光子晶体

五彩缤纷的蝴蝶翅膀、光鲜靓丽的孔雀羽毛、闪耀着金属光泽的昆虫甲壳……点缀着这些大自然奇妙杰作的并非普通色素，而是光与光子晶体结构发生散射、干涉、衍射等作用后形成的结构色。光子晶体是由不同折射率介质周期性排列而形成的光学超材料，也被称为光学半导体。通过设计和制造光子晶体材料及相关器件来控制光子运动，并在此基础上进一步实现光子晶体材料的各种应用，是人们长久以来的梦想。近日，中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林、副研究员吴磊等研究人员组成的研究团队利用连续数字光处理（DLP）3D打印技术，实现了具有明亮结构色的三维光子晶体结构制备，为创新结构色制备方法及扩展3D打印的应用开创了新的途径。创新方法，让光子晶体精准“生长”光子晶体作为未来光子产业发展的基础性材料，其独特的三维光学控制能力使其在集成光学元件、光子晶体光纤及高密度光学数据储存等领域都有广阔的应用前景。3D打印技术近年来的成熟发展，也使其成为最好的光子晶体制备手段之一。宋延林向记者介绍，虽然近年来有一些将3D打印技术应用于多种图案化光子晶体制备的案例，但普通的3D打印技术因为墨水中树脂的光固化速度和纳米粒子组装速度的差异，存在结构色效果较差、打印精度较低、难以实现复杂三维结构等问题。上述方法制备的多种图案化光子晶体具有表面形貌粗糙和保真度较差等缺陷，难以被广泛应用于光学器件中。要实现高精度、高保真的光子晶体结构3D打印，就必须要开拓出新的方法。此次研究中，研究团队使用了连续数字光处理3D打印技术。与常见的将原材料层层挤出、堆叠而成的3D打印技术不同，连续数字光处理3D打印技术基于光敏树脂材料在紫外线照射下会快速固化的特性，利用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻形成3D结构。此次研究团队所采用的连续数字光处理3D打印方法主要的打印步骤如下：首先，在透明基板上滴上墨水，将墨水上方的成型平面缓缓下降，与墨水进行接触；接下来，通过基板下方的光束将打印图案照射在墨水上；之后，受到紫外线照射的墨水会凝固成预先设计好的形状。一滴滴小小的墨水被“雕刻”为一个3D光子晶体结构，其整个产生的过程仿佛是从基板上“生长”出来。宋延林表示，研究团队所采用的连续数字光处理3D打印技术主要在两方面上取得了重要改进。在打印模式上，市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术大都是层层打印，打印速度较慢。研究团队研发出的低黏附光固化界面，让液滴与基底之间的粘附力极低，打印过程没有任何“拖泥带水”，能够实现迅速连续打印成型，极大地提升了打印的速度。在成型方式上，市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术通常要采用液槽来盛装大量液态树脂。采用液槽来盛装大量液态树脂的方式导致在连续打印过程中，不该固化的区域因为受到照射而固化，不仅造成原材料的大量浪费，也降低了连续打印过程中的稳定性及分辨率。研究团队摒弃了液槽，而是以单墨滴为成型单元，通过控制固化过程中气、固、液三相接触线，显著减少了液体树脂在固化结构表面的残留。同时，以单墨滴为成型单元还降低了界面粘附，增加了液体内部树脂的流动，显著提高了3D打印的精度和稳定性。克服困难，逐个击破墨水难题除了创新打印方式，此次研究中，研究团队对打印所需的墨水也进行了大胆革新。“我们这次研究中最困难的环节就是打印墨水的开发。”宋延林表示。针对上述问题，研究团队创造性地研发出了利用氢键辅助的胶体颗粒墨水，赋予了打印结构高质量的结构色与光子晶体特性。研究团队研发的墨水由三部分组成：实现三维结构构建的光固化单体和光引发剂、保证结构色的纳米颗粒、减少光散射的添加剂。在单体的选择和引发剂合成上，考虑到环保要求，研究团队合成的墨水为水性体系。但由于目前广泛使用的引发剂大多为油溶性，少数水溶性的引发剂又与3D打印所采用的光波波长不匹配，光引发效率较低。为了能够得到较高光引发效率的水溶性引发剂，团队查阅了大量文献并进行了反复的摸索实验，最终成功合成出了水溶性的光引发剂。除了引发剂，光固化单体的选择更加至关重要。宋延林表示，合格的光固化单体必须满足既能实现三维结构化，又不能在打印过程中引起聚合物和纳米颗粒的相分离的条件。论文第一作者张虞表示，“最终我们找到了丙烯酰胺这种适合的单体。”选定单体后，还需确定光固化单体与纳米颗粒的比例。如果光固化单体较少，就会无法打印。反之，如果光固化单体太多，则会影响纳米颗粒的运动和分散，进而影响结构色的质量。团队经过大量实验，对多种不同的比例组合反复尝试，最终确定了最佳比例。最后，为了减少光的散射对打印过程的影响，尽可能地提高打印结构的色彩饱和度，在添加剂的选择上，团队尝试了包括碳纳米管、碳纳米纤维以及黑色墨水等多种材料。但上述材料均存在种种缺陷，研究团队最终将经过特殊处理的炭黑作为添加剂。前景广阔，让结构色“五彩斑斓”在此次研究中，研究团队发现，视角、胶体颗粒粒径以及打印速度等因素都会影响3D结构色的呈现。当胶体颗粒粒径和打印速度不变时，随着视角增加，结构色蓝移，即从橙色转变为黄绿色，最后转变为蓝紫色。这种视角依赖的特性，使得连续数字光处理3D打印技术在个性化珠宝配饰及装饰、艺术创作等领域有着比较广阔的应用前景。除了视角变化会影响结构色的呈现外，当打印速度固定时，控制固定胶体颗粒粒径、调节打印速度，都可以得到覆盖可见光范围的系列结构色。采用顺序切片、依次投影、分段打印的方式，还可使同一物体结构上呈现出多种结构色。除了实现“信手拈来”般地制备结构色，研究团队利用此种连续数字光处理3D打印技术制备出的多种具有光滑内外表面、低光学损耗及颜色选择性的线性光传输和非线性光传输3D结构，也验证了该方法在制造高效光学传输器件方面的独特优势。宋延林表示，未来研究团队会在光子晶体功能器件的制备方面继续进行新的探索。

