加持下，常州产业发展的韧性得以进一步加强：全国每五台工业机器人中，就有一台是“常州造”；动力电池年产值国内第一，占全国份额的三分之一、全省的三分之二；智能制造装备、新型碳材料产业集群进入“国家队”… … 瞄准“国际化智造名城、长三角 中轴枢纽”发展定位，常州正在智能制造上找准定位、增强特色、拉长长板。2022年，常州国家高新区确立实施173个重点项目，年内计划投资367亿元。今年以来，常州高新区全面深化“招推服一体化”改革，最大程度压缩审批时限，在签订土地出让合同的当天即同步下发“四证五书”，实现从拿地到开工“零时差”。本次集中签约项目共24个：包括总投资30亿元重大项目1个，精品外资项目5个，高端智造产业及生产性服务业项目12个，科技人才项目6个。在此次签约仪式上，新北区代区长石旭涌为12个拿地即开工项目代表：联影（常州）二期项目负责人颁发了证书。据了解，今年二季度，常州国家高新区共有40个开工重点项目，总投资达231.6亿元。联影（常州）医疗科技有限公司是全球单体规模最大的全线高端医疗设备生产基地。联影（常州）项目总占地面积340亩，一期用地162亩，建筑面积91505平方米，总投资15亿元，建成后形成年产数字平板X射线成像系统3600套、CT系统500套、分子影像系统(磁共振成像)720套、放射治疗仪系统400套的生产能力。2020年销售额为9.92亿元，纳税额为1.3亿元。联影自落户常州高新区以来，始终保持高质量发展态势，取得了很好的发展。新冠疫情期间，联影在第一时间驰援武汉，更是展现出了让人称赞的“中国速度”。据介绍，从小年夜到年初五，按计划生产的移动DR15台，CT530系列设备10台，已基本按需完成。后续，仍保质保量供应。去年1月19日上午，常州国家高新区与联影医疗技术集团举行项目签约仪式，联影医疗技术集团决定在常州高新区投资30亿元，建设二期新项目，作为全国获得国家专利金奖和商标金奖仅有的两家企业之一，上海联影医疗科技股份有限公司在投资联影（常州）一期项目基础上，今年投资建设的二期项目正式启动，此次联影高端医学影像设备及核心部件项目要建成的世界最大高端医疗设备晶体生产基地便在该期项目中。联影（常州）医疗科技有限公司总经理严全良感慨道：“联影（常州）一期项目在整个报建、生产过程中，得到了市、区、镇各级政府的大力支持和帮助！原本至少近70个工作日的审批过程，缩短为1个工作日，真正做到了‘拿地即开工’。政府部门高效的审批，让我们企业真正实现了‘少走路’、‘少等待’，帮助我们项目‘早开工、早投产’”。03、差异化定位、区域化分工构建的全球化产能格局形成上海联影医疗科技股份有限公司成立于2011年3 月，是联影医疗技术集团的总部，研发中心辐射全球，主要从事高端医学影像诊断产品、放射治疗产品及高端生命科学仪器的设计、研发、生产和销售，并提供配套智能化、信息化解决方案，主打高端医疗设备市场，有国内唯一设计、研发、制造医用1.5T、3.0T超导磁体等全线产品的能力。2020年，联影医疗在武汉全面布局，总投资约50亿元，占地20余万平方米的联影医疗武汉总部基地一期已正式启用，是全球高端医疗设备行业规模最大，最具特色的研发、生产、运营中心。同时，联影智能武汉分部、UIHCloud联影云总部也“安家”于此。联影武汉总部基地智能制造中心该基地投用后，到2028年，将实现高端医疗设备本土化生产和销售，预计年收入百亿元。联影医疗将在武汉重点打造联影高端医疗设备研发及智能制造中心，自主研发生产手术机器人、医疗可穿戴设备等先进医疗装备。常州是一个世界级加工基地，联影认为整个产业链的把控才能确保产品的质量，才能确保最优的性价比利用一流设备，从原材料精加工到模具都是自己做。此外联影在美国德州还拥有休士顿研发基地，并称未来在国外还会建更多生产基地，进入世界市场。去年9月24日，虹桥国际开放枢纽重大项目集中开工长宁区分会场活动，在联影智慧医疗产业园项目建设工地举行，联影智慧医疗产业园是此次5个集中开工的参与项目之一。联影医疗科技智慧医疗总部项目位于广顺北路临华路，用地面积约2.99万平方米，地上建筑面积约9.45万平方米，地下建筑面积约8万平方米。园区主要包括联影智慧医疗全球总部、中国智慧医学影像研究院及智慧影像产业基地、智慧医疗亚洲体验中心及旗舰店、联影互联网医院管理中心、联影全国基层医疗升级指导培训中心和共建关键学科专家工作室中心，将建成具备集团优势、生态优势和运营团队优势的产业集聚区。据文汇报报道，未来五年联影智慧医疗预期年收入100亿元，团队接近5000人，服务覆盖国内大部分地区，带动医疗大健康领域人工智能技术设备创新和医疗健康产业的产融结合服务创新，催生1000亿元产业规模，助力长宁相关产业发展。联影医疗产业化示范基地二期效果图今年1月6日，联影医疗产业化示范基地二期项目作为嘉定新城今年首批6个重大项目之一正式启动建设。此次启动建设的联影医疗产业化示范基地二期，将建成为全球规模领先的、国际一流的现代化、智能化高端医疗装备研发生产基地。据悉，联影医疗产业化示范基地二期项目总投资31.26亿元，总建筑面积约42万平方米，将建设成为集技术研发、智能制造、国际交流培训、全球品牌展示、生活服务、中央公园等功能于一体的智慧园区，可容纳8000-10000人。园区将由曾设计上海中心大厦的全球顶尖建筑设计公司Gensler设计，预计2024年底竣工。此次，大手笔打造的“超级工厂”将作为公司全球研发总部，新基地对标国际最高水平，加速下一代产品与技术研发创新，推动PET/MR、PET-CT、MR、CT、XR等全线高端医疗装备、核心部件与先进技术从研发到产业化的进程，推动“卡脖子”技术自主可控。新基地还将打造数智化超级工厂，借助工业物联网、大数据、人工智能等前沿技术，将实现生产制造、仓储、物流等各环节生产要素全面感知和控制，以自动化、智能化、精密化的生产及运营管理，大幅提升全线高端产品全球供给能力与速度。由此，上海总部基地、常州工厂、武汉基地、美国基地几大基地之间也将构建起差异化定位、区域化分工的全球化产能格局。两月前，万众瞩目的联影医疗终于过会了！融资金额高达124.8亿元，市值有望破千亿，这也是科创板市场2022年以来IPO规模最大的上市企业。募集资金用于下一代产品研发、高端医疗影像设备产业化基金项目等，提前规划“多中心、分级次”的生产基地战略布局，新建生产基地，将有力提升公司品牌的全球影响力。

纳米尺度的光电融合是未来高性能信息器件的重要发展路线。如何在微纳甚至原子尺度对光进行精准操控是其中的关键的科学问题。中国科学院国家纳米科学中心研究员戴庆研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，充分发挥它对光的高压缩和易调控优势，不仅有望实现高效光电互联，而且可以提供额外的信息处理能力，从而进一步提升光电融合系统的性能。 　　该团队通过十多年的努力，实现了极化激元的高效激发和长程传输。在此基础上，研究设计并构筑了微纳尺度的石墨烯/氧化钼范德华异质结，实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“光晶体管”功能。研究表明该晶体管可实现光正负折射的动态调控，类似电子晶体管能切换(1,0)两个高低电位，为构筑与非门等光逻辑单元奠定了重要基础。该研究充分发挥了不同材料的纳米光子学特性，从而突破了传统结构光学方案如使用人工结构(超材料和光子晶体等)在波段、损耗、压缩和调控等方面的性能瓶颈。 　　与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等优势，被寄予未来大幅提升信息处理能力的厚望。因此，光电融合系统被认为是构建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。光电互联(电-光-电转换)是光电融合主的基础，相当于光电两条高速公路交汇的收费站。而现有硅基光电集成方案存在效率低(依赖多次光电效应)、体积大(光模块无法突破衍射极限)等问题，制约光电器件之间的信息流转。然而，光子不携带电荷且光的传输受限于光学衍射极限，相比于能轻易通过电学调控的电子，对光子的纳米尺度局域和操控并不容易。 　　极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式(表面波)。它具有优异的光场压缩能力，可轻易突破光学衍射极限从而实现纳米尺度上光信息的传输和处理。 　　戴庆团队以攻克高速光电互联这一世界技术难题为目标，提出以纳米材料的表面波(极化激元)为媒介，实现高效光电互联的新思路。构筑光-极化激元-电转换路径相当于将高速公路的收费站改造成立交桥，具有显著优势：一是效率高，光/电激发材料表面波的效率相比光电效应提升潜力巨大；二是集成度高，光波转化成材料表面波可将波长压缩百倍轻松突破衍射极限，从而显著提升光模块集成度；三是算力强，材料表面波具有光子性质可进行高效并行计算，从而将现有光电融合的“光传输、电计算”拓展成为“光传输、电计算+光计算”，实现“1+12”的效果。 　　戴庆提出，我们利用电学栅压对极化激元这种光波的折射行为实现了动态调控，使其从常规的正折射转变到奇异的负折射。这好比可以像操纵电子一样操纵光子，为将来高性能光电融合器件与系统的发展提供重要促进作用。这一研究在应用上面向光电融合器件大规模集成缺乏高效、紧凑光电互联方式的重大需求，在科学上为解决突破衍射极限下高效光电调制的难题提供了新思路。 　　2月10日，相关研究成果以Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons为题，发表在《科学》(Science)上。该论文审稿人评价道，这证实了一项非常规的物理现象，为研究纳米尺度的光操控提供了崭新的平台。图示极化激元晶体管的基本原理，通过在氧化钼上覆盖石墨烯构筑范德华异质结，天线激发极化激元传输穿过界面后形成负折射。极化激元晶体管的光学显微镜照片

