晶格像观察

p　　研究人员表示，分析和设计新离子导体的新方法为可充电电池提供了关键部件。新方法的应用可能会加速高能锂电池以及其他能量存储和传输装置(如燃料电池)的发展。br//pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/3477e76a-b550-4f8f-87c2-f756b0769936.jpg" title="201803300842364192.png"//pp　　该图揭示了意向电池电解质材料Li 3 PO 4的晶格结构。 研究人员发现，声波能够穿过固体材料，通过声音振动可以揭示离子带电荷的原子或分子如何通过晶格移动 ，以及它们如何在电池中实际的工作原理。在该图中，氧原子显示为红色，紫色金字塔形状为磷酸盐(PO4)分子。 橙色和绿色的球体是锂的离子。/pp　　新方法依赖于对振动通过锂离子导体晶格方式的理解。新方法与抑制离子迁移的方式相关联。这提供了一种方法来发现具有增强离子迁移性的新材料，允许快速充电和放电。同时，该方法还可以降低材料与电池电极的反应性，材料与电池电极的反应会缩短电池的使用寿命。更好的离子迁移率和低反应性这两个特性——往往是相互排斥的。/pp　　这个新概念是由W.M领导的一个团队开发的。该团队包括Keck能源教授Yang Shao-Horn，研究生Sokseiha Muy，最近毕业的年仅17岁的博士John Bachman，研究科学家Livia Giordano以及麻省理工学院，橡树岭国家实验室以及东京和慕尼黑的其他9所院校人员。他们的研究结果在 Energy and Environmental Science杂志上报道。/pp　　Shao-Horn说，新的设计原则已经有五年的时间了。最初的想法始于她和她的团队用来了解和控制催化水分解，并将其应用于离子传导 - 这一过程不仅是可充电电池的核心，而且也是其他应用的技术关键，如在燃料电池和海水淡化系统中的应用。当带有负电荷的电子从电池的一极流向另一极(从而为装置提供电力)时，正离子以另一种方式流过电解质或夹在这些极之间，以完成流动。/pp　　典型地，电解质以液体形式存在时，溶解在有机液体中的锂盐是当今锂离子电池中常见的电解质。但该物质易燃，有时会导致这些电池着火。通过新方法寻找一个可靠的材料来取代锂盐将消除这个问题。/pp　　Shao-Horn说，存在多种有前景的固体离子导体，在与锂离子电池的正极和负极接触相比都具有不稳定性的特点。因此，寻找既具有高离子电导率又具有稳定性的新的固体离子导体是至关重要的。但是，通过对许多不同的结构族和成分进行分类，找到最有前途的结构无疑是一项大海捞针的工作。这就是新的设计原则的用武之地。/pp　　我们的想法是寻找离子电导率与液体相当的材料，但必须具有固体的长期稳定性。Shao-Horn说研究人员被问到“基本原则是什么”，“在一般的结构层次上，是什么设计原则来控制所需属性的”。研究人员回应理论分析和实验测量相结合的方法现在已经有了一些结果。/pp　　该论文的第一作者Muy说：“我们意识到有很多材料可以被发现，但是没有理解或者共同的原则让我们能够合理化发现过程。我们想出了一个可以封装我们的理解并预测哪些材料将处于最佳状态的想法。”/pp　　Shao-Horn 说，关键是要观察这些固体材料的晶格性质。这决定了诸如热波和声子之类的振动是如何通过材料的。这种观察结构的新方法最终证明能够准确地预测材料的实际性能。一旦你知道了某物质的振动频率，你就可以用它来预测新的化学性质或解释实验结果。/pp　　研究人员观察到使用该模型确定的晶格特性与锂离子导体材料的导电性之间具有良好的相关性。她说，“我们做了一些实验来实验性地支持这个想法”，并发现结果非常吻合。/pp　　他们特别发现，锂的振动频率本身可以通过调整晶格结构、使用化学取代或掺杂剂来微妙地改变原子的结构排列来进行微调。/pp　　研究人员表示这个新概念现在可以提供一个强大的工具，用于开发新的性能更好的材料，从而可以大幅度提高可存储在给定尺寸或重量的电池中的功率量，并提高安全性。他们已经用这个新方法筛选出了一些新的材料。而且这些技术还可以适用于分析其他电化学过程的材料，如固体氧化物燃料电池，基于膜的脱盐系统或产生氧气的反应。/pp　　该团队包括麻省理工学院的张浩勋， Douglas Abernathy，Dipanshu Bansal和Oak Ridge的Olivier Delaire 东京工业大学的Santoshi Hori和Ryoji Kanno 以及宝马集团位于慕尼黑的研究电池技术公司的Filippo Maglia，Saskia Lupart和Peter Lamp。这项工作得到了宝马，国家科学基金会和美国能源部的支持。/pp　　文章来自azonano网站，原文题目为Design principles could point to better electrolytes for next-generation lithium batteries/ppbr//p

瑞士洛桑联邦理工学院基础科学学院研究人员建造了第一个大型可配置的超导电路光学机械晶格，可克服量子光学机械系统的尺度挑战。该团队实现了光机械应变石墨烯晶格，并使用新的测量技术研究了非平凡的拓扑边缘状态。这项研究发表在最近的《自然》杂志上。对微机械振荡器的精确控制是许多当代技术的基础，从传感和定时到智能手机的射频过滤器。腔光力学使科学家能够利用电磁辐射压力来控制介观力学对象。这大大提高了人们对其量子性质的理解，使包括基态冷却、量子压缩和机械振子远程纠缠在内的许多进展成为可能。前沿理论研究曾预测，研究光学机械晶格有望带来大量物理学和动力学方面的创新性发现，比如量子集体动力学和拓扑现象。但要在高度可控的条件下造出这种实验性设备，构建可承载多耦合光学和机械自由度的光学机械晶格一直是个挑战。此次，研究人员开发了一种用于超导电路光学机械系统的新型纳米制造技术，该技术具有高再现性和对单个设备参数的极其严格的公差，使他们能将不同的位置设计成几乎完全相同，就像在自然晶格中一样。作为晶格单一位置的一部分，关键元件是所谓的“真空间隙鼓面电容器”，它由悬挂在硅衬底沟槽上的一层薄铝膜制成。这构成了器件的振动部分，同时形成了一个带有螺旋电感的谐振微波电路。石墨烯晶格具有非平凡的拓扑特性和局部边缘状态。研究人员在他们所谓的“光机械石墨烯薄片”中观察到了这种状态，该薄片由24个位点组成。该团队的测量结果与理论预测非常吻合，表明他们的新设备是研究一维和二维晶格拓扑物理的可靠实验平台。光机械晶格的演示不仅提供了在真实的凝聚态晶格模型中研究多体物理的途径，而且当与超导量子比特相结合时，还有望带来一种新型混合量子系统。

