磁热效应直接测量测仪

随着电子、热电和计算机技术已经小型化到纳米级，工程师们面临着研究相关材料基本特性的挑战。在许多情况下，研究目标太小而无法用光学仪器观察。加州大学欧文分校、麻省理工学院和其他机构的一组研究人员利用尖端电子显微镜和新技术，找到了一种以原子分辨率绘制声子（晶格中的振动）的方法，从而实现更深入地理解热通过量子点传播的方式，设计电子元件中的纳米结构。为了研究声子如何被晶体中的缺陷和界面散射，研究人员使用透射电子显微镜中的振动电子能量损失光谱法探测了靠近硅锗单量子点的声子动态行为，该设备位于欧文材料研究所在UCI校园内。该项目的成果近日发表在《自然》杂志。“我们开发了一种新技术，以原子分辨率差分映射声子动量，这使我们能够观察仅存在于界面附近的非平衡声子，”共同作者，UCI 材料科学与工程和物理学教授、Henry Samueli 工程学院讲席教授、IMRI 主任Xiaoqing Pan说。 “这项工作标志着该领域的一项重大进展，因为这是我们第一次能够提供直接证据，证明漫反射和镜面反射之间的相互作用在很大程度上取决于具体的原子结构。”据Xiaoqing Pan所述，在原子尺度上，热量在固体材料中传输，因为当热量远离热源时，原子波会从其平衡位置移位。在具有有序原子结构的晶体中，这些波被称为声子：原子位移的波包，其携带的热能等于它们的振动频率。该团队使用硅和锗的合金，能够研究声子在量子点的无序环境、在量子点与周围硅之间的界面以及在量子点纳米结构的圆顶形表面周围行为表现。“我们发现SiGe合金呈现出一种成分无序的结构，阻碍了声子的有效传播，”Xiaoqing Pan说。 “由于硅原子在各自的纯结构中比锗原子更靠近，因此合金稍微拉伸了硅原子。由于这种应变，UCI 团队发现由于纳米结构内设计的应变和合金化效应，量子点中的声子正在软化。”Xiaoqing Pan补充说，软化的声子能量更少，这意味着每个声子携带的热量更少，从而降低了热导率。振动的软化是热电设备阻碍热量流动的众多机制之一。该项目的主要成果之一是开发了一种，用于绘制材料中热载体的方向的新技术。 “这类似于计算有多少声子上升或下降，然后计算差异，证明它们的主要传播方向，”他说。 “这项技术使我们能够映射声子从界面的反射。”电子工程师已经成功地将电子设备中的结构和组件小型化到这样的程度，因此它们现在已经下降到十亿分之一米的数量级，远小于可见光的波长，所以这些结构对光学技术来说是不可见的。“纳米工程的进步已经超过了电子显微镜和光谱学的进步，但通过这项研究，我们正在开始追赶的过程，”共同作者，Xiaoqing Pan小组的UCI 研究生 Chaitanya Gadre 说。一个可能从这项研究中受益的领域是热电学——将热能转化为电能的材料系统。 “热电技术的开发人员努力设计阻碍热传输或促进电荷流动的材料，以及如何通过嵌入的固体传输热量的原子级知识，因为它们通常带有故障、缺陷和缺陷，将有助于这一探索”共同作者、UCI 物理学和天文学教授Ruqian Wu说。“人类活动产生的能量中有 70% 以上是热量，因此我们必须找到一种方法将其回收成可用的形式，最好是电力，来满足人类日益增长的能源需求。”潘说。参与这项由美国能源部基础能源科学办公室和美国国家科学基金会资助的研究项目的还有麻省理工学院机械工程系教授Gang Chen；台湾国立中央大学材料科学与工程系教授Sheng-Wei Lee，和UCI材料科学与工程博士后研究员Xingxu Yan。关于加州大学欧文分校（the University of California, Irvine，UCI）：UCI 成立于 1965 年，是久负盛名的美国大学协会中最年轻的成员，被U.S. News & World Report评为全美排名前 10 的公立大学。该校区培养了五位诺贝尔奖获得者，以其学术成就、最早的研究、创新和食蚁兽吉祥物而闻名。在校长Howard Gillman的带领下，UCI 拥有 36,000 多名学生，并提供 224 个学位课程。它位于世界上最安全、最具经济活力的社区之一，是奥兰治县的第二大雇主，每年为当地经济贡献70亿美元，在全州范围内贡献80亿美元。

“我们开创了受激拉曼光热成像[1]这个全新的方向，这是化学成像领域的一个新突破，这项技术未来一定会发展成为能够被广泛应用的产品。”美国波士顿大学程继新教授如是说。图丨程继新（来源：程继新）在这次研究中，程继新团队利用一种新的物理机制，即受激拉曼本质上是一个化学键振动吸收过程，吸收的能量变成热形成焦点局部升温，升温改变焦点周围样品的折射率。由此，他们开发出受激拉曼光热（Stimulated Raman Photothermal，SRP）显微镜。该技术突破了此前受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）成像的检测极限，将调制深度提高了 500 倍，极高的调制深度为更高灵敏度的检测奠定了基础。那么，与 SRS 相比，SRP 有哪些不同呢？具体来说，SRS 显微镜直接测量光被吸收后强度的变化，并提供光谱和空间信息；而 SRP 显微镜则是测量由样品热膨胀引起的光散射或由热透镜引起的折射，观察样品本身的温度、折射率等变化，进而提供光谱和空间信息。化学成像技术能够“追踪”细胞中的分子信息，但该领域最大的瓶颈之一是灵敏度。SRS 显微镜在揭示复杂系统中的分子结构、动力学和耦合方面显示出巨大的潜力。然而，由于其较小的调制深度和脉冲激光的散粒噪声，SRS 的灵敏度难以突破毫摩尔级，这导致其无法对低浓度分子的观察及对相关信息的追踪。此外，不可忽视的是，在使用 SRS 成像时，研究人员必须使用高倍物镜来收集信号。如果想得到高分辨成像，就必须将两个高倍物镜挤在一起，这在操作上带来极大的不便。而 SRP 的优势在于操作简单、方便，只需要低倍物镜就能够测量相关信号，且检测物镜和样品之间可以保持一定的距离。由于 SRP 显微镜非常灵敏，可以通过它观测不同的分子、不同的化学键，填补了该领域的数据空白。该技术有望应用于环境科学、材料科学、生命科学等领域，例如环境中微塑料检测、绘画作品成份分析、病毒单颗粒谱学、单细胞和生物组织成像等。一次“因祸得福”的聚会开启了一个新方向该技术背后的科研故事要从一次“因祸得福”的聚会说起。2021 年，在程继新 50 岁生日时，举办了一次课题组聚会，其中的主题之一是篮球比赛。组内成员博士研究生朱一凡在运动时不小心受伤了，因此需要在家休养 2 个月。于是，程教授交给他一个计算方面的任务：在受激拉曼散射成像时，聚焦焦点的温度变化具体是多少？根据朱一凡的模拟结果，在大概 10 微秒的时间里，相关温度上升了 2 至 3 摄氏度，这个结果很快引起了程教授的高度关注。“这个范围的瞬态温度变化不会损害细胞。于是，我们开始探索拉曼效应用于光热显微镜这个全新的方向。”程继新说。图丨SRP 显微镜设计（来源：Science Advances）从计算方面确定了温度升高的数据，那么，如何在实验上证实温度升高呢？研究人员想到，可以用对温度很敏感的荧光染料来做温度计。具体来说，把荧光染料加入样品，在受激拉曼激发的同时进行荧光测量。实验结果证明荧光强度呈下降趋势，以此在实验上确认了受激拉曼导致的温度升高（如下图）。图丨受激拉曼光热效应的理论模拟和实验观察（来源：Science Advances）但是，荧光测试是有标记的测量，而他们更想通过无标记（label-free）的方式测量光热信号。于是，研究人员用“第三束光”测折射率的变化，可以在纯液体中得到同样的信息，而且这种做法不受脉冲激光噪音的影响。最终，他们突破了此前 SRS 成像的检测极限，将调制深度提高 500 倍。组内成员博士研究生殷嘉泽以中红外光热显微镜（Mid-infrared photothermal microscopy）为主要研究方向，于 2021 年发展了一种新方法，用快速模数转换直接提取光热信号[2]。该方法同样适用于 SRP 显微镜，从而有效地提高了其检测灵敏度。图丨生物样品在水溶液环境中的 SRP 成像（来源：Science Advances）此外，组内成员博士研究生戈孝伟为本次开发 SRP 显微镜提供了 SRS 的实验基础。由此可见，研究是一个逐渐积累的过程，并需要团队成员发挥各自的优势，这充分体现了“众人能移万座山”的精神。图 丨相关论文（来源：Science Advances）近日，相关论文以《受激拉曼光热显微镜实现超灵敏化学成像》（Stimulated Raman photothermal microscopy toward ultrasensitive chemical imaging）为题发表在 Science Advances [1]。波士顿大学博士研究生朱一凡为该论文第一作者，程继新教授为论文通讯作者。16 年磨一剑1999 年，程继新在香港科技大学从事第一个博士后研究，他选择了一个技术较为成熟的研究方向——超快光谱学（ultrafast spectroscopy）。同年，诺贝尔化学奖颁予飞秒时间分辨的超快光谱学技术。2000 年，他加入国际单分子生物物理化学的奠基人之一、哈佛大学谢晓亮教授（现北京大学李兆基讲席教授）课题组，从事第二个博士后研究。在那里，程继新和其他同事开发了可实现高速振动光谱成像的相干反斯托克斯拉曼散射（coherent anti-Stokes Raman scattering，CARS）显微镜。2014 年，诺贝尔化学奖颁予超分辨率荧光显微技术。但是，荧光显微镜不能解决生物成像领域中所有的问题，例如，荧光染料标记会改变胆固醇、氨基酸等小分子的生物功能。因此，生命科学需要无荧光染料标记的分子成像技术。程继新表示，“选键成像很好地解决了分子选择性的问题，其不仅能看到各种分子，又不需要对分子进行荧光染料标记。”梦想很美好，现实却充满挑战。能不能通过发明新技术，去做荧光显微镜做不到事情？“继新”人如其名，从学生时代就喜欢啃“硬骨头”的他，继续探索。博士后研究工作结束后，程继新于 2003 年来到美国普渡大学任教，在那里，他将分子光谱学与生物医学工程融合，致力于化学成像这一新兴领域。2007 年，该课题组报道了一个有趣的发现：由于受激拉曼增益和损耗，一部分能量从光子转移到分子[3]。因为脉冲式的能量吸收可以产生声波，该发现促使其团队开发出受激拉曼光声显微镜（stimulated Raman photoacoustic microscope）。然而，由于当时的光声测量不是很灵敏，他们没测到受激拉曼光声信号。幸运的是，在一个意外的实验中，他们发现了基于泛频激发的光声信号[4]，并开发了检测血管内壁胆固醇的振动光声内窥镜。图丨中红外光热选键成像的原理（左）及产品展示图（右）（来源：程继新）为寻找增强化学键成像信号的方法，他们再次调整研究方向。通过“thinking out of the Raman box”，开启了中红外高分辨光热成像这一全新的方向。由于分子振动吸收的能量在皮秒的时间尺度上全部转化为热能，程继新意识到，光热效应可以用来“看”细胞里的化学键。2016 年，他们报道了高灵敏度中红外光热显微镜 (Mid-infrared photothermal microscope)，突破性地实现中红外超分辨三维动态成像。通过用可见光来测量光热效应，该技术能够以亚微米分辨率“看见”活细胞中的化学组分，首次使单细胞红外显微成像成为可能[5]。2017 年，程继新加入波士顿大学担任光学中心的 Moustakas 光学及光电子学讲席教授。他的团队致力于精准医学光子学技术的研发，研究覆盖了化学成像、神经调控、光学杀菌等三个方向。其课题组在全球首次通过光声信号来刺激、调节神经细胞（如下图）。最近，他们设计了一种用于无创神经刺激的高精度（0.1 毫米）光致超声器件，并在小鼠模型成功验证，第一次利用非遗传途径进行超高精度的无创神经调节[6]。此外，他们还发明了一种通过光解色素来杀死抗药性超级细菌的方法[7]。图丨光致超声神经刺激工作原理图和横向声场压强分布（来源：程继新）程继新认为，真正原创的工作不是被设计出来的，而是实现了从来没想过会发生的事情。“原创的科学是由直觉推动的，并得益于长期不懈的努力和积累，所谓的‘突破’其实是一个量变到质变的过程。”他总结道。不止于科学技术的创新，在推进技术产业化落地的过程中，更是让他感叹“应用范围超乎了最初的想象”。据悉，程继新拥有 30 多项国际专利，并作为联合创始人或科学顾问参与了多项技术的产业化。2015 年，基于分子振动光声技术，程教授和学生们共同创立了 Vibronix Inc.，该公司致力于振动成像技术研发和医疗设备创新，现位于苏州工业园区。2018 年，作为科学顾问参与建立了光热光谱公司（Photothermal Spectroscopy Corp.）。该公司位于美国加州，基于程教授的中红外光热成像专利开发了一款名为“海市蜃楼（mIRage）”的显微镜，寓意为“信号来自于折射率的变化”。据了解，该产品目前已销往世界各地百余实验室。2019 年，程继新联合创立了 Pulsethera 公司，旨在通过内源发色团的光解作用杀死超级细菌。2022 年，程继新成为法国巴黎 AXORUS 公司的科学顾问，该公司致力于光声神经刺激技术的医学转化。谈及技术的推进产业化落地的经验，程继新表示，在发展某项技术时，可能最开始只聚焦在生命科学领域的某个细分方向，但将技术真正发展为产品，其应用范围之广可能是当初没有想到的。他举例说道：“mIRage 现在被应用在半导体领域，用来检测芯片中的污染。芯片中的污染多数是有机物，因此能够通过化学键成像来检测芯片的质量，这完全超乎了我的想象。”图丨2023 年 8 月，程继新课题组的部分成员合影于首届化学成像 Gordon Research Conference（来源：程继新）回顾三十年的科研之路，程继新认为，最有回味的事情是每个阶段都有新惊喜。化学成像领域每经过大约 8 年就要进行一次技术革新，从 1999 年的 CARS 显微镜到 2008 年的 SRS 显微镜，到 2016 年的中红外高分辨光热成像，再到 2023 年的 SRP 技术。“几年前还觉得是天方夜谭的事情，都通过发明新的技术实现了，由此一步步将领域发展向前推进。”程继新说。下一步，该团队将继续发展无荧光标记的化学成像，进一步提升灵敏度，同时发展深组织的高分辨化学成像技术。他们希望，能够利用高能量的激光器将 SRP 的灵敏度提升到接近于荧光显微镜的微摩尔级别。同时，他们计划尽快将该技术发展为产品。据悉，美国加州的Photothermal Spectroscopy Corp.及中国苏州的威邦震电公司（Vibronix Inc.）正在推进相关的产业化进程。从 2007 年观测到受激拉曼过程的能量转移，到 2023 年报道 SRP 显微镜，对程继新来说，这是一次历经 16 年的科研旅程。在本次的 SRP 论文发表后，他在朋友圈这样写道：“科学很酷，生命短暂。我的下一个 16 年会是什么样呢？”

新研究进展今年8月，美国加州大学圣迭戈分校（UC San Diego）R. D. Averitt课题组在量子材料调控方面取得了重要进展。该研究工作利用超全开放强磁场低温光学研究平台所搭建的测量系统，通过低温磁场环境下的超快泵浦测量详细研究了GdTiO3钙钛矿材料在光激发下自旋与晶格相互作用以及磁性变化在不同时间尺度上的各种演化机制。这对于可应用于量子信息领域的钙钛矿类量子材料实现超快的量子调控十分重要。相关研究成果以“铁磁缘体GdTiO3中相干声子模的磁弹性耦合（Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3）”为题，刊登在PHYSICAL REVIEW B上。测量设备与光路示意图（图片来源于R. D. Averitt教授关于本工作的公开报告）GdTiO3材料不同温度下的反射率泵浦测量，(a)反射率随时间的变化；(b)峰值反射率随温度变化；(c) 反射率在不同时间段的演变机制GdTiO3在钙钛矿材料相图中处于铁磁-反铁磁的边缘区域，在基态时Gd磁晶格与Ti磁晶格成反铁磁耦合排列，材料表现出亚铁磁性，同时材料还是莫特-哈伯德缘体和轨道有序态。该研究工作在不同温度和不同磁场环境下对GdTiO3材料进行了时间分辨的反射率和磁光克尔测量。材料的反射率和克尔转角在飞秒、皮秒时间尺度上表现出了多种演化机制。针对在皮秒量上的自旋-晶格相互作用机制，通过采用660 nm对应于Ti 3d-3d 轨道Mott-Hubbard带隙的光激发，对所得MOKE信号的分析可以得出，光激发先扰乱了Ti离子磁晶格的排布，减弱了与Gd磁晶格的反铁磁耦合，使得材料的净磁矩增加。进而光激发所产生的热效应逐渐影响Gd磁晶格的稳定性使得材料的净磁矩减少。另外，实验观察到MOKE和反射率测量在皮秒尺度上都有相干振荡，且随着时间发生明显的红移。该振荡对应于光激发在材料中产生的应力波（相干声子）。通过分析得出，该应力波与材料的磁性也有密切的对应关系，表明通过声子与磁性的耦合来直接调控磁性也具有很大的可行性。不同温度、不同磁场下时间分辨MOKE测量观察到的GdTiO3材料磁性的演变(a)光激发后磁矩演化的原理示意图；(b) 时间分辨MOKE测量观察到的相干振荡该研究通过在变温变磁场条件下的时间分辨测量，清楚的观测到了GdTiO3在微观时间尺度上的磁性变化，通过分析详细解释了磁性演化的内在机制。这对于钙钛矿类量子材料的应用具有十分重大的意义。作为上早期就使用超强磁场低温光学研究平台--OptiCool的用户，R. D. Averitt教授利用OptiCool超高的温度稳定性、超低震动、强磁场、多窗口等特点设计了功能强大的光学测量系统，这对于该研究工作起到了决定性作用。我们期待超强磁场低温光学研究平台的用户能够取得更多科研成果。 设备信息OptiCool是Quantum Design于2018年2月推出的超全开放强磁场低温光学研究平台，2019年正式向美国以外市场销售，目前中国已经销售5套。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。全自动软件控制可实现一键变温、一键变场；避震、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可以满足低温、磁场、电学、光学对材料的多维调控，这将是量子材料研究的优选方案。 参考文献：[1].D.J.Lovinger, E.Zoghlin, P.Kissin, G.Ahn, K.Ahadi, P.Kim, M.Poore, S.Stemmer, S.J.Moon, S.D.Wilson, R.D.Averitt, Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3, PHYSICAL REVIEW B 102,085138(2020).