北京大学电子学院彭练矛教授-邱晨光研究员课题组日前制备出10纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管，首次使得二维晶体管实际性能超过Intel商用10纳米节点的硅基鳍型晶体管，并将二维晶体管的工作电压降到0.5V，这也是世界上迄今速度最快能耗最低的二维半导体晶体管。该研究成果以《二维硒化铟弹道晶体管》为题日前在线发表于《自然》。芯片为大数据和人工智能的发展提供源源不断的动力，芯片速度的提升得益于晶体管的微缩，然而当前传统硅基场效应晶体管的性能逐渐接近其本征物理极限。受限于接触、栅介质和材料等方面的瓶颈，迄今为止，所有二维晶体管所实现的性能均不能媲美业界先进硅基晶体管，其实验结果远落后于理论预测。对此，团队在研发过程中实现了三方面技术革新：一是采用高载流子热速度（更小有效质量）的三层硒化铟作沟道，实现了室温弹道率高达83%，为目前场效应晶体管的最高值，远高于硅基晶体管的弹道率（小于60%）；二是解决了二维材料表面生长超薄氧化层的难题，制备出2.6纳米超薄双栅氧化铪，将器件跨导提升到6毫西微米，超过所有二维器件一个数量级；三是开创了掺杂诱导二维相变技术，克服了二维器件领域金半接触的国际难题，将总电阻刷新至124欧姆微米。研究团队表示，这项工作突破了长期以来阻碍二维电子学发展的关键科学瓶颈，将n型二维半导体晶体管的性能首次推近理论极限，率先在实验上证明出二维器件性能和功耗上优于先进硅基技术，为推动二维半导体技术的发展注入了强有力的信心和活力。

中科院学部成立60多年来，先后选聘产生了1499名中国科学院院士。包括诺贝尔物理学奖获得者杨振宁院士，国家最高科学技术奖获得者吴孟超院士、吴良镛院士等。“科学强国”栏目将持续刊登这些院士的故事，展现他们的人生风采。　　　　人物小档案　　陈创天　　(1937年2月18日—2018年10月31日)　　出生于浙江奉化, 是我国著名的材料学家。长期从事晶体材料的研究，引领和带动了我国非线性光学晶体学科发展。曾任中国科学院福建物质结构研究所副所长，中国科学院理化技术研究所晶体中心主任，1990年当选为第三世界科学院院士，2003年当选为中国科学院院士。　　无论是KBBF、LSBO，还是BBO、LBO，这些被国际市场誉为“中国晶体”的先进材料面世，都离不开一个人，他就是“中国晶体之父”——陈创天院士。　　在他长达半个世纪的科研生涯中，人们看到的是中国非线性光学晶体的发展史。由他带领的研究团队发现、培育出来的多种非线性晶体，在国际上享誉盛名，推动了非线性光学晶体的实用化和商业化，促进了激光技术的发展，奠定了我国非线性光学晶体在国际上的领先地位。　　他就是人工晶体学界的学术泰斗陈创天。　　对于科学研究，陈创天曾直言：“要投身于科学事业，首先就要下定决心，把此生无私地奉献给科学，奉献给祖国，奉献给人民。”　　师从名师，立志科研为国　　1937年2月18日，陈创天出生在浙江省奉化市大桥镇斗门头村的一个知识分子家庭。新中国成立后，为了支援东北建设，陈创天告别就读的奉化中学，随着做会计师的父亲迁至辽宁省沈阳市，1954年，初中毕业后考入重点中学沈阳二中读高中。　　陈创天从小对数学有着特殊的爱好。进入沈阳二中后，最感兴趣的也是数学、物理两门课。陈创天记得物理老师在课上讲“以太”论时，说引力场是一种物质。通过这种物质，物体之间会产生引力。这种理论当时曾引起争论，说是引力场处于真空，不能认为是通过物质相互作用才得以实现。但这种当时颇为新奇的观点恰在陈创天的脑中挥之不去。陈创天琢磨着，两个物体之间的相互作用怎么能不通过中间介质来实现呢?正是这种好奇心，促使陈创天跟物理打上了交道。　　1956年8月，陈创天以优异成绩考入北京大学物理系物理学专业。谈起北大6年的求学经历，陈创天庆幸自己遇到了好老师。上世纪50年代，北京大学物理系集中了一大批名扬海内外的著名学者。这里浓厚的科学研究氛围成为陈创天学习的沃土，也让他更加确定自己的人生追求和科研探索信念，立志成为中国科学事业的栋梁，为中国科学技术赶上国际先进水平而努力奋斗一生。　　1962年，陈创天大学毕业。北大物理系把陈创天推荐给我国著名物理化学家、教育家卢嘉锡院士，前往中国科学院设在福建省福州市的华东物质结构研究所(中国科学院福建物质结构研究所)工作。　　当时的华东物质结构研究所是研究化学的，主要研究微观结构和宏观性能之间的关系。时任所长的卢嘉锡对陈创天说，到这里工作，就要了解化学方面的情况，掌握化学知识。于是，在卢嘉锡的指导下，陈创天又开始了长达3年化学方面的学习，自学了结构化学、量子化学、群表示理论等等，在理论化学方面打下了坚实的基础。1965年，经过慎重考虑，陈创天选择非线性光学材料结构和性能之间的关系作为研究方向，并得到卢嘉锡的支持。　　经历过战乱的颠沛流离，陈创天有着百折不挠的科研精神。这是他在科研工作中最宝贵的精神，为他日后在非线性晶体领域的发明研究奠定了坚实的基础。　　国际领先，发现培育“中国牌”晶体　　当一束单色光通过各种形状的光学玻璃时，除去光的方向会改变外，此束光的颜色是不会发生改变的，这是经典光学，即线性光学理论。但是当一束亮度很高的单色激光，通过一块空间结构没有对称中心的单晶体时，此单色激光在通过晶体后，将会产生两种不同颜色的激光，此种现象就是非线性光学现象，此种晶体就是非线性光学晶体。因此，非线性光学晶体也就是光波的变频器件。一种非线性光学晶体的变频能力，也就是一种颜色的激光转变为另外一种颜色激光的能力，是由该晶体的空间结构所决定的。我国科学家首次在国际上解决了这个问题，并发现了许多种非线性光学晶体，这些晶体具有很强的使一种颜色的激光变成另外一种颜色激光的能力。由此，我国这一领域的研究在国际上处于领先水平。其中，陈创天的身影频频出现。　　1968年，陈创天提出国际上著名的非线性光学效应的阴离子基团理论，被国内外晶体研究领域的科学家接受并成功地用于指导新型非线性光学材料的探索研究。基于他在非线性光学研究的贡献，陈创天被任命为非线性学科材料研究组的组长。　　1980年，陈创天团队宣布研制出领先世界的BBO晶体，被国际同行誉为“中国牌”的晶体。这是中国在光学领域的一项重大突破，也让中国一跃而上成为世界光学领域的领先者。　　这块小小BBO晶体为陈创天和他的科研团队带来多项国内外的科技大奖。然而荣誉背后，陈创天并没有止步于此，在发现和培育出BBO晶体后，他再次带领团队钻进实验室，研究更有价值的晶体。　　功夫不负有心人，1987年，陈创天和他的研究团队发现并生长出第二块“中国牌”非线性光学晶体LBO。与BBO相比，LBO紫外截止波长紫移到150纳米。LBO有适当的硬度和良好的机械加工性能，潮解性能良好，已经能够长出大尺寸、高质量的单晶。消息很快获得国际激光科技界和工业界的认可，新成果在激光工业界得到广泛应用。　　2001年，陈创天带领的研究团队在KBBF单晶生长技术上获得突破，并发明了KBBF晶体棱镜耦合技术，获得中、美、日专利授权，保障了中国在深紫外固体激光方面的国际垄断地位。　　2006年，中科院物理所与理化所合作，在国际上首次成功地建造了真空紫外激光角分辨光电子能谱仪，可同时测定电子的能量和动量。仪器的核心部件就是能产生177.3纳米相干光的KBBF棱镜耦合器件。由于其不可替代的关键作用，在国际市场供不应求。　　2009年2月，国际著名的科学杂志《自然》的记者经过对多国专家走访和行业调研后，发表了一篇题为《中国藏起了这种晶体》的文章，文中感叹：“一个中国实验室成为一种具有重大科学价值的晶体的惟一来源。”而这个实验室就是中科院院士陈创天领导的北京人工晶体研究与发展中心实验室，这个“具有重大科学价值的晶体”就是中国首个对国外实行技术禁运的产品KBBF非线性光学晶体。　　直到2016年，美国先进光学晶体公司才研制出KBBF晶体，打破了中国对该晶体技术的长期封锁。　　陈创天曾说：“当你为世界的科学事业，为祖国的科学事业做出别人做不出的贡献时，你才会有最大的幸福感。我一生中所遇到的最大幸福，就是看到了BBO晶体所产生的最强烈的紫外光，LBO晶体所产生的最耀眼的绿光和KBBF单晶所产生的震撼人心的深紫外相干光。这种幸福感是任何数量的金钱所买不到的。”　　2018年10月31日，82岁的陈创天因病医治无效，在北京逝世。然而他的科学精神，将永远激励着材料领域研究者们不断前行。