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。

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。

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

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

仪器信息网讯 7月26-28日，2023世界光子大会暨第十四届光电子产业博览会在北京国际会议中心顺利召开！本届大会由中国光学工程学会（CSOE）、国际光学工程学会（SPIE）、俄罗斯工程院、德国工程院、美国工程院等各国学会机构主办。大会以“光领制造，智创未来”为主题，聚焦光电子行业新市场、新产品、新技术，近20余场学术会议，八大主题展览，以及第12届国际应用光学与光子学技术交流大会（AOPC2023）同期举办，近百位大咖专家聚焦光电子领域的学术与技术的创新碰撞。大会期间，仪器信息网特别采访了锐光信通科技有限公司副总经理张涛。据了解，锐光信通主要面向特种光纤领域，属于光纤行业的细分领域。本次展会，锐光信通主要带来了三大解决方案，面向陀螺仪用户的传感光纤、光子晶体光纤以及面向激光制造的的激光光纤。以下为现场采访视频：

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

红外光谱作为“分子的指纹”，可用于分子结构和物质化学组成的研究，被广泛应用在药品质量监测、油品鉴别、工业大气空间特性测定等领域，而绘出红外光谱的红外光谱仪也就成了科学家们的重点青睐对象。其中，红外光学窗片则是该仪器中必不可少的器件，其品质的好坏直接影响红外光谱仪的性能。现有的红外光学材料能同时应用于中红外、远红外两个波段的材料较少。目前应用最为广泛的红外窗片是溴化钾和氯化钠，但这两种材料均存在潮解问题，大大限制了其应用。表1所示为几种常用的傅立叶红外光谱仪窗片，与其他材料对比，KRS-5窗片因有相当宽的红外透射范围和不易潮解的特点脱颖而出。窗片名称性能透射波长KRS-5窗片不易潮解，耐高气压，强度高0.5～40μm氯化钠窗片容易潮解，适合测试无水样品0.2～15μm溴化钾窗片容易潮解，适合测试无水样品0.2～15μm氟化钙窗片不易潮解，耐一定温度200℃1～11μm石英窗片不易潮解，耐高压，耐高温190nm～4.5μm硫化锌窗片不易潮解，耐高压1～14μm表1 常见傅立叶红外光谱仪窗片材料对比KRS-5，又名溴碘化铊，是溴化铊和碘化铊的混合结晶体，呈橘红色，如图1所示，不易潮解，对红外线有较好的透过性，尤其在空气中能透过相当宽的红外线波段，在波长为0.6~40μm的区域内，其透过率可达70%以上，是一种性能优良的红外材料，可用于制作红外光学零件，窗片、透镜、组合物镜、棱镜等。图1 KRS-5晶体由于KRS-5晶体的生产工艺技术难度较高，该晶体的生产和应用主要集中在海外，且价格比较昂贵，此前国内一直处于空白状态。不过现在，这个空白已经被北京滨松光子技术股份有限公司（简称北京滨松）所填补。北京滨松一直致力于晶体的开发生产，并已完成多种闪烁晶体的研发并实现稳定生产。凭借多年的经验，近期成功研制出KRS-5晶体，性能与国外同类产品相当，且价格方面相比国外晶体具有很大的优势。图2 北京滨松公司KRS-5与国外同类产品透过率对比除可供应常规规格产品外，北京滨松还可根据用户具体需求提供定制服务，如加工各种薄片、方形棱镜、纽扣状晶体、锥形晶体等，同时也可以提供KRS-5窗片的研磨、抛光等处理。图3 北京滨松公司KRS-5样品北京滨松是滨松光子学株式会社（简称滨松公司）与北京核仪器厂于1988年共同投资兴建的，是国内著名的以光电探测为核心的高新技术企业。滨松公司在华的全资子公司——滨松光子学（商贸）中国有限公司（简称滨松中国）负责北京滨松产品在国内的商务活动。如希望对KRS-5有进一步了解，敬请联系我们。

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

深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点，因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值，利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。优良的深紫外非线性光学晶体既要具有大的非线性光学效应，又要具有短的紫外吸收边，而这两种性能在某种程度上是相互冲突的，这就需要在两者之间达到一个微妙的平衡。目前，已知的深紫外非线性光学晶体几乎都是硼酸盐，基于磷酸盐的深紫外材料极为少见且非线性光学效应较弱。 　　在国家基金委优秀青年基金及科技部&ldquo 973&rdquo 重大研究计划等项目的支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组引入较大尺寸的碱土金属和碱金属阳离子到磷酸盐中，成功构建了两个不含对称中心的新型磷酸盐化合物RbBa2(PO3)5和Rb2Ba3(P2O7)2。其中，RbBa2(PO3)5兼具深紫外磷酸盐中最短的紫外吸收边(163 nm)和最大的粉末倍频效应(1.4倍KDP)，从而在这两者之间实现了很好的平衡。同时，RbBa2(PO3)5在1064 nm处相位匹配，同成分熔融，易于晶体生长，这使得RbBa2(PO3)5作为深紫外非线性光学材料具有潜在应用前景。此外，该课题组与中科院理化技术研究所林哲帅研究员合作对相关磷酸盐的光学性质作了理论计算，发现随着磷氧结构基元中[PO4]3-单元聚合程度的提高，相应磷氧结构基元的微观非线性光学系数增大 在RbBa2(PO3)5晶体结构中，[PO4]3-单元共顶点连接形成无限的一维[PO3]&infin 链，从而使RbBa2(PO3)5显示出较大的非线性光学活性，这一工作为设计具有高非线性光学活性的深紫外磷酸盐材料提供了新思路。相关研究成果发表在了《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.，2014, DOI: 10.1021/ja504319x)上。 　　最近，该课题组在非线性光学材料探索及其倍频机制研究方面取得了一系列进展，相关成果见Nat. Comm., 2014, 5:4019DOI: 10.1038/ncomms5019 Inorg. Chem., 2014, 53, 2521 J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 2906 RSC Adv., 2013, 3, 14000等。此前，该课题组在相关极性分子光电功能晶体材料研究方面取得了重要进展，相关成果见Adv. Mater.,2013, 25, 4159 Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 3871 Adv. Funct.Mater.,2012, 22, 4855等。　　 福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获进展