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室赵元安研究员团队与上海理工大学、苏州科技大学合作在液晶光学相控器件激光辐照效应方面取得新进展，研究厘清了液晶可变相位延迟器(LCVR)在连续激光加载下相位调控性能退化机理，并提出了性能退化补偿的预配置方法，为相关器件设计以及在高功率激光中的实际应用提供了指导方向，相关研究成果发表于Optical Materials 。 　　液晶相控器件可以实现对光束振幅、偏振、波前和指向等参数的调节，在激光点火、激光加工、光电对抗等高功率激光系统中有着广泛应用和研究，激光加载产生的热效应造成器件性能退化及失效的问题一直困扰着其在激光系统中的应用。 　　在该研究中，研究人员集成相位、温升在线测量技术并结合温度场建模分析，证实加电工作状态下LCVR的相位调控能力退化归因于连续激光加载导致的温升不但改变了液晶折射率，还影响了液晶分子在加电状态下的偏转角。上述性能退化可通过事先绘制不同激光功率下的相位响应曲线，通过降低电压进行预配置补偿，从而实现LCVR在更高功率激光辐照下按照预设相位调控参数输出。这些结果阐明了热沉积引起液晶相位器件相位调控能力退化的基本机制以及相应的补偿手段，为液晶相控器件的设计优化和实际应用提供了重要参考。 　　相关研究得到了国家自然科学基金、脉冲功率激光技术国家重点实验室开放基金的支持。图 1 (a)不同激光功率加载下LCVR的温度随时间的变化；(b)不同激光功率加载下LCVR的相位延迟随电压的变化；(c)不同激光功率加载下LCVR的相位延迟随电压的变化(第二次实验)。

前言芯片是科技领域核心技术，是电子产品的“心脏”，是“工业粮食”。在新一轮科技革命与产业变革背景下，大力推动高科技产业的创新发展对于抢占全球高科技领域制高点、增强产业发展优势和提高国际竞争力的战略作用更加凸显。 而如何解决芯片/半导体器件有机异物污染问题，成为众多科研工作者的研究难题。虽然元素和无机分析存在高空间分辨率技术，如SEM-EDX，但在微米和亚微米尺度上识别有机污染物一直是巨大挑战。在过去的几十年里，传统的傅里叶变换红外光谱FTIR/ QCL显微技术虽然得到了广泛的应用，但在关键问题上存在一些局限性，例如相对较差的空间分辨率(5-20 μm)和对仪器介绍图1. 设备及原理图 基于光学-光热技术(O-PTIR)的亚微米分辨率红外拉曼同步测量系统mIRage可实现远场红外+拉曼显微镜的同步测量，该技术具有非接触、免样品制备、亚微米分析等优点，已广泛应用于硬盘和显示器等器件的成分分析。mIRage扩展集成的同步拉曼显微镜，主要用于目标物的应变/应力、掺杂浓度、DLC等测试。获取的高质量反射模式光谱可以通过亚微米红外拉曼同步测量系统mIRage在商业数据库中进行光谱比对检索，终确定亚微米到微米的污染物成分。mIRage光谱的显著优势：1. 亚微米红外空间分辨率，比传统FTIR/QCL显微镜提高30倍，达到500 nm；2. 非接触式测量，非破坏性，反射(远场)模式测量，无须制备样品；3. 高质量光谱(测试可兼容粒子形状/尺寸和表面粗糙度)，没有色散/散射伪影问题；4. 可直接在商业数据库中匹配搜索 的污染识别和控制对于把控制造过程以及高科技产品开发至关重要，随着愈发严格的标准和产品尺寸的缩小，识别较小的污染物变得越来越重要和困难。mIRage的先进光学光热红外(O-PTIR)技术的出现彻底改变了微电子器件微小缺陷的红外化学分析方法。mIRage的工作原理是用宽可调谐的脉冲红外激光源激发样品，在样品中产生调制光热效应。通过光热效应提取并计算红外吸收, 通过检测反射探头光束强度的变化作为红外波数调谐的函数，从而提供红外吸收光谱。这种短波长脉冲探测光束(通常是532 nm)决定了红外测试空间分辨率，而不是传统FTIR/QCL显微镜中依赖的红外波长。由于其特的系统架构，短波长探测光束同样也能作为一个拉曼激光源，集成拉曼光谱仪后，mIRage系统可提供同一地点，同一时间，同一空间分辨率的亚微米红外+拉曼显微镜的检测结果。 精彩案例分享 在本文中，我们将介绍通过亚微米红外+拉曼同步测量技术对只有几微米尺寸的缺陷进行电子器件失效分析的研究，案例中的硬盘组件和显示组件由希捷技术提供。 图2为微电子器件免制样，原位测量数据。该案例展示了互补的、验证性的mIRage红外光谱和拉曼光谱的信息。尽管mIRage红外光谱是在反射模式下采集的，但它完全可以与FTIR/ATR数据库中的光谱相媲美。通过与KnowItAll(Wiley)红外光谱和拉曼光谱数据库进行比对，确定这种特殊的污染物可能是一种聚醚(缩醛)材料。污染可能源于研发过程中的异物，包括聚合物、润滑剂等。在此次测试中，mIRage获取的谱图与标准谱峰位重合度超过95%。图2. 左：可见图像显示6 µm缺损位置，右上：与标准数据库比对未知物质的红外光谱；右下：与数据库比对未知物质的拉曼光谱 在许多情况下，传统红外仪器可能会收到一些物质的影响无法直接接触到污染物。图3显示了金属薄膜下20 μm的黑色污染，从金属薄膜的白色圆形分层中可以看到，这是由于有缺陷的薄膜晶体管显示器突出造成的。传统的ATR显微镜的使用将受到薄膜存在的限制，阻碍直接接触污染粒子。此类样品可以通过mIRage进行光谱焦平面定位实现光谱检查，无需额外的样品制备或对粒子进行物理提取。特别是在1706 cm−1波段有强宽红外吸收带的存在，表明污染粒子可能是硫化的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)，已氧化形成羧酸。图3. 左上角：样品和测量的示意图；左下：光学图像缺陷；右：缺陷区域不同位置的mIRage红外光谱。颜色对应于光学图像上的标记。 结论综上所述，我们引进的革命性红外拉曼同步测量系统mIRage在显微红外方面取得了重大进展，如亚微米分辨率测量（~500 nm）、非接触模式测量(非ATR)、非破坏性和免样品制备、点线/面多模式分析、无任何色散/散射伪影以及提供数据库检索等。希捷科技选择mIRage系统是为了研究制造工艺和产品早期开发的污染改善问题。本文介绍的基本原理和实例表明mIRage在识别硬盘和相关精细电子行业的缺陷和污染方面有诸多优势。在红外显微光谱的重要发展领域中，mIRage技术具有颠覆性的潜力。而拉曼光谱仪的联用进一步拓展了它的能力，实现亚微米红外+拉曼显微镜同步测量(同一时间、同一点、同一空间分辨率)，以提供互相印证的补充和确认信息。亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage的应用领域正在不断扩大，涵盖了聚合物、药学、司法鉴定、半导体器件缺陷分析、生命科学、环境地质、古生物等众多传统领域。

一、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。有鉴于此，来自华盛顿大学的许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。该篇文章中研究者利用MOKE和RMCD（反射磁圆二色性）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。本文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测量中使用了基于超全开放强磁场低温光学研究平台OptiCool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这种高精度的低温强磁场光学测量。二、铁磁缘体GdTiO3中相干声子模的磁弹性耦合（PHYSICAL REVIEW B）2020年8月，美国加州大学圣迭戈分校（UC San Diego）R. D.Averitt课题组在量子材料调控方面取得了重要进展。该研究工作利用超全开放强磁场低温光学研究平台 Opticool所搭建的测量系统，通过低温磁场环境下的超快泵浦测量详细研究了GdTiO3钙钛矿材料在光激发下自旋与晶格相互作用以及磁性变化在不同时间尺度上的各种演化机制。这对于可应用于量子信息领域的钙钛矿类量子材料实现超快的量子调控十分重要。相关研究成果以 “Magnetoelastic coupling to coherent acoustic phonon modes in the ferromagnetic insulator GdTiO3” 为题，刊登在PHYSICAL REVIEW B上。GdTiO3材料不同温度下的反射率泵浦测量，(a)反射率随时间的变化；(b)峰值反射率随温度变化；(c) 反射率在不同时间段的演变机制不同温度、不同磁场下时间分辨MOKE测量观察到的GdTiO3材料磁性的演变GdTiO3在钙钛矿材料相图中处于铁磁-反铁磁的边缘区域，在基态时Gd磁晶格与Ti磁晶格成反铁磁耦合排列，材料表现出亚铁磁性，同时材料还是莫特-哈伯德缘体和轨道有序态。该研究工作在不同温度和不同磁场环境下对GdTiO3材料进行了时间分辨的反射率和磁光克尔测量。材料的反射率和科尔转角在飞秒、皮秒时间尺度上表现出了多种演化机制。针对在皮秒量上的自旋-晶格相互作用机制，通过采用660 nm对应于Ti 3d-3d 轨道Mott-Hubbard带隙的光激发，对所得MOKE信号的分析可以得出，光激发先扰乱了Ti离子磁晶格的排布，减弱了与Gd磁晶格的抵消作用，使得材料的净磁矩增加。进而光激发所产生的热效应逐渐影响Gd磁晶格的稳定性使得材料的净磁矩减少。另外，实验观察到MOKE和反射率测量在皮秒尺度上都有相干振荡，且随着时间发生明显的红移。该振荡对应于光激发在材料中产生的应力波（相干声子）。通过分析，该应力波与材料的磁性也有密切的对应关系，表明通过声子与磁性的耦合来直接调控磁性也具有很大的可行性。时间分辨MOKE测量系统图片和光路示意图三、为什么OptiCool是更适合做强磁场光学测量的设备？OptiCool是QuantumDesign于2018年2月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核心位置。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传统低温系统对光路的各种束缚，真正实现自由光路的低温强磁场实验。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让低温光学实验具有无限可能。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 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：☛ 近工作距离：可选3mm工作距离窗口或集成镜头方案（new！）☛ 底部窗口升：系统可升底部窗口，满足竖直方向的透射实验（new！）。☛ 多种接口：直流通道、射频通道、光纤通道、气体通道（new！）。 【参考文献】1、Song et al., Science 374, 1140–1144 (2021) 26 November 20212、D.J.Lovinger et al., PHYSICAL REVIEW B 102,085138(2020).

德国kiutra -绝热退磁制冷器 绝热去磁制冷器 ADR低温恒温系统kiutra结合了多级磁性制冷和闭环预冷功能，在无致冷剂下，可提供连续不断的开尔文至亚开尔文温度。 我们的冷却系统提供了一种便捷的方式来生成非常低的温度，达到接近绝 对零值（–273.15°C）：无危险且使用简单 我们的设备是全电气高度自动化。特别是它们不需要稀有且昂贵的液化气（低温剂），而是使用廉价的固体作为冷却介质。具有出色的温度精度和稳定性 由于采用了直接的电磁控制机构，因此可以以非常出色的稳定性和稳定性达到并保持温度设定点，从而获得更好的测量数据或性能结果。最小的基础设施和空间要求 电磁冷却解决方案以紧凑的方式构建，并且只需要最少的基础架构。如何工作磁性制冷是基于磁热效应的：当介质被磁化时，其磁矩会对齐，并且释放出磁化热。反之亦然，如果介质被消磁，其温度将下降。kiutra的冷却系统可以利用两种不同类型的磁制冷方法：单次绝热退磁制冷（ADR）如以上附图中示意性所示，磁制冷可用于产生短期冷却。从封闭式低温冷却器提供的初始基准温度开始（步骤1）首先，将合适的冷却介质磁化（步骤2）。然后，磁化热由低温冷却器消散（步骤3）。随后，冷却介质通过所谓的热开关进行热分离（步骤4），然后再消磁（步骤5）。在退磁过程中，冷却介质的温度下降。如果在磁场B降低到零之前达到设定点温度，则可以调节冷却功率以在一段时间内提供恒定温度，例如持续几个小时甚至几天（步骤6）。当磁场最终减小到零时，冷却过程停止（步骤7），介质再次加热到基本温度（步骤8）。等待一段时间后，可以重新启动该过程。3级电磁冷却系统中的连续ADR对于某些应用，单发冷却是不够的。对于这些应用，kiutra提供永 久冷却动力的无低温磁性热泵。这些系统基于多级磁制冷，其中几个磁制冷单元相互连接并控制温度稳定性，如上图所示。原理：在n个磁化冷却单元释放的热量是由第（n-1）个单元消散，等等...这确保了连接到样品台的最终冷却单元永远不会耗尽了磁场，因此可以永 久连续提供开尔文甚至亚开尔文温度。 kiutra的磁性制冷系统以高度模块化的组件提供单次和连续ADR。根据客户的特定需求，单次ADR系统可以升级为多级CADR恒温器。创新点：kiutra结合了多级磁性制冷和闭环预冷功能，在无致冷剂下，可提供连续不断的开尔文至亚开尔文温度。我们的冷却系统提供了一种便捷的方式来生成非常低的温度，达到接近绝对零值（–273.15° C）。 绝热退磁制冷机 绝热去磁制冷系统 ADR恒温器

巨磁阻效应自发现以来就被广泛应用于MRAM、磁传感器等自旋电子器件中。目前，基于巨磁阻效应的自旋电子器件主要是铁磁体磁隧道结，其研究和发展受限于铁磁体的使用。因此，为进一步提升自旋电子器件的磁阻比等性能，探究其他磁体开发的高效自旋电子器件的研究非常有必要。近期，东京大学的Satoru Nakatsuji团队对手性反铁磁体Mn3Sn组成的磁隧道结进行了深入探究。作者首先对Mn3Sn手性反铁磁态中自旋正极化、负极化和磁八极的投影态密度进行了表征，发现八极矩的大多数和少数能带之间存在明显的能量漂移，与铁磁性铁中自旋矩的大多数和少数能带的漂移非常相似，并根据第一性原理进行了模拟验证，结果表明Mn3Sn在基于隧穿磁阻(TMR)的器件(如MRAM)中具有巨大的应用潜力。此外，为了更好的观测其TMR效应，作者制备了基于Mn3Sn的磁性隧道结( MTJ )，测得室温下的隧穿磁阻(TMR)比率约为2%，出现在手性反铁磁状态下簇磁八极的平行和反平行构型之间。该成果以《Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction》为题发表在Nature上。图1 带簇磁八极的反铁磁隧道结（a）铁磁（FM）隧道结示意图（b）反铁磁（AFM）隧道结示意图（c）（d）铁磁隧道结和反铁磁隧道结的投影态密度图（pDOS） 本文中，作者使用了英国Durham公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3，通过系统自带的磁滞回线测量功能，对反铁磁隧道结顶部和底部Mn3Sn电极的矫顽力进行了测量。图2 室温基于手性Mn3Sn反铁磁体的磁隧道结表征图 （a）高分辨率TEM表征图（b）磁光克尔测量示意图（c）顶部和底部Mn3Sn反铁磁体的磁滞回线图 英国Durham公司是依托于英国Durham大学的高科技企业。与Durham大学强大的磁光学研究相对应，Durham公司的Russell Cowburn教授（英国剑桥大学卡文迪许实验室主任，英国科学院院士）设计并研发了灵敏度能到10-12 emu兼具Kerr显微镜与回线测量功能的高精度磁光克尔效应系统——NanoMOKE3。相比于历代MOKE系统，NanoMOKE3系统将磁光克尔的光路部分集成在光学盒中，避免了实验人员测试前搭建光路的工作，大大减少了实验人员操作量。另外，光学盒中的光路经过特殊设计，可以同时实现极向克尔和纵向克尔的测量，无需调整光路，只需更换镜片即可完成极向克尔和纵向克尔的切换。左）NanoMOKE3磁光克尔效应系统；右）NanoMOKE3光学集成盒因其高集成度的系统设计和开放式的样品环境，NanoMOKE3具备丰富的拓展性。实验人员可以以NanoMOKE3系统为基础，与其他实验设备组合搭建，进行其他领域方面的测量。一、低温磁光克尔系统NanoMOKE3系统允许用户在样品台部分搭建低温恒温器，实现低温磁光克尔的测量。例如，下图所示为NanoMOKE3与美国Montana Instrument无液氦低温恒温器进行了组合使用，从而实现了10K以下的磁光克尔测量。NanoMOKE3的低温磁光克尔测量性能在国内外领域内具有极高的水平。此低温MOKE方案已在南方科技大学安装使用。NanoMOKE3 磁光克尔系统与 Montana Instrument无液氦低温恒温器组合使用示意图二、晶圆扫描探测系统如今，越来越多的晶圆检测设备采用非接触式的光学测量，取代了传统的接触式晶圆测试方法。其中，以磁光克尔效应原理进行晶圆检测的方法就因其操作简单、检测速度快而被广泛使用。Durham公司在现有磁光克尔系统基础上改造升级，推出了超高灵敏度的晶圆扫描探测系统（wafer mapper），专门用于测量整个晶圆表面的磁滞回线和磁畴图像。系统中集成的磁光克尔能对整个晶圆样品区域（可按X和Y轴自由移动）进行磁滞回线扫描和区域Mapping的测量，最终绘制得到晶圆样品整体区域的磁性分布图，从而完成晶圆样品的检测。该款晶圆级磁光克尔测绘仪选用NanoMOKE3特创的光学盒，继承了其测量速度快，操作简单的优点。整个测量过程可以通过系统自带的LX PRO3软件完成，无需进行繁琐的实验预设值，大大增加了实验效率。晶圆扫描探测系统装配图 Durham公司特创的NanoMOKE3磁光克尔光学集成盒是Cowburn教授从事MOKE系统研发和深耕多年的结晶。不但减轻了实验人员的操作繁琐度，更重要的是以磁光克尔效应为基础，为更丰富领域的测量提供了可能，有望助力各个领域科研人员实现更高水平的突破！参考文献：[1]. Chen, X., Higo, T., Tanaka, K.et al. Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction. Nature 613, 490–495 (2023).

