微霍尔阵列磁场相机

设计并驱动微纳米结构表面实现物体的定向输运在微电子、生物医药及防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域中，提高定向输运的速度能进一步提高输运效率。此外，通过对微结构和驱动方式的创新性设计，实现对多种不同形状的物体在不同环境中的定向输运也具有重要意义。近日，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授课题组提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法。该方法能够对厘米级的固体物块进行快速定向输运，其输运速率相对于已有文献中的输运速率有大幅度的提升。微结构表面主要由磁响应微板阵列结构和纯PDMS基底组成，单个微板高度为950微米，厚度为150微米。该研究结合微尺度3D打印技术制备实验样件，所使用的3D打印设备（nanoArch S140，摩方精密）的光学精度为10μm，能实现94×52×45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了板状微结构阵列，并通过倒模制备出含有磁颗粒的PDMS微结构试样，然后通过磁场控制微结构的变形储能以及能量的快速释放，实现定向输运的功能。该成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”为题发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作由北京理工大学先进结构技术研究院李程浩博士作为第一作者完成。图1.微结构制备及实验装置示意图图2.固体物块定向输运及驱动过程分析图3.通过磁场控制微结构表面实现不同形状物体的定向输运，及不同重量物体的筛选分离（空气环境和水下） 该研究提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法，并揭示了输运机理：通过磁场控制微结构变形储存弹性能，然后通过控制微结构逐个回弹，使得储存在微结构中的弹性能依次快速释放，并驱动物体连续向前运动，以此实现固体物块的快速定向输运。此方法具有广泛的适用性，能够在空气和水环境中同时输运不同形状的物块，且能够较好控制输运速度，对于更加智能甚至编程化的定向输运技术具有重要意义。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

设计并驱动微纳米结构表面实现物体的定向输运在微电子、生物医药及防污自清洁等领域具有广泛的应用前景。在这些应用领域中，提高定向输运的速度能进一步提高输运效率。此外，通过对微结构和驱动方式的创新性设计，实现对多种不同形状的物体在不同环境中的定向输运也具有重要意义。 近日，北京理工大学先进结构技术研究院陈少华教授课题组提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法。该方法能够对厘米级的固体物块进行快速定向输运，其输运速率相对于已有文献中的输运速率有大幅度的提升。微结构表面主要由磁响应微板阵列结构和纯PDMS基底组成，单个微板高度为950微米，厚度为150微米。该研究结合微尺度3D打印技术制备实验样件，所使用的3D打印设备（nanoArch S140，摩方精密）的光学精度为10μm，能实现94×52×45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了板状微结构阵列，并通过倒模制备出含有磁颗粒的PDMS微结构试样，然后通过磁场控制微结构的变形储能以及能量的快速释放，实现定向输运的功能。该成果以“Directional Transportation on Microplate-Arrayed Surfaces Driven via a Magnetic Field”为题发表于国际期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。该工作由北京理工大学先进结构技术研究院李程浩博士作为第一作者完成。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c09648图1.微结构制备及实验装置示意图图2.固体物块定向输运及驱动过程分析图3.通过磁场控制微结构表面实现不同形状物体的定向输运，及不同重量物体的筛选分离（空气环境和水下） 该研究提出了一种通过磁场控制微结构表面快速输运固体物块的方法，并揭示了输运机理：通过磁场控制微结构变形储存弹性能，然后通过控制微结构逐个回弹，使得储存在微结构中的弹性能依次快速释放，并驱动物体连续向前运动，以此实现固体物块的快速定向输运。此方法具有广泛的适用性，能够在空气和水环境中同时输运不同形状的物块，且能够较好控制输运速度，对于更加智能甚至编程化的定向输运技术具有重要意义。

北京理工大学宇航学院的陈少华教授课题组柴泽博士，近日在知名期刊《Soft Matter》发表了一篇高质量文章“Controllabledirectional deformation of micro-pillars actuated by a magnetic field”。研究人员在实验过程中使用了深圳摩方材料科技有限公司微尺度3D打印设备S140，该设备具有10um精度的分辨率，94*52*45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了阵列的微柱结构，通过PDMS二次倒模形成含有磁性颗粒的PDMS微柱阵列，通过磁场控制来研究微柱变形，进而研究可逆粘附、可控润湿性和方向性表面输运等特殊功能性表面的设计和研究。微柱阵列（BMF nanoArchS140 GR resin）填充磁性颗粒的柔性微柱阵列的制备工艺如图（a）所示，先通过深圳摩方（BMF）10μm精度的微立体光固化3D打印机S140打印出微米级别的微柱阵列，再倒模出纯PDMS孔洞模具，最后二次倒模获得含有磁性颗粒的PDMS微柱阵列；（b）PDMS模具的SEM图像，该模具的孔的大小与3D打印的微柱的大小相同；（c-d）从顶视图（c）和侧视图（d）观察的磁性颗粒填充的微柱阵列的SEM图像；（e）单根微柱；（f）夹角为90°时，永磁铁和微柱阵列表面之间具有不同距离的微柱变形形态；（g）距离一定时，磁体围绕固定微柱样品以半圆形旋转，微柱的变形形态。众所周知，可以通过改变微结构表面的形貌来设计特殊的表面功能。本文提出了一种通过旋转磁场控制微柱阵列方向变形的简单有效的方法。每个微柱的大变形可以通过磁场强度和方向来调整。当磁场强度固定时，微柱的变形方向由磁场方向控制。当确定磁场方向时，微柱的挠度随磁场强度的增加而增加。根据最小势能原理，进一步建立了揭示微柱大变形机理的理论模型。从理论上预测变形柱的形态与实验结果非常吻合。目前的实验技术和理论结果有利于典型功能性表面的设计和制备。例如，通过外场精准控制表面微结构的变形，实现目标表面界面粘附性和液体浸润性的可连续性调控，以及呈现梯度变化。为实现仿生壁虎脚设计，微纳器件转印，生物医学微液滴混合及方向性输运等提供技术支持。BMF nanoArchS140System

北京理工大学宇航学院的陈少华教授课题组柴泽博士，近日在知名期刊《Soft Matter》发表了一篇高质量文章“Controllabledirectional deformation of micro-pillars actuated by a magnetic field”。研究人员在实验过程中使用了深圳摩方材料科技有限公司微尺度3D打印设备S140，该设备具有10um精度的分辨率，94*52*45mm大小的三维加工尺寸。基于该设备加工了阵列的微柱结构，通过PDMS二次倒模形成含有磁性颗粒的PDMS微柱阵列，通过磁场控制来研究微柱变形，进而研究可逆粘附、可控润湿性和方向性表面输运等特殊功能性表面的设计和研究。微柱阵列（BMF nanoArchS140 GR resin）填充磁性颗粒的柔性微柱阵列的制备工艺如图（a）所示，先通过深圳摩方（BMF）10μm精度的微立体光固化3D打印机S140打印出微米级别的微柱阵列，再倒模出纯PDMS孔洞模具，最后二次倒模获得含有磁性颗粒的PDMS微柱阵列；（b）PDMS模具的SEM图像，该模具的孔的大小与3D打印的微柱的大小相同；（c-d）从顶视图（c）和侧视图（d）观察的磁性颗粒填充的微柱阵列的SEM图像；（e）单根微柱；（f）夹角为90°时，永磁铁和微柱阵列表面之间具有不同距离的微柱变形形态；（g）距离一定时，磁体围绕固定微柱样品以半圆形旋转，微柱的变形形态。众所周知，可以通过改变微结构表面的形貌来设计特殊的表面功能。本文提出了一种通过旋转磁场控制微柱阵列方向变形的简单有效的方法。每个微柱的大变形可以通过磁场强度和方向来调整。当磁场强度固定时，微柱的变形方向由磁场方向控制。当确定磁场方向时，微柱的挠度随磁场强度的增加而增加。根据最小势能原理，进一步建立了揭示微柱大变形机理的理论模型。从理论上预测变形柱的形态与实验结果非常吻合。目前的实验技术和理论结果有利于典型功能性表面的设计和制备。例如，通过外场精准控制表面微结构的变形，实现目标表面界面粘附性和液体浸润性的可连续性调控，以及呈现梯度变化。为实现仿生壁虎脚设计，微纳器件转印，生物医学微液滴混合及方向性输运等提供技术支持。BMF nanoArchS140System

近日，来自中国科学院安徽光学精密机械研究所、中国科学院沈阳应用生态研究所、中国科学技术大学、法国蓝海岸大学法国滨海大学的联合研究团队发表了一种基于法拉第旋转光谱的、采用环形阵列永磁体NO2传感器。Recently, the joint research team from Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, University of Science and Technology of China, and Université du Littoral Cô te d’Opale published a NO2 Sensor Based on Faraday Rotation Spectroscopy Using Ring Array Permanent Magnets.法拉第旋转光谱（FRS）通过检测沉浸在外部纵向磁场中的气体介质所引起的线偏振光偏振状态的变化，从而实现对顺磁分子的高选择性和高灵敏度检测。该光谱检测方法对水汽、CO2等抗磁性分子具有天然的免疫力，这使得其表现出高度的样品特异性。同时，由于采用了一对相互接近正交的偏振器极大抑制了激光噪声，因此法拉第旋转光谱具有非常高的检测灵敏度。Farraday Rotational Spectroscopy (FRS) achieves highly selective and sensitive detection of paramagnetic molecules by detecting the changes in polarization state of linearly polarized light induced by the gas medium immersed in an external longitudinal magnetic field. This spectroscopic detection method exhibits inherent immunity to diamagnetic molecules such as water vapor and CO2, which results in a high degree of sample specificity. Additionally, the implementation of a pair of closely spaced orthogonal polarizers effectively suppresses laser noise, thus providing FRS with a very high detection sensitivity.通常情况下，使用螺线管提供纵向磁场来产生磁光效应。然而，这种方法存在功耗过大和易受电磁干扰的缺点。研究团队提出了一种基于钕铁硼永磁体环形阵列和Herriott多次通过吸收池相结合的新型FRS方法。根据磁场的空间分布特性，使用14个相同的钕铁硼永磁体环以非等距形式组合，产生纵向磁场。在长度为380毫米的范围内，平均磁场强度为346高斯。宁波海尔欣光电科技有限公司为该项目提供了前置放大制冷一体型碲镉汞红外探测器（HPPD-B-08-10-150 K)，项目团队使用量子级联激光器以40毫瓦的光功率，针对最佳的441 ← 440 Q支氮氧化物跃迁（1613.25 cm–1，6.2 μm）。与Herriott多次通过吸收池耦合，积分时间为70秒，实现了0.4 ppb的最低检测限。实验结果也表明，低功耗FRS二氧化氮传感器有望发展成为一个稳健的现场可部署的环境监测系统。Usually, a solenoid coil is used to provide a longitudinal magnetic field to produce the magneto-optical effect. However, such a method has the disadvantages of excessive power consumption and susceptibility to electromagnetic interference. The research team proposed a novel FRS approach based on a combination of a neodymium iron boron permanent magnet ring array and a Herriott multipass absorption cell is proposed. A longitudinal magnetic field was generated by using 14 identical neodymium iron boron permanent magnet rings combined in a non-equidistant form according to their magnetic field’s spatial distribution characteristics. The average magnetic field strength within a length of 380 mm was 346 gauss. HealthyPhoton Co.,Ltd provided an integrated TE-cooled mercury cadmium telluride (MCT) infrared detector with front-end amplification(HPPD-B-08-10-150 K) for this project. A quantum cascade laser was used to target the optimum 441 ← 440 Q-branch nitrogen dioxide transition at 1613.25 cm–1 (6.2 μm) with an optical power of 40 mW. Coupling to a Herriott multipass absorption cell, a minimum detection limit of 0.4 ppb was achieved with an integration time of 70 s. The low-power FRS nitrogen dioxide sensor proposed in this work is expected to be developed into a robust field-deployable environment monitoring system.静态磁场法拉第旋转光谱传感装置Static magnetic field Faraday rotation spectral sensing device海尔欣前置放大制冷一体型碲镉汞红外探测器（HPPD-B-08-10-150 K)Integrated preamplifier and cryocooler type mercury cadmium telluride (MCT) infrared detector环形阵列永磁体及其纵向磁场分布特征Circular array permanent magnets and their longitudinal magnetic field distribution characteristics(a) 对于等距离的NdFeB永磁环阵列，模拟得到了中央纵向磁场的分布情况。(b) 对于非等距离的NdFeB永磁环阵列，模拟得到了中央纵向磁场的分布情况（黑线），并进行了实测（红线）。(c) 示意图显示了Herriott腔和非等距离的NdFeB永磁环阵列的配置。(a) Simulated distribution of the central longitudinal magnetic field for an equidistant NdFeB permanent magnet ring array (b) simulated (black line) and measured (red line) distributions of the central longitudinal magnetic field for a non-equidistant NdFeB permanent magnet ring array (c) schematic configuration of the Herriott cell and the non-equidistant NdFeB permanent magnet ring array.法拉第旋转光谱信号及其信噪比与检偏器偏转角度的变化关系The Relationship between FRS signal and its SNR and the Deflection Angle of the Polarizer(a) 法拉第旋转光谱信号幅度(b) SNR作为分析器角度α的函数(a) FRS signal amplitude and (b) SNR as a function of the analyzer angle α.Reference:Yuan Cao, Kun Liu, Ruifeng Wang, Xiaoming Gao, Ronghua Kang, Yunting Fang, Weidong Chen，NO2 Sensor Based on Faraday Rotation Spectroscopy Using Ring Array Permanent Magnets, Anal. Chem. 2023, 95, 2, 1680–1685https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c04821Copyright © 2023 American Chemical Society