【科学背景】随着纳米技术和量子材料科学的进展，二维(2D)过渡金属二硫属化合物(TMDC)莫尔超晶格引起了越来越多的关注。这种材料提供了一个强大的平台，用于模拟每个莫尔晶胞包含一个或几个人工原子的强关联量子固体。这种模拟不仅帮助科学家们理解了量子相变和电子关联效应，还揭示了许多新奇的量子现象和材料特性，例如莫特绝缘体、广义维格纳晶体和量子反常霍尔绝缘体。然而，在研究TMDC莫尔超晶格的过程中，科学家们面临着一些挑战。传统上，大多数研究集中在模拟费米-哈伯德模型，这种模型通过单一的在位排斥能U描述原子内相互作用，忽略了原子内部的自由度。这种简化虽然有助于理解基本的量子相互作用，但无法全面描述多电子系统中复杂的电荷分布和相互作用。最近的理论研究预测，在莫尔超晶格中的多电子人工原子中，由于单粒子能级间隔Δ和原子内部库仑排斥能U之间的竞争，可以产生显示出不寻常电荷密度分布的量子态。然而，这些理论预测缺乏实验验证，尤其是在直接成像和观察这些维格纳分子的长程有序排列方面。为了解决这些问题，科学家们进行了多方面的探索。最近，加州大学伯克利分校王枫、Hongyuan Li、Michael F. Crommie及麻省理工Liang Fu等人在“Science”期刊上发表了题为“Wigner molecular crystals from multielectron moiré artificial atoms”的最新论文。他们开发了一种先进的扫描隧道显微镜(STM)成像方案，以实验证明在扭曲的二硫化钨(tWS2)莫尔超晶格中多电子人工原子中维格纳分子晶体的存在。他们的研究不仅验证了理论预测，还展示了这些维格纳分子晶体如何通过机械应变、莫尔周期和载流子类型进行调节。这些发现为理解多电子系统中的复杂相互作用提供了新的视角，也为设计和控制新型量子材料提供了有力的工具。【科学亮点】（1）实验首次在扭曲双层二硫化钨（tWS2）莫尔超晶格中观察到了多电子人工原子中的维格纳分子晶体。通过扫描隧道显微镜（STM）成像，作者实验证明了在这些多电子人工原子中，维格纳分子晶体的形成。这些晶体结构代表了一种电子的晶体相，展示了电子在不同位置的强局部化现象，以最小化库仑能量。（2）实验通过以下几个方面得到了重要结果：&bull 使用扫描隧道显微镜（STM）观察到了多电子人工原子中维格纳分子的出现。当库仑相互作用占主导地位时，这些维格纳分子在多电子人工原子中形成。&bull 实验结果展示了维格纳分子晶体的高度可调性。通过调整机械应变、莫尔周期和载流子类型，可以调节这些维格纳分子的排列和特性。&bull 理论模拟进一步解释了电子-电子相互作用和莫尔势在导致维格纳分子晶体形成中的作用。这些模拟结果明确了单粒子能级间隔Δ和原子内部库仑排斥能U之间的竞争对电子态的影响，并展示了在不同维格纳参数RW下电子配置的变化。&bull 研究表明，在小RW值时，多电子莫尔原子的基态可以通过简单地填充非相互作用轨道来近似，形成中心峰值的电荷分布。然而，在足够大的RW值时，电子会强烈局部化，形成维格纳分子，展示了相互作用主导的电子结构和轨道重构。【科学图文】图1： 莫尔超晶格中的多电子人造原子。图2：Wigner分子的CBE和VBE隧道电流测量。图3： Wigner分子晶体结构工程。图4：Wigner分子晶体的数值模拟。【科学启迪】本研究揭示了在二维过渡金属二硫属化合物（TMDC）莫尔超晶格中，多电子人工原子可以形成维格纳分子晶体这一独特的电子晶体相。这种相对传统量子固体的革新在于其来源于人工设计的原子结构，而非自然存在的原子。通过扫描隧道显微镜（STM）的隧道电流测量方案，研究团队首次直接观察到了这一电子晶体相的形成过程，为理解和利用强关联电子系统提供了新的实验平台。此外，研究还展示了通过调节电荷载流子类型、莫尔周期和机械应变，可以有效地控制和调节维格纳分子晶体的性质。这种可控性不仅为量子材料的设计和制备提供了新的策略，还为探索在维格纳分子晶体内部产生的自旋、电荷和拓扑现象打开了全新的研究方向。因此，本文不仅在实验上验证了理论预测，还为开发新型量子材料及其应用奠定了坚实的基础，同时推动了强关联量子系统研究的前沿进展。文献详情：HONGYUAN LI. et al. Wigner molecular crystals from multielectron moiré artificial atoms. Science, 2024, 385(6704): 86-91；https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1348

短波紫外全固态相干光源具有光子能量强、可实用化与精密化、光谱分辨率高等特点，在激光精密加工、信息通讯、前沿科学和航空航天领域颇具应用价值。获得全固态短波紫外激光的核心部件是非线性光学晶体。在非线性光学过程中，若使基频光的能量源源不断地转换到倍频光，需要保持基频光激发的二次极化谐波和倍频光在晶体中位置时刻相同，但由于晶体的本征色散导致基频光和倍频光的折射率不同，进而导致两束光在晶体中群速度不同，无法实现倍频光的持续增长，此为相位失配。因此，在晶体中实现应用波段相位匹配被普遍认为是重要的技术挑战，决定最终激光输出的功率和效率。目前有多种技术方案可供选择，如晶体各向异性的双折射相位匹配技术、晶体内部自发畴结构的随机准相位匹配技术和人工微结构准相位匹配技术等。其中，利用晶体各向异性的双折射相位匹配技术是应用最广泛的弥补相位失配的有效途径。该技术利用各向异性晶体的双折射特性，使一定偏振的基频光沿晶体的特定方向入射，或者改变晶体的温度，实现角度或者温度相位匹配，即使基频光和倍频光在晶体中特定方向传播时的折射率相同。该方案转换效率高，但现有晶体均存在相位匹配波长损失，即可用晶体紫外截止边和最短相片匹配波长的差值表征（λcutoff-λPM）。中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心致力于新型紫外、深紫外非线性光学晶体的设计与合成。该团队前期基于领域前沿进展的研究和对非线性光学晶体双折射相位匹配现状的剖析，在特邀综述中首次提出关于非线性光学晶体一种理想状态的假设，即在基于双折射相位匹配的非线性光学晶体中，是否可以实现“紫外截止边等于最短匹配波长”的理想状态？若该假设在晶体中得以实现，将为晶体在整个透过范围内均实现双折射相位匹配提供新途径和新思路。近期，该团队创制一类新非线性光学晶体即全波段相位匹配晶体。该类晶体基于应用广泛的双折射相位匹配技术，且可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。该研究揭示了全波段相位匹配晶体的物理机制，从折射率的微观表达及双折射色散曲线、折射率色散曲线和相位匹配等光学条件等角度出发，给出两种独立的全波段相位匹配晶体的评价参数，并将此评价参数应用于一些经典的非线性光学晶体材料，讨论以此参数评估晶体相位匹配波长损失的可行性和普适性。基于此，研究获得一例非线性光学晶体（GFB）。实验通过多级变频的方案或光参量技术方案，研究晶体在整个透过范围内的直接倍频输出能力，并基于相位匹配器件已经实现193.2-266 nm紫外/深紫外可调谐激光输出，验证其该晶体全波段相位匹配能力，使该晶体成为目前首例且唯一一例实现了全波段双折射相位匹配的紫外/深紫外倍频晶体材料。该材料193.2 nm处晶体透过率deff = 1.42 pm/V）、短相位匹配波长（~194 nm）和高抗激光损伤阈值（BBO@ 266/532 nm, 8 ns, 10 Hz）等，是颇具应用前景的266 nm激光用非线性光学晶体材料。相关研究成果以全文形式发表在《自然光子学》（Nature Photonics）上。研究工作得到科技部，国家自然科学基金委员会和中国科学院等的支持。GFB晶体结构、微观性能分析及晶体照片

近日，山东大学陶绪堂教授团队使用导模法(EFG)成功制备了外形完整的4英寸(001)主面氧化镓(β-Ga2O3)单晶，并对其性能进行了分析。劳厄测试衍射斑点清晰、对称，说明晶体具有良好的单晶性，无孪晶；X射线衍射摇摆曲线显示晶体(400)面半峰全宽仅为57.57″，结晶质量较高；湿法化学腐蚀测试结果表明，晶体位错密度为1.06×104 cm-2；C-V测试确认β-Ga2O3晶体中载流子浓度为7.77×1016 cm-3。测试结果表明，该团队通过导模法获得了高质量的4英寸β-Ga2O3单晶。相关内容以“4英寸氧化镓单晶生长与性能研究”为题已在《人工晶体学报》网络首发（DOI：10.16553/j.cnki.issn1000-985x.20220831.001.）。该成果是继2019年团队获得4英寸(100)主面单晶后的又一新突破。 图1 4英寸β-Ga2O3晶体 图2 β-Ga2O3单晶(010)面劳厄衍射图图3 β-Ga2O3单晶摇摆曲线 　　此外，团队通过优化提拉法晶体生长工艺，在原有1英寸晶体基础上，成功放大到2英寸，晶体外形规整、无裂纹，晶体质量较高。晶体生长尺寸与德国IKZ及美国空军实验室相当，达到国际先进水平。 图4 提拉法生长2英寸氧化镓柱状单晶 　　山东大学晶体材料国家重点实验室在国内最早开展导模法氧化镓单晶生长，经过长期潜心攻关，从零开始，先后突破了1~4英寸氧化镓单晶生长、缺陷、掺杂、加工等关键核心技术。通过导模法、提拉法等多种晶体生长方法，生长出n型导电及半绝缘氧化镓晶体并开展了系统的晶体加工和缺陷研究，为打破国外技术封锁和产品禁运奠定了基础。 　　β-Ga2O3作为超宽禁带半导体材料，可用于制备功率器件、紫外探测器、高能射线探测器，同时也可作为GaN、ZnO等半导体的衬底材料使用。由于超高的击穿场强和巴利加优值，β-Ga2O3功率器件具有耐压高、导通损耗低、开关速度快的优点。目前，β-Ga2O3二极管及场效应晶体管器件耐压均可达几千伏，器件击穿场强已超过SiC和GaN的理论极限。 　　由于β-Ga2O3禁带宽度为4.8 eV，吸收截止边位于260 nm处，紫外透过率可达80%以上，并且具有良好的化学稳定性和热稳定性。因此，β-Ga2O3晶体自身便满足“日盲”光电器件的需求，避免了目前常用氮化物需要合金化等复杂问题。β-Ga2O3晶体因其卓越的材料性能，在深紫外光电探测以及超高压功率器件方面具有重要的应用，也是最近美国等西方国家对我国实施禁运的关键材料。