20世纪60年代物理学家约翰哈伯德提出的Hubbard模型是一个简单的量子粒子在晶格中相互作用的物理模型，该模型被用于描述高温超导，磁性缘体，复杂量子多体中的物理机制。Hubbard模型在二维材料中的验证可以当做是量子模拟器，用以解释强关联量子粒子中的问题。近期，美国康奈尔大学的Jie Shan课题组在《自然》杂志上发表了WSe2/WS2超晶格中的低温光电与磁光性质新进展，验证了Hubbard模型在二维材料体系中的实用性。文章通过对对角相排列的二硒化钨（WSe2）与二硫化钨（WS2）的研究，得到二维三角晶格Hubbard模型的相图。如图1a所示，由于双层WSe2/WS2的4%晶格失配而形成三角形的莫尔超晶格。通过调控双层WSe2/WS2器件的偏置电压来调控载流子浓度与填充因子，从而研究其电荷和磁性能。值得注意的是，WSe2/WS2之间的扭转角不同，两者的反射光谱展现出不同的性质（见图1d与图1e）。同时，在反射对比中观察到准周期调制，这可能与半整数莫尔代填充有关。图1. WSe2/WS2超晶格晶胞(a)，能带(b)与器件示意图(c), WSe2/WS2扭转角分别为20度（d）与60度（e）时候的反射光谱数据。 通过测量WSe2/WS2超晶格器件的电阻，作者发现当填充因子是0.5（半填充）或者1（完全填充）时，电阻变化大（见图2c），该结果表明该器件在半填充与完全填充的时候具有缘态。图2. a: 温度1.65K，WSe2/WS2超晶格反射光谱随载流子浓度调控变化图。b: 反射光谱强度与填充因子的关系图。c: 不同温度下，器件电阻与填充因子曲线(内置图，电阻随温度变化图）。图3. a: 温度1.65K，WSe2/WS2超晶格圆偏振反射光谱随磁场变化。b: 不同填充因子情况下反射光谱塞曼分裂结果。c-d: g因子随温度变化结果。在半填充状态下，左旋圆偏振与右旋圆偏振测量的WSe2/WS2超晶格反射光谱在磁场下具有不同峰位（图3a）。该峰位差即是反应了磁场引入的塞曼分裂现象。通过分析g因子随温度变化的结果，确认温度高于4K时，WSe2/WS2超晶格的磁化率与温度关系符合居里-韦斯定律（Curie–Weiss law）。对以上磁化率与温度结果的进一步分析可以证实在WSe2/WS2超晶格中Hubbard模型完全适用。文章中，作者使用了德国attocube公司的attoDRY2100低温恒温器来实现器件在低温度1.65K下通过电场与磁场调控的低温光学实验。该工作成功地表明莫尔超晶格是很好的研究强关联物理并适用Hubbard模型的平台。图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。 attoDRY2100+CFM I主要技术特点：+ 应用范围广泛: PL/EL/ Raman等光谱测量+ 变温范围：1.5K - 300K+ 空间分辨率： 1 μm+ 无液氦闭环恒温器+ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)+ 低温消色差物镜NA=0.82+ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @4K+ 精细扫描范围：30 μm X 30 μm @4K+ 可进行电学测量，配备标准chip carrier+ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能 参考文献：[1]. Yanhao Tang et al, Simulation of Hubbard model physics in WSe2/WS2 moiré superlattices, Nature, 579, 353–358(2020)

聚合物作为一种重要的材料在工业、生活中得到了广泛的应用。而聚合物的结晶形态对其性能有着至关重要的影响，如何使用偏光显微镜观察聚合物结晶形态呢？用偏光显微镜研究聚合物的结晶形态是目前在实验室中较为简便而实用的方法，结晶条件的不同聚合物的结晶可以具有不同的形态，如单晶、球晶、纤维晶及伸直链晶体等。使用偏光显微镜的主要原理是利用光学现象中的偏振现象来观察样品，结晶聚合物的实际使用性能与材料内部的结晶形态、晶粒大小及完善程度有密切关系，如:光学透明性、冲击强度等。在偏光显微镜下观察聚合物结晶可以得到更为清晰、详细的结晶形态信息。对于聚合物结晶形态的研究具有重要的理论和实际意义。使用偏光显微镜观察聚合物结晶的步骤如下：第一步，制备好样品。将聚合物样品制成薄片，并保持其在室温下的结晶状态。如果需要观察样品在不同温度下的结晶形态，可以通过加热或冷却的方式来控制温度。第二步，将样品放置在偏光显微镜的样品台上，调整偏光器和偏振镜的方向，使其符合要求。第三步，通过调节偏光显微镜的焦距和放大倍数，将聚合物结晶的形态清晰地展现出来。通过偏光显微镜观察聚合物结晶形态，可以快速得到非常精确的结晶信息。例如聚合物结晶的晶体方向、晶粒大小、晶界等细节信息。同时，偏光显微镜还可以观察到聚合物的各种缺陷，如晶格缺陷、晶体缺陷等，从而提高对聚合物结晶的理解和认识。偏光显微镜是一种非常重要的观察聚合物结晶形态的工具。通过偏光显微镜的使用，可以得到更为准确、详细的结晶信息，从而帮助研究人员更好地理解和应用聚合物材料。以下是使用偏光显微镜观察的实拍效果图：深圳偏光显微镜、偏光显微镜价格、矿相偏光显微镜、偏光显微镜供应、偏光显微镜成像单偏光镜下观察，左侧是没加偏光，右侧是加偏光的偏光显微镜型号：NP900系列（科研级可定制型）MHPL1500（可选透射照明，落射照明或者透反射照明）MHPL3200（透/反射偏光）MHPL3230（透反射偏光）如果您需要研究与检验地质、化工、医疗、药品等领域，进行液态高分子材料，生物聚合物及液晶材料的晶相观察，我们为您提供一整套显微系统方案，可连接数码相机构成数码偏光显微镜，通过计算机屏幕显示测量电脑来观察图片，对图片进行保存、编辑和打印。