【科学背景】近年来，尽管量子霍尔效应的线性响应特性得到了广泛研究，但高阶非线性响应仍然是一个未被充分探索的领域。特别是在二维材料如石墨烯中，量子霍尔态的非线性响应尚未被深入研究。量子霍尔态不仅具有绝缘体体和导电手性边缘态的特征，而且在不同的量子霍尔态下，可能会表现出复杂的非线性行为，这些行为对于理解边缘态的电子-电子相互作用具有重要意义。为了解决这一问题，为了解决这一问题，复旦大学何攀, 沈健，日本九州大学Hiroki Isobe，新加坡国立大学Gavin Kok Wai Koon，Junxiong Hu，日本理化研究所新兴物质科学中心Naoto Nagaosa等教授合作发现，在石墨烯的显著量子霍尔态下，存在明确的第三阶霍尔平台。这一平台在广泛的温度、磁场和电流范围内保持稳定，并且在不同几何形状和堆叠配置的石墨烯中均可观察到。第三阶霍尔效应的高度对环境条件不敏感，但与器件特性相关。此外，第三阶非线性响应的极性受磁场方向和载流子类型的影响。作者的研究揭示了量子霍尔态的非线性响应是如何依赖于器件特性的，并提出了一个新的视角来理解边缘态的性质。【科学亮点】（1）实验首次观察到石墨烯中量子霍尔态的第三阶霍尔效应，获得了第三阶霍尔效应的清晰平台。该平台在显著的量子霍尔态（\( \nu = \pm 2 \)）中展现出，且在广泛的温度、磁场和电流范围内保持稳定。 （2）实验通过测量不同几何形状和堆叠配置的石墨烯器件，发现第三阶霍尔效应的平坦值与环境条件无关，但与器件特性相关。具体结果包括：&bull 第三阶霍尔效应的电压平台高度与探针电流的立方成正比，而第三阶纵向电压保持为零。&bull 该效应在磁场变化（至约5T）和温度变化（至约60K）下保持稳健。&bull 第三阶非线性响应的极性依赖于磁场方向及载流子类型（电子或空穴），并且其值在反转磁场方向时会改变符号。&bull 非线性霍尔平台的稳健性提供了关于边缘态的新见解，并可能违背量子霍尔电阻的精确量化。【科学图文】图1：在经典和量子域中，线性霍尔效应和非线性霍尔效应示意图。 图2：在量子霍尔态quantum Hall states，QHSs内，三阶非线性霍尔平台的观测结果。图3：在量子霍尔态QHSs内，三阶霍尔效应的立方电流依赖性。图4：磁场和温度，对量子霍尔态QHS三阶非线性响应的影。【科学启迪】本文的研究为量子霍尔效应（QHE）中的非线性响应提供了新的视角，揭示了量子霍尔态（QHSs）中第三阶霍尔效应的显著平台。这一发现不仅扩展了作者对量子霍尔现象的理解，也对探索二维材料中的非线性电输运提供了新的途径。首先，实验首次在单层石墨烯中观察到稳定的第三阶霍尔效应平台，表明在量子霍尔态下，电子之间的相互作用可能导致非线性现象的出现。这种非线性响应在不同环境条件（如磁场和温度）下保持稳定，且在多种几何形状和堆叠配置的石墨烯器件中均能观察到。这表明该效应具有较强的普适性和稳健性。其次，研究发现第三阶霍尔效应的电压平台与探针电流立方成正比，而其幅度对环境条件变化表现出较强的稳健性。这一特性挑战了量子霍尔电阻的精确量化，提示作者在量子霍尔态的研究中需要考虑更高阶的非线性效应。这种非线性响应的发现不仅提供了关于边缘态性质的新见解，还可能揭示出与传统线性量子霍尔效应不同的物理机制。此外，本文的研究结果对未来探索量子霍尔系统的高阶响应具有重要启示。其他填充因子的量子霍尔态中的非线性响应，以及在其他量子霍尔系统中的应用，仍需进一步研究。这一发现为理解电子-电子相互作用、边缘态带曲率等物理现象提供了新的方法，也可能为研究分数量子霍尔效应的非线性响应开辟新的方向。原文详情：He, P., Isobe, H., Koon, G.K.W. et al. Third-order nonlinear Hall effect in a quantum Hall system. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01730-1

拓扑缘体，顾名思义是缘的，有趣的是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态，这是拓扑缘体的特性质。近期，理论预测存在的拓扑缘体在实验上被证实存在于二维与三维材料中，引起了科研界的大量关注。通常二维电子气体系中存在着量子霍尔效应，实验中观测到了手性边界态存在于材料的边界。在三维体材料的拓扑缘体中实验上可观测到反常量子霍尔效应。K. Yasuda, Y. Tokura等人利用德国attocube公司的低温强磁场磁力显微镜attoMFM在0.5K温度与0.015T磁场环境下，证实了拓扑缘体磁畴壁的手性边界态的可调控性能，不同于之前实验上观测到的拓扑缘体中自然形成随机分布的磁畴中的手性边界态。Y. Tokura等人基于Cr-掺杂 (Bi1-ySby)2Te3制备了拓扑缘体薄膜，基底是InP（如图1C）。图1D为在0.5K低温下使用MFM测量的材料中的磁畴分布，可以清晰看到自然形成的随机分布的大小与形貌不一的磁畴。通过使用MFM磁性探针的针在0.015T的磁场环境下扫描样品区域成功实现了对材料磁畴的调控。图1F为调控后样品的磁畴情况，被探针扫描过的区域，磁畴方向保持一致。图1： A&B 拓扑缘体磁畴调控示意图；C 拓扑缘体材料结构；D attoMFM实验观测自然形成多个磁畴； E&F MFM探针调控磁畴该拓扑缘体磁畴反转的性能随磁场大小变化的结果也被仔细研究。通过缓慢改变磁场，不同磁场下拓扑缘体样品的磁畴方向可清楚地被证实发生了反转（见图2）。通过观察，随机分布气泡状磁畴（0.06T磁场附近）一般的大小在200纳米左右。图2： A 霍尔器件电测量结果；B attoMFM观测不同磁场下拓扑缘体的磁畴情况不仅通过attoMFM直观观测分析磁畴手性边界态调控，电学输运结果也证实手性边界态的调控。图3为在温度0.5K的时候，拓扑缘体电学器件以及相应的电学测量数据。数据表明，霍尔电阻可被调控为是正负h/e2的数值，证实了不同磁畴的手性边界态的调控被实现。作者预见，该实验结果对于低消耗功率自旋电子器件的研究提供了一种可能的途径。图3：拓扑缘体制备器件反常量子霍尔效应结果证实磁畴手性边界态调控图4：拓扑缘体磁畴手性边界态调控相关设备—低温强磁场原子力磁力显微镜 低温强磁场原子力磁力显微镜attoAFM/MFM主要技术特点：-温度范围：mK...300 K-磁场范围：0...12T (取决于磁体)-样品定位范围：5×5×5 mm3-扫描范围: 50×50 μ㎡@300 K, 30×30μ㎡@4 K -商业化探针-可升PFM, ct-AFM, SHPM, CFM等功能 参考文献：“Quantized chiral edge conduction on domain walls of a magnetic topological insulator” K. Yasuda, Y. Tokura et al, Science 358, 1311–1314 (2017) 相关产品及链接：1、低温强磁场原子力/磁力/扫描霍尔显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/C159542.htm2、低温强磁场无液氦扫描探针显微镜系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/C273802.htm

一、单层激子缘体的证据（Nature Physics）众所周知拓扑性和关联性之间的相互作用可以产生各种各样的量子相，其中许多原理仍有待探索。近的进展表明，单分子层WTe2在不同量子相之间具有高度的可调性，这一特点表明WTe2是一种很有前途的材料。这种二维晶体的基态可以通过静电调谐从量子自旋霍尔缘态转化为超导态。然而，关于量子自旋霍尔缘态的带隙打开机制仍不明确。近日，美国普林斯顿大学Ali Yazdani和 Sanfeng Wu（共同通讯作者）等报道了量子自旋霍尔缘体也是激子缘体的证据，它是由电子空穴束缚态(即激子)的自发形成引起的。文章于2021年12月发表于Nature Physics。原文图2，单层WTe2中电荷中性的缘状态相关测量 文章中作者通过巧妙的实验设计，结合电输运测量和隧穿谱测量，揭示了在样品电荷中性点存在一种本征缘状态，并证实了这种电荷中性缘态的相关性质。作者提供的证据证明样品不是能带缘体或局域缘体，并支持了在激子缘体相的存在。这些观测结果为理解具有非平凡拓扑的相关缘体奠定了基础，并确定了单层WTe2是基态激子量子相材料，为以后的应用提供了广阔的前景。原文图4，隧穿光谱揭示的关联特征和金属-缘体跃迁在本工作中作者使用Quantum Design生产的完全无液氦综合物性测量系统PPMS DynaCool 和超全开放强磁场低温光学研究平台-OptiCool进行了电运输和vdW隧穿的相关测量。OptiCool在2018年面世以来作为新型的强磁场低温光学研究平台受到了很多好评，并获得了当年的R&D100大奖。OptiCool的多种电学通道非常方便用户进行电学测量和栅压调控实验。OptiCool样品台直流通道（左）与腔体直流接口（右）OptiCool样品台交流通道（左）与腔体交流接口（右） 二、扭曲二维材料磁性体系中的磁畴和莫尔磁性的直接可视化（Science）扭曲非磁性二维材料形成的莫尔超晶格是研究奇异相关态和拓扑态的高度可调控系统。近些年来在旋转石墨烯等多种二维材料中都观察到了很多奇异的性质。在该工作中，来自华盛顿大学的徐晓栋教授课题组报道了在小角度扭曲的二维CrI3中出现的磁性纹理。原文图1，层堆叠依赖的磁性和扭曲双层CrI3的磁光测量作者利用基于NV色心的量子磁强计直接可视化测量了纳米尺度的磁畴和周期图案，这是莫尔磁性的典型特征。该篇文章中利用MOKE和RMCD对样品的磁性进行了精细的测量。研究表明，在扭曲的双分子层CrI3中反铁磁(AFM)和铁磁(FM)域共存，具有类似无序的空间模式。在扭曲三层CrI3中具有周期性图案的AFM和FM畴，这与计算得到的CrI3 莫尔超晶格中层间交换相互作用产生的空间磁结构相一致。该工作的研究结果表明莫尔磁性超晶格可以作为探索纳米磁性的研究平台。原文图3，双三层扭曲CrI3的磁光和NV磁强计扫描测量图该研究工作中对扭曲CrI3的MOKE和RMCD测量中使用了基于OptiCool系统的低温磁光测量系统。OptiCool具有多个窗口，超低震动，1.7K-350K超大控温区间等诸多优点可以满足各种高精度的低温强磁场光学测量。为了进一步满足用户的大数值孔径测量需求，OptiCool先后开发出了近工作距离窗口和集成物镜方案，可以满足各种用户的需求。OptiCool近工作距离窗口（左）与外部物镜（右）安装示意图内部集成室温物镜（左）与集成低温物镜（右）定制化方案示意图 三、OptiCool设备简介OptiCool是Quantum Design于2018年2月新推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，创新特的设计方案确保样品可以处于光路的关键位置。系统拥有3.8英寸超大样品腔、双锥型劈裂磁体，可在超大空间为您提供高达±7T的磁场。多达7个侧面窗口、1个部超大窗口方便光线由各个方向引入样品腔，高度集成式的设计让您的样品在拥有低温磁场的同时摆脱大型低温系统的各种束缚。OptiCool是全干式系统，启动和运行只需少量氦气。全自动软件控制实现一键变温、一键变场、部窗口90°光路张角让测量更便捷；控温技术让控温更智能；新型磁体结合了超大均匀区与超大数值孔径。OptiCool让低温光学实验无限可能。OptiCool技术特点：☛ 全干式系统：完全无液氦系统，脉管制冷机。☛ 8个光学窗口：7个侧面窗口，1个部窗口；可升底部窗口☛ 超大磁场：±7T☛ 超低震动：10 nm 峰-峰值☛ 超大空间：Φ89 mm×84 mm☛ 控温：1.7K~350K全温区控温☛ 新型磁体：同时满足超大磁场均匀区、大数值孔径的要求。☛ 近工作距离：可选3 mm工作距离窗口或集成镜头方案 【参考文献】1、Jia et al., Nat. Phys (2021) https://doi.org/10.1038/s41567-021-01422-w2、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 2021

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员孟国文小组与美国西弗吉尼亚大学教授吴年强小组及技术生物与农业工程研究所研究员黄青小组合作，在银纳米棒簇有序阵列构筑及基于其表面增强拉曼散射(SERS)效应检测水中农药残留方面取得进展，相关成果以卷首插画论文发表在《先进材料》(Adv. Mater. 2016, 28, 4871-4876)上。　　拉曼散射光谱能够提供分子振动的指纹信息，是化学、生物、环境等领域中最具应用前景的分析技术之一。然而拉曼散射效应非常微弱，拉曼散射光强度约为入射光强度的10-6~10-9，所以需要利用贵金属纳米结构SERS基底来大幅度增强拉曼散射信号。对于理想的SERS基底，首先应具有高密度的“热点”(一般位于10nm的贵金属纳米结构间隙处，具有显著增强的局域电磁场)，从而保证其具有高sers灵敏度 其次，要求sers信号分布均匀一致，即信号可信度高。贵金属纳米棒簇拥有大量狭窄的缝隙，因而能够产生高密度的sers“热点” 并且纳米结构有序阵列具有优异的结构均一性，能够提供高的sers信号可重复性和可信度。因此，如果能够成功制备贵金属纳米棒簇有序阵列，将有望实现高灵敏度、高可信度sers检测。 p=""　　该团队副研究员朱储红利用多孔阳极氧化铝和单层胶体球构成的复合模板，采用电沉积法成功构筑了银纳米棒簇有序阵列。这种分级有序纳米结构阵列的SERS增强因子高达108，并具有较好的信号均匀性和重现性，其信号特征峰强度的相对标准偏差小于10%。时域有限差分法模拟结果表明，相邻纳米棒顶端之间约2纳米宽的间隙内，具有强电磁场耦合产生的“热点” 该有序阵列的高增强因子正是源于这些密集分布的“热点”。采用该SERS基底能够同时检测水中多种痕量农药，例如甲基对硫磷和2,4-二氯苯氧乙酸等。该工作为大面积、可重复制备高度有序的纳米棒簇阵列提供了一种低成本的简便方法。相关研究结果表明银纳米棒簇有序阵列在基于SERS效应检测水中农药残留方面具有重要的应用前景。　　相关工作得到国家重点基础研究发展计划、“中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划”和国家自然科学基金等项目的支持。　　文章链接　　图1. 卷首插画　　图2. 银纳米棒簇有序阵列同时检测水中的甲基对硫磷和2,4-二氯苯氧乙酸得到的SERS光谱。曲线I：水中0.3μ M甲基对硫磷和2μ M的2,4-二氯苯氧乙酸混合农药的SERS光谱 曲线II：0.3μ M甲基对硫磷的SERS光谱 曲线III：2μ M的2,4-二氯苯氧乙酸的SERS光谱。