300mm大硅片是集成电路制造不可或缺的基础材料，对整个集成电路产业的发展起着关键支撑作用。针对我国集成电路制造行业对低氧高阻、近零缺陷等硅片产品的迫切需求，亟需解决大直径、高质量硅单晶晶体生长技术中的氧杂质输运、晶体缺陷调控等基础科学问题，进而开发大直径单晶晶体生长技术，实现特定的晶体杂质、缺陷的人工调控，满足射频、存储等领域的应用需求。 　　近日，中科院微系统所魏星研究员团队，在300mm晶体生长的数值模拟研究领域取得重要进展。该团队自主开发了耦合横向磁场的三维晶体生长传热传质模型，并首次揭示了晶体感应电流对硅熔体内对流和传热传质的影响机制，相关成果于2023年05月以 “Effects of induced current in crystal on melt flow and melt-crystal interface during industrial 300 mm Czochralski silicon crystal growth with transverse magnetic field”为题，发表在美国化学会旗下晶体学领域的旗舰期刊《Crystal growth & design》上。 　　在本工作中，通过对比三组仿真结果，系统的分析了晶体电导率、磁场强度、晶转速率这三个关键参数对晶体内感应电流的影响，进而分析了其对熔体对流、温度分布和界面形状的影响。结合实验数据，模型准确性得以验证，并预测了建模所需的合理的晶体电导率。研究结果表明，当晶体中感应电流增加时，界面下强制对流的驱动力逐渐从离心力转变为洛伦兹力，并改变强制对流的旋转方向，从而影响固液界面形状。这项研究弥补了传统模型的忽略晶体感应电流的不足，首次系统地揭示了晶转引起的感应电流以及关键工艺参数对传热传质、固液界面等的影响，大大提高了仿真结果的准确性，为近零缺陷硅片产品晶体生长技术的优化提供了理论支撑。 　　中科院上海微系统所陈松松助理研究员为文章的第一作者，魏星研究员为通讯作者。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所原名中国科学院上海冶金研究所，前身是成立于1928年的国立中央研究院工程研究所，是中国最早的工学研究机构之一。中国科学院上海微系统与信息技术研究所学科领域为：电子科学与技术、信息与通信工程；学科方向为微小卫星、无线传感网络、未来移动通信、微系统技术、信息功能材料与器件。图 1 模型示意图2 (a)晶体感应电流，(b)强制对流驱动力示意图和熔体自由液面温场、流场分布图

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　近年来，移动互联网和智能终端的快速发展刺激了智能传感技术在人机交互、人工智能和可穿戴设备等领域的研究。同时，由于场效应晶体管具有低成本和大规模化等特点，因而被广泛地应用于电子器件、人机交互和健康监测等领域。但传统场效应晶体管需要通过栅电极接入电信号用于传感和控制，栅电极的制备工艺复杂，容易损坏，在一定程度上限制了其在可穿戴智能器件上的发展。 /p p 　　2014年，中国科学院外籍院士、中科院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林和研究员张弛率领的研究组，首次提出了摩擦电子学这一新的研究领域，利用摩擦产生的静电势作为门极信号来调控半导体中电传输与转化特性，可以用于信息传感和主动性控制，实现了各种人机交互式功能器件，如机电耦合逻辑电路、触控型电致发光、接触式机电存储、增强型光电转换、智能触摸开关、主动式触觉成像系统、电子皮肤、柔性透明晶体管等。近年来，摩擦电子学得到了国内外学者的广泛关注和跟踪研究，成为柔性电子学领域的研究热点。 /p p 　　近日，该科研团队与清华大学化学系副教授董桂芳团队合作，共同研发出一种无栅电极的柔性有机摩擦电子学晶体管。研究人员利用一个可移动摩擦层，直接与介电层接触起电，实现了对晶体管源漏电流的调控，该器件可用于传感触觉压力和磁场强度，能够实现21%Pa sup -1 /sup 和16%mT sup -1 /sup 的灵敏度，以及优于120ms的响应时间，具有良好的稳定性和耐久性。该器件基于介电层与外部直接接触起电来代替传统栅电压的传感机制，能够有效简化晶体管中栅电极的制备工艺，避免因器件弯曲造成的栅电极损坏，增加其作为传感器的稳定性和耐久性，建立了一种与外界环境刺激的直接交互机制，在人机界面、电子皮肤、可穿戴电子设备以及智能传感领域具有广阔的应用前景。 /p p 　　相关研究成果发表在 em ACS Nano /em 上。 /p p br/ /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171116586287109024.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/bfe1a876-e48c-48ba-a1f0-60df2d550ca4.jpg" uploadpic=" W020171116586287109024.jpg" / /p p 　　(a) 无栅极摩擦电子学晶体管工作原理示意图。(b) 用于力磁传感的无栅极柔性摩擦电子学晶体管实物图。(c) 力磁传感工作原理示意图。(d) 不同压力下源漏电流的变化。(e) 不同磁场强度下源漏电流的变化。(f) 手指按压传感器控制LED灯亮度演示压力传感。(g) 磁铁接近传感器控制LED灯亮度演示磁场强度传感。 /p

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。

晶体学，这个最初为窥探物质原子结构和排列方式而形成的一门学科——至今有100余年历史，且已获颁23项诺贝尔奖。然而，这门学科的基础研究犹如科学界的一门“古老手艺”，人才渐缺、关注渐少。　　郭建刚是个“逆行者”。这个中国科学院物理研究所“80后”研究员执着地相信：百余年来沉淀下的晶体学知识在当今依然具有强大生命力，“认识全新物质体系，要回到最根本、最基础的结构。虽越基础、越困难，但也越重要。”　　传统科学与新月的碰撞　　正如月球研究，晶体科学就提供了新视角，而后获得了新发现。　　2020年，我国嫦娥五号从月球背面带回1731克的月壤样品。经过激烈地竞争答辩，郭建刚所在的先进材料与结构分析实验室获得了1.5克的月壤样品。　　拿到珍贵的最新月壤样品，郭建刚抑制不住内心地兴奋，这是他的研究课题第一次触及“太空”。　　“月球土壤与我们在地面上看到的土壤类似，是一些矿石经过不断风化，逐渐变成细碎的土壤。”郭建刚介绍。　　与大多形态形貌研究不同，他们想借助自身优势，在更深、更细处探索未知，剖析月壤内部结构与原子分布状态，试图“见微知著”，了解太阳风化和月球演变等。　　装在白色透明小瓶里，月壤犹如碳粉一般，呈黑色粉末状。郭建刚首先要做的是“挑样”——在数十万个颗粒中挑出微米级大小的晶体，这是项考验耐心的技术活。　　晶体的大小约等于一根头发丝直径，郭建刚站在手套箱前、紧盯着显微镜，寻找着在特殊灯光照射下反射亮光的晶体，然后屏住呼吸，利用一根纤细挑样针的静电效应，小心翼翼“粘”出。　　他和学生两人一组，反复这一连串动作，每次需要持续3小时。为保证安静环境，他们常常在深夜工作，结束时身体僵直、眼睛酸胀、几近“崩溃”。　　实验室窗台上的几盆被拔“秃头”的仙人球见证着他们的付出，他们需要使用仙人球的刺来“粘”住微米级晶体，放置在四圆衍射仪和高分辨透射电镜上测试晶体结构。　　郭建刚知道，我国嫦娥五号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩，且取样点的纬度最高，为探究月壤在太空风化作用下的物质和结构演化提供了新机会。挑选样品的质量，在一定程度上或许决定了能否把握住这次机会，因此，必须仔细再仔细。　　郭建刚和团队在月壤样品中找到了铁橄榄石、辉石和长石等晶体，经过测试，在铁橄榄石表面发现了非常薄的氧化硅非晶层，这其中包裹着大小为2到12纳米的晶体颗粒，通过系统的电子衍射及指标化、高分辨原子相和化学价态分析，确认它们是氧化亚铁，并非此前在其他月壤样品中发现的金属铁颗粒。　　他们还在铁橄榄石中还观察到了分层的边缘结构，这种特殊的微结构首次在月球土壤中看到。　　扎实的数据得到了美国行星之父、匹兹堡大学地质与行星科学系教授Bruce Hapke的肯定：“这种橄榄石晶体的边缘结构是独特的。”　　“我们确认了铁橄榄石在太空风化作用下出现了分步分解现象。通过表面微结构和微区晶体结构分析，我们首次在铁橄榄石的边缘确认了氧化亚铁的存在，表明矿物在风化过程中，经历了一个中间态，而非一步到金属游离铁，这将有利于进一步理解月球矿物的演变历史。”郭建刚说。　　越基础，越重要　　2008年，从吉林大学硕士毕业，郭建刚来到物理所跟随陈小龙研究员攻读博士学位。在团队里，他感受到的第一个研究“逻辑”就是，要想得到或利用一个材料，首先要想办法弄清楚材料最基本的晶体结构，理解原子之间的排布与结合方式。　　“是什么、为什么、能做些什么，这是我们要探索全新体系时要回答的三个基本问题。”他至今记得，博士期间，按照这条“底层逻辑”，做出了第一个让他惊奇的超导新材料。从此，他便更加热爱晶体科学。　　“晶体，尤其是超导这类单晶，非常重要，在电力运输、磁悬浮等有着广泛应用，若原子微观结构不清楚，很难理解和优化其物性，离应用就更远了。”郭建刚说。　　的确，对物质晶体结构的了解，有助于在物质内部微观结构、原子水平的基础上，阐明物质各种性能，并为改善材料的性能、探索新型材料和促进材料科学的发展提供重要科学依据。　　10余年来，郭建刚一直牢记着这个“逻辑”。他以探索电磁功能材料和生长晶体为主要方向，以理解晶体结构为出发点，研究材料的物性和晶体结构之间的关系，取得了诸多重要成果。　　2010年，还在读博期间，郭建刚在国际上最早制备出了碱金属钾插层铁硒超导体系，其最高超导转变温度为30 K，创造了当时常压下FeSe基化合物超导转变温度的最高纪录。　　该成果开辟了国际铁基超导研究的新领域，所开创的研究方向‘Alkali-doped iron selenide superconductors’被汤森路透《2013研究前沿》和《2014研究前沿》列为物理学10个最活跃前沿领域之首和第7名，将其发展成了与铁砷基并列的第二类铁基高温超导体。　　他成功地解决了较小尺寸碱金属钾插层铁硒的难点，制备出了纯相的钠插层铁硒超导体，进一步将超导转变温度提高至37 K。　　弄清晶体结构，会大大缩短新型材料探索时间、加速解决实际问题。　　郭建刚介绍，用传统方法合成一个新材料，需要不断地试，因为不知道哪些组分、温度等合适，试的足够多，可能会碰到一个新的，但试错法效率低、成本高。而弄清楚了晶体结构，就能了解某一类材料中物性的决定性单元（也称功能基元），再以此为基础，发展新的材料体系，“比如要制备一个新材料，有3个组分，通过晶体结构分析，我们能发现决定材料物性的功能基元，就能够以相应的物性为导向，高效地探索新材料和新效应。”　　即以不同功能基元为基础，调控基元的排列方式，或通过调控功能基元里配位的原子种类和数目来改变其电子结构，制备新高温超导晶体体和诱导新效应。　　基于这一思路，由陈小龙牵头，郭建刚作为第2完成人所承担的挑战性课题“基于结构基元的新电磁材料和新效应的发现”，荣获2020年度国家自然科学二等奖，这项成果解决了由功能基元出发、高效探索新材料和新效应的若干关键科学问题，推动了无机功能材料科学的研究与发展。　　肩负重任的新生力量　　在先进材料与结构分析实验室，作为青年科学家的郭建刚，肩负延续学科发展与服务国家需求新的重任。　　“老一辈科学家的事迹和精神始终鼓舞着我。”郭建刚说。“陆学善院士和梁敬魁院士分别是中国著名的晶体物理学家和晶体物化学家，导师陈小龙除了在晶体结构分析和单晶生长具有深厚的学术功底，也是推动碳化硅晶体从基础研究到产业化的先行者之一。　　让郭建刚感触最深的是，老师们总是以一丝不苟的态度，对待基础研究，即使看似很小的工作也做得非常扎实、严谨。　　他一直记得陆学善先生和梁敬魁先生的一个科研故事，上世纪60年代，梁敬魁回国来到物理所，与陆学善合作开展了铜-金二元体系超结构研究，为了达到合金的平衡态，需要诸多工艺，单是退火处理这一个工艺过程，就需要六个月或者一年时间。他们耐住寂寞，几年之后，获得了一系列长周期的超结构相，其中有的是国外研究者已经研究多年，却始终没有观察到的现象。　　“在很多人看来，这样的研究方法可能比较‘原始’，但恰是这种方法，为科研打下了扎实的基础，产出了诸多原创性成果。”郭建刚说，耐心、潜心是他从老先生那里学到的科学精神。　　在郭建刚看来，今天，研究组在晶体生长领域产生了多项引领性的工作，尤其在碳化硅宽禁带半导体生长与新功能晶体材料探索方面，都是在多年的基础研究积累上取得的。　　碳化硅是一种重要的宽禁带半导体，具有高热导率、高击穿场强等特性和优势，是制作高温、高频、大功率、高压以及抗辐射电子器件的理想材料，在军工、航天、电力电子和固态照明等领域具有重要的应用，是当前全球半导体材料产业的前沿之一和国内“十四五”规划重点攻关的半导体材料之一。　　然而，一直以来，用于应用研究的大尺寸单晶存在较多难以突破的关键科学和技术问题，严重影响器件性能，诸多关键技术和设备面临着国外封锁。　　近年来，针对相关难题，在陈小龙的带领下，郭建刚在扎根基础研究的同时，与团队共同推动研究成果产业转化，获得了2020年度中国科学院科技促进发展奖。　　“最大的挑战是基础研究领域的突破，在晶体研究领域，我们还需要更细致、更系统和更‘原始’的研究。”郭建刚深知，基础科学问题的突破将会极大地提高晶体的质量和应用范围，给学术和产业界带来巨大变革，但攀登科学高峰这条路必定不轻松，还好，有热爱，可抵漫长岁月。