光线传播和机械振动是两种不同的物理现象，而美国研究人员新研发出的晶体可以在一个小空间中同时操控这两者。这种光学机械晶体将有助于量子计算机等领域的科研工作。 　　英国《自然》杂志网站日前刊登研究报告说，美国加州理工学院的研究人员在一条只有10微米长的硅晶片上刻了许多凹槽，然后再利用具有特定共振频率的激光照射该晶体，光线在凹槽中多次反射并互相干涉，最后只有部分光线透出，这说明另一部分光线被截留在了晶体中间。与此同时，研究人员探测到晶体中间的小格子在进行前后的机械振动。 　　研究人员说，这种光学机械晶体可用于未来的计算机电路中，尤其是在当前的量子计算机研究中。量子计算处理器的基础各有不同，如原子、光子或超导体等，需要使用不同频率的光，难以结合到一起，而新晶体可以将一种量子处理器的光转化为振动，再将这种振动转化为另一种频率的光。这样，新晶体可以成为混合型量子计算机的理想“连接器”。 　　由于这种晶体对光频率的变化非常敏感，它还可以用作医疗探测器，检查DNA(脱氧核糖核酸)序列和病原体等。此外，它还可以帮助研发出能够检测单个气体分子的探测仪器，这将超出当前任何一种探测仪器的精度。

p & nbsp & nbsp 低维有机晶态材料具有规整度高和结构缺陷少的特点，是揭示材料本征特性和构筑高性能光电器件的最佳选择之一，近年来在有机半导体电子学和纳米光子学等方面取得重要应用。考虑有机分子的组装特点，通常使用具有较强分子间作用力的平面型有机分子来制备高规整度的低维晶体。相比较，钌、铱等过渡金属配合物虽然被广泛用于多种光电领域，但因其溶解性较差和分子结构非平面型的特点，相关低维晶态材料的可控制备鲜有报道。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 在国家自然科学基金委和中国科学院先导项目支持下，中科院化学研究所光化学实验室姚建年/钟羽武研究团队近年来在光功能金属配合物的设计合成与光电性能方面开展了系统性工作（J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 4058 Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 9192 & nbsp Coord. Chem. Rev.2016, 312, 22 & nbsp Sci. China Chem.2017, 5, 583）。在此基础上，他们近期选取两种结构和溶解度相似的金属铱、钌光功能配合物作为能量给、受体，制备了双组份均匀掺杂或异质结纳米棒晶体，实现高效三线态能量转移和微纳尺度下多级组装过程的原位观察（J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 4269-4278）。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 最近，科研人员通过溶液再沉淀法成功制备了甲基化苯基吡啶金属铱配合物的高质量一维管状微纳晶体，并进一步通过晶体掺杂，得到了两种不同铱配合物的二元能量转移晶体，实现聚集发光淬灭(ACQ)受体的光放大和微纳尺度温度响应功能。研究表明，当受体的掺杂量为0.2%时，此类晶体可以实现接近80%的三线态能量转移效率和800倍以上的受体磷光放大。在常温时，晶体表现出受体的红色磷光，固态量子产率达到40%。随着温度的降低，晶体的激子能量转移受到抑制，给体的绿色发光重新被激活，实现微纳尺度下发光颜色变化的原位调控与温敏监测。该工作表明了过渡金属配合物在低维晶体制备与光功能方面的独特应用，并为三线态激子能量转移的机制研究提供重要信息（Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 7820-7825）。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/e32021df-136a-457d-afb5-bfd3ccfeb16d.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图：基于金属配合物低维晶体的光放大与温度响应 /p p br/ /p

激光是20世纪人类最重大的发明之一，60多年来，13项诺贝尔奖与激光技术密切相关。非线性光学晶体可用来对激光波长进行变频，从而扩展激光器的可调谐范围。近期，我国科学家成功创制了一种新型非线性光学晶体——全波段相位匹配晶体，为整个透光范围内实现双折射相位匹配提供了新思路。 　　该研究由中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈团队完成，相关成果于近期在国际学术期刊《自然-光子学》在线发表。 　　非线性光学晶体是获得不同波长激光的物质条件和源头。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之一，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，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位匹配波长的差值表征。 　　团队前期在特邀综述(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 20302-20317)中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？近期，该团队创制了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，并以此为指导获得一例非线性光学晶体(GFB)。基于晶体器件实现了193.2-266 nm紫外/深紫外激光输出，该材料193.2 nm处晶体透过率

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。

近日，中科院高能所自主研制的球面弯曲分析晶体取得突破性进展，助力高能同步辐射光源（HEPS）高能量分辨谱学线站建设。针对国内高压科学、能源材料等多学科的学科优势，为满足广大用户需求，HEPS高能量分辨谱学线站正在设计建造一台具有先进国际水平的X射线拉曼散射（XRS）谱仪—“乾坤”。其中，球面压弯分析晶体基于罗兰圆几何条件，将特定能量的X射线聚焦至探测器上，是XRS谱仪的核心光学部件。聚焦面形精度和高能量分辨是球面弯曲分析晶体的两项极为关键，又互相影响的技术指标，因而极具挑战性。“乾坤”谱仪采用6组模组化分析晶体阵列，由90余块半径1m的分析晶体构成，其晶体能量分辨的设计指标与电子-空穴态寿命展宽数量级相当，达到ΔE/E~10-5，球面弯曲面形精度满足1:1聚焦需求。在HEPS工程指挥部的部署下，HEPS高能量分辨谱学线站团队与光学设计、光学机械、光束线控制系统相关人员，联合多学科中心晶体实验室积极攻关。线站核心成员郭志英、多学科中心晶体实验室刁千顺，经过多年技术攻关和反复尝试，不断改进优化分析晶体制备工艺，最终探索出兼顾能量分辨与聚焦特性于一体的球面弯曲分析晶体制备方法。今年10月2日-5日，项目团队在北京同步辐射装置（BSRF）1W2B线站上，采用Si(111)双晶单色器Si(220)切槽单色器两次单色化、毛细管微聚焦的光学配置，利用自研三元谱仪样机，对谱仪单模组内15块分析晶体（图1），采用EPICS-Bluesky控制系统实现单色器联动扫描，开展了批量、高精度指标测试（装置见图2）。优化后入射能量带宽实现高分辨，达到半高全宽0.8eV@9.7keV，分析晶体自身能量分辨（图3）达到半高全宽~1eV@9.7keV，与理论预测值相当，聚焦特性得到充分验证(图3、图4)，各项指标全部满足工程设计需求。HEPS高能量分辨谱学线站是我国首条专注于硬X射线非弹性散射谱学实验的线站，聚焦核能级超精细结构、声子态密度、芯能级电子跃迁和价电子激发的探测，主要提供核共振散射（NRS）、XRS、共振非弹性散射（RIXS）等谱学方法，服务于量子科学、能源科学、材料科学、凝聚态物理、化学、生物化学、地学、高压科学、环境科学等多学科前沿研究。其中，XRS是一种基于X射线非弹性散射原理的先进谱学实验技术，欧洲ESRF （72块分析晶体）、美国APS（19块分析晶体）、日本SPring-8（12块分析晶体）、法国SOLEIL（40块分析晶体）、英国Diamond光源等光源已建成或规划建设XRS旗舰线站。由于非弹性散射截面极小，比X射线吸收截面小4~5个量级，XRS实验技术需要高亮度光源以增加入射光子通量，同时也需要大立体角谱仪提高探测效率，而大立体角探测需要多块发现晶体实现。首批分析晶体的指标通过在线测试，将满足大批量分析晶体加工的工程需求，对HEPS“乾坤”谱仪、高能量分辨谱学线站的实施都具有里程碑意义。值得一提的是，该类型分析晶体的工艺也已经用于多种类型谱仪分析晶体的研制。接下来，该团队将高质量完成其余模组分析晶体的批量加工，同时，将致力攻关无应力高能量分辨分析晶体的研制。晶体研发工作还获得先进光源技术研发与测试平台PAPS的支持，BSRF-1W2B、3W1、4W1A、4W1B线站提供机时。图1. HEPS自研分析晶体图2. 分析晶体测试装置，其中，左图给出了散射光和分析晶体分析光路示意图图3 分析晶体测试结果，左上为4#晶体能量分辨率实验结果和拟合曲线，左下为三块晶体在探测器上的聚焦光斑，右侧为分析晶体能量分辨率批量测试结果图4 扫描单色器能量时探测器上的光斑变化情况图5 测试人员合影