平方公里阵列，每天产生的数据量达到艾字节，超过全球的互联网流量。面对如此惊人的数据量，地球上任何超级计算机都无法承担处理工作 　　来自20个国家70家机构的天文学家和工程师正在设计平方公里阵列，它的灵敏性是现有任何望远镜的50倍，观测天空的速度则是任何望远镜的1万倍 　　平方公里阵列将绘制宇宙磁场的三维图像，帮助科学家了解宇宙磁场如何稳定星系，影响恒星和行星的形成，以及调节太阳和其他恒星的活动 　　艺术概念图，展示了平方公里阵列。阵列的蝶形天线将通过光纤相连，每天产生的数据量超过整个互联网流量 　　平方公里阵列扫描太空的速度是现今任何望远镜的1万倍，将通过测绘宇宙内的氢分布以及追踪年轻星系，帮助科学家揭开暗能量等一系列谜团 　　射电望远镜负责探测宇宙中的射频信号，它们能够对可能被宇宙尘埃遮住的太空区域进行观测。平方公里阵列将是迄今为止制造的最大和最快的望远镜阵列　　平方公里阵列耗资13亿英镑(约合20亿美元)，是迄今为止最雄心勃勃的科学研究项目之一，也是目前制造的最大望远镜阵列。平方公里阵列的碟形天线覆盖面积超过1平方公里，将建在南非或者新西兰，其扫描太空的速度是现今任何望远镜的1万倍。 　　平方公里阵列获取的信号将通过光纤传输给一台高性能超级计算机。每天传输的数据数量惊人，超过整个互联网流量，传输速度也远远超过现在的互联网。目前，IBM正在研制能够消化这些数据的机器。平方公里阵列的碟形天线获取的数据数量超乎我们想象，每年产生的数据足以装满1500万部容量最大的iPod。　　目前，绝大多数天文学项目需要人工管理，天文学家利用电脑“挑选”需要予以关注的数据。由于数据量惊人，人工管理平方公里阵列成为一种不可能。庆幸的是，IBM研发的一款软件能够消化这些数据。这家公司表示这项技术允许企业监视通讯系统和交通网络，效率远远超过现在的技术。　　IBM与新西兰惠灵顿维多利亚大学的射电天文学家梅勒妮-约翰斯顿-霍利特博士合作，打造信息密集框架(IIF)原型，自动完成当前需要科学家手工完成的工作。IBM新西兰区首席技术官、新西兰平方公里阵列产业协会主席杜格尔-瓦特表示：“信息密集框架原型测试了一系列新想法，它是IBM处理天文学研究面临的海量数据这一挑战的第一项努力。虽然是为平方公里阵列研发的，但这项成果同样可以应用于其他面临海量数据处理的机构，例如制造业工厂、电讯公司、交通部门以及医疗保健部门。”　　约翰斯顿-霍利特博士说：“面临着需要处理的海量数据，射电天文学家必须养成和适应一个此前没有尝试过的新习惯，那就是自动处理、成像和分析。我们需要找到新的解决方法，处理海量数据。这项技术在科学研究领域拥有巨大的发展前景。”

世界声学与振动测量专家Bruel & Kjaer于11月2日和4日分别在上海和北京各举办了一场阵列技术研讨会，总共吸引了近200名用户到场。 11月2日Bruel & Kjaer阵列技术研讨会（上海场） 来自Bruel & Kjaer丹麦总部的讲师向与会者介绍了噪声源识别技术概览；平面波束形成、优化波束形成和球面波束形成、移动声源波束形成；声全息，宽带声全息，保形绘图；手持阵列应用等方面的知识。 11月4日Bruel & Kjaer阵列技术研讨会（北京场） 讲师还在会议现场介绍和演示了Bruel & Kjaer近期推出的PULSE Reflex声学照相机的功能与应用，这款功能强大的产品能够在20秒内显示噪声源彩图，使得定位飞机舱、驾驶舱和其他区域的噪声变得前所未有的简单。 根据会后反馈，与会者均表示讲师的讲解非常清晰，对各种阵列技术覆盖全面，内容对实际工作有实用价值。 了解更多关于Bruel & Kjaer阵列产品与技术的信息，请访问如下网页： http://www.bksv.cn/Products/transducers/acoustic/acoustical-arrays 关于Bruel & Kjaer Bruel & Kjaer是先进的声学与振动测量系统制造商和供应商。 我们帮助客户测量和管理其产品与环境中的声音与振动质量。我们关注的领域包括航空航天、太空、国防、汽车、地面交通、机场环境、城市环境、电信和音频。 我们的声学与振动设备系列包括声级计、传声器、加速度计、适调放大器、校准器、噪声与振动分析仪和PULSE软件。 我们还设计和制造LDS系列振动测试系统，以及完整的机场和环境监测系统：WebTrak，ANOMS，NoiseOffice和Noise Sentinel。 全面了解我们的解决方案、系统和产品，请访问我们的网站：www.bksv.cn。 Bruel & Kjaer是总部位于英国的思百吉集团（www.spectris.com）旗下的子公司。思百吉集团2013年销售额达12亿英镑，集团的4个业务板块在全球共有大约7,500名员工。 媒体联系朱立市场传播经理Bruel & Kjaer 中国电话：+86 21 61133678邮箱：julie.zhu@bksv.com.cn网站：www.bksv.cn

3轴手持式特斯拉计-让狭窄气隙中的磁场高精度3维测量成为可能！3轴手持式USB特斯拉计包含一个完全集成的3轴霍尔探头，该探头集成在一个专门设计的碳纤维支架中，为探头提供机械保护。探头支架宽 4 毫米，厚仅 1 毫米，可以测量狭窄气隙中的磁场。霍尔探头连接到紧凑轻巧的电子模块，提供测量信号调节、12 位 AD 转换、设备校准以及与主机的 USB 连接。霍尔探头片上温度传感器允许为每三个磁场分量（Bx、By 和Bz）提供温度补偿输出信号。一．测量原理首先我们可以来看一下磁场矢量和分量。空间中任何一点的磁场都是矢量。这意味着存在与场相关的方向以及场强。考虑下面的箭头：一．测量原理首先我们可以来看一下磁场矢量和分量。空间中任何一点的磁场都是矢量。这意味着存在与场相关的方向以及场强。考虑下面的箭头：我现在可以用 x 和 y 分量来描述箭头的长度或磁场的强度。使用勾股定理：现在假设存在第三方向，因此箭头 B 可以指向页面平面之外（或进入）。现在有第三个组件，即 Bz，在我们的示例中，它是组件从页面向外延伸到箭头尖 端的长度。通过完全相同的数学，我现在可以将 B 描述为：B值是磁场强度。Bx、By 和 Bz 是由三轴特斯拉计（高斯计）测量的三个分量。单轴测量设备将根据敏感轴相对于磁场方向的定向方式改变其读数。要获得空间任意点磁场的完整表示，不仅需要 B 的值，还需要方向，可以表示为 Bx、By 和 Bz 三个分量。一些磁场传感器仅测量磁场的一个分量（磁通门和霍尔效应仪器）。这些被称为单轴设备。其他仪器仅测量总场幅（NMR、ESR）。这是上面的数量B。可以结合三轴传感器在单个探头包中提供三个现场测量。这些被称为三轴设备。昊量光电新推出3轴手持式USB特斯拉计就是可以实现三维分量的磁场测量系统！二．功能性3轴手持式USB特斯拉计在 Windows 计算机、平板电脑或智能手机上运行的易于使用的特斯拉计软件用于数据采集、特斯拉计电源和控制以及测量数据的可视化。测量数据以数字和图形彩色显示 器显示，便于阅读和直观设置警报触发器、保持功能和测量数据存储。显示磁场的总值，以及磁场的所有三个分量和探头温度。此外，还可以显示磁场分量的蕞小值/蕞大值。三．技术信息和规格• 带有 3 轴霍尔探头的特斯拉计/高斯计• 轻巧而坚固的塑料外壳• 很好坚固和灵活的碳纤维探头支架• 用于保存校准数据的 EEPROM• 适用于 PC、平板电脑和智能手机的用户友好型软件• 报警、保持和归零功能• 磁场分量 Bx、By 和 Bz 以及 BTotal、Bmax、Bmin 和探头温度的数值和图形可视化• 霍尔探头（带支架）的厚度：1mm• 霍尔探头的宽度：4mm• 未校准的测量范围：20T• 校准测量范围：0.1T、0.5T、2T• 磁分辨率：± 20µT• 频率带宽：DC-500Hz• AD 转换：12Bit• 接口：兼容 USB2 和 USB3• 精度：± 1%四．应用的方向• 永磁体和磁体系统的控制和监测• 测量周围磁场• 磁体系统和过程控制的开发• 应用于生产线和实验室• 磁场映射五．丰富的配件零高斯室用于将读数归零。尺寸：25mm 外径，21mm 内径，200mm 长度。屏蔽系数：100关于MatesyMatesy GmbH 是一家位于耶拿大学城中心的创新技术公司。该公司成立于 2008 年，是研发机构“ INNOVENT Technology Development ”的衍生公司，专注于 磁场的可视化表征和生成。此外，Matesy 将磁性用于各种应用，例如：磁性标记颗粒和物体的三维定位、人体胃肠道靶向药物释放、安全特性的智能检查和材料开发上海昊量光电作为Matesy公司在中国大陆地区主要的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于3轴手持式特斯拉计有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。如果您对3轴手持式特斯拉计有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：https://www.auniontech.com/details-1863欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是目前国内知名光电产品专业代理商，也是近年来发展迅速的光电产品代理企业。除了拥有一批专业技术销售工程师之外，还有拥有一支强大技术支持队伍。我们的技术支持团队可以为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等工作。秉承诚信、高效、创新、共赢的核心价值观，昊量光电坚持以诚信为基石，凭借高效的运营机制和勇于创新的探索精神为我们的客户与与合作伙伴不断创造价值，实现各方共赢！您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。