据英国广播公司(BBC)1月3日报道，美国和意大利科学家表示，他们对在俄罗斯发现的天然“准晶体”矿石进行了化学分析，结果表明，这种矿石很可能是陨石的一部分，在陨石与地球的撞击中遗落到地球上。研究发表在《美国国家科学院院刊》上。 　　准晶体首次被以色列科学家达尼埃尔谢赫特曼发现，他也因此而独享2011年诺贝尔化学奖。1982年4月8日，正在美国霍普金斯大学从事研究工作的41岁谢赫特曼发现了“准晶体”，其原子结构打破了传统晶体内原子结构必须具有重复性这一黄金法则，在科学界引起轩然大波。“的确，那时候，人们根本不接受那种晶体的存在。”美国化学协会主席纳西杰克逊去年10月5日接受美国《纽约时报》采访时表示：“因为他们认为这违反了自然‘规则’。” 　　随后，科学家们在实验室中制造出了各种准晶体，而且，2009年，意大利佛罗伦萨大学的科学家卢卡宾迪和同事在俄罗斯东部哈泰尔卡湖获取的矿物样本中发现了天然准晶体，这种新矿物质由铝、铜和铁组成。此前的分析表明，“准晶体”这种结构能天然形成而且也能在自然环境下保持稳定，但是，“自然界如何制造出这一结构”一直是个未解之谜。 　　现在，宾迪和美国普林斯顿大学的保罗斯坦哈特对这种矿石的化学成分进行了分析，结果表明，这种矿石可能是陨石的一部分，陨石在与地球的碰撞中遗落到地球上。他们在论文中指出，该样本中含有一些只能在高压下形成的硅石。这种硅石要么形成于地幔中，要么形成于陨石撞击地球那样的高速碰撞中。而结果显示，这块岩石样本经历过一个压力和温度及巨大的、典型的高速碰撞—小行星带上的流星就由这种碰撞产生 另外，这种岩石中不同氧元素的相对丰度更接近其他流星中而非地球上的岩石的氧元素的相对丰度。 　　该研究团队指出：“我们的研究显示，准晶体可能源于环境更多变的太空中，这也表明，准晶体能在很多环境下自然产生，而且，在宇宙学时标(足以明显看出宇宙演化的时间尺度，动辄以亿年为单位)上保持稳定。” 　　准晶体具有独特的属性，其坚硬又有弹性、非常平滑，而且，与大多数金属不同的是，其导电、导热性很差，因此在日常生活中可用来制造不粘锅、发光二极管、热电转化设备等。

本例是氧化铝晶体上外延生长的氧化铁晶体的观察例。这个样品是给陶瓷品上彩用的颜料（红褐色），主要成分是刚玉（Al2O3）和氧化铁（Fe2O3）。为了弄明白它为什么能成长出如此漂亮的结构和其生长原理，用SEM进行观察就变得非常重要。　 左图是用Upper探头拍的背散射电子的照片，通过成分对比度可以判断出Al2O3的周围存在着Fe2O3。另外，对Al2O3处放大后（右图）可以发现很细微的台阶结构。本例采用日立高新SU8010场发射扫描电子显微镜进行观察，关于此仪器请参考：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C138451.htm 关于日立高新技术公司:　　日立高新技术公司是一家全球雇员超过10,000人，有百余处经营网点的跨国公司。企业发展目标是“成为独步全球的高新技术和解决方案提供商”，即兼有掌握最先进技术水准的开发、设计、制造能力和满足企业不同需求的解决方案提供商身份的综合n性高新技术公司。日立高新技术公司的生命科学系统本部，通过提供高端的科学仪器，提高了分析技术和工作效率，有力推进了生命科学领域的研究开发。我们衷心地希望通过所有的努力，为实现人类光明的未来贡献力量。　　更多信息请关注日立高新技术公司网站：http://www.hitachi-hitec.cn/

美国犹他大学的研究人员研制了迄今为止最小的等离子体晶体管，其可承受核反应堆的高温和离子辐射环境条件，有助于研制在战场上收集医用X射线的智能手机、实时监测空气质量的设备、无需笨重的镜头和X射线光束整形装置的X射线光刻技术。 　　这种晶体管有潜力开辟适用于核环境工作的新一类电子器件，能用于控制、指引机器人在核反应堆中执行任务，也能在出现问题时控制核反应堆，在核攻击事件中继续工作。 　　作为当代电子设备的关键组成元件，硅基晶体管通过利用电场控制电荷的流动来实现晶体管的打开或关闭，当温度高于550华氏度时失效，这是核反应堆通常工作的温度。而此次美研究人员将利用传导离子和电子的等离子体空气间隙作为导电沟道，研制了可在极高温度下工作的等离子体晶体管。它的长度为1-6微米，为当前最先进的微型等离子体器件的1/500，工作电压是其六分之一，工作温度高达华氏1450度。核辐射可将气体电离成等离子体，因此这种极端的环境更易于等离子体器件工作。