据外媒报道，发光二极管(LED)是照明行业的无名英雄。它们运行效率高，散发的热量少，持续时间长。现在，科学家们正在研究一种新材料以使LED在消费电子、医药和安全领域的应用变得更有效且寿命更长。来自美国能源部(DOE)阿贡国家实验室、布鲁克海文国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室和SLAC国家加速器实验室的研究人员报告称，他们已经为此类LED制备了稳定的钙钛矿纳米晶体。来自中国台湾地区的研究院也在这项研究中做出了贡献。钙钛矿是一类具有特殊晶体结构的材料，具有吸光和发光的特性，在一系列节能应用中非常有用，包括太阳能电池和各种探测器。虽然钙钛矿纳米晶体是一种新型LED材料的主要候选材料，但在测试中证明其不稳定。研究小组将纳米晶体稳定在多孔结构中，这种多孔结构被称为金属有机框架，简称MOF。基于地球上丰富的材料并在室温下制造，这些LED有朝一日可能会使成本更低的电视和消费电子产品以及更好的伽马射线成像设备，甚至是用于医学、安全扫描和科学研究的自供电X射线探测器。“我们通过将钙钛矿材料封装在MOF结构中来解决其稳定性问题，”DOE用户设施办公室Argonne的奈米材料中心(CNM)的科学家Xuedan Ma说道，“我们的研究表明，这种方法使我们能大幅提高发光纳米晶体的亮度和稳定性。”美国洛斯阿拉莫斯大学前J. R. Oppenheimer博士后Hsinhan Tsai补充称：“在MOF中结合钙钛矿纳米晶体的有趣概念已经以粉末形式被证明，但这是我们首次成功地将其集成为LED的发射层。”之前试图制造纳米晶体LED的尝试被纳米晶体降解回不需要的体积相所阻碍，这使其失去了纳米晶体的优势并削弱了它们作为实用LED的潜力。大块物质由数十亿个原子组成。像钙钛矿这样的材料在纳米阶段是由几个到几千个原子组成的，因此表现不同。在他们的新方法中，研究小组通过在MOF的矩阵中制造纳米晶体来稳定纳米晶体，就像网球被铁丝网夹住一样。他们使用框架中的铅节点作为金属前体，卤化物盐作为有机材料。卤化物盐的溶液中含有甲基溴化铵，它跟框架中的铅反应并在基体中的铅核周围组装纳米晶体。由于基质会使纳米晶体保持分离，所以它们不会相互作用和降解。这种方法是基于一种解决方案涂层的方法，比目前广泛使用的用于制造无机LED的真空处理要便宜得多。MOF稳定的LED可以制造出明亮的红色、蓝色和绿色光以及每种光的不同色调。洛斯阿拉莫斯国家实验室综合纳米技术中心的科学家Wanyi Nie说道：“在这项工作中，我们首次证明了在MOF中稳定的钙钛矿纳米晶体将创造出各种颜色的明亮、稳定的LED。我们可以创造不同的颜色、提高颜色纯度并提高光致发光量子产量，这是一种衡量材料发光能力的指标。”该研究小组使用先进光子源(APS)--DOE位于阿贡的科学用户设施办公室--进行时间分辨X射线吸收光谱分析，这项技术使他们能发现钙钛矿材料随时间的变化。研究人员能跟踪电荷在材料中移动的过程并了解光发射时发生的重要信息。“我们只能通过APS强大的单个X射线脉冲和独特的时间结构来实现这一点，”阿贡X射线科学部的小组负责人Xiaoyi Zhang说道，“我们可以追踪带电粒子在微小钙钛矿晶体中的位置。”在耐久性测试中，该材料在紫外线辐射、热和电场下表现良好且不会降解并失去其光探测和发光效率，这是电视和辐射探测器等实际应用的关键条件。