宇宙中第一代星系是如何形成的？暗物质的性质是什么？这两大谜团能否同时通过天文观测进行研究揭秘？最近，我国天文学家提出，通过测量21厘米森林的一维功率谱，未来的平方公里阵列射电望远镜（SKA）将能够同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质的性质。相关研究发表在国际学术期刊《自然天文》上。探测21厘米森林一直面临极大挑战宇宙中存在大量的中性氢气体。这些气体中的氢原子在基态能级超精细结构之间的跃迁，会产生电磁波波长为21厘米的线辐射，也就是中性氢21厘米线。中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的机遇。“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的手段。同时，利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明与再电离也是平方公里阵列射电望远镜最重要的科学目标之一。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员陈学雷说。同时，宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线。“这些吸收线丛，被天文学家形象地称为21厘米森林。”陈学雷说，多年来，探测21厘米森林一直面临极大挑战。“主要原因有两方面：一是21厘米森林信号微弱，并且探测它所依赖的宇宙黎明时期的射电亮源难以获取；二是21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响，因此在观测上我们很难区分这两种效应。这就使得21厘米森林探测难以实际用于限制第一代星系的加热效应或暗物质的性质。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台副研究员徐怡冬解释。近年来，已经有一批高红移射电噪的类星体被发现，而且平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段，开展21厘米森林探测已迫在眉睫。在这项研究中，我国天文学家提出了一种原创性的统计测量方案，使得21厘米森林不仅能够限制宇宙第一代星系的性质，还可以同时测量暗物质粒子的质量。新方法有望拓展人类对宇宙的认知“我们意识到由第一代星系的加热效应和温暗物质引起的信号变化，在光谱上的尺度分布特征存在明显不同。通过一维功率谱分析，我们未来可以从统计上区分这二者。”徐怡冬介绍。“21厘米森林的一维功率谱确实可以成为一箭双雕的宇宙学探针，它为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种极有前景的新途径。”论文共同通讯作者、东北大学教授张鑫强调。针对此研究，加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳麦克评论道：“这项研究提出了一种有趣的方法，能够利用21厘米森林功率谱同时限制宇宙X射线对星系际介质的加热，以及温暗物质的可能效应这两种现象。虽然以前的研究已经检查了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性，但将温暗物质效应作为一个独立信号包含进来，则为未来的观测提供了一个新的科学目标。”《自然天文》的编辑团队也针对这项研究发表了评论：“我们宇宙的最远处总是极为神秘，由于被尘埃、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡而很难直接观测。这项研究将吸收转化为一种优势，利用它打破了其他方法所遭遇的不同效应的简并，并可用于阐明早期宇宙的结构形成。”研究人员表示，这一突破性方法的发展对于解开暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义，并将进一步推动我们对暗物质的理解，揭示宇宙结构形成及演化的过程。通过更深入的观测和分析，我们有望在不久的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解，进一步拓展我们对宇宙的认知。

p style=" text-align: center " 　 img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/22506cf5-5909-4022-83a3-3fd7e13aec9a.jpg" title=" 00.jpg" alt=" 00.jpg" style=" text-align: center " / /p p style=" text-align: center " 研究人员在观察胚胎培养情况。中科院神经科学研究所供图 br/ /p p 　　“渐冻人”(运动神经元症)、“玻璃娃娃”(成骨不全症 )、“月亮孩子”(白化病)、地中海贫血……各种各样的罕见病一直因发病率低而缺乏有效的治疗方案，给患者和家庭带来无限的痛苦。 /p p 　　据统计，全球有7000多种罕见病，其中80%的罕见病是单基因遗传病。近年来，随着基因编辑技术的逐渐成熟，基因治疗被人们寄予厚望。 /p p 　　然而，基因治疗的风险不可低估，其中“脱靶效应”是基因编辑技术最大的风险来源。 /p p 　　近日，中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心杨辉研究组与中科院马普计算生物学研究所、中国农科院深圳农业基因组研究所及美国斯坦福大学团队合作，开发出一种名为GOTI的全新的检测基因编辑工具脱靶技术。该技术可精准客观地评估基因编辑工具的脱靶率。该研究于3月1日在线发表于《科学》。 /p p 　 strong 　难题： /strong /p p strong 　　如何有效检测基因编辑工具的安全性 /strong /p p 　　CRISPR/Cas9是广受关注的新一代基因编辑工具。学术界普遍认为，基于CRISPR/Cas9及其衍生工具的临床技术将为人类的健康作出巨大贡献。然而，基因编辑工具“脱靶”风险也一直备受关注。若将其应用于临床，“脱靶效应”可能会引起包括癌症在内的很多种副作用。 /p p 　　中科院神经科学研究所研究员杨辉在接受《中国科学报》采访时表示，临床技术对于潜在风险和副作用的容忍度极低，因此一种能突破之前限制的脱靶检测技术，将成为CRISPR/Cas9及其衍生工具能否最终走上临床的关键。 /p p 　　“其实，过去人们推出过多种检测脱靶的方案，但这些方法都存在局限性。传统上，对脱靶的检测依赖于算法预测，靠不靠谱无人得知 或依赖于体外扩增，但这个会引入大量的噪音，会导致检测的精确度大打折扣。”杨辉说。 /p p 　　由于不能高灵敏度地检测到脱靶突变，尤其是单核苷酸突变，因此关于CRISPR/Cas9及其衍生工具的真实脱靶率一直存在争议。 /p p 　　然而，任何科学技术归根结底都需要服务于全人类，尤其像基因编辑这样的神奇技术。想要有效地操纵这把“上帝的手术刀”，还得给它做个全方面的体检。 /p p 　　 strong 突破： /strong /p p strong 　　GOTI技术精准捕捉“脱靶”逃兵 /strong /p p 　　要提升检测脱靶效应的精度，就必须彻底颠覆原有的脱靶检测手段。 /p p 　　为实现这一目标，实验人员建立了一种名叫GOTI的脱靶检测技术。“我们在小鼠受精卵分裂到二细胞期时，编辑一个卵裂球，并使用红色荧光蛋白标记。小鼠胚胎发育到14.5天时，将整个小鼠胚胎消化成为单细胞，利用流式细胞分选技术并基于红色荧光蛋白，分选出基因编辑细胞和没有基因编辑的细胞，然后通过全基因组测序比较两组差异。这样就避免了单细胞体外扩增带来的噪音问题。”中国农科院深圳农业基因组研究所研究员左二伟告诉《中国科学报》。 /p p 　　同时，由于实验组和对照组来自同一枚受精卵，理论上基因背景完全一致，因此直接比对两组细胞的基因组，其中的差异基本就可以认为是基因编辑工具造成的。这样便能发现此前脱靶检测手段无法发现的完全随机的脱靶位点。 /p p 　　随后，该团队将成功建立的GOTI投入基因编辑技术脱靶检测。 /p p 　　实验人员先是检测了最经典的CRISPR/Cas9系统。结果发现，设计良好的CRISPR/Cas9并没有明显的脱靶效应。但是，同样被寄予厚望的CRISPR/Cas9衍生技术BE3则存在非常严重的脱靶，而且这些脱靶大多出现在传统脱靶预测认为不太可能出现脱靶的位点。 /p p 　　杨辉建议，人们应冷静地分析一些新兴技术的安全性。这些脱靶位点有部分出现在抑癌基因上，因此经典版本的BE3有着很大的隐患，目前不适合作为临床技术。 /p p 　　 strong 未来： /strong /p p strong 　　完善基因编辑治疗手段、建立行业标准 /strong /p p 　　杨辉告诉记者，团队接下来将进一步检测BE3除导致异常基因突变外还可能存在的其他问题，并在此基础上，设法改进这个系统，从而建立一种不会脱靶，也没有其他风险的单碱基突变技术。 /p p 　　中科院马普计算生物学研究所研究员李亦学表示，最新工作建立了一种在精度、广度和准确性上远超之前的基因编辑脱靶检测技术，显著提高了基因编辑技术的脱靶检测敏感性，有望借此开发出精度更高、安全性更好的新一代基因编辑工具。 /p p 　　“我们希望未来可基于这项新技术，制定一些行业标准。凡是进入临床的基因编辑技术，必须经过这套系统的检验才能证明其安全性，以便让这个领域有序、健康地发展下去。”他说。 /p p 　　中科院院士、中科院神经科学研究所所长蒲慕明认为，该技术针对基因编辑的安全性问题，“有了它，便可以更加客观、可靠地评估基因编辑工具的脱靶率”。 /p p 　　针对该技术在单碱基编辑工具BE3中发现的重大“安全隐患”，蒲慕明表示：“这能让我们重新审视基因编辑技术的安全性，但不是说这项技术不能再开展基因治疗了。正是因为已经建立新的检测技术，我们才知道如何去修正、改善BE3，从而开发安全性更高的新一代基因编辑工具，造福患者。” /p