2023 年 5 月下旬，对于田佳来说是忙碌且有意义的一个初夏。在短短一周之内，他相继在 Nature Catalysis 和 Nature Materials 上发表两篇论文。目前，他在中科院上海有机所担任研究员。图 | 田佳（来源：田佳）利用超分子手段，拓宽对自然光合作用体系的理解5 月 18 日，第一篇论文发表在 Nature Catalysis 上。研究中，他和合作者利用超分子手段模拟自然光合作用，探索构筑新型的人工光合体系。光合作用被认为是地球上最重要的化学反应过程，为生命体提供着最基本的物质与能量来源。然而，由于天然光合系统通常需要兼顾诸多生命过程，且催化中心数量有限并距离光敏系统较远，导致"光能-化学能"转化的整体量子效率偏低。通过化学手段模拟光合作用中的关键基元，构筑光能转化效率更高的人工光合系统，有可能为缓解能源环境危机、降低碳排放提供新的理论和技术支撑。在复旦大学攻读博士学位期间，田佳师从该校的黎占亭教授。那时，前者主要从事超分子有机框架材料的研究。更早之前，黎占亭在芳酰胺大环、以及折叠体和分子识别等领域的工作，给田佳带来了重要启发。于是，后者萌生了将高强材料凯夫拉结构中的寡聚芳酰胺片段嫁接到天然卟啉两亲分子上，进而构筑人工光合组装体的想法。后来，田佳根据天然光合紫色细菌的球形色素体结构，设计了两亲性的三嵌段卟啉基分子单体。（来源：Nature Catalysis）令人惊喜的是，利用这一方法不仅在水中得到了尺寸分布均一的球形组装体，而且组装体表面具有环形的卟啉阵列亚结构。对于通过超分子组装体来模拟生物特定功能和结构来说，这是一次极其重要的突破。在性能上，这种球形组装体不仅展现出光收割"球形天线"效应，同时具有良好的抗光漂白性质和优异的结构稳定性，为超分子光催化体系的光敏剂选择提供了新的解决方案。（来源：Nature Catalysis）受天然光合紫色细菌球形色素体结构的启发，课题组设计了三嵌段卟啉基的两亲分子，并引入寡聚芳酰胺片段以便增强组装体结构的稳定性。合成关键分子之后，他开始进行超分子组装体的构筑和表征。通过亲疏水作用、氢键作用和π-π堆积作用，这种单体分子可以在水中自发组装形成球形纳米胶束组装体。通过增加芳酰胺片段的长度、提高分子间的氢键数量，可以构筑粒径更大、性质更稳定的组装体。在化学、材料等科学研究中，纳米结构表征占据十分重要的位置。在 Nature Catalysis 发表的这篇论文中，透射电子显微镜、扫描透射电子显微镜以及同步辐射小角 X 射线散射的观测结果显示：组装体呈现出尺度均一的球形结构。但是，更精细的组装亚结构表征，需要通过高分辨扫描透射电镜、原子力显微镜、冷冻电镜等手段实现。借助冷冻电镜单颗粒分析技术，田佳等人观察到球形组装体表面存在直径 4.2nm 左右的环形卟啉阵列，这为进一步研究催化性能及其构效关系奠定了基础。完成超分子组装体的构建之后，则要进行光催化实验和机理研究。这时，课题组根据球形胶束表面的环形卟啉阵列呈正电性，有目的地选择了合适的 Co 基卟啉催化剂。在水溶液中，催化剂具有阴离子形式，因此可以通过静电相互作用拉近其与正离子型卟啉环形阵列的空间距离，从而提高电子传输效率；且催化剂的尺寸约为 3-4 nm，略小于环形卟啉阵列的直径（4.2 nm），这也促进了催化剂与环形阵列的对接。另外，在催化过程中，好的催化剂不仅能降低反应活化能，也与反应底物二氧化碳具有一定的结合能力。同时，当生产最终目标产物 CH4 的时候，好的催化体系还能具有良好的脱附能力。基于此，该团队选用四（对磺酸苯基）卟啉-Co 配合物（TSPP-Co）为催化剂构筑人工光合体系，该体系在优化条件下表现出光促 CO2 至 CH4 转化的高催化效率与高产物选择性。同时，在描述反应机理时，他们提出"纳米围栏"以及"球形天线"效应，上述效应使光生电子高效地注入催化位点，进而带来高效的二氧化碳催化转化。当人工光合作用遇见超分子自组装生命过程离不开超分子自组装，光合生命以脂质和蛋白为骨架，可以对捕光复合物和反应中心进行精确定位，并能有序排列形成精妙的多级自组装结构，比如紫菌的色素体、高等植物的类囊体等。这些优雅的超分子组装体表现出高效的光捕获、精确的电子转移和选择性催化功能。而在人工光合领域，超分子自组装的好处在于可以让人们"自下而上"地构筑光合材料，比如将单体分子组装为纳米复合结构。另外，通过优化结构设计，还能提高能量转移和电子传递的效率。同时，超分子自组装能将不同的功能模块组装在一起，借此形成复合材料，从而打造多功能的人工光合系统。另外，超分子自组装还具有可逆性和修复性的特点，能对人工光合材料的长期稳定性和可持续性起到重要作用。如前所述，光合作用为生命提供了物质和能量。针对人工光合作用的研究一般主要关注：如何使用人工方法来模拟自然光合作用过程，将太阳能转化为化学能并进行储存。具体来说，该领域的研究主要集中在以下几个方面：其一，光吸收和能量转化。即设计和合成可以高效捕获太阳能的材料，让这些材料高效地吸收光能，并将不同波长的太阳光转化为可利用的能量。其二，电子传递。即研究光激发态中电子的传输过程，包括电子在光吸收材料内部和不同受体之间的传递，以便设计高效的电子传输路径，从而最大限度地提高能量转换效率。其三，光化学反应。即研究光激发态中的化学反应，例如使用光能来分解水或还原二氧化碳，寻找能够有效催化这些反应的催化剂，以便实现可控的太阳能转化。由此可见，针对人工光合作用的研究，主要目标是通过模仿自然光合作用的原理和过程，开发高效可持续的太阳能转化技术。而超分子自组装，是指分子通过非共价相互作用比如氢键、疏水作用等，自发地形成复合结构的过程。对构建结构精确可控的光合材料，超分子自组装也能提供有益的启示。基于这些原因，课题组将超分子自组装和人工光合作用加以结合，最终完成了 Nature Catalysis 这篇论文。5 月 18 日，相关论文以《人工球形色素体纳米胶束用于水相选择性CO2还原》（Artificial spherical chromatophore nanomicelles for selective CO2 reduction in water）为题发在 Nature Catalysis 上 [1]。于军来和 Huang Libei 是论文的共同第一作者；田佳研究员、香港城市大学叶汝全教授、香港大学大卫李菲利普斯（David Lee Phillips）教授、以及江苏大学杜莉莉教授担任共同通讯作者；中科院上海有机所是论文的第一完成单位。图 | 相关论文（来源：Nature Catalysis）在这篇论文发表四天之后，由田佳担任第一作者的另一篇论文发表在 Nature Materials 上。总体来看，这两篇论文都和超分子自组装有关。而在 Nature Materials 这篇论文里，则更进一步地探索了高分辨冷冻电镜技术在溶液相自组装领域的应用。提出基于溶剂化纳米纤维的分子模型具体来说，在 Nature Materials 这篇论文中，研究人员提出了溶剂化纳米纤维的详细分子模型。研究中，该团队使用高分辨的冷冻电镜作为主要研究手段。在冷冻电镜中，样品被冷冻在液氮温度下（约-196 摄氏度），这时可以形成一种名为玻璃态的固体状态，从而让分子保持在自然状态下的结构和构象。在传统电子显微镜技术的样品处理过程中，通常需要在干态下制样，由此可能会引起结构破坏和伪影。而采用高分辨冷冻电镜可以避免上述不足。通过收集不同角度和焦平面的电子图像，就能用计算算法对图像进行处理和重建，从而获得高分辨率的三维结构信息。研究中，针对嵌段共聚物所形成的线性纳米胶束，课题组将高分辨冷冻电镜用于溶液相表征中，借此获得关于结晶的高分子精确结构信息、以及晶格堆积方式。对于溶剂化的高分子链段，也可以通过冷冻电镜获得它在溶液相中的原位结构信息。凭借这些关键的结构信息，研究人员得以通过分子模拟的方式，针对嵌段高分子在溶液相形成的一维线性组装结构，进行分子尺度上的解析。期间，利用冷冻电镜观测到的晶格参数等关键信息，该团队对结晶核区之内的高分子链折叠方式和堆积方式进行了解析。此外，通过测量高分子链段的组装长度和排列方式，他们发现溶剂化区域的高分子链段在溶液相组装时，会采用螺旋形的发散排列形式。在 Nature Materials 这篇论文中，课题组还制备了溶液相分散的纳米纤维组装体。通过活性结晶驱动自组装，让线性纳米纤维的构筑和长度得到控制，而这一过程主要依赖以下几个因素：其一，分子设计。所设计的分子必须拥有合适的结构和功能单元。以嵌段高分子为例，这类高分子单体通常拥有两类高分子链段，即疏溶剂的结晶"核区（Core）"和亲溶剂的分散"晕区（Corona）"，这可以促进分子在溶液中的结晶和有序组装。同时，所设计的分子必须具有弱相互作用，以便在晶体生长过程中实现动态调控。其二，晶体生长条件。通过调节晶体的生长条件，例如溶液浓度、温度、溶剂选择等，可以控制纳米纤维的生长速率。同时，通过调节这些条件，还能对分子聚集行为和晶体生长动力学产生影响，从而实现纤维的构筑、以及长度的控制。其三，动态调控。活性结晶驱动自组装的一大优势在于，它可以在晶体生长过程之中，对分子进行动态调控和重排。通过控制分子结构或者引入其他功能分子，可以在纳米纤维中引入特定结构或功能单元。这样一来，纳米纤维的构筑和长度控制，也会更加灵活和可控。研究"利器"：GW4 高分辨电子冷冻显微镜另据悉，在具备一定选择性的溶剂条件之下，嵌段高分子单体的"核区（Core）"可以自发地形成晶核，并通过"种子生长（Seeded-growth）"的方式实现线性组装。而在同样的条件之下，亲溶剂的"晕区（Corona）"结构具有高度的溶剂化效应。对于纳米组装结构来说，这让它可以在溶剂介质中高度地分散，并能形成胶体稳定的溶液，且不会出现沉淀和析出。在电子束的照射之下，具有结晶能力的"核区（Core）"通常拥有较高的衬度，很容易就能和溶剂分子以及其他结构区别出来。但是，由于对电子束的不耐受性，通常很难直接观测到嵌段高分子单体的高分辨晶格结构。为此，在低温下通过使用冷冻电镜，该团队利用低剂量电子成像模式，对上述结构进行观测并取得了很好的效果。而亲溶剂的"晕区（Corona）"由于电子云密度比较低，使用普通的透射电镜手段难以观测到。因此在 Nature Materials 这篇论文中，课题组使用了一台 Talos Arctica 冷冻透射电子显微镜，让其工作在 200 kV 电压之下，并配上 K2 直接电子探测器和 BioQuantum 能量过滤器，借此获取了关于"核区（Core）"和"晕区（Corona）"的高分辨率冷冻电镜图像。由此可见，在超分子自组装材料领域，预计冷冻电镜这一表征手段，将对组装机制、结构和功能关系的理解发挥重大作用。而活性结晶自组装（Living CDSA，Living Crystallization-Driven Self-Assembly），则是 Nature Materials 这篇论文的另一个关键词。活性结晶驱动自组装，是国际高分子领域的热点研究方向，也是一种新颖的自组装方法。它能帮助人们深入理解晶体生长和自组装的机制，为材料合成和设计提供新的思路。在材料科学、纳米技术和生物医学等领域，该方法具有广泛的应用前景，可被用于制备功能性纳米材料、晶体纳米颗粒、有序纳米结构等。在这一研究大方向上，课题组主要聚焦在如何利用晶体的自发形成，来控制和引导功能性材料的组装。一些嵌段共聚物分子具有两亲性，这些分子在在晶体生长过程之中，会出现溶液相组装的行为。而通过"种子生长"的方法，可以对这种行为进行控制。具体来说，纳米结构的形貌、大小、结构、以及超分子组装的性质，都可以通过该方法得到精确的调控。在 Nature Materials 这篇论文中，田佳 的合作者是来自英国 GW4 高分辨电子冷冻显微镜中心的研究人员。GW4 高分辨电子冷冻显微镜，是一个用于高分辨度冷冻电子显微镜研究的设备设施，由英国布里斯托大学、加的夫大学、卡迪夫大学和巴斯大学这四所大学合作建立，旨在提供先进的电子显微镜技术支持，以用于研究生物大分子结构和功能。该设施配有最先进的仪器设备，包括冷冻透射电子显微镜、电子能量过滤器和直接电子探测器，可以提供高分辨度的图像和结构分析能力。正是在这些设备的帮助之下，他们顺利地完成了本次研究。5 月 22 日，相关论文以《具有结晶核的嵌段共聚物纳米纤维的高分辨冷冻电子显微镜结构》（High-resolution cryo-electron microscopy structure of block copolymer nanofibres with a crystalline core ）为题发在 Nature Materials 上，并被选为当期期刊封面[2]。上海有机所田佳是论文第一作者，加拿大维多利亚大学伊恩曼纳斯（Ian Manners）担任通讯作者。图 | 相关论文（来源：Nature Materials）审稿人评价称："作者在组装过程中所展现的细节，以及最终对于纳米结构的表征令人印象深刻，突显了之前人们没有意识到的纳米结构独特性。"长远目标：全面地模拟自然光合作用在人工光合作用领域，目前自然体系的平均"光能-化学能"转化效率不足 1%。如能更深入地理解自然光合过程并对其加以改进，则有希望将光能至化学能转化的总量子效率提高至 10% 以上并向实用领域拓展，从而对光能高效利用以及"双碳"目标的实现起到技术支撑作用。在溶液相自组装结构表征领域，假如可以建立冷冻电镜的表征方法并加以推广，对于深刻理解自组装过程、构筑更多的具有特定功能的自组装超分子结构有着重要意义。在人工光合组装体构筑领域，超分子球形色素体结构已被证明具有光收割"球形天线"效应以及优异的稳定性。基于上述结构，田佳 团队将筛选合适的无机催化剂比如杂多酸、无机纳米颗粒，构建有机超分子组装体与无机粒子的高阶组装体系，并探讨其在光催化产氢以及二氧化碳还原方面的应用。同时，他希望通过筛选合适的催化剂，开展光催化产氧的研究，以便构筑不含牺牲试剂的全反应型光催化体系，借此在同一系统中让光催化氧化反应与还原反应同时进行，进而全面地模拟自然光合作用。在组装结构的冷冻电镜表征上，田佳将和其他冷冻电镜平台开展合作，重点研究溶液相构筑的自组装结构，对大分子、小分子在溶液相中的自组装行为进行深入探究，并将根据已有理论知识与研究基础深入理解超分子组装体"结构与功能"之间的内在联系。田佳目前所在的中科院上海有机化学研究所，起步于抗生素和高分子化学的研究，所里的老一辈科学家在"两弹一星"研制、"人工合成牛胰岛素、人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸"和物理有机化学中的两个基本问题等一系列紧密结合国家战略的重要研究中作出了卓越贡献。目前，上海有机所的整体主攻方向是分子合成科学，致力于解决化学键的选择性断裂和重组等重大科学问题。通过结合人工智能技术，旨在探索基础研究驱动变革性技术的创新模式，通过分子合成科学领域的原始创新，推动生物医药和战略有机材料等核心技术的发展。