探索材料角度相关的磁输运性质是凝聚态物理学中应用广泛和重要的课题研究方向。该研究通常需要很宽的样品温度范围，比如从室温到几开尔文或更低，还需要强大的矢量磁场。控制矢量磁场对此类研究尤为重要。然而，传统的超导矢量磁体不仅价格昂贵，而且场强也有限：三个方向上至少两个方向的磁场强度通常不能超过2T。 德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。近期，该公司推出的atto3DR低温双轴旋转台，将施加在样品上固定方向的单一磁场（垂直或水平方向）的改变为三维矢量磁场。通过这种方式，在任何其他方向上也可立即获得非常高的磁场（例如9 T或12 T）。因此，它相当于提供了9T-9T-9T矢量磁铁的等效系统，这是目前尚无法实现的。此外，与常规矢量磁铁（如5T-2T-2T）只能在旋转中提供大2T的磁场相比，此解决方案的成本也非常低。 另外，双旋转轴的应用保证了样品在任意磁场方向上的变化和灵活性，通过水平固定轴的旋转，可控制样品表面与外界磁场的倾角（+/- 90°）；而沿面内固定轴的旋转提供了另外+/- 90°的运动，从而实现样品与磁场形成任意相对方向。同时还兼容2英寸样品空间和He气氛，配备Chip carrier，提供多达20个电信号接口。 1. 为什么要旋转你的样品？ 物理学家、化学家和材料科学家正在不懈地寻找具有理想性能的新材料。新材料几乎每天都会被合成出来，并经历各种各样的测量和表征。费米面的表征在材料表征中起着核心作用，因为将电子结构与材料的性质相关联，可以设计出具有所需性质的材料，并针对特定的应用进行调整。若能够地控制磁输运测量中的场方向有助于提取样品各向异性的信息。能够旋转样品在面内和面外场之间切换，或沿所需方向（例如，沿准一维样品，如纳米管或纳米线）对准就显的尤为重要。 Attocube公司研发的压电驱动的纳米旋转台有效地取代了价格昂贵的矢量磁铁，甚至提高了它们的性能，不仅扩大了其任意方向上的大可用磁场，而且也能很好的实现自动化的测量。更为重要的一点是：它们优于传统无法避免的机械滞后性的机械转子。此外，当需要超高压条件时，例如在ARPES中，与机械旋转器相比，压电陶瓷旋转台提供了额外的优势-压电陶瓷旋转台不会导致超高压室泄压或者漏气。2. Attocube提供的解决方案2.1 attocube 的纳米精度旋转台 attocube提供了多种可以组合的压电驱动纳米定位器，其中包括水平旋转台和竖直旋转台（attocube纳米旋转器-ANR/ANRv）。旋转台组合包括一系列不同尺寸和方向，以及适用于低温环境、超高真空和/或高磁场的不同环境下的需求。由于其体积非常紧凑，attocube的旋转台能够适配于大多数的超导磁体样品腔。图1: ANR portfolio [4]2.2 atto3DR：在3D中模拟强矢量磁场 atto3DR双旋转器具有两个立的旋转台，它们组合在一起，从而提供相对于样品表面的所有方向上的全磁场（例如14 T），如引言中所述。atto3DR如图2所示。atto3DR可以提供普通低温版本，同时也可根据具体需求提供用于低温真空（如稀释制冷机）的定制版本；有关mK温度下的应用案例，请参阅应用部分。图2: atto3DR：（a）带有无铅陶瓷芯片载体的样品架，配备20个触点；（b） 面内ANR；（c） 另外一个面内的ANR[4]。 3. 应用案例 在概述了ANRs、atto3DR的主要特点和优点之后，本文后一章将重点介绍通过使用基于我们的旋转器获得的传输测量的研究结果。3.1 基于ANR旋转台的应用案例3.1.1 在强磁场和200 mK条件下考察的g因子的各向异性 在Zumbühl集团（瑞士巴塞尔）与RIKEN（日本Saitama）、SAS（斯洛伐克布拉迪斯拉发）和UCSB（美国圣巴巴拉）课题组的合作进行了以显示GaAs量子点中各向同性和各向异性g因子校正的分离实验。这项研究是在两个立的横向砷化镓单电子量子点上进行的。为了在实验上确定g因子修正，通过测量具有不同强度和方向的平面内磁场的隧穿速率来得到自旋分裂。自旋分裂定义了自旋量子位的能量，是磁场中自旋的基本性质之一。在这里，他们测量并分离了两个GaAs器件中对g因子的各向同性和各向异性修正，发现与近的理论计算有很好的一致性。除了公认的Rashba和Dresselhaus项，作者还确定了动量平方依赖的塞曼项g43和穿透AlGaAs势垒gP项[5]。 此项工作是在attocube纳米精度旋转台ANRv51的帮助下完成的：样品安装在压电驱动旋转器上，并在磁场平面内旋转。由于旋转台有电阻编码器，因为能够读出旋转器的状态角度。此外，ANRv51可在高达35 T的磁场环境下使用，并可在低至mK的低温范围内使用-该实验在稀释制冷机中进行，电子温度为200 mK，磁场高达14 T。该磁场强度在任意面内方向上施加，只能通过旋转器实现不同角度下的测量。图3: sample in chip carrier mounted on ANRv513.1.2 mK位移台在材料输运性质随磁场角度的变化研究中的应用 北京大学量子材料科学中心林熙课题组成功研制出基于attocube低温mK位移台研制的低温强磁场下的样品旋转台，用于测量材料的输运性质随磁场角度的变化研究。 该系统是基于Leiden CF-CS81-600稀释制冷机系统的一个插杆，插杆的直径为81 mm，attocube的mK位移台通过一个自制的转接片连接到插杆上，如图4所示，位于磁场中心的样品台的尺寸为5 mm*5 mm，系统磁场强度为10T。系统的制冷功率为340 μW@120mK，得益于attocube低温位移台低的发热功率及工作时非常小的漏电流，使得旋转台能够很好的在＜200mK的温度下工作（工作参数：60V，4Hz, 300nF）。 图4. 实现的旋转示意图和ANR101装配好的实物图 图5. 侧视图，电学测量的12对双绞线从旋转台的中心孔穿过 图6中是GaAs/AlGaAs样品在不同角度下测试结果，每一个出现小电导率的点，代表着不同的填充因子。很好的验证了其实验方案的可行性和稳定性。图6. Shubnikov–de Haas Oscillation at T = 100 mK3.1.3 25 mK和强磁场下的自旋弛豫测量 基于量子点的自旋量子位是未来量子计算机的一个有希望的核心元件。2018年，一项国际合作（(Basel, Saitama, Tokyo, Bratislava and Santa Barbara）在理论预测电子自旋弛豫现象15年后，次通过实验成功证明了一种新的电子自旋弛豫机[8]。图7: Measurement setup with sample on an ANRv51 for rotating around the angle ϕ in the plane of the magnetic field. 在25 mK 的稀释制冷机和高达14 T的磁场条件下，半导体纳米结构（GaAs）中的电子自旋寿命在0.6 T左右达到了一分钟以上的新记录。有关此记录的更多信息，请参见[9]。对于该实验设置，使用了attocube的ANRv51，只有它完全符合mK温度和高磁场系统的要求。此外，在GaAs二维电子气体中形成的单电子量子点样品可以与平面内磁场相对于晶体轴作任意角度的旋转。3.1.4 从缓慢的Abrikosov到快速移动的Josephson涡旋的转变 来自瑞士苏黎世ETH的Philip Moll及其研究组使用attocube的ANR31研究了层状超导体SmFeAs（O，F）中磁旋涡的迁移率，发现旋涡迁移率的大增强与旋涡性质本身的转变有关，从Abrikosov转变为Josephson[12]。该实验中如果磁场倾斜出FeAs平面，即使小的未对准（0.1°）也会完全破坏该效应，因为未对准的旋涡不再与晶体层平行，则该特征立即消失。由于流动漩涡引起耗散，观察到它们的流动性是一个非常锐的电压峰，如图8所示）。attocube的ANR31位移台能够在低于2 K的温度下以优于0.1°的精度旋转样品，并且在扫描温度和磁场时零漂移。此外，的纳米旋转器被安装在小型（25 mm直径）标准样品托上（见图9）。由于其优异的性能和紧凑的结构，将整个实验装置的研究能力扩展到需要端角度精度和稳定性的领域。图8: Flux -flow dissipation as a function of the angle between the magnetic field (H = 12 T) and the FeAs layers (= 0°) for several temperatures.图9: Rotator setup showing the ANR31/LT rotator carrying the sample and two Hall sensors.3.1.5 用于量子输运分析的超低热耗散旋转系统 在2010新南威尔士大学（澳大利亚悉尼）的La AYOH ET.A.课题组分析了半导体纳米器件中的量子输运。他们的主要目标是获得一个合适的旋转系统来研究各向异性塞曼自旋分裂。为了充分观察测量这种效应，需要在保持温度低于100mK的情况下，在磁场（高达10T）方向旋转样品。该样品安装在陶瓷LCC20器件封装中的AlGaAs/Ga/As异质结构。两条铜线连接到载体上。使用带RES传感器的ANRv51进行位置读出，该小组设计了一个具有两个可选安装方向的样品架（见图10）：一个具有芯片载体的平面内旋转，另一个具有芯片载体的平面外旋转（见图）。ANRv51非常适合此应用：先其由非磁性材料制成，完全兼容mK，并具有一个小孔，可将20根铜线送至转子背面。在他们的论文中，研究小组仔细描述了不同驱动电压和频率下，旋转器的散热作为转速的函数[13]。在缓慢的旋转速度下，散热可以保持在低限度，即使连续旋转，仍然能让系统温度低于100 mK。当关闭旋转器时回到25 mK基准温度的时间仅仅为20 min。此外，由于滑移原理，旋转台可在到达终目标位置时接地，从而确保位置稳定性和零散热。图10: Rotation system assembly for rotating the sample in two separate configurations with respect to the applied magnetic field B.3.2. atto3DR 应用案例3.2.1 范德华异质结器件在低温40mK中旋转 理解高温超导物理机制是凝聚态物理学的核心问题。范德华异质结构为量子现象的模型系统提供了新的材料。近日，国际合作团队（团队成员来自美国伯克利大学，斯坦福大学，中国上海南京以及日本韩国等课题组）研究石墨烯/氮化硼范德华异质结具有可调控超导性质的工作发表在《Nature》杂志上。在温度低于1K的时候，该异质结的超导的特特性开始出现，电阻出现一个明显的降低，出现一个I-V电学曲线的平台[14]。图11: 图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质结器件，图右上，电输运测试结果，样品通过旋转后的方向与与磁场方向平行。 电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，在本底温度为40mK的稀释制冷剂内进行的。样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，因而使用了德国attocube公司的atto3DR低温双轴旋转台。该atto3DR低温双轴旋转台可以使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在的超导与Mott缘体与金属态的转变，证明了三层石墨烯/氮化硼的超晶格为超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质与新奇电子态的研究提供了模型系统。3.2.2 30mk下的扭曲双层石墨烯的轨道铁磁性 范德华异质结构，特别是魔角双层石墨烯（tBLG），是当今固态物理研究的热点之一。尽管之前对tBLG的测量已经表明，铁磁性是从大滞后反常霍尔效应中推断出来的，随后又指向了Chern缘体，但A.L.Sharpe及其同事通过输运测量实验表明，tBLG中的铁磁性是高度各向异性的，这表明它是纯轨道起源的——这是以前从未观察到的[15]。 为了进行测量，该小组将封装在氮化硼薄片中的tBLG样品安装在attocube atto3DR双旋转器上，通过巧妙设计，使其在电子温度低于30 mK的条件下正常工作，在高达14 T的磁场中，使用霍尔电阻对倾斜角度进行专门的现场校准，以便在实验过程中控制准确的面内和面外方向。图12: Angular dependence of hysteresis loops in twisted bilayer graphene, measured with atto3DR at 30 mK.4. 总结 磁性输运测量通常涉及可变温度和强磁场。能够旋转样品是提取有用信息的关键先决条件，如三维费米表面、电荷载流子的有效质量和密度，亦或块体材料、薄膜或介观结构的各向异性相关的许多其他参数。使用基于压电陶瓷的旋转器有助于获得比矢量磁场更高的矢量场，而且能够大大降低成本。因此，attocube ANR及其成套解决方案——atto3DR——对于每一位在具有磁场依赖和低温下进行电气和磁性输运测量的研究人员来说，都是佳和的解决方案。5. 参考文献[1]L.W. Shubnikov, W.J. de Haas, Proc. Netherlands Roy. Acad. Sci. 33, 130 (1930)[2]Fermi Schematics, Sabrina Teuber, attocube systems AG[3]http://www.phys.ufl.edu/fermisurface/[4]attocube systems AG[5]L.C. Camenzind et al., Phys. Rev. Lett. 127, 057701 (2021)[6]U. Zeitler et al., attocube Application Note CI04 (2014)[7]P. Wang et al., Rev. Sci. Instrum. 90, 023905 (2019)[8]L.C. Camenzind et al. Nat Commun 9, 3454 (2018)[9]https://www.unibas.ch/en/News-Events/News/Uni-Research/New-mechanism-of-electron-spin-relaxation-observed.html[10]Y. Pan et al., Sci. Rep. 6, 28632 (2016)[11]A.M. Nikitin et al., Phys. Rev. B 95, 115151 (2017)[12]P.J.W. Moll et al., Nature Mater. 12, 134 (2013)[13]L. A. Yeoh et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 113905 (2010)[14]G. Chen et al., Nature 572, 215 (2019)[15]A.L. Sharpe et al., Nano Lett 2021, 21, 10, 4299 – 4304 (2021)