化学测量学是化学的测量科学、方法和技术，是化学科学最早、最重要的发展分支之一。其根本任务是获取物质组成、分布、结构与性质的信息与时空变化规律，并为其他相关学科的发展提供方法和支撑。本文介绍了国家自然科学基金委化学科学部化学测量学“十四五”及中长期发展规划，为从事相关研究的科研人员、老师和学生提供参考。　　作者：王春霞(国家自然科学基金委员会化学科学部)，毛兰群(北京师范大学化学学院)，黄岩谊(北京大学化学与分子工程学院)，陈拥军(国家自然科学基金委员会交叉科学部)　　*通讯作者，E-mail:cxwang@nsfc.gov.cn　　关键词　　国家自然科学基金，化学测量学，发展规划，研究方向　　1 引言　　科学基金作为我国资助基础研究的主渠道，全方位审视全球科学技术发展趋势，全面深化科学基金改革，通过确立基于科学问题属性的资助导向，建立以“负责任、讲信誉、计贡献”为核心的公正高效分类评审机制，构建符合知识体系内在逻辑和结构、促进科学前沿和国家需求相统一的学科布局[1]。化学科学部通过广泛深入的调研，深刻认识到随着化学科学的发展，原有的学科设置不能更好地适应科学发展的态势，特别是不利于交叉和前沿领域的发展，率先在2017年对原有八个学科进行了整合重组，将原来的分析化学学科重整后调整为化学测量学[2]。　　根据2021~2035年中长期暨“十四五”我国基础科学发展的总体目标，遵循习近平总书记向我国广大科技工作者指出的面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的“四个面向”科技创新方向[3]，按照科技部的总体部署，国家自然科学基金委(以下简称基金委)化学部组织化学测量学领域的院士、杰出青年基金项目获得者及学术带头人50余人进行深入研讨和战略研究，在此基础上，形成了化学测量学“十四五”及中长期发展规划，明确了学科内涵、目标和特征，分析了学科现状和新兴研究方向，提出了未来学科发展布局和优先发展领域。制定该规划的目的是瞄准重要科学前沿领域的重要基础性问题，结合国家战略需求，推动新兴交叉学科产生及新的学科生长点形成，切实提升我国化学测量学的研究水平和解决实际问题的能力。　　专题论述2化学测量学发展战略　　2.1　　化学测量学的战略地位　　化学测量学是研究物质的组成和结构，确定物质在不同状态和演变过程中化学成分、含量、时空分布和相互作用的量测科学，旨在发展化学测量相关的原理、策略、方法与技术，研制各类分析仪器、装置及相关软件，以获取物质组成、分布、结构与性质的信息与时空变化规律。　　化学测量学是化学的测量科学、方法和技术，是化学科学最早、最重要的发展分支之一。利用物质间和物质与各种力场间相互作用的原理、规律以及科学技术的最新成就，广泛吸纳和应用所涉及的自然科学技术和人工智能数据提取方法，最大程度地获取所需信息和有关科学数据，实现对物质化学成分、组成和结构与其功能的认知。通过与物理、生物、数学、材料、信息等相关学科的交叉与融合，化学测量学已经形成自己的理论体系，并诞生了新的生长点和前瞻性研究方向:从传统的容量分析发展到现代的仪器分析 从光谱、电化学、色谱、质谱、核磁共振、热分析拓展到成像分析、纳米分析、微纳流控分析 从无机、有机分析扩展到生命过程化学信息的获取 从常量、微量、痕量分析到单颗粒、单细胞、单分子、活体分析 从简单物质的鉴定、单一信号的获取到复杂与生命体系的高通量检测与海量数据挖掘。其他学科领域的发展，不断向化学测量学提出新的、更高的需求和挑战，这对测量方法和检测仪器的不断进步起到了积极的推动作用。复杂生命过程、先进材料创制、新型能源、食品安全、环境问题和特种空间等物质信息和数据的获取，使化学测量学步入新的发展时期。　　基金委化学测量学资助的研究涵盖从宏观到微观复杂体系的检测与分析，旨在建立新策略、新原理、新方法和新技术，致力于拓宽现有技术在国家重大需求和重要科学领域的应用。研究方向包括:样品处理和分离、谱学方法理论及应用、化学与生物传感、分子成像及仪器研发创制等。研究范围涵盖色谱、光谱、电化学、质谱、核磁、顺磁、量热分析、能谱分析，以及新兴领域如组学分析、单分子单细胞分析、活体分析、微-纳尺度分析等。　　2.2　　化学测量学的发展规律　　2.2.1　　化学测量学的发展面向国际科学前沿　　化学测量学与生命科学、材料科学、纳米科学、能源科学、信息科学和环境科学等前沿领域紧密结合，互相促进，做出了突出的成绩。以微-纳尺度分离分析为例，它得益于微流控学和纳米科技的先期发展和成功实践，实现了从过去的微米尺度向微-纳米以及纳米尺度的过渡，这种发展又和纳米制备技术及其分析表征的需求密切关联。微-纳尺度分析的发展，还直接与生命科学前沿，如与基因测序、蛋白质组学等研究有关，同时也受益于生命科学新的研究成果。空间探测对携带仪器重量和体积的苛刻限制，也是促进微-纳尺度分析方法和技术发展的重要催化剂。这些事实表明，化学测量学的发展必须面向科学前沿，并立足于多种学科前沿发展的基础之上，具有非常鲜明的特征和突出的时代感。近年来，我国科学家利用微纳尺度流体控制及分析中的基础研究成果，在液滴微流控、单细胞分析、微纳流控复杂生物样品分离等几个重要的应用方向上，取得了一批具有国际前沿水平的成果，对于生命分析技术的发展和我国生物技术产业的发展，起到了重要的推动作用。面向生物大分子分析中单分子核酸和蛋白序列分析这一国际前沿问题，我国科学家也积极布局，充分利用了在化学测量学领域的积累，提出了新概念，研发了新装置，与国际科学界在同一水平竞争。　　2.2.2　　化学测量学的发展立足国家重大需求　　纵观世界科技发展史，虽有一些科学理论成果是先于社会需求产生的，但大部分科技发展成果是由于社会需求而催生的。20世纪30~40年代，原子光谱、质谱和离子交换色谱的快速发展就是为了满足曼哈顿计划的需求。近几年我国的食品安全重大事件、公共安全、环境污染等，化学测量学都能及时组织科技攻关，开发了相关检测技术，建立了相应的国家标准，为维护国家和人民的利益做出了重要的贡献。　　国家的经济实力不仅反映在国民生产总值以及国防实力，也反映在产品质量上，而产品质量则取决于分析检测的水平。化学测量学一直致力于发展高灵敏度、高通量、高效快速的分析检测方法，为各种产品质量的检测提供强有力的手段。我国最近几年在基础研究方面已经接近甚至在某些领域超越了发达国家的水平，但在应用过程中体现的差距依然存在。例如，我国在食品农药残留检测方面长期处于被动状态，导致发达国家或地区对我国出口食品所设立的贸易技术壁垒，大多集中在评价标准和检测技术领域。近十年来，我国在农产品、食品检测的化学测量水平正在逐渐接近发达国家水平，成为我国相关产品进出口贸易的坚强技术保障。　　提高全民健康水平以及保障国家公共安全，迫切需要化学测量学提供强有力的支撑。我国化学测量学将涉及重大疾病与国家公共安全的分析方法作为重要研究内容，重点研究如重大疾病早期诊、食品、环境有毒有害物、爆炸物、毒品、生化恐怖源等的快速、准确、灵敏的检测方法，以满足维护人民健康、社会稳定与国家安全的需求。从2001年全球首例手足口病，到2003年的SARS病毒、2009年H1N1流感病毒、2016年寨卡病毒以及2019年暴发的新冠肺炎病毒[4]，我国的化学测量学家在这些不断暴发的全球流行性疾病的预防与控制中，发挥了重要的作用，开展了有益的探索。尤其是在新冠病毒检测技术上，我国科学家从病原鉴定方法、核酸及抗体检测技术、病原溯源方法、快速检验方法和试剂等方面，均做出了重要贡献，为疫情防控的成功提供了技术支撑和方法保障[5]。这一技术积累和实战的操练，体现了核酸分析方法领域过去一段时间的知识储备、技术沉淀以及人才积累是有效的，也为今后类似新发突发传染病的应对，提供了信心和能力保障。　　2.2.3　　化学测量学与相关学科交叉融合，互相促进　　化学测量学实现对物质化学成分的认知，需要利用物质间和物质与各种力场间相互作用的原理、规律以及科学技术的最新成就，最大限度地获取所需信息和有关科学数据。化学测量学的发展需要借鉴相关学科的成果。仪器分析作为化学测量学的一个分支，首先得益于物理科学(电磁学、光学、力学、热学等)、材料科学(金属材料、无机非金属材料、有机材料、高分子材料、生物材料以及各种材料加工技术等)和信息科学的发展 同时，生命科学、空间科学和环境科学的发展大大促进了化学测量学的发展。再以微-纳尺度分析为例，它直接面对介观及以下尺度空间的科学问题，旨在构建和发展更高水平、更快速度、更有效率的物质组成、分布及其浓度信息的化学测量学策略、方法和技术，以尽可能快速、全面和准确地获取介观、微观世界中丰富的信息。这也正是整个化学测量学目前所追求的目标，更是生命科学、环境科学、材料科学、医药卫生和工业技术中必须解决的问题。因此，微-纳尺度分析的发展与整个化学测量学的发展一样，离不开相关学科的发展和支持，只有通过与其他相关学科，如数学、物理学和微加工技术等，进行深入的交叉合作研究甚至融合，化学测量学才能得到更好、更快的发展。　　化学测量学自身的学科特点，就带有强烈的学科交叉特征。除了借鉴各个学科的成果之外，化学测量学本身的进步，还可以有效带动多个学科的进步或者催生新的学科增长点。以核酸分析这一化学测量学的重要分支为例，20世纪初对核酸成分的精确定量分析，以及20世纪中叶对核酸结构的分析和深刻认识，从根本上改变了生物学、遗传学和医学等学科的思维范式，也奠定了分子生物学的基石 而后随着核酸序列测定技术的发展，人类对生命的认识进入到全新的阶段，同时也促使基因组学产生与飞速发展，并开始发挥重要的医学价值。由此可见，化学测量学的一个重要本质，就是立足于多个学科的边界和交叉点上，在新的维度上拓展知识体系。　　2.3　　化学测量学的发展态势　　化学测量学善于把科学上的新发展转化为全新的分析方法和仪器，每一次重大突破都会推动科学的发展。例如，核磁共振就是把原子核自旋与磁场和射频场的相互作用而发生的共振现象(曾两获诺贝尔物理学奖)，转化为用于结构分析的核磁共振波谱方法(获1991年诺贝尔化学奖)、蛋白质结构的测定方法(获2002年诺贝尔化学奖)和磁共振成像(获2003年诺贝尔生理医学奖)。分析原理和方法上的多样性，决定了化学测量学在自然科学中应用的广泛性。　　当前，我国化学测量学研究体现出如下特点。　　(1)注重方法创新和新原理发现。20世纪80年代以来，我国化学测量学的发展逐步由跟踪模仿和应用研究为主转变为注重创新方法和新原理发现的研究。近年来，这一转变的趋势更加明显。中国化学测量学在微-纳流控分析、新型荧光探针、纳米分析、电分析化学、核酸分析等方面取得了一批国际领先的研究成果，并形成了一致的共识，即只有发现新原理，在方法和技术上进行创新，才能做出一流的工作，才能提升中国化学测量学的国际地位。　　(2)以生命分析和环境分析为研究重点。生命科学是21世纪的科学前沿，环境分析关乎人类的长久健康发展。中国化学测量学家近年来围绕这两个重点领域开展化学测量学的创新研究，在单细胞分析、单分子分析、活体分析、蛋白质分析、DNA测定、疾病诊断以及环境污染物监测等方面取得了显著的进展，产生了一系列标志性成果。　　(3)与尖端分析仪器装置的研制紧密结合。“工欲善其事，必先利其器”。科学仪器是科学数据产生的基础，科学研究新领域的开辟，往往要以实验装置、仪器技术以及方法学上的突破为先导。回顾科学发展的历程，很多学科的发展首先有赖于技术方法及科学仪器的创新，近现代科学的发展更是以技术的迅速发展为重要基础。在诺贝尔物理和化学奖中，大约有四分之一属于测试方法和仪器创新，如质谱仪、X-射线物质结构分析仪和扫描隧道显微镜等。以微流控的研究为例，我国和国际研究的早期情况基本一致，首先是相关实验装置的加工和制备。经过“973”项目和国家自然科学基金委重大项目的成功实施，我国在微-纳尺度分析方面的加工技术已经处于世界前列，并形成了一定的加工创新能力，这为我国在此领域进行前沿探索提供了重要技术保证。此外，我国在“十三五”期间建成了一批大科学装置，包括同步辐射光源、自由电子激　　光、散裂中子源、强磁场，以及在建设中的多模态跨尺度生物医学成像设施等，这些国际先进水平尖端科学装置发展的分析方法及相关应用为我国化学测量学发展提供了强有力的物质保障。　　(4)初步建成一支高素质的研究队伍。世界各国之间综合国力的竞争，实质上是科技实力的竞争，国家科技实力的决定因素是科技人才的数量和质量。近年来，通过大力引进青年人才和领军人才，发现和培养优秀人才，我们已经建成了一支高素质的化学测量学研究队伍，并构建了一个学术自由、公平竞争、尊重科学家研究兴趣、有利于人才成长的体制和研究氛围，确立了一套科学、公正、合理、透明的评审和评价机制。　　纳米酶概念就是由中国科学家率先提出的，十几年来这一研究方向取得了快速的发展。纳米酶是一类自身蕴含酶学特性的纳米材料，自2007年首次报道以来[6]，已有超过20个国家的300多个实验室从事纳米酶及其在生物、医学、环境等领域的分析检测、诊断治疗和催化应用研究。纳米酶能够在温和条件下高效催化酶的底物，也能在极端环境中保持高的类酶活性。　　同时，纳米酶兼具纳米材料特有的物理化学特性以及经济、稳定、易于大批量生产的优势，有望取得关于特异性、催化活性和机理等方面的重大突破，使其替代天然酶成为分析检测的重要突破口，推动类酶催化从基础研究到实际应用。　　2.4　　化学测量学的新兴研究方向　　化学测量学在传统分析化学研究的基础上[7]，近年来呈现出以下新兴研究方向。　　2.4.1　　能源分析化学　　能源是人类赖以生存和发展的重要基础，在国防和国民经济建设中具有重要的战略地位。化石能源大量消耗及其带来的环境问题，使得探索和开发高效能源转化技术以及寻找新型可再生能源成为当前能源科学的重要研究方向。能源分析是对能源储存与转换过程中存在的物种、能量转化等的定性与定量分析测量，包括对能源材料、分子、离子、电子、质子等的实时动态监测、成像分析及其转变过程的原位研究，从而帮助理解能源转化机制，促进能源高效转化，推动能源科学的发展。首先，能源过程涉及物质与能量的转化，而转化效率的评价离不开化学测量学对转化前后物质与能量的精确测量。其次，能源过程涉及多种物理、化学过程的耦合，其转化机制尚不清晰，极大地限制了高效能源材料与器件的开发。化学测量学可对能源体系中瞬息万变的组成、分布、能量状态进行实时测量，捕获活性位点、反应中间物甚至是电子结构信息，获取其演化规律，为系统深入认识能源过程的化学本质提供重要的支撑。　　能源转化过程往往发生在很短的时间范围内，导致待测量的物质具有寿命极短、浓度极低等特点，且尺度变化大(从亚纳米到米级)、相数多(气、液、固等)、组成复杂多变、受光/电等多种外场影响显著。　　同时，新型能源材料与器件不断涌现。因此，能源体系的精准测量，给化学测量学带来巨大挑战，亟需发展适用于能源体系的高灵敏、高时空分辨测量方法，研制面向能源体系的新型分析仪器与装置，实时原位监测不同尺度、不同相界面、不同材料表面能源过程的动态变化，从而揭示能源过程的分子作用机制，为高效能源材料与器件的设计和开发提供测量方法与技术。　　主要研究内容包括但不限于如下五方面。　　(1)提升能源分析方法的灵敏度、特异性和时空分辨能力。传分析技术受灵敏度与时空分辨率的限制，往往只能获得较大空间范围和较长时间尺度的宏观统计平均信息，难以直接获取能源过程中物质在限域空间内的瞬态变化信息，限制了对能源过程微观化学本质的深入认识与理解。因此，发展适用于能源体系且具有更高灵敏度、特异性以及时空分辨能力的分析方法与技术，在复杂多变环境中原位获取能源转化过程的动态信息，是能源分析领域亟需解决的问题。　　一方面，可通过提升原有分析方法与仪器(如电化学、光谱、质谱、核磁等)的灵敏度与时空分辨率。另一方面，可从分析的原理创新，借助多学科交叉融合，发展新的测量学原理、理论、方法与仪器，建立全新的能源分析方法。　　(2)能源体系的多尺度、多相界面、多组分及多模式分析。能源过程涉及不同尺度(原子级活性位点、微纳米能源材料、宏观器件)、不同界面(固液、固固、气固等)、不同组分(反应物、电子、光/电场等)之间的相互转化，且各因素之间相互关联、相互影响。　　亟需利用化学测量学手段，观测能源体系中不同尺度下电子/电荷传输、分子转化过程，直接检测能源过程中各种界面可能存在的关键中间体，分析其对能源转化的影响。同时，结合多种分析技术，从多个角度对能源体系进行多模式测量，获得分子结构、电子结构、时空间分布等多模态信息，全面解析能源过程的化学本质。　　(3)外场调控下能源反应与新能源材料的原位动态分析。能源过程的研究往往是在外场调控下进行的，能源分析必须考虑外场对能源过程的原位调控作用。提高新型能源分析方法的时空分辨，以获得外场调控下的各相时空成像数据，深入剖析外场种类、强弱、分布、动态变化等对能源转化过程的影响，从而揭示外场调控下能源转化过程的机制。在此基础上，发展新的通用型原位动态分析技术，对新能源材料进行系统分析，揭示其组成、结构及演化过程，阐明其结构与作用机制，指导设计更加高效的能源材料。　　(4)开发面向能源体系的新型分析仪器和联用设备。能源体系复杂，须从多个角度获取精确信息，进行全面分析。例如，利用电化学与谱学分析(红外、拉曼等)在动态限域尺度上的联用，可获得瞬态电化学界面过程的微观反应信息 同时利用谱学对产物乃至中间物的定性和定量分析，可从分子层面揭示反应机理。　　现有的联用分析方法与仪器，其灵敏度与时空分辨率往往较难同时达到能源分析的检测需求。因此，需发展适用于能源体系样品、无损、普适、可原位观测的新型分析仪器与联用设备，从而建立多参数、多模态能源转化评价体系。　　(5)建立能源分析相关数据库与标准化测试方法。能源分析目前缺乏统一的度量标准，降低了研究成果对后续研究的指导意义。建立能源体系的标准化测试方法，对能源科学的长期发展具有重要意义。这需结合能源科学的研究现状和重点领域，对包括样品前处理、测试及数据分析等全流程进行测量规范，有效量化能源体系的评价指标，建立能源分析领域标准化测试方法。在此基础上，将标准化测试结果共享上传，结合大数据人工智能技术，建立能源分析综合数据库。　　2.4.2　　材料分析化学　　材料分析化学是材料化学、合成化学和化学测量学的有机融合，是化学测量学的一个重要分支，具有长久的发展历史。近年来受多个学科飞速进步的推动，材料分析化学的测量手段和工作范畴都产生了巨大的变化，成为化学测量学的新兴研究方向之一。材料分析化学包括两层内涵，一是将新原理、新技术与新方法应用于材料的结构、组成、表界面及理化性能分析表征 二是将新材料用于化学测量学，借助新材料的光电磁等优异性能，提高分析方法的灵敏度、选择性、重现性和稳定性等。　　材料分析化学在化学测量学的发展中将扮演重要角色。例如，半导体发光量子点光谱特性及其能带结构与性能关系的研究离不开光谱分析仪器和方法，而发光量子点的出现，尤其是低毒、可见及近红外光发射量子点的发展，为生物成像及癌细胞原位、实时标记提供了有力工具 超顺磁性纳米材料的发现为复杂物质分离分析、免疫分析以及磁共振成像提供了新的机遇 具有光热效应的纳米材料使光控释放以及光热分析检测成为可能。同时，新材料的新结构、新性能也亟需新的分析表征设备与研究手段和技术，如单原子、单分子水平上的结构与性能表征，超薄、超小结构表征，表界面性能表征等，特别是实时原位表征。　　目前材料分析化学处于高速发展阶段，近年来我国化学测量学家在该领域取得了一系列瞩目的成果，尤其是基于新材料性能开发的新型传感平台，其主要研究内容体现在以下三个方面。　　(1)纳米材料具有与宏观物质迥异的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，以及由此引起的优良光、电、磁及生物化学特性。利用其磁性能，通过在其表面修饰核酸适配体、抗体及亲和配体，可实现复杂样品中靶分子的高效富集与分离 利用光、电及生物学性能，通过在传感界面上构建纳米颗粒，可实现目标待测物信号的高效放大，高灵敏检测实际样品中的靶标物质 利用纳米材料新性能，如发展新型的氟磁共振成像探针和近红外光热探针，探索可穿透人体组织深层次的疾病检测新方法 整合磁共振、光热、荧光、拉曼、电化学、化学发光、颜色变化等多种测量手段，实现生命过程相关的重要生物物质的多模式高灵敏检测。　　(2)探索纳米结构和性能的定量关系，构建有别于单个纳米粒子性能的纳米组装结构。通过化学多级组装模拟生物体系的结构和功能，揭示结构与功能的关系，探索重大疾病的精准诊断与高效治疗新模式，并结合生物标记发展重大疾病的精确诊断新技术 模拟肿瘤空间构型，探索循环肿瘤细胞等疾病的检测新方法 构建气体传导优化组装体系，实现对不同疾病呼出气中标志物的高灵敏诊断技术 在生命体中构建生物拓扑结构，探索对活体器官、组织和细胞功能的重要影响机制，研究疾病诊断新机制。　　(3)纳米复合材料作为各种纳米材料的结合体，不仅具有单个纳米材料的特点，更展示了复合材料的特有性能。以聚合物为载体的无机纳米复合材料综合了无机、有机和纳米材料的优良特性，具有良好的机械、光、电和磁等功能特性，为开发新型的成像检测技术、电化学传感器件、气体传感器和分离检测技术提供了强大的材料基础和技术空间。仿生材料是当前材料科学中的前沿领域，根据自然界生物的某些组织或器官制备的纳米复合材料，在大健康检测和环境分析中将发挥重要作用。对仿生材料的迫切需求，使其研究越来越受到重视。MOF、COF和多孔硅等多孔材料由于具有比表面积高、热稳定性和化学稳定性好等特性，在样品的采集、分离、富集等方面均表现出优异的性能。　　2.4.3　　生物成像　　成像技术和设备是生命科学研究和临床医学重要的工具，而对生命活动的精确测量与可视化将成为后基因组时代前沿科学的主战场。荧光蛋白、超分辨成像技术和冷冻电镜技术等三个生物成像技术分别获得2008、2014和2017年的诺贝尔化学奖，凸显了这个领域的重要性。生物成像目前已成为一个高度交叉的研究和应用领域，融合了生物、化学、物理学、神经科学、医学、工程、材料等多个学科。　　生物成像依据尺度大体可以划分为宏观、介观和微观三个层面，分别对应于组织、细胞和生物分子成像。生物成像领域存在很多挑战。现有的成

污水中毒品定量是污水验毒的关键，污水验毒能够客观、全面的反应城市毒情，为公安机关锁定“毒源”，提供有力的技术支持。 污水验毒，有助于将禁毒重点从事后打击转向事前预警，污水毒情监测能准确获取毒品的相关区域信息，让实时监测毒品滥用情况成为可能。在污水中测出毒品含量稍有变化，就预示着这个区域发生了新的涉毒犯罪。警方根据线索进行追踪，及时扫除毒品来源，能将涉毒犯罪从源头进行控制。　　在此背景下，仪器信息网特别建立“质谱在毒品分析领域的技术应用进展”专题，聚焦质谱技术在毒品检测领域的最新应用，以增强业界质谱专家和技术人员、司法公安相关机构工作者之间的信息交流，同时向仪器用户提供毒品分析领域更丰富的质谱产品、技术解决方案。本文邀请到SCIEX公司应用技术专家孙小杰经理谈谈污水验毒相关的一系列产品技术及解决方案。SCIEX公司应用技术专家孙小杰经理　　污水验毒作为一种客观、实时、准确、便捷的毒情监测方法，在我国还属于新兴技术，需要不断完善，提升其在追查制毒窝点、预警打击方面的作用。当前，新型毒品种类繁多、更新速度快，已成为世界毒品治理的一大难题。对此进行常规化监测，及时建立毒情监测预警更新，将是污水监测下一阶段发展的重点。此外，可以结合多种验毒手段，开展全方位监测。针对涉毒问题易发、多发的重点地域，在污水验毒基础上，提升对土壤、空气等环境介质的监测能力和水平，形成立体的多维毒情数据监测体系，有助于充分发挥新兴手段在毒品查缉、侦查破案、预防教育等领域中的积极作用。　　近年来，中国各地开展城市污水中毒品成分监测结果显示，海洛因、冰毒、氯胺酮等3类主流毒品含量以及消费量普遍大幅下降，污水验毒是毒情监测的重要手段，能够推算出特定区域内滥用毒品的种类、消费量以及吸毒人员规模等，具有较高的灵敏性和准确度，不少地方运用城市污水监测毒情，这种非常高效的方式正成为打击防范毒品违法犯罪的利器。　　但是，污水中毒品含量低通常在皮克(pg)级别或以下，污水中背景基质非常复杂，对液质联用仪的灵敏度、抗基质效应能力以及抗污染能力提出更高的要求，另外繁琐的前处理过程，大大降低了检测的效率。液质联用仪SCIEX 7500系统直接进样法，能够很好的解决污水中的毒品及其代谢物测定的这些难题。　　目前实验方案现状：　　通常需要采用离线或在线固相萃取法进行富集后上机分析，操作难度大、效率低，需要大量人力、物力和耗材成本的支撑。　　SCIEX 全新解决方案突出特点：省时省力省钱　　特点一：采用常规的液质联用直接进样法　　特点二：无需离线固相萃取(SPE) 前处理且无需在线固相萃取(Online-SPE)　　特点三：抗污染能力和抗基质效应能力强　　SCIEX污水查毒全新解决方案　　基于SCIEX Triple Quad™ 7500 LC-MS/MS 系统 – QTRAP® Ready　　测试谱图　　毒品类化合物提取离子流色谱图　　线性关系　　样品浓度配置在1 pg/mL-500 pg/mL范围内，内标浓度为25 pg/mL，所有化合物具有良好的线性关系。　　12种毒品以及代谢产物类化合物线性关系　　基质效应　　针对本文涉及到的12种毒品类化合物，在1 pg/mL，10 pg/mL，100 pg/mL三个浓度点下进行污水加标基质效应考察，基质效应均在95 %-105 %范围内，完全符合方法学要求。　　该方案的特点和优势总结：　　1. 简单准确：无需前处理，直接上机分析即可，结果准确。　　2. 灵敏度高：12种毒品及其代谢产物定量限均在1 pg/mL以下，充分满足日常污水中毒品检测的需求。　　3. 抗污染能力和抗基质效应能力强，基质效应95 %-105 %。　　该方法节省人力、时间和物力，为地区毒品研究分析以及禁毒工作的开展提供了有力的监测手段。　　打击防范毒品违法犯罪是一项复杂、艰巨、长期的系统工程。针对毒情新形势新变化，加强禁毒技术研究，推进禁毒科技创新，才能牢牢掌握同毒品违法犯罪作斗争的主动权，推动禁毒工作不断取得新成效。