超材料是经过精心构造的材料；它们通常由周期性排列放置的单元块组成。这些材料所表现出的特性和功能与其组成材料有所不同，它们不仅仅是结合了其组成材料的特性和功能，还能形成一些由结构影响的独特性能。其中，机械超材料是一类人为设计的微观物理结构组成的、具有特殊机械性能的超材料。由于其在结构设计、尺寸和材料组件方面的可调整性，机械超材料为改善材料的机械行为和特性提供了新的机会，并为各种领域提供了多功能应用的潜质。过去的几十年中，人们不断地在追求材料的轻质化和高性能。一些报道指出简单立方（SC）板晶格在纳米尺度上可以达到力学性能的理论极限，这种板晶格机械超材料由于其理论上优异的机械特性和可人工调节设计的低密度而逐渐受到人们的关注。但是此类复杂结构的研究在过去一直受到制造技术的限制，因此新型3D打印技术的出现使得对这种晶格结构的深度研究成为可能。近期，新加坡南洋理工大学Prof. Hu Xiao团队提出了利用微立体光刻技术（PμSL），采用新型面投影微立体光刻设备（nanoArch S140, 摩方精密BMF）来打印高精度的立方板晶格结构，并成功制备出微米级到厘米级的简单立方晶格结构。该团队研究了打印模型的单元数量、开孔直径等对压缩性能的影响，并且将打印出来的结构与其他目前报道的机械超材料等进行了压缩性能的比较。结果表明，增加单元数量可显著提高抗压强度和能量吸收能力，打印的立体板晶格结构的比能量吸收能力甚至可以超过不锈钢晶格结构和目前文献报道过的其他聚合物晶格材料。图 1.（a）以往文献中使用的理想单元板晶格模型。（b） 本工作中使用的理想板晶格单元。（c） 修改后带孔的可打印立方板晶格单元。（d） 实验样品Cubic444-0.5mm。（e）有限元模拟von Mises带孔板晶格的压缩-Cubic444-0.5mm。（f） PμSL打印技术示意图。该研究中，简单立方晶格模型的理想化单元设计以及修饰后带孔单元的设计如图1 (a)-(c)所示。打印后的一组4*4*4的模型如图1 (d)所示，是一边长为1厘米的立方块，里面整齐堆垛了64个立方晶格单元，除此之外，还打印了另外两组：8*8*8，12*12*12的立方晶格结构。打印出来的所有样品都与设计的模型高度相似，具有非常高的打印精度，其中最薄的壁厚甚至能达到80微米。为了评估打印好的晶格模型的压缩性能，对所有晶格结构做了压缩测试。图2展示了压缩后立方晶格的刚度、强度、能量吸收能力与晶格结构的立方单元边长孔径比之间的关系。图 2.（a） d/l = 0.4时的立方板晶格的实验压缩应力-应变曲线。（b） 立方板晶格的压缩刚度与 d/l的关系拟合曲线。（c）立方板晶格的压缩强度吸收与 d/l的关系。（d） 立方板晶格的压缩能量与 d/l的关系。结果表明，在d/l = 0.4时观察到的强度变化是由于样品从正常结构到超材料结构的力学行为的巨大差异。当 d/l 很小 （d/l 0.3） 时，晶格更接近纯板晶格拓扑。众所周知，对于板晶格拓扑，板的三维相交阻碍了板在受压时的运动，因此板晶格总是以拉伸为主。然而，随着d/l的增加，晶格开始类似于梁拓扑结构，运动学机制可能发生了变化。虽然在图2 (a)中，Cubic 444样品组表现出典型的拉伸主导行为的脆性应力 - 应变曲线，但对于Cubic 888-0.5mm和Cubic 121212-0.32mm来说，它们都存在着较长且稳定的屈服平台且压应力有一定的增加。这些现象表明弯曲样运动学机制在结构的压缩时被激活。这些晶格中的确切运动机理可能很复杂，因为纯柱状弯曲行为可能并不严格适用于这些具有大相对密度（30%）的样品。偏离拉伸主导行为的结果可以在图2d的能量吸收结果中看到。Cubic 444样本组具有低能量吸收值，对应于拉伸主导晶格的典型脆应力 - 应变行为。然而，Cubic 888和Cubic 121212具有更高的能量吸收，这对应于增加的弯曲特性即允许在失效前发生更大程度的变形。因此随着一个立方厘米内单元晶格数量的增加，晶格结构的能量吸收效率产生超乎寻常的增长。随后，将立方板晶格与具有相同相对密度相似单元大小的立方桁架结构和蜂窝结构进行了比较，如图 3(a)所示。在失效前，立方板晶格具有比桁架结构更大的应变和更高的刚度。与蜂窝相比，虽然蜂窝的垂直面表现出出色的机械性能，但其侧面压缩吸收的能量、压缩强度以及刚度都极低，几乎不具有支撑性，所以蜂窝从不同方向进行压缩的性能差异极其明显。而立方板晶格的三向力学性能相对来讲更均匀，它在三向上具有相同的结构特性，足够承受来自三维方向上的压力。同时，该团队将打印的所有晶格结构与最近报道的许多其他不锈钢或者聚合物基晶格材料的相对压缩能量吸收能力都进行了对比，如图 3(b)所示，其大范围可调节的能量吸收值最高约15 J/g，能力远高于文献报道的其他晶格材料，具有极高的应用潜能。图3. (a)不同结构类型样品的刚度、压缩强度和能量吸收比较柱状图。(b) 比能量吸收（SEA）比较图。

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

背景介绍 载流子之间的相互作用是凝聚态物理学的热门研究和重点关注对象。调控这种相互作用的能力将有望调控复杂的电子相图。近年来，二维莫尔超晶格已经成为量子领域非常具体潜力的一个研发平台。莫尔系统通过调整层扭转角、电场、莫尔载流子浓度和层间耦合，可以实现其物理参数的高度可调。进展概述 近期，Xiaodong XU（美国华盛顿大学）的研究小组报道了光激发可以高度调整莫尔捕获载流子之间的自旋-自旋相互作用，从而产生WS2/WSe2莫尔超晶格中的铁磁有序。该研究中，作者使用了德国attocube公司提供的ANPxyz101系列兼容低温强磁场纳米精度位移台，以确保在低温强磁场环境中精确控制样品位置。文章以《Light-inducedferromagnetism in moirsuperlattices》为题，发表于Nature期刊。 图1显示了丰富的填充因子依赖的磁光响应，在填充因子为&minus 1时，RMCD显示出超顺磁样响应。当空穴掺杂明显减少（见图1e）时，一个磁滞回线开始出现, 这是铁磁性的标志。在&minus 1/3的填充因子（即每3个莫尔晶胞中有一个空穴）附近，随着激子共振激发功率的增加，在磁圆二色性信号中出现了一个明显的磁滞回线。图1. WS2/WSe2异质结中的磁圆二色性随填充因子变化。a) 器件示意图 b) PFM图像，标尺：20 nm c) 反射谱随偏置电压变化 d-e) 磁圆二色（RMCD）随填充因子变化 图2a显示了在1.6K温度与填充因子为-1/3时RMCD信号与激光功率的关系。当功率小于16 nW时，RMCD信号与磁场之间的关系消失，表现为一条无特征的直线。当功率增加到临界阈值以上时，出现一个滞回线。图2b中零磁场下RMCD信号的强度随激光功率的增加而增大，最终达到饱和。在低填充因子下，由于空穴距离更大固有磁相互作用明显较弱。因此，在分数填充因子为&minus 1/3处出现的功率依赖的RMCD响应表明，通过光学诱导的长程自旋-自旋相互作用，出现了铁磁序。磁滞回线宽度对光激发功率的依赖关系可以忽略不计，这意味着在温度远低于居里温度时，磁滞回线宽度主要由磁各向异性决定。如图2c-d所示，随着温度的升高磁滞回线宽度减小，有效的居里温度被确定为8K左右。图2. 在填充因子为-1/3的时候对光致铁磁性的观察。a-b）1.6K温度，不同激光功率下RMCD信号随磁场变化。c-d）磁滞回线宽度与温度的关系，激光功率103 nW 课题组进一步在填充因子为&minus 1/7下进行了温度与激光功率依赖性的RMCD测量（图3）。图3a显示了在不同的激光功率下的测量结果。作者定义了一个临界温度Tc，超过这个温度，RMCD的磁性响应（心跳线形状）就会消失。以253 nW光激发为例，心跳线形状保持强至约40K。为了进一步突出这一效应，图3b中绘制了提取的RMCD信号振幅与激发功率和温度的变化关系。这些数据表明，一旦光激发功率足够大，可以引入磁序，Tc可以从20K左右的调谐到45K。观察到的现象指出了一种机制，其中光激发激子促成了莫尔捕获空穴之间的交换耦合。这种激子促成的相互作用可能比莫尔捕获空穴之间的直接耦合范围更长程，因此即使在稀空穴体系中也会出现磁序。这一发现为莫尔量子物质的丰富的多体哈密顿量增加了一个动态调谐方案。图3. 利用光激发功率和填充因子调节磁态。a-d) RMCD信号强度与磁场、温度、填充因子的关系图 图a-b中填充因子为-1/7 值得指出的是，整个实验都是在低温及强磁场中进行的。这其中关键的设备就是德国attocube公司提供的ANPxyz101系列兼容低温强磁场纳米精度位移台，该位移台能够在极低温环境下提供纳米级的精确位移，成为整个变温及磁场调控过程中精确控制样品位置的关键设备。 attocube公司生产的位移器设计紧凑，体积小巧，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和扫描器，并以稳定而优异的性能，原子级定位精度，纳米位移步长和厘米级位移范围受到科学家的肯定和赞誉。产品广泛应用于普通大气环境和极端环境中，包括超高真空环境(5E-11mbar)、极低温环境（10 mK）和强磁场中（31 T）。图4 attocube低温强磁场位移器，扫描器attocube低温位移台技术特点如下：参考文献：[1]. Xiaodong XU, et al. Light-induced ferromagnetism in moiré superlattices. Nature 604, 468–473 (2022)