中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所材料界面研究中心副研究员李佳团队，中科院院士、西北工业大学教授黄维团队，以及深圳先进院生物医学与健康工程研究所生物医学成像研究中心合作，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管用于X射线直接探测器，实现了超灵敏、超低辐射剂量、超高成像分辨的X射线直接探测。相关研究成果以Ultrathin and Ultrasensitive Direct X-ray Detector Based on Heterojunction Phototransistors为题，发表在Advanced Materials上。 　　当前，X射线直接探测器多采用反向偏置二极管结构(图1a)。这类器件普遍缺乏内部信号增益效应或增益较低，这意味着没有足够的信号补偿方案来补充载流子复合过程中湮灭的电子-空穴对。因此，这类设备的光-电转化效率较低，且需要使用高质量和高度均匀的X射线光电导材料(Photoconductor)以保证有效的电子-空穴的产生和传输，这对探测器性能的进一步提升设定了难以突破的上限，也增加了材料、器件制备的复杂性和成本。 　　科研团队在前期研究的基础上(Advanced Materials, 31,1900763,2019)，提出异质结X射线光电晶体管(Heterojunction X-ray Phototransistor)这一新型器件概念，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管引入X射线直接探测。光电晶体管是三电极型光电探测器，其沟道载流子密度可通过调控栅压和入射光子进行有效调制，从而结合了晶体管和光电导的综合增益效应，如图1b所示。将这种高增益机制引入X射线探测器可以对光生电流进行放大，并使外量子效率远超过100%，进而实现超灵敏的X射线直接探测。本工作中，研究团队设计了由钙钛矿光电导材料与有机半导体沟道材料组成的异质结光电晶体管，实现了高效的X射线吸收，获得了快速的载流子再注入与循环，导致高效的载流子产生、输运与巨大的信号增益效应，使X射线直接探测灵敏度达到109μCGyair-1cm-2(图2c)，最低可检测剂量率低至1 nGyair s-1。同时，探测器具有较高的成像分辨率(图2e)——X射线成像调制传递函数(MTF)在20%值下显示每毫米11.2线对(lp mm-1)，成像分辨率高于目前基于CsI:Tl的X射线探测器。 　　高增益异质结X射线光电晶体管为高性能X射线直接探测与成像开辟了新机遇，并体现出超灵敏、超低检测限、高成像分辨率、轻量、柔性(图2d)、低成本等优点，在医学影像、工业检测、安检安防、科学设备等领域具有广阔的应用前景。该成果将激发科研人员开发各种高增益器件以实现直接探测不同类型高能辐射的研究动力。 　　研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。图1.a、传统X射线探测器中，间接探测(左)使用闪烁体材料与光电二极管可见光探测器相互集成，X射线通过闪烁体材料转换为可见光，可见光由光电二极管探测器探测；直接探测(右)使用如非晶硒等半导体材料，半导体吸收X射线后直接产生电子-孔穴对，在半导体材料上施加高电场，分离和收集电子-空穴对；b、X射线光电晶体管结构，异质结中电子-空穴对产生(1)、分离(2)、电子捕获/空穴注入(3)和空穴再循环(4)产生高增益效应的过程图示图2.a、X射线光电晶体管器件结构；b、X射线探测的时间响应；c、X射线辐照下探测器灵敏度随栅压的变化关系；d、柔性X射线光电晶体管器件；e、金属光栅的光学显微照片(上)与X射线成像图(下)，scale-bar为200微米；f、X射线光电晶体管的MTF曲线

晶体是计算机、通讯、航空、激光技术等领域的关键材料。传统制备大尺寸晶体的方法，通常是在晶体小颗粒表面“自下而上”层层堆砌原子，好像“盖房子”，从地基逐层“砌砖”，最终搭建成“屋”。北京大学科研团队在国际上首创出一种全新的晶体制备方法，让材料如“顶着上方结构往上走”的“顶竹笋”一般生长，可保证每层晶体结构的快速生长和均一排布，极大提高了晶体结构的可控性。这种“长材料”的新方法有望提升芯片的集成度和算力，为新一代电子和光子集成电路提供新的材料。这一突破性成果于7月5日在线发表于《科学》杂志。图为用“晶格传质-界面生长”新方法制备晶圆级二维晶体北京大学物理学院凝聚态物理与材料物理研究所所长刘开辉教授介绍，传统晶体制备方法的局限性在于，原子的种类、排布方式等需严格筛选才能堆积结合，形成晶体。随着原子数目不断增加，原子排列逐渐不受控，杂质及缺陷累积，影响晶体的纯度质量。为此，急需开发新的制备方法，以更精确控制原子排列，更精细调控晶体生长过程。为此，刘开辉及其合作者原创提出名为“晶格传质-界面生长”的晶体制备新范式：先将原子在“地基”，即厘米级的金属表面排布形成第一层晶体，新加入的原子再进入金属与第一层晶体间，顶着上方已形成晶体层生长，不断形成新的晶体层。实验证明，这种“长材料”的独特方法可使晶体层架构速度达到每分钟50层，层数最高达1.5万层，且每层的原子排布完全平行、精确可控，有效避免了缺陷积累，提高了结构可控性。利用此新方法，团队现已制备出硫化钼、硒化钼、硫化钨等7种高质量的二维晶体，这些晶体的单层厚度仅为0.7纳米，而目前使用的硅材料多为5到10纳米。图为基于二维晶体的电子和光子集成电路“将这些二维晶体用作集成电路中晶体管的材料时，可显著提高芯片集成度。在指甲盖大小的芯片上，晶体管密度可得到大幅提升，从而实现更强大的计算能力。”刘开辉说，此外，这类晶体还可用于红外波段变频控制，有望推动超薄光学芯片的应用。

美国研究人员发现了新的皮米尺度波，这种波可以在硅等半导体中传播。研究人员指出，在半导体材料中使用皮米光子波有望催生新的功能性光学器件，应用于量子技术领域，相关研究发表于最新一期《物理评论应用》杂志。最新研究由普渡大学电气和计算机工程副教授祖宾雅各布博士领导，他说：“微观这个词源于微米，1微米仅为一米的百万分之一。我们的最新研究是在比微米小得多的皮米范围内，1皮米相当于1米的一万亿分之一，在这样的尺度内，原子晶格的离散排列以惊人的方式改变了光的性质。”从激光器到探测器，材料中的光—物质相互作用是许多光子器件的核心。在过去十年中，研究在光子晶体和超材料等工程结构内光如何在纳米尺度上流动的纳米光子学，已经取得重要进展，而最新发现利用了物质内原子反应量子理论的重大进展，有望催生皮米光子学。但该领域长期存在的难题是原子晶格、其对称性及其在皮米尺度光场中所起作用之间缺少联系。为解决这个难题，理论团队开发了一个物质的麦克斯韦哈密顿框架，并与物质内光致响应的量子理论相结合。他们发现，原子晶格内出现了新的异常波，隐藏于传统的电磁波内，而且，这些光波即使在硅晶体的基本结构块（亚纳米长度尺度）内都是高度振荡的。雅各布说：“最新研究与应用于纳米光子学的经典光流处理法迥然不同，光在材料中行为的量子性质是皮米光子学现象出现的关键。”