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近日，国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院陈效双研究员团队提出了一种通过六方氮化硼封装技术，实现从520 nm到4.6 μm工作波长的钽镍硒（Ta2NiSe5）非制冷红外光电探测器（PD）。该探测器在室温空气环境条件下具有较低的等效噪声功率（4.5 × 10−13W Hz−1/2）和较高的归一化探测率（3.5× 1010cm Hz1/2W−1），而且通过表征时间、偏置、功率和温度依赖等多方面因素，研究其不同波长辐射产生光电流的多重机制。此外，还展示了器件的偏振灵敏度和在不同的可见光、近红外、中波红外波长范围内的多功能成像应用。这些结果揭示了多功能的探测模式，为设计新型的纳米光电器件提供了一种新的思路。该成果以“H-BN-Encapsulated Uncooled Infrared Photodetectors Based on Tantalum Nickel Selenide”为题发表在期刊Advanced Functional Materials上（IF=19）。本工作也得到了国家自然科学基金委、上海市科委、中国科学院和浙江省自然科学基金委等项目的资助。本文利用干法转移堆叠，采用平面h-BN封装的金属-Ta2NiSe5-金属(源极和漏极)结构设计了Ta2NiSe5基PDs，如图1a所示。图1b的左侧面板显示了横截面透射电子显微镜图像，并证明原子堆中没有污染或无定形氧化物。图1d显示了在黑暗条件下和不同功率强度的激光照射（1550nm）下的I-V特性的比较，显示了近线性行为，表明Ta2NiSe5薄片和Cr/Au电极之间具有良好的欧姆接触。如图1e所示，对于窄带隙半导体Ta2NiSe5，光激发载流子的短瞬态寿命减少了电荷分离时间。Ta2NiSe5的高迁移率可以实现电场驱动的光生载流子的快速传输，降低复合的概率。520 nm至2 µm范围内的光响应机制被认为是光电导效应（PDE）。由于PDE，带间跃迁产生的电子-空穴对被施加的电场分离，并被图1h左侧面板中的电极收集。在可见光和近红外光谱中吸收光子，只要它们具有超过带隙的能量，就会触发电子-空穴（e-h）对的产生，从而调节材料的电导率。随后，这些产生的e-h对在外部电场的诱导下分离，产生光电流。基于Ta2NiSe5的PD在1550 nm处0 V和±1 V的扫描光电流映射（图1h）很好地验证了上述光电流起源的推测。图1. Ta2NiSe5基PD在大气环境中不同激光波长和功率下的光电特性。（a）基于Ta2NiSe5的PD的示意图。（b）Ta2NiSe5基PD的横截面TEM图像和相应的元素映射。（c）剥离的Ta2NiSe5纳米片的SEM图像和EDS元素图谱。（d）在1550 nm激光照射下，不同功率下的Iph-Vds曲线。（e）基于Ta2NiSe5的PD的单个响应过程，Vds为1V。（f）从具有绝对值的I-t曲线中提取的Vds和Plight相关光电流。（g）在1V偏压下基于Ta2NiSe5的PD下的光电流的线性功率和亚线性功率依赖性。（h）1550 nm激光照射下典型Ta2NiSe5基PD的扫描光电流图，以及−1、0和1 V偏压照射下从Ta2NiSe5到电极的光生载流子传输过程的说明。泡利阻塞抑制了在4.6 μm（0.27 eV）处产生电子-空穴对的直接光学跃迁。热效应机制被认为是控制MWIR区域光探测过程的潜在物理机制，如光热电效应和辐射热效应。对于辐射热效应的贡献，不需要外部偏置来产生光电流，如图2a所示，而不是依赖于自供电的工作模式。辐射热效应是指沟道材料由于吸收均匀的红外辐射而引起温度升高，从而导致电导率或光吸收等电学或光学性质变化。值得注意的是，辐射热效应需要外加电场。为了确定控制MWIR探测过程的主要机制，光响应被记录为功率和Vds的关系。光电流呈现负极性、零极性和正极性三个特征区域，分别对应图2a中的区域I、II和III。通过测量Ta2NiSe5基PDs电阻的温度依赖性（4-400 K），器件电阻的温度依赖性表现出典型的半导体热激发输运性质，表明热效应可以有效地增强器件电导（图2b）。电阻的温度系数（TCR）是辐射热效应的一个关键指标，在Vds=1 V时，Ta2NiSe5基PDs的TCR为-1.9% K-1。与快速的可见光-近红外光响应相反，在关闭光后漏极电流缓慢恢复，响应时间≈24 ms（图2c）。辐射热效应可以解释明显的光响应与缓慢的下降和上升时间，而不是光电导效应。该值是典型的辐射热特性（1-100 ms），因为吸收MWIR光子后热电子的能量转移到晶格，进一步改变沟道电导。此外，在传热和耗散过程中，h-BN利用极高的导热系数有效地消散探测器产生的热量。光电流的产生分为两种状态。首先，沟道材料在吸收MWIR光子后改变自身电导率，其次，通过驱动外电场产生光电流（图2d）。与PTE中取决于塞贝克系数的光电流符号不同，辐射热光电流的符号取决于外部电场。为了直观地揭示Ta2NiSe5基PDs的光响应机制，本文利用扫描光电流成像技术对光电流分布进行成像（图2e）。在0 V偏置照射下，几乎没有观察到光电流，而在±1 V的外偏置照射下，整个沟道的光电流相当均匀。诱导的电导变化可能是入射光下温度升高期间产生电流的载流子数量变化的结果。Ta2NiSe5基PDs具有独特的性能，它们可以在室温下工作而不会性能下降，这使得它们有希望用于辐射热探测应用。此外，该器件无需p-n结即可工作，简化了制造过程。图2. 基于Ta2NiSe5的PD在4.6 µm光照下的光响应。（a）从I-t曲线中提取的Vds和Plight相关光电流。（b）Ta2NiSe5纳米片电阻的温度依赖性。（c）Vds为1V的基于Ta2NiSe5的PD的单个响应过程。（d）基于Ta2NiSe5的器件在4.6 µm激光照射下的晶格加热的典型示意图。（e）4.6 µm激光照射下典型Ta2NiSe5基PD的扫描光电流图，以及−1、0和1 V偏压照射下测辐射热机制器件的能带对准。接下来，520nm-4.6 µm波长范围内的光的光谱响应度如图3a（左纵轴）所示，在4.6 µm处峰值为0.86 A W−1。在图3a（右纵轴）中，在不同激发波长上进行的EQE测量表明，随着波长的增加，EQE逐渐下降。由入射光子和晶格振动之间的相互作用产生的有限的能量转换效率，以及两端电极的有限收集，通过阻碍入射光子到光生载流子的有效转换，降低了材料的量子效率。重要的是，从可见光到MWIR光谱范围（520 nm-4.6 µm）实现了0.23至82.22的EQE值。与许多传统报道的基于低维材料的PD相比，基于Ta2NiSe5的PD的EQE显著更高，如图3b所示。从1 Hz到10 kHz测量的电流噪声功率谱如图3c所示，然后将NEP计算为NEP=in/RI（图3d），其中在520 nm处获得的最小NEP≈0.45 pW Hz−1/2，在4.6 µm处获得的最低NEP≈18 pW Hz−1/2。基于Ta2NiSe5的PD的较低NEP证明了它们区分信号和噪声的优异能力。图3e显示了与传统大块材料和基于2D材料的PD相比，基于Ta2NiSe5的PD在不同偏压下的波长依赖性特异性检测。对于光电导和测辐射热计响应，D*显示出3.5×1010至8.75×108cm Hz1/2W−1的轻微波动。我们的PD的D*与最先进的商业PD相当，并且高于基于可见光到中红外区域的2D材料的PD。图3. 基于Ta2NiSe5的PD的可见光至MWIR区域的宽带光响应。（a）Vds＝1时RI（蓝色实心正方形）和EQE（红色实心圆）的波长依赖性。（b）基于Ta2NiSe5的PD与2D和块体材料PD的EQE的比较。（c）从1 Hz到10 kHz测量的电流噪声功率谱。（d）基于Ta2NiSe5的PD与以前的PD的NEP性能比较，插图显示了NEP的波长依赖性。（e）不同波长下的比探测率（D*）与基于2D材料的最先进的其他PD以及商用红外PD的比较。为了确定基于Ta2NiSe5的PD的偏振依赖性，我们进行了如图4a所示的实验。垂直入射光使用格兰泰勒棱镜进行偏振，通过旋转半波片同时保持恒定的激光功率来改变样品的激光偏振方向和b轴之间的关系。对最具代表性的638 nm激光偏振特性进行研究，图4b，c显示，随着极化角的变化，光电流表现出显著的周期性变化，最大值和最小值分别沿Ta2NiSe5纳米片的b轴和a轴方向获得。值得注意的是，图4c中的偏振依赖性光响应图显示了由于Ta2NiSe5晶体的[TaSe6]2链的潜在1D排列而导致的两片叶子的形状。最终结果显示，各向异性比（Iph-max/Iph-min）达到约1.47，表明基于Ta2NiSe5的PD的整体性能优于大多数其他报道的PD，如图4f所示，并为设计未来的多功能、空气稳定的光电子器件提供了广阔的前景。图4. 基于Ta2NiSe5的PD的偏振敏感光电检测。（a）利用Ta2NiSe5材料的基于纳米片的偏振敏感光电探测器的示意图。（b）在638 nm激光源下记录的光偏振方向为0°至360°的时间分辨光响应。（c）在638 nm偏振激光下，Vds为−1至0V的光电流中各向异性响应的各向异性响应图。（d）通过在638 nm激光下扫描Ta2NiSe5基PD获得的光电流图，偏振角从0°到180°不等。（e）创建极坐标图以显示在638 nm线性偏振激光照射下在40、36和17 nm厚度下产生的角度分辨光电流。（f）与其他常用的2D和1D材料相比，光电流各向异性比和光响应范围。为了充分探索基于Ta2NiSe5单元的PD在多应用成像中的潜力，如图5a所示构建了一个成像系统。采用逐点或逐像素覆盖整个物体区域，用聚焦的可检测光束照射物体，PD检测到的光电流信号由锁定放大器、前置放大器和计算机收集，计算机记录位置坐标生成高质量图像。为了测试基于Ta2NiSe5的PD的成像能力，将具有“HIAS”图案（15 cm×5 cm）的中空金属板放置在520 nm激光器前面，并以优于0.5 mm的高分辨率成功捕获了所产生的成像，如图5b所示。通过控制外部偏置，可以改变PD在638 nm照明下的响应，并成功实现物体成像清晰度，如图5c所示。在NIR范围内，在基于Ta2NiSe5的PD中获得了覆盖载玻片的钥匙锯齿状边缘的高对比度图像（图5d）。此外，基于Ta2NiSe5的设备在近红外和MWIR区域都表现出高度稳定的响应，确保了高对比度成像以智能识别宏观物体。为了证明这一特性，在1550 nm和3.2 μm处实现了复合物体（硅片和长尾夹）的双通道成像。如图5e所示，近红外光只能检测到一半的长尾夹，而MWIR辐射可以显示整个长尾夹。结果证明了基于Ta2NiSe5的PD在军事和民用应用中检测隐藏物体的潜力。图5. Ta2NiSe5基PD的光电成像应用。（a）使用PD作为成像像素的成像系统的示意图。（b）520 nm处的“HIAS”物体（上图）和相应的高分辨率成像图（下图）。（c）在638 nm处，Vds为0.05、0.1、0.5和1 V的“H”对象。（d）1550 nm覆盖载玻片的钥匙成像。（e）在1550 nm和3.2 µm处被硅片部分隐藏的长尾夹的成像。本文揭示了h-BN封装的Ta2NiSe5基PD在环境条件下在520 nm至4.6 µm的宽光谱范围内工作的特殊光电特性，受光电导和测辐射热效应的控制。光电探测器同时表现出宽带和快速的光电探测能力，具有显著的响应性，超过了现有商业室温探测器的性能。基于Ta2NiSe5的PD的室温响应度达到了34.44 AW−1（520 nm）、32.14 AW−1（638 nm）、29.81 AW−1（830 nm）、20.92 AW−1（1550 nm），16.58 AW−1（2 µm）和0.86 AW−1（4.6 µm）。基于Ta2NiSe5的PD的独特光学特性使其适合于各种应用，包括传感、成像和通信，并且它们与其它2D材料的集成可以进一步增强它们的性能和功能。因此，这项工作的研究为利用2D材料设计稳定的光电探测器铺平了道路，为推进下一代红外光电子研究的发展做出了贡献。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305380

导读：当今，化石能源短缺和环境污染问题凸显，能源的多元化和高效多利用成为解决能源与环境问题的一个重要途径。作为一种绿色能源技术和环保型制冷技术热电转换技术受到学术界和工业界的广泛关注。热电转换技术是利用材料的塞贝克效应与帕尔贴效应将热能和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷。这种技术具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物、适用温度范围广等特点。热电器件可以实现热能和电能的直接转换，在废热回收和固态制冷领域具有重要的研究价值，对热电发电器件的能量转换效率进行测量是评价热电材料和器件性能的重要基础。 热电材料性能指标的关键在于能源转换效率，其由材料的无量纲热电性能优值（ZT值）决定。由ZT值的定义式（ZT = (Sσ/κ)T）可知，在给定温度T下，高性能热电材料应具有大的塞贝克系数S、高的电导率σ和低的热导率κ。然而，这些热电参数相互之间具有强烈的耦合关系，使得热电材料的性能优化具挑战性，调控这些强烈耦合的复杂热电参数是提高材料ZT值和热电转换效率的关键。随着热电材料领域的研究越来越受重视，不断涌现出了诸多提升ZT值的有效策略：优化载流子浓度以提高电导率；调整电子能带结构、晶体结构、相结构等优化电传输性能；通过引入点缺陷、位错、晶界、纳米沉淀物等进行多尺度分层架构设计以降低热导率；探索和开发具有本征低热导率特性的新材料体系；通过高通量及基于基因计算等预测潜在热电材料等。近日，北京航空航天大学材料科学与工程学院赵立东教授团队与南方科技大学、清华大学及武汉理工大学的科研团队合作，通过掺杂Pb，显著提高了p型SnSe晶体室温附近的电传输性能。该工作以《Power generation and thermoelectric cooling enabled by momentum and energy multiband alignments》为题目发表在《Science》上。 以往研究中，多选用窄带隙或半金属材料作为热电制冷材料，赵立东教授课题组则主要开发宽带隙热电材料，利用各向异性调和电输运与热输运的矛盾。该研究通过在动量空间和能量空间同时作用的多价带协同传输策略，实现了p型SnSe晶体热电性能的显著提升；并制备了基于SnSe晶体材料的热电器件，测试其温差发电性能（大发电量及功率），还实现了大温差的电子制冷。这一研究表明SnSe基晶体材料在温差发电和电子制冷方面有巨大潜力，使用p型SnSe晶体制备的器件，其制冷性能达到了使用传统BiTe基材料商用器件的70%（210K温差下），但SnSe基热电材料具有成本低、重量轻且储量更加丰富等优势，具备十分巨大的应用价值。图1. 使用PEM-2测得的温差发电器件性能：电压（A）和输出功率（B）以上工作中，材料的电导率、塞贝克系数使用日本Advance Riko公司生产的塞贝克系数/电阻测量系统ZEM-3测得，热电转换器件（TEG）的发电量、输出功率及热电转换效率使用日本Advance Riko公司生产的热电转换效率测量系统PEM-2测得。图2. 使用PEM-2测得的温差发电器件的转换效率 日本Advance Riko公司已专业从事“热”相关技术和设备的研究开发近60年，并一直走在相关领域的前端，为各地的科学研究及生产活动提供了诸如红外加热、热分析/热常数测量等系统。2018年初，Quantum Design 中国公司将日本Advance Riko公司的新先进热电材料测试设备：小型热电转换效率测量系统Mini-PEM、塞贝克系数/电阻测量系统ZEM、热电转换效率测量系统PEM及大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM引进中国。2018年7月，Quantum Design中国与日本Advance Riko达成协议，作为其热电材料测试设备在中国的代理商继续合作，携手将日本Advance Riko先进的热电相关设备介绍到中国。目前，所有中国用户购买的日本Advance Riko热电产品，均由Quantum Design中国公司的工程师团队负责安装及售后服务。同时，Quantum Design 中国公司在日本Advance Riko公司的协助下，在北京建立部分热电设备示范实验室和用户服务中心，更好的为中国热电技术的发展提供设备支持和技术服务。参考文献：[1] Qin Bingchao et al., Power generation and thermoelectric cooling enabled by momentum and energy multiband alignments, Science 30 Jul 2021: Vol. 373, Issue 6554, pp. 556-561[2] 《Science》刊发北航赵立东教授课题组在电子制冷材料研究上的新进展，北京航空航天大学新闻网[3] 南科大何佳清团队在Science发表SnSe热电材料和器件重要成果，南方科技大学新闻网 关注Quantum Design China微信公众号，在对话框中输入“热电”了解更多信息。

多铁性是指铁电性、铁磁性、铁弹性等多种有序的共存。多铁性材料与磁电耦合效应不仅蕴含着丰富的基础物理问题，而且具有重要的应用前景，是近年来凝聚态物理和材料科学的一个研究热点。多铁性材料分为复合材料和单相材料两大类，复合材料的磁电耦合是利用界面效应实现的间接耦合，单相材料的磁电耦合是一种本征的体效应。在过去的十多年里，人们已经发现了种类繁多的单相多铁性材料。然而，已知的单相多铁性材料的磁电耦合效应（磁场控制电化或者电场控制磁性）通常比较微弱，这大地限制了单相多铁性材料在未来磁电子学器件中的应用。如何大幅度提高单相材料的磁电耦合效应成为该领域面临的一个重大挑战。近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理实验室孙阳研究员（Quantum Design产品用户）、柴一晟副研究员和博士生翟昆等在一种Y-型六角铁氧体Ba0.4Sr1.6Mg2Fe12O22中实现了巨大的磁电耦合效应，获得了高达33000 ps/m的正磁电耦合系数和32000 ps/m的逆磁电耦合系数，创造了单相材料磁电耦合效应的新记录。图1. 六角铁氧体Ba2-xSrxMg2Fe12O22在 10 K下的正磁电耦合效应六角铁氧体是一类具有六角晶系的铁基氧化物，按照结构单元的不同，可进一步划分为M, W, X, Y, Z, 和U型六角铁氧体。由于存在多种磁性相互作用的竞争，在六角铁氧体中可以通过部分元素替换产生丰富的非共线螺旋磁结构。对于一些特定的螺旋磁结构，非共线的自旋之间可以通过逆Dzyaloshinskii-Moriya相互作用产生宏观电化，从而导致磁有序驱动的二类多铁性与磁电耦合效应。在以往的研究中，虽然人们已经在一些六角铁氧体中观察到较强的磁电耦合效应，但是，对于如何在六角铁氧体中进一步实现巨大的磁电耦合效应，还缺乏清晰的认识和思路。　图2. 六角铁氧体Ba2-xSrxMg2Fe12O22(x = 1.6)在 10 K下的逆磁电耦合效应为了理解Y-型六角铁氧体Ba0.4Sr1.6Mg2Fe12O22中巨磁电耦合效应的物理起源，博士生翟昆合成出Ba2-xSrxMg2Fe12O22 (0.0≤x≤1.6) 一系列单晶样品，系统研究了其宏观磁性和磁电耦合效应随Sr含量的变化关系。同时，孙阳研究组与美国橡树岭实验室曹慧波博士等合作，利用中子散射技术详细研究了这一系列单晶样品的磁结构，给出了Ba2-xSrxMg2Fe12O22体系中圆锥状螺旋磁结构随Sr含量及外加磁场变化的相图。图3. 六角铁氧体中自旋锥对称性与磁电耦合系数的关系研究结果发现，六角铁氧体中磁电耦合效应的强度与自旋锥的对称性密切相关：当自旋锥的对称性从四重对称性降低到二重对称性时，在外加磁场驱动下自旋锥可以发生180度翻转；同时，自旋结构产生的电化也会随之发生180度反向。通过元素替换调控磁各向异性使得这一相变发生在零磁场附近，就会导致巨大的磁电耦合系数。因此，该项研究不仅获得了迄今为止单相材料中大的正逆磁电耦合系数，也为如何提高多铁性六角铁氧体中的磁电耦合效应指明了方向。以上研究成果发表于Nature Communications 8，519（2017）。该工作得到了自然科学基金（11534015，11374347），科技部（2016YFA0300701）和中国科学院项目（XDB07030200）的支持。文章来源：（中国科学院物理研究所磁学重点实验室，终解释权归中国科学院物理研究所磁学重点实验室官网所有） 相关产品： SuperME 多铁材料磁电测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C148929.htmTEGeta 多功能热电材料测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C277658.htm完全无液氦综合物性测量系统 DynaCool：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htmMPMS3-新一代磁学测量系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C19330.htm