南京晶升装备股份有限公司（以下简称“晶升装备”）9月21日正式发布上会稿，9月29号上会。晶升装备聚焦于半导体领域，向半导体材料厂商及其他材料客户提供半导体级单晶硅炉、碳化硅单晶炉等定制化的晶体生长设备。其产品半导体级单晶硅炉下游行业为硅片厂商，下游应用行业具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点，市场集中度较高。根据 Omdia 统计1，全球硅片市场份额主要被日本信越化学、日本胜高、中国台湾环球晶圆、 德国世创和韩国 SK 五大企业占据，五大企业占全球硅片市场份额约为 90%，由于国内半导体硅片行业起步较晚，国内硅片市场份额不足 10%，相对较低，增速及进口替代空间巨大。中国大陆半导体硅片厂商技术发展相对落后，国内主要硅片厂商以生产 200mm（8英寸）及以下抛光片、外延片为主，300mm（12英寸）产能规模占比相对较低，仅有沪硅产业（上海新昇）、TCL 中环（中环股份）、立昂微（金瑞泓）、奕斯伟等少数厂商可实现12 英寸半导体级硅片批量供应。目前国内自产12英寸产能仅为54万片/月，总需求为150万片/月至200 万片/月，自产供给和需求之间存在较大差距，主要依赖进口。从全球趋势来看，由于成本和制程等原因，国内12 英寸需求也将越来越大。因此，12英寸半导体级硅片成为未来国内硅片市场主要增长点，带动上游晶体生长设备行业实现规模化增长。晶升装备在三轮问询回复中表示，公司已于2018年率先实现了12英寸半导体级单晶硅炉国产化。虽然产品设备规格指标参数、晶体生长控制指标参数与国外厂商基本处于同一技术水平，但因产业应用时间较短，验证经验相对不足，目前与国外厂商的竞争中还处于相对劣势。以国内12英寸硅片龙头企业沪硅产业（上海新昇）为例，其采购国外厂商S-TECH Co., Ltd半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例超过85%，采购晶升装备12英寸半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例约为10%-15%。然而，相比国内厂商，晶升装备具有先发及领先优势。其12英寸半导体级单晶硅炉产品技术水平、市场地位及市场占有率国内领先，随着产业应用时间及下游认证的逐步推进，晶升装备将在半导体级单晶硅炉国产化替代进程中具备较强的竞争优势。根据三轮问询回复，目前晶升装备在半导体级单晶硅炉的国内竞争对手主要为晶盛机电及连城数控。晶盛机电及连城数控的的晶体生长设备下游应用领域主要为光伏级硅片领域，晶升装备产品聚焦于半导体级单晶硅炉领域。晶升装备的12英寸半导体级单晶硅炉已实现为国内领先半导体硅片企业沪硅产业（上海新昇）、立昂微（金瑞泓）的批量化销售。其产品的定制化能力、可应用制程工艺、下游量产进度较国内竞争对手具有领先性。晶升装备根据国内硅片行业整体预计新增产能对公司半导体级单晶硅炉市场空间进行测算，预计未来2-3年，公司半导体级单晶硅炉市场空间可达约9-29亿元。

蛋白质（protein）是组成人体一切细胞、组织的重要成分，是生命的物质基础，分子结构由α—氨基酸按一定顺序组合和排列形成氨基酸顺序不同的多肽链，这些多肽链进一步通过交联构成。蛋白质的复杂结构是其功能多样性的前提和基础，对其分子结构及发挥生物活性的机制进行研究具有重要意义。蛋白质空间结构（图片来源：网络）与其他有机或无机化合物晶体结构一样，蛋白质晶体结构是由相同的蛋白质分子或蛋白质分子复合物在空间中有序排列,从而构成的规则的3D阵列。根据蛋白质晶体结构排列的对称性，晶体中的所有分子相对于晶格具有有限数量的独特取向。蛋白分子通过在晶格中的有序排列，将单个分子的衍射值叠加，最终获得足以测量的衍射强度，其中晶格起到放大器的作用。结晶研究作为探究生物大分子结构及功能的重要手段，有力的推动了蛋白质分子结构的研究进程。 蛋白质晶体结构（图片来源：网络）时至今日，蛋白结晶还存在许多问题，制约着蛋白结构测定的速度。工欲善其事必先利其器，蛋白晶体成像仪作为高通量筛选蛋白质结晶的重要工具，可进行蛋白晶体研究的自动化成像和分析，为下一步进行蛋白质晶体衍射、确定结构奠定基础，最终应用于制药和生命科学领域的研究。蛋白晶体成像仪通过精确的温度控制提供稳定的蛋白质晶体培育环境，在甄别分析中，通过可见光、偏振光、紫外三种模式辨别晶体是否为蛋白晶体并观察晶体成长过程，可对晶体快速定位、自动化拍摄高质量影像。相比传统显微镜，它在蛋白晶体观察捕获的敏感度、成像质量、样本的自动定位等方面都有了很大提升，重要参数指标包括物镜倍数、附镜倍数、数值孔径、景深(mm)、视场(mm)、像素尺寸(μm)、光学分辨率(μm)等。目前市场的蛋白质晶体成像仪主流厂商有赛默飞、腾泉生物、安捷伦、Formulatrix等，不同品牌产品也各具特色。以Formulatrix的产品为例来介绍蛋白质晶体成像仪，蛋白晶体成像仪同时具备可见光和紫外荧光功能，可创造蛋白晶体的培养、成长环境，精确恒定温度和振动隔离。除此之外，仪器提供最多970个结晶板的存储和培养空间，能实现准确实验样本自动定位、智能影像捕捉拍摄等功能。在观察晶体成长过程的同时，可进行数据库数据对比和搜索，以确定蛋白晶体的存在和成长，对蛋白质晶体进行跟踪研究。蛋白液滴定局部成像（图片来源：Formulatrix）蛋白质晶体可见光及紫外成像（图片来源：Formulatrix）更多信息，点击进入仪器信息网相关仪器专场：https://www.instrument.com.cn/zc/2582.html