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

中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所材料界面研究中心副研究员李佳团队，中科院院士、西北工业大学教授黄维团队，以及深圳先进院生物医学与健康工程研究所生物医学成像研究中心合作，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管用于X射线直接探测器，实现了超灵敏、超低辐射剂量、超高成像分辨的X射线直接探测。相关研究成果以Ultrathin and Ultrasensitive Direct X-ray Detector Based on Heterojunction Phototransistors为题，发表在Advanced Materials上。当前，X射线直接探测器多采用反向偏置二极管结构（图1a）。这类器件普遍缺乏内部信号增益效应或增益较低，这意味着没有足够的信号补偿方案来补充载流子复合过程中湮灭的电子-空穴对。因此，这类设备的光-电转化效率较低，且需要使用高质量和高度均匀的X射线光电导材料（Photoconductor）以保证有效的电子-空穴的产生和传输，这对探测器性能的进一步提升设定了难以突破的上限，也增加了材料、器件制备的复杂性和成本。科研团队在前期研究的基础上（Advanced Materials, 31,1900763,2019），提出异质结X射线光电晶体管（Heterojunction X-ray Phototransistor）这一新型器件概念，首次将具有内部信号增益效应的异质结光电晶体管引入X射线直接探测。光电晶体管是三电极型光电探测器，其沟道载流子密度可通过调控栅压和入射光子进行有效调制，从而结合了晶体管和光电导的综合增益效应，如图1b所示。将这种高增益机制引入X射线探测器可以对光生电流进行放大，并使外量子效率远超过100%，进而实现超灵敏的X射线直接探测。本工作中，研究团队设计了由钙钛矿光电导材料与有机半导体沟道材料组成的异质结光电晶体管，实现了高效的X射线吸收，获得了快速的载流子再注入与循环，导致高效的载流子产生、输运与巨大的信号增益效应，使X射线直接探测灵敏度达到109μCGyair-1cm-2（图2c），最低可检测剂量率低至1 nGyair s-1。同时，探测器具有较高的成像分辨率（图2e）——X射线成像调制传递函数（MTF）在20%值下显示每毫米11.2线对（lp mm-1），成像分辨率高于目前基于CsI:Tl的X射线探测器。高增益异质结X射线光电晶体管为高性能X射线直接探测与成像开辟了新机遇，并体现出超灵敏、超低检测限、高成像分辨率、轻量、柔性（图2d）、低成本等优点，在医学影像、工业检测、安检安防、科学设备等领域具有广阔的应用前景。该成果将激发科研人员开发各种高增益器件以实现直接探测不同类型高能辐射的研究动力。研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科技计划等的资助。

【科学背景】垂直晶体管（VFET）是一种源极和漏极垂直对齐，电流垂直流过晶圆表面的晶体管架构。近年来，随着技术的发展和对高密度集成电路需求的增加，垂直晶体管因其能够在不增加芯片面积的情况下实现高密度堆叠的特点，成为了研究热点。然而，实现高密度垂直晶体管具有相当大的挑战，主要归因于垂直结构与传统横向制造工艺的不兼容性。具体来说，传统的平面工艺使用的物理粒子如光子、反应离子或物理/化学气相，只能在晶圆平面内生成多个结构，而无法在垂直方向上进行大规模制造。此外，制造垂直晶体管需要复杂的多层沉积和图案化步骤，这使得工艺复杂且产量低。有鉴于此，湖南大学邹旭明、刘渊、廖蕾教授以及美国加利福尼亚大学圣迭戈分校物理系Chunhui Rita Du教授合作在“Nature Communications”期刊上发表了题为“High-density vertical sidewall MoS2 transistors through T-shape vertical lamination”的最新论文。科学家们提出了一种通过T形层压方法实现高密度垂直侧壁晶体管的新方法。这种方法的核心是先在平面基板上预制横向晶体管，然后使用定制设计的T形印章将其干释放并层压到垂直基板上。这一技术克服了平面工艺与垂直结构之间的不兼容性，使预制的晶体管可以在不损坏或退化的情况下与垂直基板完好接触。通过这一技术，研究团队在0.035 μm² 的小面积内垂直堆叠了60个MoS2晶体管，达到理论上的1.7 × 10¹ ¹ cm-2的器件密度。此外，他们还提出了两种可扩展制造垂直侧壁晶体管阵列的方法，包括同时在多个垂直基板上层压，以及在同一垂直基板上多周期逐层层压。研究结果表明，这种新方法为实现高密度垂直晶体管和垂直电子器件提供了一条有效的替代途径，开辟了高密度集成电路的新维度。【科学亮点】（1）实验首次使用T形层压方法，将预制的横向晶体管转移到垂直基板上，实现了高密度垂直侧壁晶体管。这一技术突破克服了传统平面工艺与垂直结构之间的不兼容性，使得横向晶体管可以在垂直基板上无损层压。（2）实验通过以下几个关键步骤和结果，展示了这一技术的有效性和潜在应用：步骤一：在平面基板上预制横向MoS2晶体管。通过常规批处理工艺制造横向晶体管，以确保其性能和质量。步骤二：使用定制设计的T形PDMS印章进行层压。通过干层压技术，将预制的横向晶体管从平面基板转移到垂直基板上。干层压过程中产生的低应变确保了晶体管与垂直基板完好接触，无损坏或退化。结果一：通过SEM、STEM和电气特性表征验证了层压后晶体管的完整性和功能性，证明了该方法的有效性。结果二：实现了在0.035&thinsp μm² 的垂直面积内垂直堆叠60个MoS2晶体管，相应的理论器件密度达到了1.7&thinsp ×&thinsp 10¹ ¹ &thinsp cm⁻ ² 。实验展示了在小面积内实现高密度垂直器件堆叠的可能性。步骤三：提供了两种可扩展制造垂直侧壁晶体管阵列的方法：一是同时在多个垂直基板上进行层压，二是使用多周期逐层层压在同一垂直基板上进行堆叠。结果三：展示了在不同基板上制造大规模垂直侧壁晶体管阵列的可行性，进一步拓展了这一技术的应用范围。【科学图文】图1：基于MoS2的垂直侧壁晶体管的垂直层压工艺和表征。图2：MoS2晶体管的电气特性表征。图3：可扩展的垂直侧壁晶体管制造。图4：高密度垂直器件的逐层垂直集成。【科学结论】本文通过创新的T形层压方法，成功克服了传统横向制造工艺与垂直结构的不兼容性，为高密度垂直侧壁晶体管的制造开辟了新途径。传统上，晶体管的制造依赖于平面处理技术，而垂直方向的器件堆叠则面临着工艺复杂度和低产量的挑战。本文所提出的T形层压方法不仅保留了传统制造的高效性和成本效益，还在垂直方向上实现了多器件的紧密堆叠，大大提升了器件密度和集成度。此外，本文的成功实验验证了干层压过程中的低应变特性，确保了晶体管与垂直基板的良好接触和稳定性，从而在器件性能和一致性上取得了显著的进展。这一技术创新不仅对垂直电子器件领域具有深远的影响，还为未来集成电路设计提供了新的思路和可能性。通过在小尺寸区域内成功堆叠多个MoS2晶体管，并展示出极高的器件密度，本文为实现更小型化、更高性能的电子设备奠定了坚实的实验基础。原文详情：Tao, Q., Wu, R., Zou, X. et al. High-density vertical sidewall MoS2 transistors through T-shape vertical lamination. Nat Commun 15, 5774 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50185-4