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。

载流子之间的多体相互作用是相关物理学的核心。调控这种相互作用的能力将有望调控复杂的电子相图。近年来，二维莫尔超晶格已经成为量子工程的一个前景研发平台。莫尔系统的功能在于通过调整层扭转角、电场、莫尔载流子浓度和层间耦合，实现其物理参数的高可调性。由半导体过渡金属双卤化合物(TMDs)形成的莫尔超晶格是一个新兴的平台，可探索高可调性相关效应。结合强库仑相互作用、三角摩尔几何、强自旋轨道耦合和孤立的平坦电子带，TMD异质分子层是测试可调多体哈密顿数的理想平台。事实上，在整数和分数莫尔微带填充下的相关缘状态已经被实验证明了。理论上，TMD莫尔平台提供了一个机会来研究具有三角形或六边形几何形状的经典模型，以探索强相关的物理。通过改变现场库仑相互作用U和近邻跳变参数t，预测了具有各种缘态、金属态和奇异磁态和拓扑态的多体相图。图1. WS2/WSe2异质结中的磁圆二色性随填充因子变化。a) 器件示意图 b) PFM图像，标尺：20 nm c) 反射谱随偏置电压变化 d-e) 磁圆二色（RMCD）随填充因子变化 近期，Xiaodong XU（美国华盛顿大学）的研究小组报道了光激发可以高度调整莫尔捕获载流子之间的自旋-自旋相互作用，从而导致WS2/WSe2莫尔超晶格中的铁磁顺序。图1显示了丰富的填充因子依赖的磁光响应，在填充因子为−1时，RMCD显示出超顺磁样响应。当空穴掺杂明显减少（见图1e）时，一个磁滞回线开始出现, 这是铁磁性的标志。在−1/3的填充因子附近（即每3个莫尔晶胞中有一个空穴）附近，随着激子共振激发功率的增加，在磁圆二色性信号中出现了一个明显的磁滞回线。图2. 在填充因子为-1/3的时候对光致铁磁性的观察。a-b）1.6K温度，不同激光功率下RMCD信号随磁场变化。c-d）磁滞回线宽度与温度的关系，激光功率103 nW。图2a显示了在1.6K温度与填充因子为-1/3的时RMCD信号与激励光功率的关系。当功率小于16 nW时，RMCD信号与磁场之间的关系消失，表现为一条无特征的直线。当功率增加到临界阈值以上时，出现一个滞回线。图2b中零磁场下RMCD信号的强度随激光功率的增加而增大，终达到饱和。在低填充因子下，由于空穴距离更大固有磁相互作用明显较弱。因此，在分数填充因子为−1/3处出现的功率依赖的RMCD响应表明，通过光学诱导的长程自旋-自旋相互作用，出现了铁磁序。磁滞回线宽度对光激发功率的依赖关系可以忽略不计，这意味着在温度远低于居里温度时，磁回线宽度主要由磁各向异性决定。如图2c-d所示，随着温度的升高磁滞回线宽度减小，有效的居里温度被确定为8K左右。图3. 利用光激发功率和填充因子调节磁态。a-d) RMCD信号强度与磁场、温度、填充因子的关系图 图a-b中填充因子为-1/7. 课题组进一步在填充因子为−1/7下进行了温度与激光功率依赖性的RMCD测量（图3）。图3a显示了在不同的激光功率下的测量结果。 作者定义了一个临界温度Tc，超过这个温度，RMCD的磁性响应（心跳线形状）就会消失。以253 nW光激发为例，心跳线形状保持强至约40K。为了进一步突出这一效应，图3b中绘制了提取的RMCD信号振幅与激发功率和温度的变化关系。这些数据表明，一旦光激发功率足够大，可以引入磁序，Tc可以从20K左右的调谐到45K。观察到的现象指出了一种机制，其中光激发激子促成了莫尔捕获空穴之间的交换耦合。这种激子促成的相互作用可能比莫尔捕获空穴之间的直接耦合范围更长程，因此即使在稀空穴体系中也会出现磁序。这一发现为莫尔量子物质的丰富的多体哈密顿量增加了一个动态调谐旋钮。 以上的结果是借助于attoDRY2100低震动无液氦磁体恒温器获得的，该低温恒温器可以与拉曼光谱、磁圆二色性、磁光克尔效应和偏振荧光测量等多种实验技术结合使用。图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。 attoDRY2100低恒温器温主要技术特点：☛ 应用范围广泛: PL/EL/ Raman/RMCD/MOKE等光谱测量☛ 变温范围：1.8K - 300K☛ 空间分辨率： 1 mm☛ 无液氦闭环恒温器☛ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)☛ 低温消色差物镜NA=0.82☛ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K☛ 精细扫描范围：30 μm X 30 μm@4K☛ 可进行电学测量，配备标准chip carrier☛ 可升到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能 参考文献：[1]. Xiaodong XU, et al. Light-induced ferromagnetism in moiré superlattices. Nature 604, 468–473 (2022)

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

近日, 中南大学物理与电子学院教授刘艳平、何军与美国加州州立大学北岭分校Gang Lu、澳大利亚悉尼大学刘宗文以及湖南大学潘安练、段曦东教授等国内外学者合作，在《先进材料》（Advanced Materials)上发表题为“TMDCs莫尔超晶格层间耦合效应的量子调制”的研究论文。中南大学物理与电子学院为该项研究成果的第一完成单位，博士后郑海红博士为论文第一作者，刘艳平教授为论文的通讯作者。在范德瓦尔斯材料中，层间扭曲或晶格失配可以形成莫尔超晶格(Moiré superlattices)，其周期随着扭曲角的变化而连续变化。莫尔超晶格可以产生空间周期性的莫尔势，改变材料的电子和能带结构，从而产生强相关联的量子现象，为研究多体系统的量子模拟提供了可能，促进了量子光学器件的发展。二维莫尔超晶格为探索新的强相关联的物理现象提供了一个强大的平台，这些现象都取决于界面层间耦合相关的莫尔势。目前，莫尔超晶格主要通过机械剥离技术和人工堆叠方法制备。然而，人工转移方法不可避免地造成由不纯界面引发的层间耦合在空间上的不均匀性，阻碍了对周期性莫尔超晶格物理性质及其应用的深入理解。因此，直接生长具有均匀的层间耦合和最小晶格重构的莫尔超晶格仍然是一个挑战，对莫尔超晶格的应用构成严重限制。针对这一难题，该研究创新性通过Sn原子辅助生长克服堆积自由能，并使用CVD生长技术直接制备了不同扭角的WSe2莫尔超晶格。利用低频拉曼散射光谱验证了其均匀性，证明了强的界面耦合。扭曲角为1.5°的CVD生长的莫尔结构的莫尔势比人工堆叠的更深(增加了155%)，表明界面耦合可以调节莫尔势的深度。第一性原理模拟揭示了莫尔超晶格中的平带现象，为莫尔激子的产生提供了理论基础。本研究成果提出了一种合成二维莫尔超晶格的新方法，并为设计和优化其莫尔性能提供了策略，这种新策略将有望用于量子计算、量子通讯、新型超导体等领域。研究者通过Sn原子辅助下克服堆积自由能，采用CVD生长技术制备了具有不同扭曲角的WSe2莫尔超晶格。受访者 供图据悉，“低维物理与量子器件”是中南大学物理与电子学院特色研究方向和“十四五”规划重点发展支持方向之一。此项研究得到了国家自然科学基金面上项目、湖南省自然科学基金杰出青年项目、湖南省重点研发项目、湖南省芙蓉学者特聘教授基金、中南大学创新驱动青年团队项目、中南大学高性能复杂制造国家重点实验室自主研究课题、澳大利亚ARC Discovery、博士后面上项目等多个项目的支持，并获得中南大学高性能计算公共平台在材料结构计算等方面提供的有力支持。