近日，来自中国科学院安徽光学精密机械研究所、先进激光技术安徽省实验室、中国科学技术大学、法国滨海大学大气物理化学实验室联合研究团队发表了《基于钕铁硼环形磁体阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》论文。Recently, the joint research team from Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, HFIPS, Chinese Academy of Sciences, Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province, University of Science and Technology of China, Laboratoire de Physicochimie de l′ Atmosph`ere, Universit´ e du Littoral C&circ ote d′ Opale, published an academic papers Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array.氮氧化物（NOx，包括二氧化氮（NO2）和一氧化氮（NO））是对流层臭氧的重要前体，同时也影响羟基和过氧基自由基的浓度。大多数气态化合物在被氧化和从空气中去除或转化成其他化学物质时，都会直接或间接接触到NOx。在典型的羟基自由基水平下，NOx的寿命取决于季节和光化学反应速率，通常为几小时。根据IPCC第六次评估报告，NOx的排放导致净正向变暖，因为它既形成短期臭氧（变暖），又破坏环境甲烷（冷却）。此外，NOx还导致酸沉降以及化学烟雾和气溶胶的形成。NO和NO2在大气光化学反应中起着核心作用，针对它们的检测有助于理解这两种气体的来源和去向，以及研究陆地生态系统与大气之间的NOx交换通量。Nitrogen oxides (NOx, the sum of nitrogen dioxide (NO2) and nitric oxide (NO)) are important precursors of tropospheric ozone, and they also influence the concentration of hydroxyl and peroxyl radicals. Most of the compounds that are oxidized and removed from the air or converted to other chemical species are in direct or indirect contact with NOx. At typical hydroxyl radical levels, the life time of NOx depends on the season and the photochemical reaction rate, which is typically a few hours. According to the IPCC sixth assessment report, the emissions of NOx result in net-positive warming from the formation of short-term ozone (warming) and the destruction of ambient methane (cooling). Additionally, NOx contributes to acid deposition and the formation of chemical smog and aerosols. Since NO and NO2 play a central role in atmospheric photochemical reactions, their simultaneous detection helps to understand the sources and sinks of these two gases, in addition to studying the NOx exchange fluxes between terrestrial ecosystems and the atmosphere.化学发光检测（NO + O3 → NO2 + O2 + hν）是测量NOx的传统方法。在通过化学发光反应（Mo + 3NO2 → MoO3 + 3NO）测量之前，NO2首先需要在高温（~325°C）下转化为NO。虽然这种方法被广泛使用，但其他氧化氮化合物，如过乙酰亚硝酸酯（PAN）和硝酸（HNO3），可能会在测量NOx浓度时引起交叉干扰。同时，这种方法不能区分NO和NO2。红外吸收法也可用于测量NO和NO2。在这种方法中，通常需要通过转化器将NO2还原为NO。由于NO和NO2是顺磁分子，法拉第旋转光谱（FRS）可以用作实现其高度敏感和选择性检测的潜在方法。FRS通过检测气态介质在纵向磁场中引起的光偏振状态的变化，实现对物种浓度的高灵敏度检测。该方法通过测量光学色散实现气体浓度的检测，因此其动态测量范围比基于比尔-兰伯定律的吸收光谱（动态范围上限≤10%）更大。FRS的另一个重要优势是它对于抗磁性分子（如水和二氧化碳）具有较强的抗干扰能力，从而使其具有高样品特异性。Chemiluminescence detection (NO+O3→NO2+O2+hν) is the conventional method for measuring NOx. NO2 first needs to be converted to NO at high temperature (~325 ◦ C) before it can be measured by chemiluminescence reaction (Mo+3NO2→MoO3+3NO). Although this method is more widely used, other oxidized nitrogen compounds, such as peroxyacetyl nitrate (PAN) and nitric acid (HNO3), can cause cross-interference in the measurement of NOx concentrations. Simultaneously, this method is non-selective in discriminating between NO and NO2. The infrared absorption method can also be used for NO and NO2 measurements. In this method, NO2 usually needs to be reduced to NO by the converter. As NO and NO2 are paramagnetic molecules, Faraday rotation spectroscopy (FRS) can be used as a potential method to achieve their highly sensitive and selective detection. FRS enables highly sensitive detection of species concentrations by detecting changes in the polarization state of light induced by a gaseous medium immersed in a longitudinal magnetic field. This method realizes the detection of gas concentration by measuring optical dispersion, so it has a higher dynamic measurement range than absorption spectroscopy (dynamic range upper limit ≤10%) based on Beer-Lambert law. Another significant advantage of FRS is that it is reasonably immune to diamagnetic species (e.g., water and carbon dioxide), which allows it to exhibit high sample specificity. 大多数这些报道的FRS传感器使用螺线管提供外部纵向磁场，从而导致能耗高和产生过多焦耳热。同时产生目标磁场所需的高电流交流电路会产生不受控制的电磁干扰（EMI），通常会降低FRS传感器的长期稳定性。此外，当前报道的FRS传感器只能在吸收池中进行单组分测量，不能满足复杂环境中同时进行多组分测量的需求。Most of these reported FRS sensors use solenoid coils to provide an external longitudinal magnetic field, which makes them suffer from high power consumption and excessive Joule heat generation. The high-current alternating current circuit required to generate the target magnetic field produces uncontrolled electromagnetic interference (EMI), which usually deteriorates the long-term stability of the FRS sensors. In addition, the currently reported FRS sensors are only capable of single-component measurements in the absorption cell and cannot meet the demand for simultaneous multi-component measurements in complex environments.在本研究中，提出了一种新型的低能耗FRS传感器，基于钕铁硼（NdFeB）环形磁体阵列，实现在单个吸收池中同时检测NO和NO2。分析了同轴双波长赫里奥特池（DWHC）的环形磁体阵列的磁场分布特性。使用两台室温连续波中红外量子级联激光器（QCL），波长分别为5.33 µ m（1875.81 cm&minus 1）和6.2 µ m（1613.25 cm&minus 1），同时探测DWHC内的磁光效应。通过对激光波长进行高频调制，有效抑制了1/f噪声。优化了双波长FRS NOx传感器的性能，包括调制幅度、调制频率、样品气压和分析器偏置角。本研究提出的FRS传感器为现场可部署的微量气体检测设备提供了理想解决方案。宁波海尔欣光电科技有限公司为此研究提供了HPPD-M-B 前置放大制冷一体型碲镉汞（MCT）光电探测器，用以分别检测2个激光束。In the present work, a novel low-power FRS sensor based on a neodymium-iron-boron (NdFeB) ring magnet array was proposed to achieve simultaneous detection of NO and NO2 in a single absorption cell. The magnetic field distribution characteristics of a ring magnet array coaxial to a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) were analyzed. Two room-temperature continuous wave mid-infrared quantum cascade lasers (QCL) with wavelengths of 5.33 µ m (1875.81 cm&minus 1) and 6.2 µ m (1613.25 cm&minus 1), respectively, were used simultaneously to probe magneto-optical effects within the DWHC. The 1/f noise was effectively suppressed by high-frequency modulation of the laser wavelength. The performance of the dual-wavelength FRS NOx sensor was optimized with respect to modulation amplitude, modulation frequency, sample gas pressure, and analyzer offset angle. The FRS sensor proposed in this work provides a preferable solution for field deployable trace gas detection equipment. The laser detected by two TEC-cooled mid-infrared thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K).(a) Schematic diagram of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor based on a NdFeB ring magnet array (b) Optical layout of the FRS NOx sensor.thermoelectrically cooled mercury-cadmium- telluride (MCT) photodetectors (Healthy Photon, model HPPD-B- 10–150 K),结论本研究开发了一种基于NdFeB环形磁铁阵列的双中红外波长FRS传感器，用于同时检测NO2和NO。在光学路径长度为23.7米，积分时间为100秒的条件下，NO2和NO的检测限分别为0.58 ppb和0.95 ppb。高频激光波长调制与外部静态磁场相结合，最大程度地减小了低频噪声对FRS信号的影响。基于有限元方法分析了使用的永磁体阵列的磁场分布特性，帮助确定与其耦合的吸收池长度。采用双波长赫里奥特池放大两种不同偏振光波长与氮氧化物分子之间的相互作用，从而实现了在单个吸收池内对两种顺磁分子的高灵敏度检测。本文提出的FRS NOx传感器在大气环境监测或生态系统NOx通量观测等领域，具有进一步发展成为便携式、可在实地使用的仪器的巨大潜力。Conclusion In this work, a dual mid-infrared wavelength FRS sensor based on a NdFeB ring magnet array was developed for the simultaneous detection of NO2 and NO. The detection limits for NO2 and NO were 0.58 ppb and 0.95 ppb, respectively, at an optical path length of 23.7 m and an integration time of 100 s. High frequency laser wavelength modulation was combined with an external static magnetic field to minimize the effect of low frequency noise on the FRS signal. The magnetic field distribution characteristics of the used permanent magnet array were analyzed based on the finite element method, which helped to determine the length of the absorption cell coupled to it. A dual-wavelength Herriott cell was used to amplify the interaction between two different wavelengths of linearly polarized light and nitrogen oxide molecules, thus achieving highly sensitive detection of two paramagnetic molecules within a single absorption cell. The FRS NOx sensor presented in this work shows great potential for further development into a portable, field-deployable instrument with applications in atmospheric environmental monitoring or ecosystem NOx flux observation. (a) Schematic diagram of a dual-wavelength Herriott cell (DWHC) with a NdFeB ring magnet array (b) Characteristics of the magnetic inductance line distribution around a NdFeB ring magnet array (c) Ray tracing results in a DWHC (d) Spot distribution on a concave mirror.Optimization of laser modulation frequency for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Optimization of laser modulation amplitude for the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.(a), (b) Measured FRS NOx signal as a function of analyzer angle (c), (d) Calculated FRS NOx noise as a function of analyzer angle (e), (f) Calculated SNR as a function of analyzer angle.Measured FRS NOx signal amplitude as a function of sample pressure.(a) , (b) FRS signals for different concentrations of NOx (c), (d) Linear dependence of FRS signal amplitude as a function of NOx concentration.Allan deviation plot of the dual mid-infrared wavelength FRS NOx sensor.Reference:Yuan Cao, Kun Liu, Ruifeng Wang, Guishi Wang, xiaoming Gao, Weidong Chen，Dual mid-infrared wavelength Faraday rotation spectroscopy NOx sensor based on NdFeB ring magnet array, Sensors & Actuators: B. Chemical 388 (2023) 133805https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.133805

1月19日，由两院院士评选的2015年度中国/十大科技进展在北京揭晓。中国科学技术大学合肥微尺度物质科学实验室潘建伟、陆朝阳等完成的“多自由度量子隐形传态”研究成果名列2015年度中国十大科技进展之。该成果同时也被英国物理学会（Institute of Physics）新闻网站《物理》（Physics World）评为2015年度国际物理学领域的十项重大突破之榜（“Breakthrough of the Year”）。陆朝阳（左）和潘建伟（右）获得2015年度国际物理学领域重大突破（图片转自Physics World） 2015年2月，《自然》杂志以封面标题的形式发表了中国科大团队在国际上次实现多自由度量子体系的隐形传态这一研究成果。这项工作打破了国际学术界从1997年以来只能传输基本粒子单一自由度的局限，为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了坚实的基础。国际量子光学专家Wolfgang Tittel教授在同期《自然》撰文评论：“该实验实现为理解和展示量子物理的一个深远和令人费解的预言迈出了重要的一步，并可以作为未来量子网络的一个强大的基本单元”。陆朝阳在attoCFM安装现场 利用德国attocube公司的低温强磁场无液氦CFM系统，科学家次揭示了由二维单层材料形成的单量子发射器行为和特点，偏振实验和磁光研究表明该类单量子发射器零场劈裂能0.71meV，激子g因子为8.7，这些结果为开发二维半导体光量子器件指明新的研究思路和方向。（图片转自Nature NanoTechnology 10,497-502（2015））相关产品无液氦低温强磁场共聚焦显微镜 - attoCFM系统：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=270低温强磁场原子力/磁力/扫描霍尔显微镜 ：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=271低温强磁场纳米精度位移台：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=272 关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