光子晶格以其特有的光子带隙能够对光子的辐射和传播行为进行精确控制。自上世纪80年代提出以来，人们在光子晶体研究方面做出了巨大努力，取得了一系列重要研究进展。但作为光子信息处理中最重要的高速与海量光子元件，由于其设计与制备上的困难，发展速度一直比较缓慢。因此，成功设计与制备功能性光子晶体对于提高光子信息传输速率与信息处理能力有重要科学意义与应用价值。 　　最近，中山大学光电材料与技术国家重点实验室周建英教授与俄罗斯莫斯科大学Tretyakov院士以及英国圣安德鲁大学Krauss教授合作，成功设计与制备了一种新型光子晶格——折射率虚部形成的光子晶格，其相关成果发表在近期的《先进材料》杂志(Advanced Materials)。 　　周建英教授设计的新型光子晶格具有奇特的光学性质：这种由在透明介质中周期性掺杂吸收材料而形成的光子晶格晶体，在偏离材料吸收峰时等同于一块结构均匀的体材料，而在特定波段和光强作用下又表现出光子晶体的性质，这种二象性在高速量子信息处理以及光子缓存等领域有广泛应用价值。 　　此成果的合作者，英国St Andrews大学的Thomas F. Krauss教授和莫斯科大学材料学院的Yuri. D. Treyakov院士为物理和材料领域的国际著名学者，他们在本项目成果的样品制备方面提供了重要的技术支持。 　　本项目成果的主要作者之一，中山大学物理科学与工程技术学院毕业的李俊韬博士已于2009年获得著名的“欧盟-玛丽居里夫人研究奖”(Marie Curie Fellowship授予世界各国取得杰出成就的青年学者)，现正在英国St Andrews大学开展相关研究。课题组的博士生毕业后分别在英国St Andrews大学，以色列魏兹曼科学研究所，香港科技大学与光电材料与技术国家重点实验室继续开展合作研究。 　　近期，由周建英教授与美国马里兰大学巴尔地摩分校Yan Li教授以及香港科技大学Kim Sin Wong教授合作的另一相关研究成果“基于相控非线性频率转化的激光光束合成技术”(《光学快报》，Optics Express, Vol. 18, p2995 (2010))，被英国物理学会(IOP)作为亚太地区物理学领域的重要研究进展与亮点予以报道。周建英教授的研究项目获得了国家自然科学基金重点项目，面上项目以及国际合作项目的持续资助。项目还获得了973国家基础研究计划的部分支持。 　　附：研究成果与论文发表 　　《先进材料》(Advanced Materials)2010, 22, 1-4，Juntao Li, Jianying Zhou, et al 　　链接：http://dx.doi.org/10.1002/adma.200903938 　　《光学快报》,(Optics Express),2010，18, 2995，Peiqing Zhang, Jianying Zhou, et al 　　链接：http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-18-3-2995 　　英国物理学会亚太地区物理学研究亮点报道： 　　链接：http://asia.iop.org

近几十年以来，伴随着大数据、传感器、云应用等多种新兴技术的快速发展，数据流量也呈现出指数级增长的态势。使用电子电路的传统集成电路，通过摩尔定律推动电子器件的体积缩小、性能增加，从而推动数据流量的进一步增长。根据摩尔定律，电子器件上可以容纳的晶体管数量，大概每两年增加一倍。而数据流量的不断激增，给电子器件的带宽、速度、成本和功耗等诸多方面都带来了较大的挑战。换言之，传统电子设备的发展即将到达极限。此时，使用光子或光粒子将光与电子进行结合的光子集成电路，尤其是硅基光电子器件，因能够建立高速、低成本的连接，并实现对大量数据的一次性处理，在数据通信领域具有显著优势。从硅基光电子学技术目前的发展来看，以硅材料为基础的微电子器件已经能够处理被动光学功能，但却很难有效地完成主动任务，比如产生光（激光）或检测光（光电探测器）等数据生成和读取时需要用到的关键步骤。那么，要想在完成主动功能的同时增强器件的性能，就必须在硅基底上集成 III-V 族半导体化合物，也就是元素周期表中 III 族和 V 族的材料。可问题是，如今 III-V 族半导体化合物还无法与硅实现良好的配合。近期，来自香港科技大学的薛莹研究助理教授和该校刘纪美（Kei-May Lau）教授，带领团队设计出一种名为横向纵横比捕获（lateral aspect ratio trapping，LART）的方法。薛莹据介绍，其作为一种选择性直接外延生长的技术，能够在不需要厚缓冲层的条件下，在绝缘的硅衬底（silicon-on-insulator，SOI）上，横向选择性地生长 III-V 族材料。基于该技术，研究人员在 SOI 晶圆上制造了 III-V 分布式反馈激光器，能与硅层呈共平面配置，实现 III-V 族激光器与硅波导之间的高效耦合。另外，这种特殊的 III-V 族绝缘层结构，还为激光器提供了良好的光学约束。据了解，该光泵浦分布式反馈激光器具有约 17.5µJcm-2 的低激光阈值、1.5µm 的稳定单模激光、超过 35dB 的边模抑制比和 0.7 的自发辐射系数。这些数据结果也充分表明，单片生长激光器在晶圆级硅光子集成电路方面迈出了重要一步，或将推动集成硅基光电子学领域的发展。近日，相关论文以《在（001）SOI 上选择性生长的面内 1.5µm 分布式反馈激光器》（In-Plane 1.5 µm Distributed Feedback Lasers Selectively Grown on（001）SOI）为题在Laser & Photonics Reviews上发表，并被选为期刊封面。薛莹是第一作者，刘纪美担任通讯作者。“我们的方法解决了 III-V 族器件与硅的不匹配问题，实现了 III-V 族器件的优异性能，并使 III-V 族器件与硅的耦合变得更加高效。”薛莹对媒体表示。Laser & Photonics Reviews期刊当期封面不过，需要说明的是，虽然该技术有望在传感和激光雷达、生物医学、人工智能、神经和量子网络等研究领域获得应用，但要想将它更好地应用于现实生活，还必须克服一些关键的科学挑战。因此，基于目前的研究，该课题组打算从高输出功率、长寿命、低阈值、高温下工作等维度入手，进一步增强与硅波导集成的 III-V 族激光器的能力。另外，值得一提的是，薛莹目前的研究兴趣主要集中在集成光子学、电子光子集成电路、硅光子学、纳米光子学等领域，并已经在以高效、可扩展和低成本的方式，缓解基于硅的光子集成电路的性能限制方面，做出了重要突破与创新。基于此，她曾在近期荣获 2023 年 Optica 基金会挑战赛资助的 10 万美元奖金，该奖项旨在表彰 10 名在利用光学和光子学，并解决全球问题方面具有杰出想法的早期职业专业人员。显而易见，这笔资助将有助于推进她接下来的研究。