天眼查显示，江苏鲁汶仪器股份有限公司“一种晶圆外延片表面的晶格缺陷修复方法”专利公布，申请公布日为2024年6月28日，申请公布号为CN118263091A。背景技术氮化镓基半导体材料具有带隙宽，发光效率高，耐高温以及化学性质稳定等优点，已广泛应用于固态照明、全色彩显示、激光打印等领域。氮化镓薄膜通常生长在异质衬底上，衬底和外延薄膜之间存在较大的晶格失配与热失配，一方面会导致压电极化效应，降低量子阱的发光效率；另一方面使得薄膜在沉积过程中一直受到应力的作用，导致外延片发生弯曲，翘曲甚至龟裂。在u-氮化镓生长时，由于衬底与外延薄膜之间较大的晶格失配，使得外延片受到应力的作用，产生“凹面”变形；又因为热失配的影响，使得在生长温度较低的多量子阱时，曲率绝对值不断减少甚至成为“凸面”变形。等离子体刻蚀是利用等离子态的原子、分子与材料表面作用，形成挥发性物质或直接轰击样品表面使之被刻蚀的工艺，它能实现各向异性刻蚀，即纵向的刻蚀速率远大于横向的刻蚀速率，从而保证了细小图形转移后的保真度。等离子体刻蚀中的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术由于其控制精度高、大面积刻蚀均匀性好、污染少等优点，在半导体器件制造中获得越来越多的应用。但现有的技术中如直接采用氯基气体对氮化镓晶圆外延片进行刻蚀，会导致氮化镓外延表面的晶格缺陷层并未得到有效的去除，无法获得高均匀性与一致性的氮化镓外延片。发明内容本发明涉及半导体芯片生产领域，具体是一种晶圆外延片表面的晶格缺陷修复方法。本发明提供了一种晶圆外延片表面的晶格缺陷修复方法。本发明提供的方法使用氧化性气体如N2O或O2的等离子体对晶圆外延片表面进行处理，形成均匀的氧化层；使用氯基气体如BCl3的等离子体对氧化层表面进行处理，均匀地移除氧化表层；采用氯基气体与氟基气体的混合气体或氯基气体等离子体对材料表面进行刻蚀，能够有效地优化晶圆外延片表层外延生长过程产生的晶格缺陷或氧化斑造成的刻蚀缺陷和损伤，从而得到高均匀性与一致性的晶圆外延片；相对于现有技术，本发明的晶圆外延片表面晶格缺陷层去除效果更优。