迈克尔塞德尔（Michael Seidel）• 如果要在一个样品中测定多种分析物，分析微阵列是理想的解决方案。基于流的分析系统的优势在于它们可以在现场以自动化的形式快速、定量地分析样品。• 近年来，基于流式化学发光 (CL) 微阵列的微阵列芯片读取器 (MCR) 分析平台不断优化，其在各种生物分析应用中的实用性得到了证明。• GWK Präzisionstechnik 公司以原型开发的形式进一步优化了最新一代设备。该设备提供了使用泵和阀门控制实现全自动测定性能的可能性，并通过集成的高灵敏度 CCD 相机进行后续测量图像采集，非常适合长达 2 分钟的采集时间。由于要建立各种生物分析试验进行研究，该仪器被命名为 MCR-Research (R)（图 1）。• 在下文中，将简要描述各个微阵列检测类型以及应用程序。图 1：用于 SARS-CoV-2 抗体检测的基于流式 CL 微阵列的 MCR-R 微阵列分析平台示例。 检测血液中针对 SARS-CoV-2 的抗体检测针对 SARS-CoV-2 的抗体的问题是在大流行开始时提出的，由巴伐利亚研究基金会资助。重组抗原（SARS-CoV-2 蛋白，包括刺突蛋白 (S1) 和核衣壳 (N) 蛋白以及受体结合结构域 (RBD)）固定在微阵列芯片上。血液样本中的抗体可以与这些重组抗原结合。然后，带有辣根过氧化物酶 (HRP) 标记的抗人 IgG 抗体通过泵系统通过流通式微阵列芯片，在随后的步骤中通过添加鲁米诺和过氧化氢来观察结合的抗体。基于流动的微阵列免疫测定 (MIA) 原理的一个主要优点是使用间接非竞争性 MIA 非常快速和同时测定针对不同抗原的抗体（图 2）。因此，例如，可以将疫苗衍生抗体与 SARS-CoV-2 感染后的抗体区分开来。 图 2：血清和血液中 SARS-CoV-2 抗体的间接非竞争性 MIA 流程图。此外，可以确定针对不同 SARS-CoV-2 变体的抗体，或者可以通过其他呼吸道病原体扩展抗体组，例如，检测针对流感的抗体。此外，MCR 的多功能性与相关的流通微阵列芯片和程序选项也提供了建立的可能性，例如，通过竞争性 MIA 对中和抗体进行定量分析。在这里，可以确定哪些抗体实际上可以阻止病原体进入细胞，从而在预防感染方面特别有效。CL-MIA 只需不到 15 分钟，可用于现场分析，例如医疗实践。使用 CL-MIA 和 MCR 检测 SARS-CoV-2 抗体的第一个结果已经发表 [1,2]。 基于抗体的蒸发冷却系统嗜肺军团菌检测和亚型分析媒体多次报道军团菌爆发，通常可以追溯到蒸发冷却系统。这些系统可以产生含有军团菌的生物气溶胶，这取决于致病菌株，在吸入可吸入的嗜肺军团菌后，会在人体中引发轻度庞蒂亚克热或严重的肺炎，即军团病。为此，成立了第 42 届 BImSchV，负责规范蒸发冷却系统、冷却塔、湿式分离器的安全技术运行以及冷却水中军团菌的定期控制。如果超过测量值（冷却塔每 100 毫升 50,000 个军团菌，其他需要报告的系统每 100 毫升 10,000 个军团菌），则必须立即采取措施大幅降低病原体浓度。此外，必须进行血清分型。代替使用凝集试验（血清组 1 和血清组 1-15 之间的区别）对嗜肺军团菌进行常规血清分型，甚至使用大量 ELISA 微量滴定板对嗜肺军团菌血清组 1 进行亚型分型，也可以使用 MCR。根据该申请，原型设备被称为 Legiotyper。此外，在军团病爆发的情况下，尽快确定源头很重要。这也可以通过仪器实现。一组单克隆抗体固定在流通式微阵列芯片上。样品手动注入系统，然后是全自动 CL-SMIA（图 3）。单克隆抗体对L. pneumophila血清群 1的不同血清和亚群表现出不同的亲和力和选择性。图 3：CL-SMIA 示意图：(1) 样品注射，(2) L. pneumophila SG1 亚型与特异性捕获抗体的结合，(3) 抗 SG1 检测抗体与已经结合的军团菌的结合，(4 ) CL 反应和图像采集。细菌与流通式微阵列芯片上的相应单克隆抗体特异性结合。夹心是由对血清组 1 特异的生物素标记的多克隆抗体形成的。加入 CL 试剂后，进行 CL 吸收。通过将单个菌落悬浮在缓冲液中并在大约 30 分钟内使用该仪器执行 CL-SMIA，在培养后的所有情况下都可以进行血清分型和亚型分型。在由德国联邦经济和技术部资助的 WIPANO 项目 LegioRapid 中，首次建立了用于蒸发冷却系统快速卫生评估的独立培养方法的标准化方法，该方法在测量后定量确定治疗成功率值已超过。除了 qPCR 和与免疫磁分离 (IMS) 相结合的流式细胞术之外，Legiotyper 被用作第三种方法。定量测量结果通过qPCR和IMS流式细胞仪从100 mL中100军团菌的浓度获得，其中100 mL水样通过聚碳酸酯过滤器（孔径=0.22µm）过滤，洗脱液直接用于定量测定。只有在样本中发现最低浓度为106个细胞/100 mL时，才能使用Legiotyper进行血清或亚型。对于培养样本，这个最低浓度不是问题。对于不依赖培养的方法，样品体积必须增加到至少 10 L 才能达到至少 10 4的浓缩系数。正在对合适的过滤方法进行研究 [3]。对于气溶胶中嗜肺军团菌的分析，可以使用相同的 CL-SMIA，但在样品制备方面存在差异。必须首先使用气溶胶收集器对气溶胶进行采样，科里奥利 µ 旋风收集器适用于该收集器。在这里，细菌以液体形式分离，其中可以直接取样和测量。在 AIF 项目 LegioAir 中，首次表明在生物气溶胶中进行血清分型是可能的。 使用 haRPA对军团菌进行分子生物学检测微阵列芯片阅读器不仅可用于基于抗体的检测，还可用于分子生物学。课题组开发了异质不对称重组酶聚合酶扩增（简称haRPA，图4）[4,5]，可用于军团菌属。通过在 39°C 下加热流通式微阵列芯片在系统上进行检测。对于 haRPA，军团 菌属特异性引物在空间上固定在 DNA 微阵列芯片上。图 4：可以在 MCR-R 上执行的 haRPA 原理。(1) 带有固定反向引物的 DNA 微阵列，(2) 添加 DNA 提取物后，重组酶打开双链靶 DNA，(3) 聚合酶延伸反向引物直到 (4) 单链结合蛋白分离, (5) 生物素化的正向引物与固定的双链结合，直到 (6) 第二条 DNA 链被聚合酶延伸。(7) 最后，固定化的扩增子通过链霉亲和素-HRP 进行标记，并使用 CL 进行可视化。 等温核酸扩增可扩增基因组 DNA 的靶序列。通过第二个生物素标记的引物，形成的扩增子被标记并用作链霉亲和素-HRP 的锚点，该链霉亲和素-HRP 通过流通式微阵列芯片。最后，与其他测定一样，通过使用集成 CCD 相机记录 CL 反应生成 CL 图像。信号的强度取决于样品中 DNA 的初始量。扩增允许对非常少量的初始 DNA 进行定量。haRPA 的原理还允许通过将不同的引物固定在微阵列表面上进行多重分析。这样，样品可以在 45 分钟内区分军团 菌。以及对人类最危险的军团菌属嗜肺军团菌，它可以更好地评估潜在的健康风险。 地表水中的藻类毒素的监测MCR-R 也用于环境监测。AIF-ZIM 项目 MARCA 关注为即将到来的藻华开发早期预警系统。它是基于云的监测系统的重要组成部分，可用于预测藻类大量繁殖和地表水中蓝藻毒素的形成等。由于水体富营养化和气候变化，被称为藻华的蓝藻大量繁殖变得越来越频繁。在这种现象期间，水变得非常浑浊，水中的蓝藻毒素含量急剧增加。其后果是水生大型植物的退化和对生物体、人类和动物的危害。为了预测藻华并在早期采取预防措施，正在开发一种预警系统，该系统能够使用 Triton 水传感器系统持续监测可能指示藻华的化学和物理参数。这些是温度、电导率、总溶解固体 (TDS) 和总悬浮固体 (TSS)、浊度、溶解氧、溶解硝酸盐和总硝酸盐。此外，该仪器还监测水中的蓝藻毒素浓度。这可以通过再生间接竞争 CL-MIA（图 5）实现，并且由系统在 7 分钟内完全自动执行。例如，微囊藻毒素-LR 的检测限为 4.8 µg/L，因此低于 WHO 的 10 µg/L（对于微囊藻毒素）的限值，低于该限值可假设对健康产生不利影响的可能性较低。图5：再生间接竞争性MIA的示意图：（1）样品（抗原）与一级抗体的孵育，（2）未结合的一级抗体与固定化毒素的结合，（3）检测抗体结合，（4）CL反应和图像采集，以及（5）下一次测量的再生。细菌亲和过滤用亲和粘结剂的筛选微阵列芯片阅读器可用于定量或定性检测，以及研究新的亲和性结合物及其对细菌的结合行为。例如，这些是抗菌多肽、酶或抗体。生物素化细菌通过流通微阵列芯片自动进入设备，在该芯片上固定待研究的亲和力粘合剂。随后，链霉亲和素HRP与结合的生物素结合并催化CL反应，这被捕获为图像。用适当的缓冲液洗脱细菌后，获得第二个CL图像。因此，细菌的结合和洗脱行为可以得到快速而全面的评估。与无标签生物传感器相比，生物素标签可以更精确地跟踪这种反应。这种筛选策略的另一个优点是可以同时固定多个亲和结合物。这为一次测试许多亲和结合物提供了一种快速的方法，也允许细菌、亲和结合剂和洗脱缓冲液之间的组合具有高度的多样性。总结这里描述的例子令人印象深刻地展示了MCR-R分析平台在仪器生物分析中的广泛应用。因此，各种高度相关的领域都可以受益于生物分析方法的使用，因此必须在未来继续推动其扩展。参考文献[1] Klüpfel, J. Koros, R.C. Dehne, K. Ungerer, M. Würstle, S. Mautner, J. Feuerherd, M. Protzer, U. Hayden, O. Elsner, M. Seidel, M. Automated, flow-based chemiluminescence microarray immunoassay for the rapid multiplex detection of IgG antibodies to SARS-CoV-2 in human serum and plasma (CoVRapid CL-MIA). Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2021, 413, 5619–5632. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03315-6 .[2] Klüpfel, J Paßreiter, S. Weidlein, N. Knopp, M. Ungerer, M. Protzer, U. Knolle, P. Hayden, O. Elsner, M. Seidel, M. Fully automated chemiluminescence microarray analysis platform for rapid and multiplexed SARS-CoV-2 serodiagnostics. Analytical Chemistry, 2022, 94, 6, 2855-2864. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.1c04672 .[3] Wunderlich, A. Torggler, C. Elsaesser, D. Lück, C. Niessner, R. Seidel, M. Rapid quantification method for Legionella pneumophila in surface water. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2016, 408(9), 2203-2213. https://doi.org/10.1007/s00216-016-9362-x .[4] Kunze, A. Dilcher, M. Abd El Wahed, A. Hufert, F. Niessner, R. and Seidel, M. On-chip isothermal nucleic acid amplification on flow-based chemiluminescence microarray analysis platform for the detection of viruses and bacteria. Analytical Chemistry, 2016, 88, 898-905. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b03540 .[5] Kober, C. Niessner, R. Seidel, M. Quantification of viable and non-viable Legionella spp. by heterogeneous asymmetric recombinase polymerase amplification (haRPA) on a flow-based chemiluminescence microarray. Biosensors and Bioelectronics, 2018, 100, 49-55. https://doi.org/10.1016/j.bios.2017.08.053 . 关于作者Michael Seidel德国加钦慕尼黑工业大学水化学研究所分析化学和水化学系主任Michael Seidel在斯图加特大学学习技术生物学，并在图宾根大学获得物理化学博士学位。在Miltenyi Biotec GmbH担任项目负责人后，他在分析化学主席处成立了一个微阵列研究小组，由Reinhard Niessner教授领导。2014年，他以化学发光微阵列为主题，学习分析化学。直到现在，他还是由Martin Elsner教授领导的分析化学和水化学主席“生物分析和微分析系统”小组的负责人。他的研究兴趣在于建立创新的（生物）分析方法和仪器、生物传感器、分析微阵列、超顺磁性纳米颗粒、浓缩和分离方法，以快速或自动分析药物、毒素、生物标记物、蛋白质、病原菌和病毒，或在水质监测、食品分析或体外诊断领域的抗生素抗性基因。原文：Flow-based analytical microarraysQuantitative and qualitative determinations with selective biological probesWiley Analytical Science，2 September 2022供稿：符 斌

图一，量子反常霍尔效应的示意图，拓扑非平庸的能带结构产生具有手征性的边缘态，从而导致量子反常霍尔效应　　 　　图二，理论计算得到的磁性拓扑绝缘体多层膜的能带结构和相应的霍尔电导　　 　　图三，在Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜中测量到的霍尔电阻　　中新社北京3月15日电 (记者 马海燕)北京时间3月15日凌晨，《科学》杂志在线发文，宣布中国科学家领衔的团队首次在实验上发现量子反常霍尔效应。这一发现或将对信息技术进步产生重大影响。　　这一发现由清华大学教授、中国科学院院士薛其坤领衔，清华大学、中国科学院物理所和斯坦福大学的研究人员联合组成的团队历时4年完成。在美国物理学家霍尔1880年发现反常霍尔效应133年后，终于实现了反常霍尔效应的量子化，这一发现是相关领域的重大突破，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。　　由于人们有可能利用量子霍尔效应发展新一代低能耗晶体管和电子学器件，这将克服电脑的发热和能量耗散问题，从而有可能推动信息技术的进步。然而，普通量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场，因此应用起来将非常昂贵和困难。但量子反常霍尔效应的好处在于不需要任何外加磁场，这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。　　美国科学家霍尔分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。1980年，德国科学家冯克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。　　相关链接　　“量子反常霍尔效应”研究获突破　　中国科学网　　由中国科学院物理研究所和清华大学物理系的科研人员组成的联合攻关团队，经过数年不懈探索和艰苦攻关，最近成功实现了“量子反常霍尔效应”。这是国际上该领域的一项重要科学突破，该物理效应从理论研究到实验观测的全过程，都是由我国科学家独立完成。　　量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。它是一种典型的宏观量子效应，是微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的一个完美体现。1980年，德国科学家冯克利青(Klaus von Klitzing)发现了“整数量子霍尔效应”，于1985年获得诺贝尔物理学奖。1982年，美籍华裔物理学家崔琦(Daniel CheeTsui)、美国物理学家施特默(Horst L. Stormer)等发现“分数量子霍尔效应”，不久由美国物理学家劳弗林(Rober B. Laughlin)给出理论解释，三人共同获得1998年诺贝尔物理学奖。在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效应”——不需要外加磁场的量子霍尔效应。　　“量子反常霍尔效应”是多年来该领域的一个非常困难的重大挑战，它与已知的量子霍尔效应具有完全不同的物理本质，是一种全新的量子效应 同时它的实现也更加困难，需要精准的材料设计、制备与调控。1988年，美国物理学家霍尔丹(F. Duncan M. Haldane)提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，但是多年来一直未能找到能实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径。2010年，中科院物理所方忠、戴希带领的团队与张首晟教授等合作，从理论与材料设计上取得了突破，他们提出Cr或Fe磁性离子掺杂的Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3族拓扑绝缘体中存在着特殊的V.Vleck铁磁交换机制，能形成稳定的铁磁绝缘体，是实现量子反常霍尔效应的最佳体系[Science，329, 61(2010)]。他们的计算表明，这种磁性拓扑绝缘体多层膜在一定的厚度和磁交换强度下，即处在“量子反常霍尔效应”态。该理论与材料设计的突破引起了国际上的广泛兴趣，许多世界顶级实验室都争相投入到这场竞争中来，沿着这个思路寻找量子反常霍尔效应。　　在磁性掺杂的拓扑绝缘体材料中实现“量子反常霍尔效应”，对材料生长和输运测量都提出了极高的要求：材料必须具有铁磁长程有序 铁磁交换作用必须足够强以引起能带反转，从而导致拓扑非平庸的带结构 同时体内的载流子浓度必须尽可能地低。最近，中科院物理所何珂、吕力、马旭村、王立莉、方忠、戴希等组成的团队和清华大学物理系薛其坤、张首晟、王亚愚、陈曦、贾金锋等组成的团队合作攻关，在这场国际竞争中显示了雄厚的实力。他们克服了薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关，一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控，利用分子束外延方法生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功地观测到了“量子反常霍尔效应”。该结果于2013年3月14日在Science上在线发表，清华大学和中科院物理所为共同第一作者单位。　　该成果的获得是我国科学家长期积累、协同创新、集体攻关的一个成功典范。前期，团队成员已在拓扑绝缘体研究中取得过一系列的进展，研究成果曾入选2010年中国科学十大进展和中国高校十大科技进展，团队成员还获得了2011年“求是杰出科学家奖”、“求是杰出科技成就集体奖”和“中国科学院杰出科技成就奖”，以及2012年“全球华人物理学会亚洲成就奖”、“陈嘉庚科学奖”等荣誉。该工作得到了中国科学院、科技部、国家自然科学基金委员会和教育部等部门的资助。(中科院物理研究所 作者：薛其坤等)

近日，中科研合肥研究院安光所高晓明研究员团队在静态磁场法拉第旋转光谱研究方面取得新进展，相关研究成果以《基于环形阵列永磁体的法拉第旋转光谱NO2传感器》为题发表在国际TOP期刊Analytical Chemistry上。法拉第旋转光谱（FRS）通过检测沉浸在外部纵向磁场中的气体介质所引起的线偏振光偏振状态的变化，从而实现对基态或上电子态具有磁偶极矩的顺磁性分子的高灵敏度检测。该光谱检测方法对水汽、CO2等抗磁性分子具有天然的免疫力，这使得其表现出高度的样品特异性。同时，由于采用了一对相互接近正交的偏振器极大抑制了激光噪声，法拉第旋转光谱具有非常高的检测灵敏度。目前法拉第旋转光谱信号主要由螺线管线圈产生的交流磁场调制样品吸收线的塞曼分裂而产生。针对正弦电磁场在激发磁光效应时所存在的高功耗、电磁干扰、产生大量焦耳热等缺陷，团队刘锟研究员，博士后曹渊等人提出了一种基于稀土永磁体的静态磁场法拉第旋转光谱传感装置。研究团队将十四个完全相同的环形钕铁硼（NdFeB）永磁体按照非等间距的形式同轴组合，从而在380 毫米长度范围内产生了一个平均磁场强度为346 高斯的外部纵向静态磁场。通过将赫里奥特（Herriott）池与非等间距永磁体阵列同轴配合，极大地增强了线偏振光与样品之间的相互作用。实验以NO2为检测对象，探测了1613.25 cm-1处NO2的ν3基带的Q支光谱特征，在23.7 米的光程范围实现了0.4 ppb的检测极限。本研究工作得到了中国科学院科研装备研制项目、国家自然科学基金、先进激光技术安徽省实验室开放基金、合肥研究院院长基金以及中国博士后面上基金等项目的资助。　　静态磁场法拉第旋转光谱传感装置　　环形阵列永磁体及其纵向磁场分布特性　　法拉第旋转光谱信号及其信噪比与检偏器偏转角度的变化关系