2020年，QD中国迎来了公司的十六个年头。为满足国内日益增长的红外仪器测试需求，更好的为国内的科研工作者提供专业技术支持和服务，Quantum Design中国子公司北京总部的样机实验室迎来了一个新的面孔——美国PSC公司（Photothermal Spectroscopy Corp., 前身Anasys）非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 mIRage。 mIRage 红外拉曼同步测量系统是一个全新的光谱测试系统，基于的光热诱导共振（PTIR）技术， mIRage产品突破了传统红外光谱系统的两大难题：1. 无需接触式的ATR部件及AFM探针技术，即可实现亚微米空间分辨的红外光谱和成像分析；2. 非接触的反射测量模式，提供媲美透射模式的IR谱图质量和标准的谱图数据库，大大简化了样品制备和图谱分析过程，并支持厚样品和液体样品的测试。 图 1. mIRage系统及O-PTIR技术原理示意图mIRage采用可调脉冲式中红外激光器激发样品表面，产生光热诱导热膨胀效应，然后将可见光聚焦到样品上作为“探针”探测产生的光热效应，从而实现快速、简易的样品探测，且不接触样品。基于O-PTIR技术，mIRage可支持多种红外测量模式，包括反射模式下高速的单点（图2 A）和线性扫描红外谱图（图2 B）以及亚微米分辨的单一波长下的高光谱成像（图2 C和D），分析样品目标位置上的化学组成及分布。 图2. mIRage系统数据示例（A）单一纤维不同位置的O-PTIR谱图. （B）高分子薄膜红外线性扫描谱图.（C）多层薄膜单一波长下的高光谱红外成像及谱图. (D) 数据存储单元单一波长下的O-PTIR成像, 用于污染检测 另外mIRage可与拉曼联用，实现同时同地相同分辨率的IR和Raman测试（图3A），无荧光风险；且可选配透射模块（图3B），用于观察液体样品，满足科研工作者的不同测试需求。图3. 血红细胞的O-PTIR和Raman同步谱图测试及成像. (B) 透射模式下观察液体样品（上皮细胞） mIRage非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统，可以快速，准确的实现样品亚微米尺度的红外光谱和成像检测，被广泛应用于多层薄膜、高分子聚合物、生命科学（骨头，细胞，头发等）、医药、法医鉴定、缺陷分析、微电子污染、食品加工、地质学及考古和文物鉴定等多种应用领域。更多的应用仍在不断开发和探索中，我们期待与您早日合作，共同进步！

非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 — —mIRage O-PTIR系统 产品简介：美国PSC (Photothermal Spectroscopy Corp, 前身Anasys公司)最新发布的一款应用广泛的亚微米级空间分辨率的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统。基于独家专利的光热诱导共振（PTIR）技术，mIRage产品突破了传统红外的光学衍射极限，其空间分辨率高达500 nm，可以帮助科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息。 mIRageTM O-PTIR 光谱O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 光谱是一种快速简单的非接触式光学技术，克服了传统IR衍射的极限。与传统FTIR不同，不依赖于残留的IR 辐射分析，而通过检测由于本征红外吸收引发的样品表面快速的光热膨胀或收缩，来反映微小样品区域的化学信息。 mIRage工作原理：• 可调的脉冲式中红外激光汇聚于样品表面，并同时发射与红外激光共线性的532 nm的可见探测激光；• 当IR吸收引发样品材料表面的光热效应，并被可见的探测激光所检测到；• 反射后的可见探测激光返回探测器，IR信号被提取出来；• 通过额外地检测样品表面返回的拉曼信号，可以实现同时的拉曼测量。 O-PTIR克服了传统红外光谱的诸多不足：• 空间分辨率受限于红外光光波长，只有10-20 μm• 透射模式需要复杂的样品准备过程,且只限于薄片样品• 无传统ATR模式下的散射像差和接触污染 O-PTIR的优势之处在于: • 亚微米空间分辨的IR光谱和成像（~500 nm），且不依赖于IR波长• 与透射模式相媲美的反射模式下的图谱效果• 非接触测量模式——使用简单快捷，无交叉污染风险• 很少或无需样品制备过程 （无需薄片）, 可测试厚样品• 可透射模式下观察液体样品• 可以与拉曼联用，实现同时同地相同分辨率的IR和Raman测试，无荧光风险mIRage 技术参数 波谱范围模式探针激光样品台最小步长样品台X-Y移动范围IR (1850-800 cm-1)反射 532 nm 100 nm 110*75 mmIR (3600-2700 cm-1)透射Raman (3900-200 cm-1)反射 重要应用实例分析： 1、多层薄膜 高光谱成像： 1 sec/spectra. 1 scan/spectra样品区域尺寸：20 μm x 85 μm size. 1 μm spacing.图谱中可以明显看出在不同区域上的羰基，氨基以及CH2 拉伸振动的分布。 2、高分子膜缺陷左：尺寸为240 μm的两层薄层上缺陷的光学图像；右：在无缺陷处（红色）和缺陷处（蓝色）的样品的IR谱图，998 cm-1处为of isotactic polypropylene 的特征红外吸收峰。 3、生命科学 左：70*70 μm范围的血红细胞的光学照片；中：红色条框区域在1583cm-1处的Raman照片；右：红血细胞选择区域的同步的IR和Raman图谱 上左：水中上皮细胞的光学照片；上右：目标分子能够在红外光谱上很容易的区分和空间分离，可以明显看到0.5-1.0 μm的脂肪包体；下：原理示意图：红外光谱测量使用透射模式，步长为0.5 μm。 4、医药领域 左：PLGA高分子和Dexamethasone药物分子的混合物表面的光学照片中：在1760 cm-1 出的高光谱图像，显示了 PLGA在混合物中的分布，图像尺寸40 μm * 40 μm右：在1666 cm-1 出的高光谱图像，显示了 Dexamethasone在混合物中的分布，图像尺寸40 μm *40 μm 5、法医鉴定 左：800 nm纤维的光学照片右：纳米纤维不同区域的O-PTIR图谱 6、其他领域• 故障分析和缺陷• 微电子污染• 食品加工• 地质学• 考古和文物鉴定 部分用户及发表文章 [1] Ji-Xin Cheng et al., Sci. Adv.2016, 2, e1600521.[2] Ji-Xin Cheng et al., Anal. Chem. 2017, 89, 4863-4867.[3] Label-Free Super-Resolution Microscopy. Springer, Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering.创新点： mIRage O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 是基于独家专利的光热诱导共振（PTIR）技术，m其突破了传统红外的光学衍射极限，空间分辨率高达500 nm，可有效助力科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息。 非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统

包装薄膜材料常使用传统红外光谱进行表征，但传统FTIR通常只能测单一红外光谱，不具备样品红外光谱成像功能或成像空间分辨率受红外波长限制，高也仅为5-10 μm。在实际应用中，层状材料越来越薄，这对常规FTIR技术的空间分辨率提出了大的挑战。 全新光学光热红外光谱技术光学光热红外光谱技术（O-PTIR）可在非接触反射模式下对多层薄膜进行亚微米的红外表征，同时探针激光器会产生拉曼散射，从而以相同的亚微米分辨率在样品的同一点同时捕获红外和拉曼图像。基于光学光热红外光谱技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统的工作原理是：光学光热红外光谱技术通过将中红外脉冲可调激光器与可见探测光束结合在一起，克服了红外衍射限。将红外激光调谐到激发样品中分子振动的波长时，就会发生吸收并产生光热效应。如图1所示，可见光探针激光聚焦到0.5 μm的光斑尺寸，通过散射光测量光热响应。红外激光可以在一秒钟或更短的时间内扫过整个指纹区域，以获得红外光谱。图 1． 非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 红外和拉曼光谱的光束路径示意图。 红外&拉曼同步测量传统的透射红外光谱通常不能用于测量厚样品，因为光在完成透射样品之前会被完全吸收或散射，导致几乎没有光子能量到达检测器。由于光学光热红外光谱技术是一种非接触式技术，因此非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以对较厚的样品进行红外测量，大地简化了样品制备过程，提升了易用性。在图2中，作者使用非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统针对嵌入环氧树脂中的薄膜样品横截面进行了分析。图2线阵列中各点之间的数据间隔为500 nm。 由于非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统与传统FTIR光谱具有好的相关性，因此可以使用现有的光谱数据库搜索每个光谱。对红外光谱的分析对照可以清楚地识别出不同的聚合物层，聚乙烯和聚丙烯，以及嵌入的环氧树脂。图 2．上：薄膜横截面的40倍光学照片；中：红外光谱从标记区域收集；下：同时从标记区域收集拉曼光谱。 化学组分分布的可视化成像当生产层状薄膜时，产品内部的化学分布是产品完整性的重要组成部分。非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统特地实现了高分辨率单波长成像，以突出显示样品中特定成分的化学分布。非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以在每层的特吸收带处采集图像，以此实现显示层的边界和界面的观察。图3展示了多层膜截面的光学图像。从线阵列数据可以看出，中间位置存在一个宽度大约为2 μm的区域，该区域与周围区域的光谱差异很大。红色光谱显示1462 cm?1处C-H伸缩振动显著增加。图3. 上：薄膜截面的40倍光学照片；下：标记表示间距为250 nm的11 μm线阵列。红外单波长成像使我们能够清晰地可视化层状材料的厚度和材质分布，如图4所示。从图像中可以看出，非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统红外显微镜可以在非接触状态下进行反射模式运行，以佳的空间分辨率提供单波长图像。图4. 红外单波长成像层状材料的成分分布。 总结通过同时收集红外和拉曼光谱，科学家发现非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可被广泛用于分析各种多层膜。收集的光谱与传统的FTIR光谱显示出 99%相关性，并且可以在现有数据库中进行搜索。此外，使用非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统进行单波长成像可实现亚微米分辨率样品中组分的可视化。通过该技术，我们可以更好地了解薄膜材料的整体构成。总体而言，非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统次提供了可靠且可视化的亚微米红外光谱，目前它已在高分子、生命科学、临床医学、化工药品、微电子器件、农业与食品、环境、物证分析等领域得到广泛应用并取得了良好的效果，显示出了广阔的应用前景。

微型激光测振仪在超声领域的应用最近几年，超声技术在各个领域的应用越来越多，比如利用超声波原理进行医学治疗的设备也在临床实践中被广泛应用。医学超声设备主要是基于高频振动波（超声波）传入人体组织，并在局部产生热效应、机械效应和空化效应，引起目标组织的改变，从而达到治疗的目的。昊量光电全新推出的微型激光测振仪是一种非接触式的振动测量仪器，能够精确测试医学超声设备的超声振动特性和模态，在产品的研发、质检和性能优化过程中起到了至关重要的作用。激光测振仪在医学超声领域的应用具有如下优势：1、激光聚焦光斑小、空间分辨率高，能够快速定位并测量超声手术刀、洁牙器等小尺寸超声器件；2、采用非接触式的测量方法，高效便捷，可以快速检测产线上的超声设备性能，确保产品一致性，甚至可以检测超声设备在工作状态下的超声波输出特性，更加真实地反映设备的实际使用性能；3、超声检测带宽大，最高可检测5MHz左右的高频超声，同时能满足20pm以下的微弱振动分辨率要求，检测精度极高；4、集成式光学自研芯片，无需额外控制器，体积小巧使得安装测试变得更加便捷，提高测量精准性！一、 超声换能器测振超声换能器是一种将电磁能转化为机械能（声能）的装置，通常由压电陶瓷或其它磁致伸缩材料制成，常见的超声波清洗器、超声雾化器、B超探头等都是超声换能器的应用实例。针对超声领域应用需求，昊量光电全新推出了一套完整的台架式超声振动测量仪。作为这款测量仪核心部件的激光传感器，利用了集成光学技术将原有复杂光学元器件集成于微小芯片中，结合具有自主知识产权的调频连续波（FMCW）相干光检测原理，以小型集成化的设计模式，实现了传统复杂大型设备的测量能力。测试：20kHz 频率功率换能器，工作距离：375px振动图谱：在换能器在各个位置的测量结果。当换能器频率在 Mhz 附近时，幅度测量对测量精度的要求大大提高。结果显示，昊量测振传感器能很好的分辨振幅的实时波形，得到 nm 级的测量精度。二、 超声手术刀超声手术刀是一种通过激发20 kHz~60 kHz 超声振动的金属探头（刀头），对生物组织进行切割、消融、止血、破碎或去除的外科手术仪器。超声手术刀的工作性能一般与刀头的超声输出功率、频率直接相关，因此对刀头的超声特性探测至关重要。超声手术刀的刀头尺寸一般为5-10 mm，这种小尺寸结构很难采用接触式传感器测量其超声特性，而激光测振仪则可以轻松将激光聚焦到刀头位置，精确测量超声振幅与频率。三、 超声洁牙器 超声洁牙器主要工作原理是：将高频振荡信号作用于超声换能器，利用逆压电效应（或磁致伸缩效应）产生超声振动并传递至工作尖，工作尖受到激励产生共振，利用工作尖的超声波共振可以将牙齿表面的菌斑、结石或牙周表面的细菌等清除。依据我国医药行业标准（YY 0460-2009）和国际电工委员会标准（IEC 61205：1993）,超声洁牙器工作尖的超声输出特性是重要的检测指标。常规超声洁牙器工作尖振动频率主要设计范围在18 kHz~60 kHz，其中以42 kHz工作频率最为常见。同时工作尖尺寸往往较小（＜1mm），无法采用传统的接触式振动传感器进行检测。因此，对于超声洁牙器振动性能的检测，通常采用激光测振仪完成，其非接触式的检测方式便于开展产线上产品的逐个检测，是产品良率和一致性的有力保障。某品牌的洁牙器尖端测振四、 超声焊接 超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。五．技术参数介绍昊量光电全新推出的微型超声测振仪光学元件集成化可以实现更加复杂的设计和更多的功能。集成光学芯片可以在一个单一的光学基底上包含数十到数百个光学元件，包括激光器、调制器、光电探测器和滤波器等。相对于传统基于分立器件的多普勒测振仪，MV-H以其低功耗、高性能、小型化的优势，为客户带来了低成本、便于集成的解决方案，也为激光振动传感器的广泛应用奠定了基础。1.产品参数指标2.软件功能完善3.丰富的配件可选上海昊量光电作为这款微型超声测振传感器在中国大陆地区蕞大的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。 更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

原子层厚薄的范德瓦尔斯（vdW）磁性材料的发现使得在二维空间中对各种自旋系统中的磁性机制进行基础研究成为可能。由于具有易于制造和多种调控机制的优点，vdW磁体和它们的异质结构有望成为下一代的自旋电子器件候选材料。这种基础研究和技术兴趣的结合激发了人们对新型室温vdW磁体的探索和对已发现材料的磁性机制的研究。 科学家们已经通过多种探测技术在微米尺度对vdW磁体进行了密集研究，如磁光克尔效应显微镜，磁圆二向色性显微镜，反常霍尔效应等。尽管已有许多重要的结果，但这些方法由于存在激光衍射跟电尺寸限制，空间分辨率有限等问题，致使原子层厚薄vdW磁体的纳米尺度特征如磁畴和拓扑结构、自旋结构等大部分研究依旧未经探索。图1. 实验示意图。CrBr3双层膜杂散磁场是用金刚石探针中的单个NV色心探测的。实验在低温恒温器内进行，实验中温度图2.磁畴与饱和磁化强度。 a-b: 在沿着NV色心轴的2 mT外磁场下，CrBr3双层膜杂散磁场和的重建磁化强度图；c: 11 mT外磁场下的磁化强度图。所有图像的比例尺均为1 μm。d-e:图像b和图像c中磁化值的直方图。 杂散磁场可以通过对具有洛伦兹线型的光学探测磁共振曲线(optically detected magnetic resonance，简称ODMR)进行拟合得到。图2a显示了在零磁场下冷却后，在2 mT外磁场下CrBr3双层膜的典型杂散磁场图像，该杂散磁场图清晰地显示了具有明显正负值的磁畴。为了揭示更多细节，该团队还使用反向传播协议把杂散磁场图转为重建磁化强度图（见图2b）。图2b清楚地显示了磁畴结构，具有正电荷（负）值表示磁化方向平行（反平行）外磁场。通过增加外部磁场，样品可以化，图2c显示了在11 mT外部磁场下测得的磁化图像。饱和磁化强度可以通过图2d-e中的两个磁化图像的统计数据来计算，通过分析数据饱和磁化强度值分别为~26(−28）和~26μBnm−2，μB为玻尔磁子。 图3. 外加磁场变大时磁畴的演化。a-g: 沿NV色心轴分别施加2、2.5、3、3.5、4、5和6 mT外磁场下连续测量的磁化图像。图像g中的比例尺为1 μm。h-i: 图e和g中虚线框所示样品区域的磁化图像。j： 从图a–g磁化图像中提取的初始磁化曲线。 除了说明二维磁体的磁畴结构，基于NV色心的磁学成像测量可以使科学家能够更详细地研究这些系统中的磁化机制。多畴铁磁体通常通过反畴的形核及畴壁运动，反转其磁化方向。材料中的缺陷会改变磁畴壁的能量，从而影响磁畴壁的运动。图3a–g显示了样品在零磁场下退磁并冷却后，将磁场从2 mT增加到6 mT的情况下获得的磁化图像。从图中可以看到正（负）畴的面积随着磁场的增大而增大（缩小），随着畴壁向负畴移动。负畴在完全消失之前变得非常小，磁化图像图3g中显示了接近几十个纳米直径的磁化点。为了在机理上验证钉扎效应可主导矫顽力，作者提取了样品的初始磁化曲线（见图j）。当磁场2 mT时平均渗透率非常低，当磁场大于2 mT时，其显著增加（参见图3j中的蓝色条），这与钉扎效应的行为主导了初始磁化的结果一致。 另外，在其他不同层数的CrBr3样品中也观察到类似的磁畴结构和畴壁钉扎。通过测量三层CrBr3样品在不同激光功率下的畴结构和磁性，表明激光加热效应可以忽略不计。综上所述，利用低震动无液氦磁体与恒温器内低温NV色心探针，作者通过定量绘制杂散磁场图研究了CrBr3样品中的磁畴，测定了双层CrBr3的磁化强度并在实空间观察到了磁畴的演化。 低震动无液氦磁体与恒温器内NV色心技术的高空间分辨率使磁共振成像成为可能，并可定位钉住畴壁并使反向畴成核的缺陷位置。该工作突出了低温恒温器内NV色心技术是未来探索二维磁体中纳米尺度特征的一种定量探测手段。图4. attoDRY2200低震动无液氦磁体与恒温器，适用于低温NV色心研究 attoDRY2200低温恒温器以及可选显微镜主要技术特点：-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)-Z方向振动噪音：AFM噪音 (工作带宽=195Hz) 1. Qichao SUN, et al. Magnetic domains and domain wall pinning in atomically thin CrBr3 revealed by nanoscale imaging，Nature Communications 12, 1989 (2021) .