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仪器信息网讯 2011年10月8日，国际知名的光电元器件供应商——日本滨松光子学株式会社(以下简称“日本滨松”)在京成立滨松光子学商贸(中国)有限公司(以下简称“滨松中国”)。日本滨松在新公司所在地北京嘉铭中心举行了简短而隆重的开业揭牌仪式。 　　揭牌仪式现场 　　日本滨松光子学株式会社代表取缔役社长(董事长兼总经理)昼马明先生出席揭牌仪式，金国藩院士、姚骏恩院士、周立伟院士、中国原子能工业公司总经理刘春胜先生、清华同方威视技术股份有限公司总裁陈志强先生、中科院高能物理研究所副所长魏龙研究员、北京博奥生物有限公司执行副总裁周玉祥先生等30余名业内专家参加了此次开业仪式。仪器信息网作为特邀媒体亦参加了此次活动。 　　日本滨松代表取缔役社长昼马明先生(第一排中)与到场嘉宾合影 　　揭牌仪式后，日本滨松代表取缔役社长昼马明先生接受了仪器信息网等媒体的采访。昼马明先生在采访中表示，“23年前也就是1988年，日本滨松在中国建立了技术型的合资企业——北京滨松光子技术股份有限公司(以下简称“北京滨松”)，开始生产光电倍增管等产品，借此希望能促进中国光子产业的发展。这23年来，中国光子产业市场的发展非常迅速，未来这个市场会越来越大，会有高速的增长。” 　　“自两年前我接任日本滨松总经理以来，我非常看重中国市场。北京滨松原先的营业部只是一个生产企业内部的销售部门，对应中国这样巨大的市场，我们觉得需要加大销售部门的权限与自由度，所以就整合国内营业资源，把北京滨松营业部和日本滨松北京、上海事务所合并，成立了滨松中国，在中国销售日本滨松及北京滨松的产品，同时把北京滨松的产品推向亚洲其他地区。” 　　“这个专业的销售公司一方面为中国客户提供足够的支持与服务，另一方面更重要的是，我们要与中国客户建立一对一的关系，建立更紧密的沟通，借此了解中国市场的信息，了解中国用户到底需要什么样的产品，以促使日本滨松对自己的产品进行适当的改进。中国市场是非常特殊的，日本滨松要根据中国客户的需求，为中国市场定制其所需要的产品。” 　　报告会现场 　　日本滨松光子学株式会社代表取缔役社长昼马明先生(左)作报告，北京滨松光子股份有限公司总经理席与霖先生(右)为其翻译 　　揭牌仪式后，日本滨松在北京友谊宾馆贵宾楼举行了“21世纪光子技术及光产业的现在和未来暨滨松光子学商贸(中国)有限公司成立庆典报告会”，200余名滨松产品用户参加了此次报告会。昼马明先生在报告会上介绍了日本滨松近年来在光子晶体、近场光等纳米光子学领域的研究进展以及该公司的新产业创业梦想，在场听众反应热烈。 　　当晚，为感谢广大用户对滨松多年来的支持，日本滨松还举行了盛大的答谢晚宴。 　　答谢晚宴现场 　　附录： 　　日本滨松光子学株式会社 　　http://www.hamamatsu.com/ 　　滨松光子学商贸(中国)有限公司 　　http://www.hamamatsu.com.cn 　　北京滨松光子技术股份有限公司 　　http://www.bhphoton.com/ 　　http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102193/

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。

华东师范大学重庆研究院曾和平教授和黄坤研究员课题组在红外灵敏成像领域取得重要进展，提出了基于啁啾极化晶体的上转换广角成像新方法，实现了宽视场、超灵敏、高帧频的中红外光子成像，是当前国际上最高速、最灵敏的中红外成像系统之一。相关成果于近日在线发表在《自然》子刊。图 1《自然》子刊刊登曾和平教授课题组研究成果中红外探测与成像在天文观测、空间遥感、生物医学、材料检测等众多领域都有重要应用，而实现单光子量子极限的超灵敏中红外测控仍颇具挑战。近年来，红外上转换探测技术备受关注，其结合高保真光子频率变换与高性能硅基探测器件，为红外单光子探测与成像提供了一条可行之道。然而，现存上转换探测方案受相位匹配限制，信号接收角较小，难以实现宽视场成像，是当前阻碍该技术向更广泛应用推进的最主要瓶颈。为此，研究团队提出了基于啁啾准相位匹配的上转换广角成像技术，利用啁啾极化铌酸锂晶体（CPLN）实现了不同角度入射信号的自适应相位匹配，获得的接收角较传统方案提升了至少1个量级。同时，该团队结合同步脉冲泵浦技术与窄带高效滤波技术有效压制背景噪声，获得了1光子/脉冲极低照度下单光子水平的中红外大视场成像。进一步地，研究人员利用该中红外成像系统实现了校园卡内部结构的实时扫描检测，清晰识别了卡片芯片与金属线圈（图2）。该成像技术有望应用于半导体芯片检测、材料无损探伤等领域。图 2：利用中红外上转换成像系统扫描校园卡内部结构，内嵌的芯片与线圈清晰可见值得一提的是，上述上转换广角成像技术通过单次采集即可实现大视场成像，规避了传统方案对机械扫描、参数调节或数据后处理的依赖，显著提升了成像速率。具体地，该团队采用高性能硅基CMOS相机实现了超高速中红外成像，实时拍摄了高速旋转的斩波片，其外沿线速度高达30 m/s（图3）。得益于成像系统的高灵敏度，实验中相机曝光时间可低至微秒量级，中红外成像帧频达到了216 000帧/秒，相比于现有中红外相机提高了2-3个量级。此外，该系统还具有高精度三维成像能力，利用超快光学符合门控技术，可以精确测量反射信号光子的相对飞行时间，从而得到被测物体表面的形貌信息。结合高灵敏、高分辨、高帧频的优点，所形成的大视场成像技术有望发展出超灵敏中红外时间分辨光谱成像分析仪，可为高通量生物与材料多维（空间-时间-光谱）复合检测提供新工具。图 3：超高速中红外成像。右下角成像帧频达到216 000 帧/秒，图示播放帧频相较于实际速率减慢了2万余倍。

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/