锑化物超晶格红外探测器具有均匀性好、暗电流低和量子效率较高等优点，其探测波长灵活可调，可以覆盖短波至甚长波整个红外谱段，是实现高均匀大面阵、长波、甚长波及双色红外探测器的优选技术，得到了国内外相关研究机构的关注和重视，近年来取得了突破性的进展。中国科学院上海技术物理研究所科研团队介绍了InAs/GaSb超晶格红外探测器的技术特点和发展历程，并对后续发展趋势作了初步的展望和探讨。相关研究内容以“锑化物超晶格红外探测器研究进展与发展趋势”为题发表在《红外与激光工程》期刊上。InAs/GaSb超晶格红外探测器的技术原理和特点超晶格是由两种晶格匹配良好的半导体材料交替重复生长而形成的周期性结构，每一层的厚度通常在纳米尺度。根据组成材料相互间能带排列特点，超晶格一般分为I类超晶格和II类超晶格。在III-V族化合物半导体中，InAs、GaSb、AlSb之间可组成不同类别的能带排列，GaSb/AlSb组成I类能带排列，InAs/GaSb、InAs/AlSb组成II类能带排列。特别的，InAs导带底能量比GaSb价带顶能量低约150 meV，当InAs和GaSb结合时，两者形成“破隙型”II类能带排列，电子被限制在InAs层中，而空穴被限制在GaSb层中。当两者组成超晶格时，相邻InAs和GaSb层中电子和空穴会由于相互作用分别形成电子微带和空穴微带，如图1所示。图1 InAs/GaSb超晶格能带简图电子微带与空穴微带的能量差即为超晶格的有效禁带宽度，随着InAs层和GaSb层厚度的改变而改变。对InAs/GaSb II类超晶格的能带结构进行计算和模拟，可以获得超晶格材料光电特性等信息。图2是InAs/GaSb超晶格的截止波长随InAs厚度变化关系，通过改变InAs层的厚度，可以调节超晶格的截止波长，实现短波红外、中波红外和长波红外等不同谱段的红外探测。图2 InAs/GaSb II类超晶格截止波长随InAs厚度变化关系（GaSb厚度为2.1 nm）总体来说，InAs/GaSb超晶格红外探测技术具有如下特点：1）改变周期厚度可以调节InAs/GaSb超晶格的禁带宽带（响应截止波长），因此，可以通过结构设计来灵活调节超晶格探测器的光电响应特性，响应波段可以覆盖短波至甚长波的整个红外谱段，并实现多色探测。2）InAs/GaSb超晶格结构可以吸收垂直入射光。理论计算表明，InAs/GaSb超晶格可达到与HgCdTe材料相当的吸收系数，因此具有较高的量子效率。3）在InAs/GaSb超晶格结构中，由于轻、重空穴带的分离，抑制了Auger复合速率。在理论上，InAs/GaSb超晶格比HgCdTe具有更高的探测率。4）相比HgCdTe材料，InAs/GaSb超晶格有更大的有效质量，有助于抑制长波探测器的隧穿暗电流。5）现代材料生长技术，如分子束外延技术，可以在单原子层精度上控制材料的生长，十分有利于材料性能的可控性、稳定性和可重复性。6）InAs/GaSb超晶格是III-V族化合物半导体材料，材料生长与器件工艺较为成熟，有利于实现大规格、高均匀性焦平面器件。锑化物超晶格焦平面探测器发展历程技术孕育阶段（20世纪80年代—21世纪初）该阶段主要是超晶格红外探测技术概念的提出、超晶格探测器性能的理论计算分析、超晶格材料外延生长和基本光电特性研究，初步证实了超晶格材料具有优良的红外探测性能。超晶格概念是20世纪70年代美国国际商用机器（IBM）公司的江琦、朱兆详等人提出的，指出电子在沿超晶格材料生长方向运动将受到超晶格周期势的影响，形成与自然界材料性能迥异的特性，分子束外延技术的发展又允许人们生长出高质量的超晶格材料。1977年，江琦、朱兆祥等人又提出了锑化物（InAs/GaSb）II类超晶格的概念。技术突破阶段（21世纪初—2010年）该阶段主要聚焦于突破高性能焦平面器件制备的关键技术。采用先进的异质结构抑制超晶格长波探测器的暗电流；研究超晶格材料的刻蚀和侧壁钝化技术，制备出超晶格面阵器件。长波探测是超晶格技术发展的一个重要方向，而降低暗电流是长波红外探测器研究工作的一个重要内容。对于锑化物超晶格探测器，利用其灵活的能带结构调节能力以及分子束外延低维材料生长能力，国外各研究机构设计、制备出了多种宽禁带势垒的探测器结构来抑制暗电流，如pπMn结构、CBIRD结构、nBn结构等。上述不同结构的基本思想是利用宽禁带势垒层与吸收区形成异质结，从而达到抑制产生-复合电流的效果。像元台面刻蚀与侧壁钝化是超晶格焦平面制备研究的一个重要内容。在台面侧壁，由于半导体周期性晶格结构的突然中断，会引起能带在表面的弯曲，从而使得接近表面的半导体层内形成电荷累积，甚至引起表面反型，这会导致在表面形成导电通道。另外，在刻蚀等工艺过程中产生的损伤、沾污或者氧化物等也可能引起表面势能的变化，在带隙内形成载流子陷阱，增加隧穿电流。随着超晶格探测器结构的不断优化，器件制备工艺水平的提升，基于高质量分子束外延超晶格材料，结合前期建立的红外焦平面技术（如读出电路、铟柱混成互联等），相关研究机构相继研制出了320×256、640×512、1024×1024等不同规格的超晶格红外焦平面。双色或多色探测器具备多谱段探测能力，可显著提升识别距离、抗红外干扰与抗伪装能力，是新一代焦平面探测器重点发展方向之一。锑化物超晶格材料能带灵活可调及宽谱响应的特性，使得其成为制备双色、多色探测领域的优选技术。各研究机构先后报道了基于该材料体系的中/中波、中/长波、长/长波双色焦平面探测器。技术发展阶段（2010年—至今）超晶格焦平面制备能力的提升在相关政府机构的支持下，西方技术先进国家突破了超晶格结构设计、材料生长、芯片制备工艺等关键技术，多家研发机构先后获得高性能的超晶格长波大面阵器件和双色焦平面器件。这些成果的取得也使人们充分认识到超晶格技术在红外探测领域的意义和价值。在此基础上，2011年，美国启动了“重要红外传感器技术加速计划（VISTA）”，这是一个由政府主导的，包括JPL、MIT林肯实验室、Sandia国家实验室、海军实验室等研究结构，以及休斯实验室、洛克-马丁公司、L3辛辛那提电子公司等行业领先公司的联合体，技术链涵盖了衬底制备、超晶格材料外延生长、焦平面芯片制备工艺、读出电路设计、超晶格组件集成等。在5年时间内，VISTA计划在高性能长波、中长波双色、超大面阵焦平面、高温工作（HOT）焦平面器件等多方面获得了进一步的发展。图3 （a）超晶格5 μm像元尺寸的SEM照片，（b）超晶格中波红外焦平面在160 K和170 K工作温度下成像示意图，（c）超晶格中长波双色野外成像图超晶格焦平面的工程应用随着制备能力和探测器性能的不断提高，超晶格红外焦平面开始了应用试验。2005年，德国IAF和AIM公司研制的中/中波超晶格双色焦平面探测器应用于欧洲大型运输机Airbus A400 M的多色红外预警系统（MIRAS）。图4 非洲某地区的可见（来源谷歌地图）和CTI红外成像图片（来自美国NASA国际空间站拍摄），Band 1为中波红外图像，Band 2为长波红外图像锑化物超晶格探测器的展望与思考碲镉汞是当前最成功的红外探测材料，其响应波段可以覆盖短波至甚长波的整个红外谱段，具有高的吸收系数和量子效率。由于碲镉汞非常低的肖特基-里德-霍尔（SRH）复合速率，少子寿命长，暗电流低，可以实现高性能红外探测器。碲镉汞的挑战主要来自于材料生长、芯片制备工艺等方面难度大及由此而带来的成品率和制备成本等问题。InAs/GaSb超晶格在谱段覆盖性方面和碲镉汞一样可以在短波至甚长波整个红外谱段内调节。与碲镉汞相比，超晶格红外探测器在量子效率和少子寿命还需要进一步的提升。但另一方面，InAs/GaSb超晶格属于III-V族化合物半导体，其物理化学性质较为稳定，超晶格焦平面在空间均匀性、时间稳定性等方面具有优势，同时，超晶格在材料、芯片的制备技术方面也具备更好的可控性。近年来，InAs/GaSb超晶格红外探测器取得了飞速的发展。在国外，超大规格、高像元密度、高温工作中波焦平面、高性能长波红外焦平面及双色焦平面等已先后获得突破，超晶格探测器也已初步获得航天应用。国内自“十二五”布局开展锑化物超晶格红外探测技术研究，相关研究单位先后在超晶格长波焦平面技术、双色焦平面技术等方面取得突破，初步形成了超晶格材料外延生长、芯片制备等技术能力和平台。后续，超晶格红外探测技术将在进一步提升材料基本性能（量子效率、少子寿命）的基础上，发展大规格和超大规格红外焦平面，高像元密度焦平面，甚长波和双色、多色探测器，高工作温度红外焦平面等。提升超晶格材料基本性能在少子寿命方面，在超晶格中，轻、重空穴带的分离抑制了俄歇复合过程，因此，理论上超晶格的少子寿命可以比碲镉汞更长。但目前InAs/GaSb超晶格的少子寿命一般小于100 ns，与碲镉汞相比有很大的差距，这主要是由于超晶格材料存在较强的SRH复合。InAs/InAsSb超晶格因表现出了更长的载流子寿命而颇受关注，但对于相同的探测波长，InAs/InAsSb超晶格的吸收系数较小；同时，InAs/InAsSb超晶格的空穴迁移率和扩散长度也较小。另一种新型超晶格材料——晶格匹配 InAs/GaAsSb超晶格展现出了优良的光电性能，计算表明，对于相同的探测波长，InAs/GaAsSb超晶格具有与InAs/GaSb超晶格相似的吸收系数。在量子效率方面，由于在超晶格中电子和空穴分别位于InAs和GaSb层中，吸收系数的大小与电子波函数和空穴波函数的交叠积分相关，从而导致器件的量子效率随波长增大而下降。目前中波红外超晶格探测器的量子效率可以实现70%~80%，长波器件的量子效率约30%~40%。提升长波、甚长波超晶格焦平面器件的量子效率是一个重要的研究课题。近年来，采用超表面微纳光子结构提升器件量子效率成为一个有效途径。与探测器集成的微纳光子结构主要包括一维、二维光子晶体、光栅、汇聚透镜、微腔结构等。近年来，美国麻省理工学院、空军实验室、JPL等在该方面开展研究并取得了较好的成果。超晶格红外焦平面发展趋势展望在焦平面器件发展趋势方面，将充分利用超晶格自身技术优势，发展高像元密度大面阵探测器、甚长波探测器、双色和多色探测器、高工作温度探测器及新型雪崩探测器等。在高像元密度大面阵器件发展方面，国际上超晶格外延材料尺寸已经达到6 in（1 in=2.54 cm），正向更大晶圆发展；像元尺寸已缩小至5 μm，最大规格达到6 K×4 K。国内已具备4~6 in超晶格外延材料生长和锑化物半导体探测器芯片制备能力，在小像元尺寸的台面芯片制备方面也具有技术基础。在甚长波红外探测器方面，关键在于降低器件暗电流，红外探测器的暗电流与少子寿命密切相关。因此，提升超晶格材料的少子寿命是一个重要的研究课题。晶格匹配InAs/GaAsSb新型超晶格材料有助于降低材料的深能级缺陷，从而提升少子寿命。降低器件暗电流的另一途径是运用InAs、GaSb、AlSb等材料间多样的能带排列方式，灵活设计出先进的抑制暗电流器件结构。最近，国外报道了14 μm超晶格甚长波焦平面探测器，采用先进势垒设计结构，大大地抑制了器件的暗电流。在实现高温工作超晶格红外探测器的研究方面，主要集中在设计和制备各种具有暗电流抑制功能的异质势垒结构器件。国外研究机构采用nBn等异质势垒结构，很好地将超晶格中波红外探测器的工作温度提升至150 K以上。在国外，高温工作的超晶格中波红外焦平面已经显示出了替代传统InSb器件的趋势。实现双色或多色探测是超晶格发展的一个重要发展方向。超晶格主要采用改变材料周期厚度来调节响应波长，采用分子束外延技术，只要改变InAs、GaSb单层的生长时间（改变层厚）就可以获得不同响应波长的超晶格材料，因此非常容易在一次外延生长过程中集成两个甚至多个响应不同波长的探测器材料结构。近期研究结果也表明，超晶格是实现双色或多色探测的优先技术。在新型探测器方面，锑化物超晶格雪崩探测器（APD）近年来也备受关注。美国伊利诺斯大学研究发现，InAs/GaSb超晶格的空穴/电子碰撞电离系数比可以近似为零，研制的电子雪崩型器件的增益为300时，过剩噪声因子小于1.2。该团队与美国雷神公司合作研制的电子雪崩型超晶格APD，在增益为500时，过剩噪声因子仍旧保持在接近于1的水平，表现出了极低的雪崩噪声特性。结论这项研究简要介绍了锑化物超晶格红外探测技术的技术特点、发展历程及其发展趋势。自InAs/GaSb超晶格红外探测器的设想被提出后，30多年来，通过结构设计优化和制备技术提升，国内外研究结构先后获得了一系列的大面阵、高温工作、长波、多色红外探测器，超晶格红外焦平面也表现出了高均匀性、高稳定性、高制备可控性等优势，并且在红外遥感成像等航空航天领域得到应用。今后，超晶格红外焦平面将向着更高的像素密度、更大的规格、更高的工作温度、甚长波、双色（多色）、雪崩器件等方向发展。