通过对光纤阵列太阳光学望远镜（FASOT）原理样机在2013年加蓬日全食期间取得的观测资料处理和分析，中国科学院云南天文台FASOT团组在弱偏振信号测量方面取得了科学和技术两项关键性进展，为正在研制的第一和第二代FASOT以及未来的大型日冕仪COMPASS打下了坚实的基础。常规获取太阳大气中磁场矢量三维结构精确信息的成功与否很大程度上取决于仪器对弱磁场产生的弱偏振信号的感知（灵敏度）和精确测量（准确度）能力。因此弱偏振信号的灵敏且精准探测成为FASOT的关键技术。法国天文学家Donati等人于1990年(Astronomy and Astrophysics，1990，232，L1)首创了偏振光学开关技术来降低偏振测量噪声。这项技术通过交换由偏振分析器出射的双光束偏振态来最大程度降低影响偏振测量灵敏度和精确度的因素。屈中权等人在2017年（Solar Physics, 2017,292:37）提出了简化偏振光学开关（RPOS）技术方法。它不再需要在常规偏振观测时在每个偏振调制态都进行双光束偏振态互换，只需进行一组可以将望远镜各光路以及此时视宁度等消光信息精确传递下去的偏振光学开关模式的测量，将其与常规偏振观测数据进行交叉对比就可提高偏振测量的灵敏度和准确度。这也确定了新的观测模式以及简化了偏振分析器结构。在12月1日发表的题目为“由日食偏振光谱测量揭示的太阳高层大气的复杂性”论文（the Astrophysical Journal, 2022, 940:150）中，研究人员对5种实现RPOS的方法产生的结果进行了精确度的检验。这一技术不仅克服了传统偏振光学开关的三大缺点（时间分辨率低，存储空间大，结构复杂），还提高了测量的灵敏度和工作效率。通过2013年加蓬日全食观测，FASOT原理样机在国际上首次同时获得同一视场内516-532nm波段中日冕、过渡区和色球发射谱线的辐射强度I和归一化的线偏振光谱Q/I观测资料（见附图）。应用以上技术，分析了这些形成于不同高度的谱线I和Q/I空间和色散方向的分布特征，发现不同谱线线偏振面旋转速率不一致，在不同空间点会产生超过一个量级的偏振大小变化，日冕禁线与其他谱线的偏振存在很大的差别，Q/I轮廓呈现多样性。在对这些现象做出相应的解释之后得出结论：高光谱分辨率和对两条或者以上的谱线同时进行全斯托克斯光谱测量成为日冕磁场矢量测量仪器如COMPASS必备的功能。该工作得到国家基金委国家重大科研仪器研制项目11527804与国家基金委和中国科学院天文联合基金重点项目U1931206支持。论文链接图1.谱线强度和归一化线偏振强度随高度的变化

记者从青海冷湖天文观测基地获悉，世界首台“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（简称AIMS望远镜）已实现核心科学目标——将矢量磁场测量精度提高一个量级，实现了太阳磁场从“间接测量”到“直接测量”的跨越。AIMS望远镜是国家自然科学基金委员会支持的重大仪器专项（部委推荐）项目，落户于平均海拔约4000米的青海省海西蒙古族藏族自治州茫崖市冷湖镇赛什腾山D平台。据了解，经过5个多月的前期调试观测，目前望远镜技术指标已满足任务书要求，进入验收准备阶段。中国科学院国家天文台怀柔太阳观测基地总工程师王东光介绍，科学数据分析表明，AIMS望远镜首次以优于10高斯量级的精度开展太阳矢量磁场精确测量。“这意味着AIMS望远镜利用超窄带傅立叶光谱仪，在中红外波段实现了直接测量塞曼裂距得到太阳磁场强度的预期目标，突破了太阳磁场测量百年历史中的瓶颈问题，实现了太阳磁场从‘间接测量’到‘直接测量’的跨越。”王东光说，“塞曼裂距与波长的平方成正比，在AIMS望远镜之前，太阳磁场多在可见光或近红外波段观测，由于裂距很小，观测仪器很难分辨。AIMS望远镜的工作波长为12.3微米，在同等磁场强度下，塞曼裂距增加几百倍，使得‘直接测量’成为可能。”  这是2023年4月8日拍摄的AIMS主体结构。新华社记者顾玲 摄AIMS望远镜是国际上第一台专用于中红外太阳磁场观测的设备，将揭开太阳在中红外波段的神秘面纱。“通过消除杂散光的光学设计和真空制冷等技术，我们解决了该波段红外太阳观测面临的环境背景噪声高、探测器性能下降等难题。”中科院国家天文台高级工程师冯志伟介绍，红外成像终端由红外光学、焦平面阵列探测器和真空制冷三个系统组成，包括探测器芯片在内的所有部件均为国产。该终端系统主要用于8至10微米波段太阳单色成像观测，从而研究太阳剧烈爆发过程中的物质和能量转移机制。此外，AIMS望远镜也实现了中红外太阳磁场测量相关技术和方法的突破，在国内首次实现中红外太阳望远镜系统级偏振性能补偿与定标，“望远系统在中国天文观测中首次采用离轴光学系统设计，焦面科学仪器除8至10微米的红外单色像外，还配备了国际领先的高光谱分辨率红外成像光谱仪和偏振测量系统。”王东光介绍，AIMS望远镜的研制，除了在太阳磁场精确测量方面起到引领作用外，也可在中红外这一目前所知不多的波段上寻找新的科学机遇。　　AIMS望远镜科研团队成员正在观看电脑屏幕显示出分裂的光谱。（受访者供图）据介绍，AIMS望远镜旨在通过提供更精确的太阳磁场和中红外成像、光谱观测数据，研究太阳磁场活动中磁能的产生、积累、触发和能量释放机制，研究耀斑等剧烈爆发过程中物质和能量的转移过程，有望取得突破性的太阳物理研究成果。

尊敬的各位老师、朋友们，令分析界心潮澎湃的上海慕尼黑生化分析展已接近尾声，让我们一同再次聚焦E5-5710展位，看看今天新闻速报吧。 本次展会澳维隆重推出的新品：阵列甲酯化仪，是基于客户痛点的创新性产品，绝对C位亮相。这款产品是严格按照《GB5009.168-2016食品中脂肪酸的测定》分析标准的要求研制的样品水解、脂肪皂化、脂肪酸甲酯化等功能于一体的专用仪器。 同时，“同洲维普”品牌T系列微型台式冷水机也大受欢迎，伴随着冷水机行业的不断发展，我们的冷水机也在不断的优化、迭代、升级，产品整体外观越做越小，外观简约、精美，功能效率也越来越高。3天时间虽然短暂，但是收获颇丰。北京澳维仪器基于客户痛点的创新思路得到老师们的高度认可，澳维将继续努力为实验室设备领域研发更多新产品，持续优化实验室用户体验。再次感谢莅临展位以及关注北京澳维仪器的所有老师、朋友们，让我们下次盛会不见不散。阵列甲酯化仪产品介绍： 阵列甲酯化仪是严格按照《GB5009.168-2016食品中脂肪酸的测定》分析标准的要求研制的样品水解、脂肪皂化、脂肪酸甲酯化等功能于一体的专用仪器。阵列甲酯化仪可以同时处理6个样品，玻璃冷凝回流器及样品瓶可以自动升起降落，便于更换样品。间歇磁力搅拌可轻松完成样品水解。阵列甲酯化仪不仅拥有加热水浴，同时还搭载冷水浴，可以快速对处理完毕的样品进行快速降温，充分满足标准“迅速冷却至室温”的要求。主要特点： 间歇搅拌——样品水解更轻松 冷热双浴——标准要求更符合 智能升降——样品装卸更简单 中部加液——操作高度更适合 集成管路——实验室更整洁制冷冷却液循环机——冷水机产品介绍： 自主研发、生产、销售制冷冷却液循环机，制冷加热高低温循环设备，新能源（EV）测温温控系统，工业制冷循环设备，冷水气源一体机等产品，为客户最大化提升设备使用价值。 持续保持国家级高新技术企业认定，ISO9001质量管理体系保持研发、生产和管理过程严格高效，产品已广泛服务于全球40多个国家和地区的工厂及实验室。

近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心田明亮课题组利用磁输运方法，在本征反铁磁拓扑绝缘体MnBi2Te4中发现体态轨道磁矩产生的四重对称性的平面霍尔效应。相关研究成果发表在Nano Letters上 。　　当前，拓扑量子材料由于其独特的性能，在未来低功耗量子自旋器件中颇具应用价值，是相关领域的研究热点。在拓扑材料中，贝里曲率和轨道磁矩是两个基本的赝矢量，对材料物性产生重要影响。轨道磁矩在谷电子学和手性磁效应中具有重要作用，而相比贝里曲率研究，关于轨道磁矩相关新奇物性的研究较少。近年来，本征反铁磁拓扑绝缘体MnBi2Te4受到广泛关注。这个体系具有丰富的物性，如量子反常霍尔效应、拓扑轴子态等，并为探讨轨道磁矩和贝里曲率对量子输运现象的影响提供了良好的平台。　　科研人员利用微纳加工技术，制备出基于MnBi2Te4纳米片的Hall-bar器件，通过平面霍尔效应的测量，探究了贝里曲率和轨道磁矩对输运现象的影响。实验发现，在低温下弱磁场（B 7T）下，平面霍尔效应表现出二重对称性且电阻各项异性大于零。分析显示，这种π周期的平面霍尔效应可归因于无能隙的拓扑表面态。而当体系进入极化铁磁态时（B 10T），平面霍尔效应的周期从π转变成π/2，同时幅值由正变为负。为了阐明π/2周期的物理机制，研究人员进行理论计算。计算结果表明，π/2周期的平面霍尔效应来源于体态Dirac电子的拓扑轨道磁矩，且理论结果与实验结果完全吻合。进一步实验发现，随着温度升高，由于体态和表面态的竞争，平面霍尔效应发生非平庸演化。该研究揭示了轨道磁矩诱导的新颖电磁效应，也为磁性拓扑材料在低功耗自旋电子学中的应用提供了指引。　　研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、强磁场安徽省实验室等的支持。　　论文链接

近年来，磁性斯格明子受到了广泛的关注。这些拓扑保护的非共线磁性自旋结构纳米粒子稳定在反转对称破坏的磁性化合物中，是手性洛辛斯基-莫里亚相互作用(DMI)以及铁磁交换相互作用的结果。为广泛研究的自旋结构先是在单晶和外延薄膜中非中心对称B20化合物中观察到的类布洛赫斯格明子，其次是在超薄铁磁层和重金属层形成的薄膜异质结构中的斯格明子。对非共线自旋结构的观察很多都是利用从晶体中提取的薄片进行的。磁性纳米粒子，即反斯格明子和布洛赫斯格明子，已被发现同时存在于由具有二维对称的反四方赫斯勒化合物形成的单晶片层中。然而，制作四方赫斯勒化合物的薄膜以及在其中的自旋结构测量仍然具有挑战性。图1. 100K温度MFM成像研究35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米磁性结构的演化 通过各种直接成像技术可以在真实空间中观察到斯格明子。近期，德国科学家Parkin等人使用低温强磁场磁力显微镜(MFM)成像来研究[001]取向的Mn2RhSn薄膜中的磁性结构。图1展示了在100K下随磁场增加而变化的典型MFM结果。为了进一步研究Mn2RhSn薄膜中观察到的纳米物体的稳定性，在矢量磁场存在下对35 nm厚的薄膜进行了MFM测量（图2）。图2 ：200K温度下，35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米粒子在矢量磁场中的稳定性科学家在很大的温度范围内(从2k到280K)和磁场的作用下观察磁性纳米物体，从研究结果可知，形成不同的椭圆和圆形的大小孤立粒子取决于场和温度（图3）。此外，借助于由MFM产生的局部磁场梯度，科学家还演示了这些纳米粒子的产生和湮灭（图4）。图3. 35 nm厚Mn2RhSn薄膜中, MFM研究不同温度下的纳米粒子， 图a-f分别是5K， 50K, 100K, 150K, 200K, 250K温度下MFM成像数据 图4. 基于MFM显微探针技术控制35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米粒子的产生和湮灭综上所述，由磁控溅射形成的Mn2RhSn外延薄膜中存在磁性纳米粒子。类似于单晶薄片，这些纳米粒子在广泛的尺寸范围内以及在磁场和温度下都具有稳定性。然而，纳米粒子并没有形成明确定向的阵列，也没有任何证据发现螺旋自旋结构，这可能是薄膜中化学顺序均匀性较差导致的结果。然而，在外延薄膜中发现了沿垂直晶体方向的椭圆扭曲纳米粒子，这与在单晶片中观察到的椭圆布洛赫斯格明子一致。因此，这些测量结果为Mn2RhSn薄膜中非共线自旋结构的形成提供了强有力的证据。实验结果表明，在这些薄膜中，可以利用磁性的局部磁场来删除单个纳米物体，也可以写出纳米粒子的集合。 低温强磁场原子力/磁力显微镜attoAFM/MFM I主要技术特点：温度范围：1.8K ..300 K磁场范围：0...9T (取决于磁体, 可选12T，9T-3T矢量磁体等)工作模式：AFM（接触式与非接触式）, MFM样品定位范围：5×5×4.8 mm3扫描范围: 50×50 μm2@300 K, 30×30 μm2@4 K 商业化探针可升PFM, ct-AFM, CFM，cryoRAMAN, atto3DR等功能 图5. 低温强磁场原子力磁力显微镜以及attoDRY2100低温恒温器 参考文献：[1]. Parkin et al, Nanoscale Noncollinear Spin Textures in Thin Films of a D2d Heusler Compound，Adv. Mater. 2021, 33, 2101323.