兰州大学青藏高原大气粉尘气溶胶科考团队分别于2020年和2021年在喜马拉雅区域的亚东站和珠峰大本营站开展了粉尘气溶胶综合科学考察，获得了第一手观测资料，在喜马拉雅区域气溶胶辐射效应方面取得新认识。兰州大学青藏高原大气粉尘气溶胶科考团队于2020年6月11日至8月31日以及2021年5月20日至6月13日分别在亚东站和珠峰大本营站开展大气粉尘气溶胶综合科学考察课题组供图相关研究成果以《大气气溶胶粒径谱分布通过改变单次散射反照率影响喜马拉雅区域气溶胶的辐射效应》为题，于近日在《自然》旗下期刊《气候与大气科学》发表。大气气溶胶的光散射和吸收通过气溶胶-辐射和气溶胶-云相互作用对地气系统产生重要的辐射效应。气溶胶的单次散射反照率（散射与散射和吸收之和的比值）不仅影响辐射强迫的大小，还可能决定气溶胶在大气层顶的加热或冷却效应。喜马拉雅区域是南亚人为污染物向青藏高原输送的重要通道。南亚地区人为排放的黑碳等强吸收性气溶胶导致南亚和喜马拉雅区域单次散射反照率较低。以往在喜马拉雅和南亚开展的观测和数值模拟研究工作，仅用气溶胶吸收性来解释单次散射反照率的变化，其结果和结论存在矛盾和错误，给该区域气溶胶辐射效应的评估带来较大不确定性。青藏高原大气粉尘气溶胶科考团队研究发现，喜马拉雅区域气溶胶粒径谱分布决定了气溶胶的散射效率，从而决定了单次散射反照率的变化，而单次散射反照率的变化又影响气溶胶的直接辐射强迫效率。因此，大气气溶胶的粒径谱分布通过调节单次散射反照率影响喜马拉雅区域气溶胶的辐射效应。这项新认识将对理解全球范围内气溶胶的辐射效应具有重要意义。据悉，论文第一作者为兰州大学大气科学学院青年研究员田鹏飞，通讯作者为中国科学院院士、兰州大学教授黄建平和兰州大学教授张镭。

德国马克斯普朗克化学研究所、美国爱荷华州立大学、俄罗斯乌拉尔联邦大学研究人员合作探测了富氢高温超导体中的捕获磁通量。相关研究近日发表于《自然-物理学》。该研究团队在SQUID磁强计中采用了非常规的磁测量方法，并探测了高压下两种接近室温超导体H3S和LaH10中的捕获磁通量。与传统磁化率测量不同，由于无外部磁场，捕获磁场的响应几乎不受金刚石压砧背景信号影响。在零场冷却和施加磁场冷却条件下，捕获磁场的行为证实了这些材料的超导性。研究人员发现明显缺乏的迈斯纳效应与样品内涡旋强钉扎效应有关。该方法还可用于研究多相样品或在常压下具有低超导分数的样品。通过高压下对氢化物中捕获磁场的测量，进一步证实了这些材料在高温下具有超导性。研究发现，在高压条件下，多种氢化物表现出超导现象，其超导临界温度可接近室温。然而，由于高压条件限制，实验研究存在一定困难，电输运测量一直是检测氢化物超导性的主要技术手段。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-023-02089-1

“曼”谈光谱——荧光效应与抑制大家好，我是曼曼，好久不见，甚是想念。之前在介绍拉曼光谱的波长选择时，我们曾提到过“荧光效应”日常生活中荧光类物品随处可见，荧光笔、荧光粉、荧光灯等等，这些日常用品在为我们带来便捷的同时也给予了我们美的视觉享受。荧光效应是光与物质之间的一种作用方式，当紫外-可见光照射到物质时，物质可以重新释放出吸收的光，并且其波长大于入射光的波长。有色样品和大生物分子的荧光特性非常强，荧光分析法可以直接利用这些物质自身发射的荧光进行测定分析；还可以通过荧光试剂把不发射荧光的物质转化成能发射荧光的物质，再进行测定。但对于拉曼光谱而言，荧光却是一个致命的干扰，由于拉曼信号很弱，荧光信号又宽又强，会覆盖拉曼信号。所以选择适当的方式抑制荧光效应尤为重要。安东帕Cora家族抑制荧光的方式 【1064nm激发光波长】荧光物质在长波长激光照射下不容易发出荧光，图中蓝色曲线为785nm下物质的拉曼光谱图，拉曼信号几乎全部被荧光覆盖，红色曲线是1064nm下该物质的拉曼光谱图，没有荧光的干扰。【基线校正】拉曼光谱基线校正的示意图引自“白静. 拉曼光谱预处理关键技术研究[D].合肥工业大学,2019. ”荧光背景并不像拉曼峰那样的尖锐，一般较为平缓，可以通过多项式拟合或是其它方式拟合出荧光背景曲线，然后在光谱图中将其扣除，达到去除荧光干扰的目的。但是，该方法只能处理一些拉曼信号本身比较强的光谱，由于拟合误差的影响，系统会将一些强度弱小的拉曼峰误判为荧光背景加以扣除。如何保证质量？ 要保证洗手液达到消毒杀菌的要求，产品的浓度配比必须正确，快速、精确地获得产品成分的浓度数据，这是保证质量的关键。安东帕Abbemat 折光仪，只需一滴样品，按下按钮，10秒内即可得到准确数据。Abbemat折光仪可以显示浓度的质量和体积。其测量符合所有sop的要求及FDA的规定，无需专门知识或专业操作人员，简单操作。测量步骤 1、从Abbemat菜单中根据您的样品选择方法2、滴样品(0.1mL或更多)在折光仪上3、按下开始按钮4、见测量结果(如乙醇浓度)如此简单，安东帕折光仪可以在几秒钟内得到洗手液成分浓度数据，保证产品质量。

山东省政府新闻办今天举行新闻发布会，省市场监管局等解读《关于贯彻落实的实施意见》。《实施意见》提出，加强省级计量科学研究机构能力建设。发布会上，有记者问到，在贯彻落实《实施意见》、提升计量能力方面，山东省计量科学研究院有哪些具体落实措施？山东省计量科学研究院理事长公茂龙回答时说，山东省计量科学研究院是唯一的省级依法设置法定计量检定机构，承担建立社会公用计量标准、开展计量科学技术研究、进行量值传递和溯源等工作。近年来，山东省计量科学研究院持续强化计量能力建设，积极服务市场计量检测需求，认真履行强制检定、型式评价等法定职责，年平均检测计量器具60多万台件，服务客户2万多家，保障量值准确可靠。现有社会公用计量标准401项，国家级型式评价实验室13个，资质能力居全国同行前列。围绕《实施意见》贯彻落实，重点开展以下工作：开展重大计量科技项目研发。聚焦计量科技前沿，开展太赫兹功率、光谱测量仪器等量值传递溯源技术和量子传感、微纳米等先进测量技术研究，推动太赫兹成像等先进技术在食品药品监测、生物医学成像和国防建设等领域的应用。支撑碳达峰碳中和目标实现，开展含碳产品热值计量、元素碳计量测试方法研究，重点突破碳排放直接测量仪器、测量方法及量值溯源技术。研发用于VOCs（挥发性有机物）、NOx（氮氧化物）等现场自动监测的便携式紫外差分吸收光谱仪，实现环境监测仪器的国产化替代。实施标准物质提升工程，研制成品油快检标准物质，以及有机污染物、微（纳）米尺度颗粒物、致病菌检测、传染病筛查等标准物质。提升服务市场的能力和水平。“十四五”期间，山东省计量科学研究院将以服务市场需求、保障法制计量为出发点，持续加强计量能力建设。一是突破“高精尖”计量检测难题，研制国际领先的30MN帕斯卡式液压力标准机，填补超大力值测量及量值溯源空白；研制低浓度颗粒物校准装置，解决颗粒物浓度检测仪器的溯源难题。二是保障大众健康与安全，建立生命体征模拟仪、呼吸机标准器、血液透析装置检测仪等标准装置。三是提升法制计量保障能力，新建非接触式眼压计、测听设备耳声阻抗/导纳测量仪器、三相组合互感器等计量检定装置。搭建计量科技创新载体。在已有省级重点实验室、工程研究中心、工程技术研究中心和国家级市场监管技术创新中心基础上，申请建设国家标准物质量值核查实验室，强化标准物质量值和不确定度水平核查，提升标准物质全寿命周期监管能力。打造智慧计量实验室，建立智能计量管理系统，提升计量数据系统化水平。

导读随着半导体工艺的发展，集成电路的关键尺寸已经趋向于几纳米或更小。在2019年的日本SFF（三星晶圆代工论坛）会议上，三星公布了3 nm工艺的具体指标，与现在的7 nm工艺相比，3 nm工艺可将核心面积减少45%，功耗降低50%，性能提升35%。同时，在存储方面，高密度、低能耗、高速度等特点也是量化生产存储器所追求的。然而随着晶体管尺寸的减小, 由量子效应所产生的漏电流及其所导致的热效应使得传统的存储技术遇到了瓶颈。随着自旋电子学的发展，自旋电子器件具有静态功耗低、可无限次高速读写、非易失性存储等优点, 被认为是突破当前瓶颈的关键技术, 因此受到了广泛关注。 MRAM（磁随机存取存储器）和磁性斯格明子等是目前比较有代表性的新型磁存储技术。成果简介近期，中国科学院物理研究所磁学重点实验室M02课题组的光耀、刘艺舟博士、于国强特聘研究员、韩秀峰研究员等人与德国马克斯普朗克智能系统研究所Gisela Schütz教授团队、美国加州大学洛杉分校Yaroslav Tserkovnyak教授团队、兰州大学彭勇教授团队合作，利用扫描透射X射线显微镜(STXM)，对[Pt/Co/IrMn]n交换偏置多层膜结构进行了系统的研究，在室温零场条件下成功诱导产生100 nm尺寸的斯格明子。斯格明子的产生机制是由X射线诱导的交换偏置再定向效应所主导的，除地产生单个斯格明子外，他们还利用X射线产生了多种结构的斯格明子二维“人工晶体”（如图一所示）[1]。 图1. X射线诱导单个斯格明子及斯格明子晶体的产生。a为X射线诱导产生的闭合单畴条(白色虚线矩形框)；b为控制X射线在单畴区域上产生的两个斯格明子；c-d分别为X射线在单畴区域写入的三角和正方斯格明子人工晶体。d中的标尺条为1 μm。磁性斯格明子在不同的作用机理下，形成的尺寸大小也有所区别，一般在1 nm~1 μm之间，上面提到的STXM观测，分辨率高，但因其基于同步辐射，不能在普通实验室中完成。近年来发展的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜（如图2所示）[2]，是一种很好的替代检测设备。相比于传统的显微观测设备如克尔显微镜（分辨率~300 nm），磁力显微镜MFM(分辨率20~50 nm )，该设备除了拥有优于30 nm的磁学分辨率外（10~30 nm，理论上可以到纳米），还可以进行样品表面磁场大小的定量测试，而且NV 色心作为单自旋探针, 所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。图2 基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜示意图 含有NV色心的金刚石探针通过AFM系统可以对样品进行逐点扫描，定量的获取样品表面的磁场大小信息。2016年，Y. Dovzhenko等人[3]通过NV色心磁学显微镜对磁性斯格明子表面的磁场进行了测试，重构出表面杂散磁场的分布，对斯格明子的类型具有指导意义（如图3所示）。在Bloch 型斯格明子的假定下重构出的磁化分布中，中心处z 方向磁化几乎为零, 也就是磁化方向在面内, 这样的结构无法形成一个完整的斯格明子。而Néel 型假定给出的磁化分布更加符合理论模型中斯格明子的磁化分布. 因此, Néel 型的斯格明子更加符合实验结果. 对一些新颖的磁性斯格明子结构, 如纳米条带的边缘态和双斯格明子,基于NV 色心的磁成像能够为解析其磁化结构提供帮助[4]。图3 斯格明子局部磁结构获取 a.测量的杂散磁场z方向分量；b. 在Néel 型和Bloch 型假定下仿真的杂散场z方向分量；(c) (b) 图中在x = x0 和y = y0 处切面与实验值的比较 (d),(e) Néel 型和Bloch 型假定下的磁化分布 (f) Bloch 型假定下y = y0 处在不同外磁场下磁化强度切面。通常SOT（自旋轨道力矩）诱导的磁畴翻转强烈依赖于磁畴壁的结构，2019年Saül Vélez等人[5]使用NV色心磁学显微镜来揭示TmIG和TmIG/Pt层的磁畴壁磁化情况。如图4所示，作者对TmIG和TmIG/Pt层进行了磁学显微测试，并对图b中的两个不同位置TmIG/Pt和TmIG区域的磁畴边界d/e进行了磁场扫描，经过同模拟结果对比发现位置d处的磁畴壁处于Left Néel-Bloch中间结构，而到了位置e处的磁畴臂转变成了Left Néel 结构，这些结果表明磁性石榴石中存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，为稳定中心对称磁性缘体中的手性自旋织构提供了可能。图4 用NV磁学显微镜测量了TmIG和TmIG/Pt的畴壁结构和手性 a.测试示意图；b.样品表面杂散磁场测试结果；c.样品表面磁化情况重建；d.e为图4b中虚线位置和磁场分布关系及不同模型的模拟对比。相关设备瑞士的Qzabre公司源自于苏黎世联邦理工大学自旋物理实验室Prof. Christian Degen团队，该团队于2008年次提出了使用单个NV色心进行扫描磁探测成像[2]，为后续NV色心磁成像技术奠定了基础。基于该团队的技术，Qzabre公司推出了一款用于室温下的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM（如图5所示），该设备拥有优于30 nm别的磁学分辨的同时，还可以进行定量的测试材料表面的磁场分布，磁场测试灵敏度可到1 μT/Hz1/2，被广泛应用于磁性材料显微成像分析，如磁性纳米结构分析、铁磁/反铁磁磁畴成像、磁性斯格明子分析、磁畴壁分析、任意波形交流磁场测量、多铁材料扫描以及石墨烯、碳纳米管等电流分布成像。近期，Quantum Design中国与瑞士Qzabre公司达成战略合作协议，引进Qzabre的NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM，希望可以为中国的广大科研工作者提供有力的帮助，欢迎大家咨询。图5 基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM外观图 参考文献[1] Y. Guang. et al. Creating zero-field skyrmions in exchange-biased multilayers through X-ray illumination. Nat. Commun. 11 (2020) 949[2] C. L. Degen, Scanning magnetic field microscope with a diamond single-spin sensor, Appl. Phys. Lett. 92, 243111 (2008)[3] Dovzhenko Y, Casola F, Schlotter S, Zhou T X, Büttner F, Walsworth R L, Beach G S D, Yacoby A 2016 arXiv:1611.00673 [cond-mat][4] Wang Cheng-Jie, et al. Nanoscale magnetic field sensing and imaging based on nitrogen-vacancy center in diamond. Acta Phys. Sin. Vol. 67, No. 13 (2018) 130701[5] Saül Vélez, et al. High-speed domain wall racetracks in a magnetic insulator. Nature Communications (2019) 10:4750

图片来源：阿尔托大学在量子力学面前，我们在生活中积累的常识往往不再适用。好在由于普朗克常数很小，我们平时并不会被种种奇怪的量子效应困扰，不过这并不意味着量子力学仅能描述微观层面几个原子、分子的行为。宏观物体的量子效应是存在的，只不过它们太微弱，很容易就淹没在种种噪声之中。今天，两组科学家分别在《科学》上发文指出，他们首次直接观测到了宏观物体的量子纠缠，甚至还能以此“规避”不确定性原理。量子力学掌控着从基本粒子到宏观物体的运动规律，但对于后者而言，这种掌控往往显得不太明显。在众多因素的干扰下，量子效应对经典物理造成的偏差变得几乎不可见。因此，确认、测量宏观物体的量子效应，就成为众多物理学家的目标。就在今天，发表于最新一期《科学》杂志的两项研究实现了突破：其中一项研究找到了宏观物体量子纠缠的直接证据，另一项则在一个类似的系统中“规避”了量子力学的基本定律之一——不确定性原理。当然，这里的宏观仅仅是相对于分子、原子的宏观，两项研究中实验对象的大小都在红细胞级别。但是，让这样尺度的“宏观”物体产生量子效应也绝非易事，它们与环境之间多种多样的相互作用随时都会破坏脆弱的量子态。为此，两个实验环境温度都被控制绝对零度附近。宏观量子纠缠在其中一项研究中，美国国家标准技术研究所（NIST）的什洛米科特勒（Shlomi Kotler）团队用微波脉冲让两张小的铝片膜进入量子纠缠状态。每张铝片膜长20微米，宽14微米，厚度为100纳米。其质量为70皮克，相当于大约1万亿个原子的质量。以量子的标准而言，它们已经达到了相当大的尺度。该实验中使用铝鼓膜的扫描电镜照片（伪色图） 图片来源：Science vol. 372 no. 6542 622-625两张铝片膜与一个电路相连，并被放置在低温腔中。当研究人员施加脉冲微波时，电路会与铝片膜相互作用，控制铝片膜的振动模式。在此条件下，铝片膜可以维持大约1毫秒的量子状态。这在量子力学的尺度下，已经是相当长的时间了。微波被处于量子状态的铝片膜反射后，会被信号器接收。通过对比反射前后的微波性质，研究人员可以分析出铝片膜的位置和动量信息。该实验系统示意图 图片来源：Science vol. 372 no. 6542 622-625研究团队仔细分析了反射的微波。在宏观世界中，反射回来的微波应该是随机的。但是当他们将结果绘制成图时，却发现微波具有特定的模式——两张铝片膜中，一个相对平静，而另一个则在轻微地抖动，表明两张铝片膜发生了量子纠缠。“单独分析两张铝片膜振动的位置和动量信息，你只能看出它们在振动而已，”这篇论文的作者之一，NIST的物理学家约翰托伊费尔（John Teufel）表示，“但是当你对比两者的信息时，你就会发现两张铝片膜看似无规律的振动之间，其实存在着高度的关联性。这一点只有量子纠缠才做得到。”研究团队的斯科特格兰西（Scott Glancy）解释称，他们发现两张铝片膜的位置和动量之间都存在关联，如果这种关联比经典物理学所能产生的关联要强，那么就表明铝片膜之间肯定存在量子纠缠。尽管返回的脉冲微波信号能够同时测量铝片膜的位置和动量信息，但是不确定性原理表明，其测量仍然存在一定的误差。为了尽可能地减少误差，研究团队进行了1万次重复实验，并利用统计学方法对铝片膜的位置等实验结果的一致性进行了计算。最终他们可以确定，这两个宏观物体的振动模式被量子纠缠关联了起来。“规避”不确定性原理在同期发布的另一篇论文中，来自芬兰阿尔托大学等研究机构的科学家在8毫开尔文的温度下，让两个铝鼓膜进入长时间、相对稳定的纠缠态。在这种纠缠态下，研究人员可以对同一个纠缠态进行多次测量，从而“规避”量子力学中的不确定性原理。在实验中，鼓膜振动的相位总是相反的。如果对鼓膜1施加一个力，则鼓膜2的运动方向一定和力的方向相反。论文作者米卡西兰普（Mika Sillanp）表示：“一个鼓膜对力的响应总是和另一个鼓膜相反的，有点类似于负质量。”该实验示意图 图片来源：Science vol. 372 no. 6542 625-629“在这种情况下，如果将两个鼓视为一个量子力学实体，那么鼓运动状态的不确定性就被消除了。”该研究的主要作者劳雷梅西尔德斯特普（Laure Mercier de Lépinay）解释说。不确定性原理是20世纪20年代末由海森堡提出的。根据这个量子力学的基本概念，由于波函数的数学性质，我们不可能同时准确得知一个物体的位置和动量。不过，这并不意味着我们不能准确得知物体的位置和动量，只是在同时测量两者时，不确定性原理的限制才会出现。而反作用规避（Back-action evasion）就是在不违反不确定性原理的情况下，绕过这一限制的一种方式。在这次的实验中，研究团队就利用了反作用规避。本质上，他们没有测量每个鼓的位置和动量，而是通过鼓膜运动对电路电压造成的影响，测量了铝鼓膜的动量之和。瑞士苏黎世联邦理工学院研究员楚一文（Yiwen Chu，音译，未参与这两项研究）表示：“实验中没有任何地方违反了不确定性原理。你只是选择了一组特定的，不会被（不确定性原理）禁止的参数。”宏伟的蓝图这两项实验都以确凿的证据证明了宏观物体也可以实现量子纠缠。在量子纠缠的状态下，物体的行为与经典物理的描述存在显著的区别。不论纠缠物体之间的空间距离有多远，它们也不能被独立描述。而这种和经典物理显著的区别，正是新型量子技术背后的关键理论支撑之一。楚一文表示：“我们并没有发现任何量子力学之外的新理论，”但是要实现这两项实验中的测量，仍然需要“令人印象深刻的技术进步”。这种技术进步带来的高度纠缠的量子系统，或许能够在未来的量子网络中充当长期网络节点。此外，研究中的高效测量方法也可能对量子通信或者量子网络节点间的纠缠交换等应用有所帮助，因为这些应用都需要对量子纠缠进行测量。而在量子力学之外，这种技术进步在需要亚原子精度测量时为科学家提供了新的选择。或许，未来的暗物质和引力波探测也将在这种技术的帮助下实现新的飞跃。