原子钟依靠两个能量级之间的原子振荡进行操作。在锶晶格钟里，数千个锶原子被困在一个激光光阱柱里。　　　　美国科学家表示，这种&ldquo 锶晶格钟&rdquo 比以前的世界纪录保持者&mdash &mdash 美国国家标准与技术研究所(NIST)的量子逻辑时钟的准确度高50%。　　新浪科技讯 北京时间5日消息，据国外媒体报道，一种打破世界纪录的新型原子钟的准确度高的惊人，它能在50亿年(比地球的年龄还要长)间不慢一秒，也不快一秒。　　这种&ldquo 锶晶格钟&rdquo 比以前的世界纪录保持者&mdash &mdash 美国国家标准与技术研究所(NIST)的量子逻辑时钟的准确度高50%。研究人员表示，这种钟表的准确度是如此之高，它甚至能显示出重力对时间产生的影响。该钟是由美国国家标准与技术研究所和科罗拉多大学的一个科研组，在美国天文物理联合研究室(JILA)里研制的。今年年初在《自然》杂志上公布这一研究成果时，该科研组负责人叶军博士(Dr Jun Ye)说：&ldquo 我们已经打算更近一步地提高它的性能。因此从这方面来说，即使是发表在《自然》杂志里的这篇文章，也只代表着一个&lsquo 中期&rsquo 报告。在未来5到10年内，你有希望在我们的钟表研究中看到更多新突破。&rdquo 　　从稳定性方面而言，这种新钟的性能与美国国家标准与技术研究所的世界领先的镱原子钟不相上下。原子钟依靠两个能量级之间的原子振荡进行操作。在锶晶格钟里，数千个锶原子被困在一个激光光阱柱里。科学家通过让这种原子沐浴在非常稳定的红激光里，发现钟表的&ldquo 滴答声&rdquo ，每隔四百三十万亿分之一秒，钟表会发出一次&ldquo 滴答声&rdquo 。激光触发的精确频率提示着能量级之间的转换。叶军说：&ldquo 我们的目的是拥有一个非常精准的钟，它能在整个宇宙岁月里不慢一秒。&rdquo 然而该钟遇到了一个意外阻碍&mdash &mdash 地球上各个地方的时间并不是以相同的速率度过的。　　时间度过的速度与重力(是爱因斯坦的相对论的组成部分)的强度有关，而且这是一个非常现实的影响。叶军说，如果你把一个钟表从地面上拿起来，把它悬挂在墙上，&ldquo 时间将会加快大约一千零十六分之一&rdquo 。然而这种新钟表的灵敏度足以发现这种变化。他说：&ldquo 仅把它举高几厘米，你就会看到一些变化。从这个水平来说，在地球上维持绝对时标事实上很难实现。他们打造的这种钟表，不只是看起来混乱。它正把我们的时间感变混乱。&rdquo 叶军称，解决上述问题的办法，就是把这些新钟表送入太空。

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心董红星研究员和张龙研究员团队在溴氯掺杂量子点自组装超晶格结构中实现稳定蓝光腔增强超荧光，并解析了量子点超晶格结构通过降低电声耦合进而抑制光致相偏析的机制。相关研究成果以“Stable and ultrafast blue cavity-enhanced superflourescence in mixed halide perovskites”为题发表于Advanced Science。 　　高质量蓝光光源受限于低的量子效率，相比于红、绿光源仍处于落后的阶段。而钙钛矿量子点体系中的腔增强超荧光是由量子耦合效应和腔光场放大的双重调制产生的超快相干光爆发，可为实现高质量蓝光相干光源提供新思路，解决传统蓝光光源效率低下的局限性。卤素掺杂是在钙钛矿量子点体系中实现蓝光发射最直接的策略。然而，由于光致卤化物相偏析引起的光谱不稳定以及量子点与光腔之间的低耦合效率，使得在这种掺杂卤化物的量子点系统中实现稳定的蓝光腔增强超荧光具有挑战性。 　　针对上述问题，研究人员通过可控自组装制备得到形貌规则、长程有序、密集排列的CsPbBr2Cl量子点超晶格微腔。在量子点超晶格中，激子离域效应可以有效地减少激子声子耦合，从而缓解光致卤化物相偏析。同时，量子点自组装超晶格微腔具有高的堆积密度、光滑表面和规则几何结构，既可以作为增益介质，也可以作为高光反馈的回音壁腔，可提高量子点与光腔之间的耦合效率。因此，这两个核心问题将在量子点自组装超晶格结构中得到解决。基于这样的卤素掺杂量子点超晶格，研究人员最终实现了具有优异光学性能的稳定蓝光腔增强超荧光。 　　该工作得到国家自然科学基金，上海市青年拔尖人才计划等项目的支持。图1(a)量子点超晶格通过减弱激子-声子耦合来缓解光致相偏析的示意图；(b)CsPbBr2Cl量子点自组装超晶格微腔在激光泵浦在产生腔增强超荧光(CESF)的示意图；(c)77K下超晶格中随功率变化的蓝光腔增强超荧光发射图，左上角为1.8Pth激发功率下的蓝光腔增强超荧光的条纹相机图像。