中国科学技术部国家遥感中心最新消息：平方公里阵列天文台(SKAO)理事会近日召开第三次会议，批准于7月1日启动国际大科学工程——平方公里阵列射电望远镜(SKA)建设工作，SKA由此正式步入建设阶段。　　据介绍，SKA由政府间国际组织SKAO负责建设运行。SKAO总部设在英国，台址分设在南非和澳大利亚，正式成员目前有澳大利亚、中国、意大利、荷兰、葡萄牙、南非、英国7个国家，另有加拿大、法国、德国、印度、日本、韩国、西班牙、瑞典、瑞士9个国家以观察员身份参与SKAO工作。　　SKA是国际天文界计划建造并运行50年的世界最大综合孔径阵列射电望远镜，比目前最大的阵列射电望远镜灵敏度提高约100倍、搜寻速度提高约1万倍。天文专家表示，SKA建成运行后，将有机会揭示宇宙最基本的重大科学问题，特别是第一代天体如何形成、星系形成与演化、暗能量性质、宇宙磁场、引力本质、生命分子与地外文明等，其中任何一个问题的突破，都将是自然科学的重大变革。　　在前期建设准备阶段，全球约20个国家的100多家科研院所参与了SKA的设计研发工作。作为SKA的重要参与方，中国与来自澳大利亚、意大利、南非、英国、加拿大等国优势科研机构联合，共同参与建设准备阶段7个国际工作包联盟的工程设计研发工作。　　科技部国家遥感中心表示，经过多年技术攻关，中国研发团队提出了SKA第一阶段反射面天线、信号与数据传输等工作包的设计方案并被采纳，于2017年当选SKA反射面天线国际工作包联盟主席，主持核心技术研发，完成首台反射面天线样机建设。

【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

1月6日，《自然》杂志以封面文章形式发表了被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）的最新成果。在该成果中，中国科学院国家天文台研究员李菂等领导的国际合作团队，通过FAST平台，采用原创的中性氢窄线自吸收方法，首次获得原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果。研究发现，星际介质具有连贯性的磁场结构，异于标准模型预测，为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。《中国科学报》了解到，这是FAST产出的系列重大成果之一。自2020年1月11日通过国家验收至今，FAST已运行近两周年。基于超高灵敏度的明显优势，它已成为中低频射电天文领域的观天利器。《自然》杂志封面 中国科学院国家天文台供图又一重磅，挑战星际磁场标准模型磁场在恒星、行星和生命的产生中发挥着重要作用，过程复杂。“磁通量问题”是恒星形成经典三大问题之一，分子云的星际磁场强度测量是全球天文界的共同挑战。恒星诞生于分子云中，分子云中的致密区域发生塌缩，最终形成恒星。恒星磁场的标准模型认为，在恒星形成过程中，磁场和重力是相互抗衡的力量，在分子云密度高的地方，重力越大，磁场也越强。按照这一模型，重力和磁场不断拉扯，以至于恒星形成需要上千万年。测量分子云的星际磁场强度并不是件容易的事。目前，可用于测量磁场强度的唯一手段就是“塞曼效应”。1896年，荷兰物理学家塞曼发现，把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线会分裂成几条偏振化的谱线。根据光谱的变化，科学家就可以反推出磁场的强度。但是，探测分子云的塞曼效应难度很大。“分子和磁场的作用普遍非常弱，塞曼效应也非常弱。”李菂说。为更好地测量出星际磁场，李菂团队另辟蹊径，原创出一种通过测量氢原子的谱线来测量星际磁场的方法——中性氢窄线自吸收方法。“原子对磁场的响应会比分子强。氢原子是宇宙中丰度最高的元素，广泛存在于宇宙的不同时期，也是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。”李菂说。FAST为李菂等人提出的新方法创造了应用的机会。“FAST是探测暗弱中性氢源的利器。”李菂说。通过FAST，研究人员测量了L1544分子云包层的磁场强度，首次实现了原创的中性氢窄线自吸收方法塞曼效应的探测，也实现了利用原子辐射手段来探测分子云磁场的“从0到1”的突破。研究人员发现，与标准模型的预测结果不同，星际介质从恒星外围的冷中性气体到原恒星核，具有基本一致、连贯性的磁场结构。“由此，我们将恒星形成的时间从上千万年减少到百万年。”李菂说。这一研究成果引起了国际学者的关注。未参与此项研究的美国伊利诺伊大学教授理查德克鲁切尔评价：“通过观测中性氢窄线自吸收的塞曼效应，FAST首次揭示了在恒星形成的早期阶段，磁压不足以阻止引力收缩，这与恒星形成的标准理论不一致。这一发现对于理解恒星形成的天体物理过程至关重要，并显示了FAST在解决重大天体物理问题方面的潜力。”运行两年，FAST产出一系列大成果从2020年1月11日通过国家验收至今，两年来，FAST好消息频传。仅2021年，FAST就产出了不少重要成果。2021年10月14日，《自然》发表了FAST获得迄今最大快速射电暴爆发事件样本的成果。快速射电暴（FRB）是宇宙中最明亮射电爆发现象，由于起源未知，它成为天文学研究的热点。国家天文台科研人员领导的国际合作团队，利用FAST对快速射电暴FRB121102进行观测，在约50天内探测到1652次爆发事件，获得迄今为止最大的快速射电暴爆发事件样本，超过此前本领域所有文章发表的爆发事件总和。这一成果还首次揭示出快速射电暴爆发率的完整能谱及其双峰结构。“FAST多科学目标巡天已经发现至少6例新快速射电暴，为揭示这一宇宙中神秘现象的机制、推进这一天文学全新领域的发展作出独特的贡献。”国家天文台副研究员王培说。2021年5月，《天文和天体物理学研究》发表了FAST持续发现毫秒脉冲星的成果。发现脉冲星是国际大型射电望远镜观测的主要科学目标之一，国家天文台研究员韩金林领导的FAST重大优先项目“银道面脉冲星快照巡天”在不到两年时间内，累计观测了约620个机时，完成了计划搜寻天区的8%。澳大利亚科学院院士曼彻斯特评价：“发现这么多脉冲星令人印象深刻”“发现如此众多毫秒脉冲星是一个显著的成就”。“截至目前，该项目新发现279颗脉冲星，其中65个为毫秒脉冲星，在双星系统中的有22颗。”韩金林说。2021年12月，《中国科学》以封面及编辑点评文章形式发表了FAST开展多波段合作观测的成果。在这项成果中，国家天文台科研人员领导的国际合作团队，将FAST与高能波段的重要空间天文设施——费米伽马射线天文台大视场望远镜（Fermi-LAT）相结合，进行天地一体化协同和后随观测，发现了多颗脉冲星。多波段合作观测不仅开启了FAST脉冲星搜索新方向，而且打开了研究脉冲星电磁辐射机制的新途径，为研究中子星星族演化和探测引力波提供了更多样本。面向未来，观天利器正摩拳擦掌FAST频繁产出大成果，与其运行效率和观测质量密不可分。“一年来，中科院深入贯彻落实习总书记重要指示精神，全力做好FAST的开放运行和科学研究工作，在第一时间就成立了FAST科学委员会、时间分配委员会、用户委员会，统筹规划科技方向，遴选重大项目，制定数据开放的政策，充分发挥FAST的科技效果，促进重大科技成果产出。”中科院副院长、党组成员周琪院士说。在体制机制的保障下，2021年，FAST的年观测时长超过5300小时，已远超国际同行预期的工作效率，为FAST科学产出起到重要支撑作用。“2021年，FAST一半的机时用于优先和重大科学项目，45%的时间用于自由申请的项目，10%的时间用于国际开放项目，5%的时间用于应急观测。”中科院院士、国家天文台研究员武向平说，“FAST正在考虑面向全国中小学生开放1%的观测时间，目前相关申请、遴选方法仍在讨论之中。”他介绍，FAST的优先科学目标包括研究快速射电暴的物理机制、搜寻脉冲星、利用脉冲星测时阵列探测引力波、通过21厘米中性氢辐射探测星系和宇宙大尺度结构。此外，FAST的另一使命是寻找地外文明，包括寻找第二地球、截获外星人通信以及寻找生命分子。2021年3月31日，FAST正式向全球开放共享，向天文学家征集观测申请。此次征集收到来自不同国家共7216小时的观测申请，最终14个国家（不含中国）的27份国际项目获得批准，并于2021年8月启动科学观测。“中国射电望远镜发展坚持走‘独立自主’与‘国际合作’的道路。”武向平说。关于未来，武向平表示，FAST将在快速射电暴起源与物理机制、中性氢宇宙研究、脉冲星搜寻与物理研究、脉冲星测时与低频引力波探测等方向，产出深化人类对宇宙认知的科学成果。相关论文信息：https://www.raa-journal.org/raa/index.php/raa/article/view/4877/6013https://doi.org/10.1038/s41586-021-04159-xhttps://doi.org/10.1038/s41586-021-03878-5https://doi.org/10.1007/s11433-021-1757-5

据英国《自然》杂志网站近日报道，韩国首个月球探测器“达努里”（Danuri）将于当地时间8月2日在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空间站，搭载美国太空探索技术公司（SpaceX）公司的“猎鹰9”号火箭升空，计划于12月中旬到达目的地，并在轨运行一年，以探索包括磁场在内的月球多方面的特征。 “达努里”被韩国官方称为“韩国探路者月球轨道器”，历时6年建造完成，耗资2370亿韩元（1.8亿美元），研究人员希望它能揭示月球各方面，从古老的磁场到洒落在其表面的尘埃，还希望其能在月球极地附近永久寒冷黑暗的地区找到隐藏的水源和冰，为韩国到2030年实现更宏伟的登月计划铺平道路。 “达努里”将于8月2日升空，发射后一小时内，这个678公斤重的航天器将与火箭分离，韩国航空航天研究所（KARI）将展开航天器的太阳能电池板并部署天线。 “达努里”将携带5种科学仪器，最令人兴奋的是“偏振相机”（PolCam），它将是月球轨道上第一台使用偏振光绘制月球表面纹理的相机。通过捕捉从月球表面反射的光，PolCam将能够揭示月球表面上灰尘和岩石颗粒的大小和密度等特征，有助于研究人员研究不寻常物体，如月球上的微小多孔尘埃塔等，这些结构无法在地球上复制。 美国国家航空航天局（NASA）提供的“阴影相机”（ShadowCam）将拍摄月球上永久阴影区域的图像，了解这些地区的地形，并确定可能是冰沉积的较亮地区，将能为未来的着陆任务提供更多信息，以更好地揭示这一地区的历史。 月球表面显示出高磁性区域，这表明在过去数亿年里，月球内核产生了一个几乎与地球磁场一样强大的磁场。但与地球相比，月球内核要小得多，且与表面的距离也要远得多，为什么月球的内核能产生这么大的磁场？“达努里”上的磁力计（KMAG）收集的数据或能提供答案。 “达努里”探测器将使用多种科学仪器探测月球的磁场等性质。图片来源：NASA官网

日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源：东京大学研究团队

二极管阵列检测器——从现象到本质看木犀草素沈国滨 施磊 金燕 01紫外检测器的进阶版本——二极管阵列检测器(Diode Array Detector, DAD)紫外检测器(Ultraviolet Detector, UV)是目前HPLC应用最广泛的检测器，其工作原理是朗伯-比尔定律。紫外检测要求被检测样品组分具有紫外吸收，通常选择在被分析物有最大吸收的波长处进行检测，以获得最大灵敏度和抗干扰能力。可惜这会导致其它组分在该通道下的吸收变弱甚至无紫外吸收。因此，单通道紫外检测器在对目标化合物，特别是未知化合物进行纯度及定量分析时，结果可能会产生严重的偏差。图1 朗伯-比尔定律（A=lg(1/T)=Klc） 二极管阵列检测器(Diode Array Detector, DAD)是一种新型的光吸收检测器，它采用光电二极管阵列作为检测元件，形成多通道并行工作，可对光栅分离的所有波长的光信号进行检测，从而迅速决定具有最佳选择性和灵敏度的波长。可得任意波长的色谱图及任意时间的光谱图，具有色谱峰纯度鉴定、光谱图检索等功能，为定性、定量分析提供更丰富的信息。图2 二极管阵列检测器 02 DAD在天然产物构型变化监测时的妙用独一味（学名：Lamiophlomis rotata）是唇形科独一味属植物，有活血祛瘀，消肿止痛的功效，是青藏高原特有的一种重要药用植物。木犀草素是独一味叶中的主要成分 (Luteolin, CAS No. 491-70-3 )，是一种天然弱酸性的黄酮类化合物。木犀草素具有抗炎、抗过敏等作用，可用于治疗COPD、支气管哮喘以及慢性咽炎、变应性鼻炎等引起的慢性咳嗽。图3 木犀草素结构式本文基于赛默飞液相色谱系统和二极管阵列检测器，开发了一种可用于检测中药独一味胶囊提取液中木犀草素含量的方法。通过DAD检测器不仅可以实现定量分析，也可以用于色谱峰的定性分析。同时利用DAD全波长扫描的结果以证实木犀草素在流动相pH变化时会发生最大吸收波长红移，从而影响其在C18色谱中的保留等现象进行解释。 03 实验部分色谱条件流动相pH值对色谱行为的影响图4 流动相不同pH对于保留时间和吸收波长的影响 实验结合文献表明木犀草素对于流动相的pH敏感，依据计算模拟表明木犀草素的pKa 为 6.5±0.4。即在中性时，部分木犀草素可能以极性较强的离子形式存在，保留较弱；当调节pH为酸性时，抑制了电离，使得该分子以分子形式存在。借助二极管阵列检测器（DAD），可以实现全波长扫描，可以获得更全面的紫外光谱信息。木犀草素的紫外吸收波谱也对流动相的pH敏感，不仅保留时间产生了较大的差异，且随着碱性增强，最大吸收波长产生红移。表明该物质会在不同pH条件下产生不同的构象，且构象的变化会引起共轭结构的变化。 样品分析结果图5 标准品与样品对照色谱图（蓝色：标准品，黑色：样品） 图6 样品DAD三维色谱图（插图：8.640分钟的紫外吸收光谱图） 木犀草素保留良好，色谱峰形对称，无杂质干扰，可用于定性和定量分析。在0.3~100 μM 的范围内线性良好，相关系数R2达0.9999。进样精密度良好，标准品和样品的保留时间RSD均小于为0.2 %，峰面积RSD均小于为0.9 %。根据分析标准品保留时间的紫外吸收光谱，可见样品中对应色谱峰的最大吸收波长与木犀草素一致，推断该物质为木犀草素。根据校正曲线计算可得独一味胶囊提取液中木犀草素的摩尔浓度为27.4 μM。通过在样品中加入已知浓度的标准品来判断方法的准确性，该方法的回收率在95.9~103.0%之间。 04 结论本文基于赛默飞液相系统和二极管阵列检测器，开发了一种可用于检测中药独一味胶囊提取液中木犀草素含量的方法。通过DAD检测器不仅可以实现定量分析，也可以用于色谱峰的定性分析。利用DAD全波长扫描结合其它有关计算，验证了木犀草素在不同pH条件下最大吸收波长产生了红移，从而影响其在C18色谱中的保留。本文报道的方法能为极性小分子检测方法的开发提供定性和定量分析实验基础，为阐明色谱柱中的保留机理提供了理论依据，凸出了全波长扫描DAD检测器在分析物质变化过程和监测反应过程时的优势。