伴随国内疫情防控形势趋稳，如何应对红利消退后的发展，是ICL企业绕不开的命题。　　一场新冠肺炎疫情让第三方医学检验（Independent Clinical Laboratory，ICL）行业迎来高光时刻，也吸引了互联网巨头们的入局。　　2020年12月29日，上海微荷医学检验所有限公司（下称“微荷医学”）成立，注册资本100万元，经营范围包括检验检测服务、医疗服务、医学研究和试验发展等。天眼查股权穿透显示，微荷医学由小荷健康科技（北京）有限公司100%控股，后者为字节跳动的全资子公司。　　第三方医学检验是指在卫生行政部门许可下，具有独立法人资格，独立于医疗机构之外、从事医学检验或病理诊断服务，能独立承担相应医疗责任的医疗机构。目前，无论是渗透率还是可检测项目数量上，国内的第三方医学检验与发达国家都存在较大差距。相关数据显示，国内第三方医学检验机构的渗透率仅为5%-6%，而这一数字在美国、欧洲和日本已分别达到38%、50%和67%。　　自疫情爆发以来，旺盛的新冠病毒核酸检测需求，带动了ICL相关企业的业绩，但伴随国内疫情防控形势趋稳，如何应对红利消退后的发展，是企业绕不开的命题。　　“从目前的政策，还有民众健康需求来看，整个行业的发展都是向上的，前景很好。新冠肺炎疫情扩大了检验行业的曝光度，它是一个红利期，有些企业赶上了，自然就吃到了一波红利。””一不愿具名的ICL行业资深人士告诉时代财经，“但仅靠新冠检测业务无法实现长足发展，第三方医检仍然要回到常规业务，尤其是一些创新方向，比如分子诊断。尤其是没有赶上新冠红利期的企业，更要在非新冠业务方向上做拓展，否则很容易被行业所淘汰。”　　疫情年成业绩分水岭　　针对新型冠状病毒的检测方法主要有核酸检测、抗体检测和抗原检测等。核酸检测具备早期诊断、灵敏度和特异性高等特点，被称为新冠病毒检测的“金标准”，在“抗疫”中得到最广泛应用。　　基于庞大的检测需求，作为能独立承担相应医疗责任的医疗机构，第三方医学检验机构在疫情时期国内检测承压的现实状况下，获得了政策红利和市场需求的双双驱动，成为新冠病毒检测的主力军。　　据产业信息网数据，疫情期间，在武汉地区的新冠病毒检测中，ICL检测量约为80%，公立医院检测量约为20%。　　财报数据显示，在疫情爆发的2020年，相关公司的业绩都取得了爆发式增长，其中迪安诊断（300244.SZ）的营收直接冲破百亿，达到历年最高值；金域医学（603882.SH）的净利润增长率最高，达到275.24%；凯普生物（300639.SZ）的净利增长率也超过一倍，且营收增长率高达85.7%。以ICL龙头金域医学为例，财报数据显示，2017-2021年，公司的营收和利润均呈现上涨趋势，但新冠肺炎疫情爆发当年成为金域医学营收的分水岭。　　在2019年之前，金域医学的营收增长相对平缓，增速基本维持在15-20%之间。到了2019年，金域医学的净利润相比往年增长近两倍，2020年则更上一层楼，营收直接从52.69亿元跃升至82.44亿元。而2021年前三季度，这一数字已经达到了86.17亿元，超过2020年全年营收。　　从其营收的产品成分来看，第三方医学诊断服务占比较大，且毛利率增长也在2019年出现分水岭，实现从负增长转为正增长，到了2020年，第三方医学诊断服务的营业收入直接从不到50亿元增长至近80亿元。　ICL走热，资本也在闻风而动。仅从2021年来看，国内ICL行业已经发生多起投融资、上市等事件。2021年4月，北京智德医学检验所有限公司宣布完成2000万元Pre-A轮融资；紧接着6月份，中国ICL三巨头之一艾迪康走上上市之旅，在港交所递交了招股说明书；兰卫医学（301060.SZ）也在9月于深交所上市，发行价为4.17元/股，此后股价一路飞涨；2022年1月6日，兰卫医学报收32.79元/股，较发行价涨幅高达686.33%，总市值超过130亿元。　　新冠检测造富效应减弱　　从国内来看，大范围的全员检测需求已经大幅下降，目前核酸检测需求集中在局部疫情反弹地区以及出入境流动较大的地区。　　并且，新冠检测单价持续下降。疫情以来，国内包括北京、广东、陕西、浙江等省份都开展了新冠试剂集采。2021年11月，国家医保局启动第三轮全国联调，指导各地进一步降低公立医院新冠病毒核酸检测的价格和费用，单次核酸检测费用降低到40元以下。日前，陕西省医疗保障局决定联动广东联盟新冠病毒核酸检测试剂集中带量采购中选品种价格，价格联动后，检测试剂盒价格最高降幅75.08%，平均降幅34.24%；一次性病毒采样管（器）（单检）价格最高降幅77.81%，平均降幅25.16%。　　集采政策下，国内相关产品价格进一步承压，相关企业的利润空间面临被压缩。　　“目前的试剂集采政策对公司的主营业务不会造成不良影响。公司是以‘产品+服务’为核心的医学诊断整体化解决方案提供商，集采会促使IVD（体外诊断产品）成本进一步下降，有助于规模化效益下的诊断服务板块扩大成本领先竞争优势；其次，集采会促使粗放式的代理模式逐渐被淘汰，以迪安为代表的龙头渠道商集中度效应会显著提升。”迪安诊断董秘在互动平台上回复时代财经的提问时称。　　“大范围集采后，无论是医院，还是第三方医检机构，新冠检测的成本都被拉到同一个水平，剩下的就是效率和规模的竞争。如果一家医院发现自身的检测量有限，长期发展并不会带来相应的利润，那么它就会考虑把检测项目外包出去，这对于第三方医检机构来说，是有益处的。”上述ICL行业资深人士对时代财经称，“除此之外，弊端也是存在的。因为集采使得整个核酸检测的价格变得透明，这意味着留给第三方医检调动的空间十分有限，最终还是要以量获利。”　　寻找新利润增长点　　据艾迪康的招股书，弗若斯特沙利文的数据显示，中国ICL市场规模已从2016年的117亿元增长至2020年的198亿元，复合年增长率为14.0%。该机构预计，整体市场规模将于2025年达到463亿元，复合年增长率为18.4%。　　疫情带来的业绩高增长不具有可持续性已经成为业内的基本共识。“仅靠新冠检测业务无法实现长足发展，第三方医检仍然要回到常规业务，比如肿瘤、生殖健康、感染性疾病等诊断产品，但是一旦回到常规业务，行业发展不稳的问题便日渐暴露。实际上，第三方医检在国内的发展并不久，要打通业务渠道、成为医院的外包合作方等并非易事。”业内人士告诉时代财经。　　多家ICL企业开始在人工智能辅助诊断、精准医学诊断、互联网医疗等方向发力和探索。　　其中，金域医学组建基因组临床服务和数据中心，试图聚焦遗传性罕见病、血液肿瘤和实体肿瘤等疾病领域，同时在营销和冷链物流上着力；迪安诊断则在液相质谱、核酸质谱、分子诊断及细胞病理等领域均有产品布局。　　“第三方医检本质来说还是服务行业，商业逻辑还是要符合服务行业的规律。如果一家机构提供的服务没有太高的技术含量，其他机构也能够提供，那么机构本身并不具备核心竞争力，而且利润水平也十分有限。但是如果企业能够提供一些比较优质的产品，做到产品上的差异化，能提供给患者更精准的诊断水平和更好的服务，那么整个企业的发展水平都会被提高。在历经新冠洗牌后，如何去做创新、满足患者和健康人群的需求，对第三方医检来说很重要。”前述ICL行业资深人士向时代财经坦言道。　　除了医院外包业务，面向患者开设C端业务也在龙头企业的布局当中。尽管目前字节跳动并未对成立第三方医检公司做出回应，但是互联网公司进驻医学检验在国内并非首次。　　2021年10月15日，迪安诊断与百度健康在北京签订战略合作协议，双方表示将整合各自优势资源，提供健康管理、疾病诊断与管理、检验科普教育、预约检验等服务。　　迪安诊断2021年中报显示，目前to c 事业部已经开设居家自采、采血点采血套餐及线上检验科开单三类产品，在国内开设采血点超500家，据时代财经观察，在电商平台的官方旗舰店里，充值满减、直播带货等多种玩法都被采用。　　“目前的检验企业不会局限于仅成为医院外包的发展模式，如何在更大的范围中获客对企业的发展尤为关键，互联网企业带有很多的流量入口和渠道，这对于第三方医检来说是一种辅助。其次，从更长远的角度来说，精准医学是当下业内发展的趋势，但是要做到精准便意味着要有大数据，对于传统的检测企业来说，在数据的处理和人工智能的一些技术上多少存在欠缺，与互联网企业合作也能对企业在精准医学的大数据获取和处理上产生一定的加成。”前述ICL行业资深人士向时代财经表示。　　不过，从平台旗舰店披露的数据来看，新冠核酸检测产品及服务的购买次数最多，其次HPV检测也拥有一定的购买量，其他产品仅有零星购买。　　“这实际上涉及到消费需求是否刚需的问题，在新冠疫情时期，核酸检测是刚需，但是在其他的一些新兴诊断产品上，刚性不足，产品面向的多是对健康问题较为关注的群体，而且对于这个群体来说，也存在‘可做可不做’的问题，大部分情况下的话是选择不做，除非有人为他买单；其次，认知不足也是导致产品难以推广的问题。以HPV产品为例，在国内HPV相关产品已经被讨论了一段时间，公众对疾病风险的认知已经被建立起来，那么自然而然也会去购买相关的诊断产品。”前述ICL行业资深人士向时代财经称，“换句话说，产品对购买群体有没有获益点很重要。”

磁性测量是指对磁场和磁性材料进行测量，通过磁测量来测量其它物理量。 基本被测量包括磁通量Φ，磁感应强度B，磁场强度H，磁化强度M等。1785年，库仑发现电荷间和磁极间作用力的库仑定律和磁库仑定律，揭开了磁测量历史的序幕。1819---1820年奥斯特发现电流的磁效应以及安培等发现关于电流之间磁相互作用力的安培作用力定律，1831年法拉第发现关于变化磁通感生电动势的电磁感应定律，使人类对宏观磁现象有了全面而本质的认识，并导致1832年高斯单位制的开始形成，真正的磁测量才得以实现。由于高校的管理模式及制度，磁测量仪器大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。其中，对磁测量仪器的统计分析或可一定程度反映科研领域相关仪器的市场信息（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，不统计用于生物体的磁测量仪器，不完全统计分析仅供读者参考）。不同地区（省/市）仪器分布情况本次统计，共涉及磁测量仪器的总数量为301台，涉及26省（直辖市/自治区），144家单位。其中，北京市共享磁测量仪器数量最多达83台，占比28%，涉及29所高校、研究院所和企事业单位等，北京如此高的占比主要是由于其拥有数量众多的科研院所。仪器所属学科领域分布仪器所属类型分布从仪器所属学科领域分布可以看出，磁测量仪器主要用于物理学和材料科学研究。需要注意的是，以上统计存在交叉分布的情况，即该仪器同时属于多类学科领域。结果显示，物理学和材料科学标签重合度很高。此外，地球科学领域的仪器占比也较高，达12%，排名第三，仪器其所属单位主要为地震、地质领域的科研院所。从仪器类型分布图中可以看出，磁测量仪器绝大部分被归类到了计量仪器和物性性能测试仪器。仪器所属单位性质分布那么这些仪器主要分布在哪些单位呢？统计结果表明，共享磁测量仪器主要分布于高校中，占比达61%，这一结果主要是因为共享仪器平台的仪器由高校上传所致，统计结果并不能体现出此类仪器的市场分布。此外，统计结果中的政府部门主要和海洋探测有关。磁测量仪器数量TOP8这些磁测量仪器主要品牌为Quantum Design和Lake Shore，均为美国品牌。Quantum Design公司是世界知名科学仪器制造商，其研发生产的一系列磁学测量系统及综合物性测量系统已成为全球先进的测量平台，广泛分布于世界上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的尖端实验室。Lake Shore公司成立于1968年，位于美国俄亥俄州哥伦布市，是低温与磁场科研设备的国际领导者。主要产品包括：振动样品磁强计、低温真空探针台、霍尔效应测量系统、低温控温仪、低温传感器、高斯计、磁通计等。可以看出，目前我国高校院所的磁测量仪器仍以进口为主，国外品牌占主流。本次共享磁测量仪器盘点，涉及Quantum Design、Lake Shore、AGICO、Brockhaus、Oxford、2G、Durham、Marine Magnetics、MicroSence、ADE、中国计量技术开发总公司、Evico Magnetics、理研电子株式会社、Cryogenic、Princeton Measurements Corporation、安捷伦、岩崎通信机株式会社、NSG等七十多家厂商，呈现出二超多强局面。

红外光谱技术研究古生物化石的现状我国是古生物化石大国，但古生物化石保护形势十分严峻。许多重要化石产地均没有得到有效保护，遭到了不同程度的破坏。因此，对化石产地监测和保护工作刻不容缓，而监测工作则是保护工作的基础和支撑。红外光谱技术是一种常用的地物探测技术，它利用特定波段范围的红外光对地物进行探测，其光谱特征可间接判定物体物理或化学特性的变化。化石的主要矿物成分是磷灰石、方解石及少量的石英，但由于碳酸盐容易受到流体的侵蚀，造成化石的自然风化现象较为严重，其光谱的产生主要是由于组成物质内部离子与基团的晶体场效应和基团振动的结果。而风化产生的表面覆被层的矿物质，其质地与新鲜岩石的矿物或是相似或是不同，虽然这类表面层的厚度仅有几微米到几毫米，但它们对整个表面的红外光谱起到决定作用。因此，通过测量化石的光谱特征，识别地物属性是获取岩矿类型、矿物特征及成矿背景等信息的重要手段。传统的傅里叶红外光谱(FTIR, Fourier Transform Infrared)，尤其是衰减全反射法(ATR, attenuated total reflection)，在使用透射模式测量厚样品时会产生强烈的吸收峰值，包括均匀的固体样品，多层固体的表层或固体的涂层，不规则形坚硬固体甚至一些液体分析也能使用坚硬的ATR晶体材料（比如金刚石）进行分析。但使用ATR对古生物化石样品进行成份分析，仍面对一系列的挑战：1. 传统的FTIR和ATR 方法空间分辨率有限，约为5-20 μm 2. 尽管FTIR可使用制备好的超薄化石切片而ATR可以直接使用固体样品，其表面的崎岖不平会造成严重的散射相差，无法得到有用的分子振动信息；3. ATR晶体需要与样品直接接触，会引起交叉污染或应力造成分子取向的变化 光学光热红外技术基于光学-光热红外技术(O-PTIR)的亚微米分辨率红外拉曼同步测量系统mIRage，使用宽可调谐的脉冲红外激光源激发样品，在样品中产生调制光热效应。通过光热效应提取并计算红外吸收, 通过检测反射探头光束强度的变化作为红外波数调谐的函数，从而提供红外吸收光谱。这种短波长脉冲探测光束(通常是532 nm)决定了红外测试空间分辨率，而不是传统FTIR/QCL显微镜中依赖的红外波长。由于其特的系统架构，短波长探测光束同样也能作为一个拉曼激光源，当集成拉曼光谱仪，mIRage系统可以提供同一地点，同一时间，同一空间分辨率的亚微米红外+拉曼显微镜的检测结果。 基于O-PTIR技术的mIRage相对于常规红外技术（FTIR和ATR），在生物化石分析上具有显著的优势:1. 和拉曼光谱一致的亚微米空间分辨率，比传统FTIR/QCL显微镜提高30倍，达到500 nm；2. 非接触式测量，非破坏性，反射(远场)模式测量，无须复杂的样品制备；3. 高质量光谱(测试可兼容粒子形状/尺寸和表面粗糙度)，没有色散/散射伪影问题；4. 可直接在商业数据库中匹配搜索5. 可实现红外和拉曼光谱成像同步测量具体案例：国内某知名研究所，使用亚微米分辨率红外拉曼同步测量系统mIRage对获取的phillipsite（钙十字沸石）矿石样品进行了分析。整个矿石被直接放在mIRage显微镜样品台上进行观察，使用的红外激光器为QCL（quantum cascade laser， 800-1850 cm-1）, 观察模式为反射模式，波谱分辨率约为1-2 cm-1. 结果证实，高分辨率mIRage可对5 -20 µm大小的高散射十字花石矿物中的有机-无机包体区域进行分析，提供常规FTIR无法实现的化学细节。红外光谱清晰地显示了其内部存在化学可微的夹杂物，样品中含有嵌入的phillipsite内含物。由于矿石散射面太多，传统傅立叶变换会产生色散伪影，而O-PTIR谱图则不会出现。根据获得的红外光谱与数据库进行比对分析，其主要组成成份为乳酸钙。