据美国物理学家组织网12月21日(北京时间)报道，德国科学家研制出一种新式的通用晶体管，其既可当p型晶体管又可当n型晶体管使用，最新晶体管有望让电子设备更紧凑 科学家们也可用其设计出新式电路。相关研究发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。 　　目前，大部分电子设备都包含两类不同的场效应晶体管：使用电子作为载荷子的n型和使用空穴作为载荷子的p型。这两种晶体管一般不会相互转化。而德累斯顿工业大学和德奇梦达公司携手研制的新式晶体管可通过电信号对其编程，让其自我重新装配，游走于n型晶体管和p型晶体管之间。 　　新晶体管由单条金属—半导体—金属结构组成的纳米线嵌于一个二氧化硅外壳中构成。从纳米线一端流出的电子或空穴通过两个门到达纳米线的另一端。这两个门采用不同方式控制电子或空穴的流动：一个门通过选择使用电子或空穴来控制晶体管的类型 另一个门则通过调谐纳米线的导电性来控制电子或空穴。 　　传统晶体管通过在制造过程中掺杂不同元素来确定其是p型还是n型，而新式晶体管不需要在制造过程中掺杂任何元素，通过在一个门上施加外部电压即可重新配置晶体管的类型。施加的电压会使门附近的肖特基结阻止电子或空穴流过设备，如果电子被阻止，空穴能流动，那么，晶体管就是p型，反之则是n型。 　　研究人员解释道，使这种再配置能起作用的关键是调谐分别通过肖特基结(每个门一个)的电子流动情况，模拟显示，纳米线的几何形状在这方面起关键作用。 　　尽管该研究还处于初期阶段，但新式晶体管展示出了极佳的电学特性。比如，与传统纳米线场效应晶体管相比，其开/闭比更高，且漏电更少。该研究的领导者沃尔特韦伯表示：“除采用人造纳米线外，采用目前先进的硅半导体制造技术也可以制造出这种晶体管，还可以用到自对准技术，大大提高工作频率和速度。” 　　接下来，科学家们计划通过改变材料的组成来改进新式晶体管的性能，并制造出由其运行的电路。他们表示，最大的挑战是，在将其与其他晶体管结合在一起时，如何将额外的门信号整合进来。

本报北京2月28日电 2月19日的《自然》杂志，以《中国藏匿的晶体》为题，用3页篇幅对中科院理化技术研究所陈创天院士率领的团队，发现并生长出一种最新的光学晶体———氟代硼铍酸钾(KBBF)晶体进行了详细报道，并称“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一来源，它表明中国在材料科学领域实力日益增强”。 　　KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体，是在非线性光学晶体研究领域中，继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个“中国产”非线性光学晶体。《自然》杂志称：“其他国家在晶体生长方面的研究，目前看来还无法缩小与中国的差距。” 　　陈创天团队经过18年研究，采用“局域自发成核生长技术”，突破大尺寸KBBF晶体生长的技术瓶颈，生长出迄今为止尺寸最大的透明块状KBBF单晶，并结合他们发明的非线性光学晶体的棱镜耦合专利技术，成功制作出KBBF晶体厚度为2.3毫米的光接触棱镜耦合器件，保证了产生深紫外激光的实用性和精密化性能。这项技术为193纳米光刻技术系统中所需要的全固态光源奠定了基础。目前，该技术已获中国、美国和日本发明专利授权。 　　KBBF晶体能够缩短激光的波长，装备该晶体的各种激光器能发出具有极窄频宽的紫外光波，可测量固体电子能级的分辨率达到360微电子伏特 并可用于建造超高分辨率光电子能谱仪、超导测量、光刻技术等前沿科学研究，对未来的微纳米加工、生物医学、激光电视等将产生深远影响。

在一个砷化铟晶体上，12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子，这就是科学家最新研制的分子大小的晶体管。按照摩尔定律的硬限制，这很可能是一个晶体管所能达到的最小尺寸。　　新型晶体管是由德国PDI固体电子学研究所、柏林自由大学、日本NTT基础研究实验室和美国海军研究实验室研究人员组成的国际团队开发的。这一发表在科学期刊《自然物理》上的最新成果朝着量子计算迈出一大步。　　构成晶体管的每个铟原子的直径是167皮米(0.167纳米)，比目前的最小电路——IBM公司刚刚推出的7纳米芯片(晶体管尺寸为7纳米)要小42倍。人类发丝厚度为10万纳米，大约是铟原子尺寸的60万倍 红血球直径6000纳米，是它的36000倍 甚至只有2.5纳米宽的DNA链，大小也达到了铟原子的15倍。　　在这样的原子尺度上，电子流通常很难得到可靠地控制，电子会跳到晶体管外，导致晶体管无效。英国《卫报》网站21日报道称，研究团队使用一个扫描隧道电子显微镜，将铟原子放置在精确位置上，并对通过栅极的电子流进行控制。他们意外发现，位于晶体管中心的酞菁染料分子的方向是由其电荷决定的，这意味着，与传统晶体管只有一种简单的类似开关的状态相比，新型晶体管可能并不只限于此。　　研究证明，通过精确控制原子来创建一个比现有任何其他量子系统都要小的晶体管是可能的，它也为进一步研究如何将这些微晶体管应用于处理能力超过目前水平几个数量级的计算机和系统打开了大门。　　摩尔定律说，集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月到24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。芯片上集成的晶体管越多，其功能越强大。目前最新款计算机芯片已经突破7纳米尺度，向更小型化发展越来越难。虽然单分子晶体管距离集成到芯片中还很遥远，但这项新研究仍将有助于下一代计算机——量子计算机的开发。

5月13日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家 建造了可由三磷酸腺苷(ATP)驱动和控制的生物纳米电子混合晶体管 。他们称，新型晶体管是首个整合的生物电子系统，其将为义肢等电子修复设备与人体的融合提供重要途径。相关研究发布在近期出版的《纳米快报》(Nano Letters)上。 　　三磷酸腺苷可作为细胞内能量传递的“分子通货”，储存和传递化学能，为人体新陈代谢提供所需能量；其在核酸合成中亦具有重要作用。 　　该实验室的研究人员亚历山大诺伊表示，离子泵蛋白是新型晶体管装置中最核心的部分。此次开发的晶体管由处于两个电极之间的碳纳米管组成，起半导体的作用。纳米管的末端附有绝缘聚合物涂层，而整个系统则包裹于双层油脂膜之中，与活体细胞膜的原理相似。当科学家将电压加在电极之上时，含有三磷酸腺苷、钾离子和钠离子的溶液便会倾泻而出，覆盖在晶体管装置表面，并引发电极之间电流的流动。使用的三磷酸腺苷越多，产生的电流也越强烈。 　　科学家解释说，之所以会产生如此效果，是由于双层油脂膜内的蛋白质在接触三磷酸腺苷时会表现得如同“离子泵”一般。在每个周期中，蛋白质会往一个方向抽送3个钠离子，并向相反方向抽送2个钾离子，致使1个电荷在“离子泵”的作用下越过双层油脂膜抵达纳米管之中。随着离子的不断累积，其将在纳米管中部的周围产生电场，从而提升纳米晶体管的传导性。 　　耶路撒冷希伯来大学的伊特玛维尔纳表示，这一生物电子系统通过离子运动将纳米层级的机械能转化为了电能，从而为晶体管的运行提供了支持。在这种情况下，晶体管可被用于制造由生物信号驱动和控制的电子设备。例如，这一进展能使电子仪器不需电池或其他外界电力供给便可永存于体内，而义肢等人体修复器械也有望直接与人体 神经系统 “连线”。诺伊希望，这种技术将来能被用于建设无缝生物电子界面之中，以实现生物体和机器的更好沟通。

据美国物理学家组织网近日报道，美国麻省理工学院(MIT)的一个研究小组找到了一种采用金属钨或钽制造出可耐受1200摄氏度高温的光子晶体途径。这种材料可广泛应用于智能手机、红外线化学探测器和传感器、深度探索太空的宇宙飞船等供电装置。相关论文刊登在最新一期的《美国国家科学院院刊》上。 　　光子晶体指能对光作出反应的特殊晶格，可影响光子运动的规则光学结构，类似于半导体晶体对于电子行为的影响。其晶格尺寸与光波的波长相当，是不同折射率的电介质材料在空间呈周期性排列构成的晶体结构。 　　MIT军用纳米技术研究所工程师赛拉诺维奇表示，几乎完全可以采用标准的微细加工技术和现有设备将这种新型耐高温、二维光子晶体制造成计算机芯片。与早期制造的高温光子晶体的方法相比，采用新方法制造出的材料具有“更高性能、简单操作、坚固耐用”等特点，适合低成本的大规模生产。 　　美国国家航空航天局也对这种材料很感兴趣，因为它具有为深度探索太空提供永续动力的潜力。完成这样的任务通常利用少量的放射性物质的能量，采用放射性同位素热电源(RTG)。例如，计划在今年夏天抵达火星的“好奇”号探测器使用的就是RTG系统，可以连续不间断作业多年，而不像太阳能供电站，到了冬天就会出现发电不足的情况。 　　这种耐高温光子晶体应用前景十分广阔，可用于太阳能光热转换或太阳能光化学转换装置、放射性同位素的供电设备、氮氢化合物发电机或工业领域电厂余热回收的配套设施等。但制造这种材料还存在许多障碍，高温会导致晶体蒸发、扩散、腐蚀、开裂、熔化或快速化学反应。为了克服这些挑战，MIT的研究小组正在对高纯度的钨在结构上进行专门精密的几何设计，以避免材料在被加热时损坏。 　　该材料还可以取代电池，为便携式电子设备有效供电，采用丁烷作燃料运行热光生电机产生能量，作业时间比电池长10倍。