对于人们的日常生活而言，秒的精确定义将让人们享受更准确的导航服务。每当我们打开地图、“摇一摇”寻找身边的人，精确的秒定义都在发挥着作用。此外，交通、金融、电网、计算机网络、移动通信等领域的安全运行都依靠高精度的时间频率计量。你有没有想过，1秒是多久？是时钟的一次嘀嗒声，人们的一次眨眼，还是数到“1”的所用的时间？这一问题看似容易，其实并不简单。为了更精确地定义秒，全世界的科学家已经努力了多年。近日，中国科学院国家授时中心（以下简称国家授时中心）的锶原子光晶格钟的相关研究取得了重要进展。国家授时中心研制出了锶光钟，并通过守时氢钟溯源至国际原子时，实现了在现行时间单位秒定义下的锶光钟绝对频率测量，相关研究成果发表于《计量学》。重新定义“1秒”：从天文秒到原子秒我们可以通过运动来计量时间，有规律的、能够重复的周期现象是人们计量时间的重要工具。曾经，我们依赖观测天体运动定义秒。科学家们发现，日月轮换、昼夜交替具有规律性，因此便以地球的周期运动来定义秒，从而有了我们熟知的一年大约365日，1日24小时，每小时60分钟，每分钟60秒，总计一天86400秒。但由于地球公转、自转的运动速度并不均匀，于是，科学家们将目光转到了微观层面，寻找更精确稳定的周期来确定一秒有多长。“科学家们发现，微观量子世界的一些参数比天体运动更加稳定。1967年，国际单位制以铯-133原子的能级跃迁为基础，重新定义了秒，也即原子秒。”中国计量科学研究院（以下简称中国计量院）研究员林弋戈说。林弋戈告诉记者，原子的能级跃迁就是指原子从一种能量状态到另一种能量状态。在这一过程中，原子发射出的电磁波频率非常稳定，因此可以采用某些原子的跃迁频率作为时间的计量基准，从而建立原子钟。终于，1967年，第十三届国际计量大会（CGPM）决定，将秒的定义从天文秒改为原子秒，将铯-133原子无干扰的基态超精细能级跃迁对应辐射的9192631770个周期所持续的时间定为1秒。也就是说，将铯-133原子发出的辐射振动9192631770次所持续的时间定为1秒。锶光钟数据获得国际认可国家授时中心研究员常宏告诉记者，根据输出频率的范围不同，原子钟可以分为微波钟与光钟。以原子的微波波段共振频率作为时间频率基准的原子钟就是微波钟，而以原子的光学波段共振频率作为时间频率基准的原子钟则被称为光钟。据了解，光钟的工作频段比微波钟的工作频段高4到5个数量级，因此光钟可以达到比微波钟更高的精度。近日，国家授时中心完成了对其研制的锶原子光钟性能的评估确认，并在现行时间单位秒定义下对锶原子光钟的绝对频率进行了测量。这一步骤完成后，国家授时中心锶原子光钟的相关数据将作为重要的参考值上报给国际时间频率咨询委员会频率标准工作组，成为锶光钟频率国际推荐值计算所需要的源数据。“在我们的锶原子光钟研制完成后，需要将其数据纳入现行秒定义框架之下进行频率测量，来确保未来时间单位秒基于光钟重新定义时，量值保持连续。此次发表于《计量学》上的成果，代表着国际上认可了我们的锶光钟的评估和测量数据。”常宏说。这一成果的第一作者、国家授时中心卢晓同博士告诉记者，完成现行时间单位秒定义下的锶光钟绝对频率测量，主要包括两个方面的技术探索。第一是锶光钟的实现，第二是如何将锶光钟输出的光频信号溯源至现行秒定义。“研究的过程比较艰辛。”常宏说，“从研制锶光钟，到完成‘评估与认可’，国家授时中心一共花了15年。”“光钟的研制对于国家授时中心而言是全新的领域，需要非常多的专业知识，例如原子物理、激光技术、电子线路等，这些都需要知识的积累与时间的沉淀。”常宏说。常宏告诉记者，从2008年到2017年，国家授时中心的锶光钟制作完成，这台钟终于“走了起来”，但是“走起来”后，人们还需要知道光钟的频率值具体是多少。“校准”频率的研究始于2017年，近日，这台光钟实现了现行时间单位秒定义下的锶光钟绝对频率测量，数据获得了国际认可。据了解，能够成功研制光晶格钟的国家并不多，其中多数是发达国家。“现在，国内完成光晶格原子钟研制的共4家，分别是中国计量院、国家授时中心、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、华东师范大学。”常宏说。其中，中国计量院和国家授时中心都独立完成了光钟频率通过国际原子时溯源到现行秒定义的工作。“目前，锶光钟研究最为领先的是美国叶军团队和日本东京大学的香取秀俊研究组，我们的研究和这两个团队还有差距。但我们与法国的巴黎天文台、德国联邦物理技术研究院、英国国家物理实验室的差距正在缩小，甚至在某些方面实现了超越。”常宏说。秒定义关乎基础科学发展目前，国内多家单位都在进行光钟的研制与绝对频率测量，有些团队研制锶原子光钟，有些则研制钙离子光钟、镱原子光钟。“现在，在如何重新定义秒的问题上，国际上还没有一个共识，其中一个重要的原因就是这些光钟的表现都不错，不存在某一种原子光钟性能明显强于另一种的情况。所以，目前国际上还没有选定要用哪种光钟来进行未来的秒定义。”林弋戈说，“前两年，国际上提出了一个定义秒的新想法，是使用多种原子钟的加权平均值作为新的秒定义。所以国内做多种光钟是非常有意义的。”目前，中国计量院的锶原子光钟、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院的钙离子光钟和华东师范大学的镱原子光钟的频率测量结果已经被国际时间频率咨询委员会频率标准工作组接受，这三所单位的测量数据参与了这几种光钟频率国际推荐值的计算。那么，为什么我们要积极研制光钟，实现更精确的秒定义呢？对于人们的日常生活而言，秒的精确定义将让人们享受更准确的导航服务。每当我们打开地图、“摇一摇”寻找身边的人，精确的秒定义都在发挥着作用。此外，交通、金融、电网、计算机网络、移动通信等领域的安全运行都依靠高精度的时间频率计量。此外，精确地定义秒还关乎基础科学的发展。“目前包括物理学研究在内的很多领域都亟待突破。而突破的发生，需要科学上或技术上其他的突破来带动。时间频率目前是人类能够测量的最准确的物理量，可以说时间频率测量能力的提升，将会带动多个研究领域的进步。”林弋戈说。例如，秒的精确定义和测量可以帮助科学家更深入地研究宇宙中的暗物质，了解发生在遥远太空中的由更小的天体并合所产生的极微弱的引力波等。“参与到国际秒定义变更中，对国家而言也意义深远。”常宏说。2022年，第二十七届国际计量大会通过“关于秒的未来重新定义”的决议——利用光钟实现时间单位秒的重新定义。该决议计划在2026年国际计量大会上提出关于秒的重新定义的建议，并在2030年第二十九届国际计量大会上做出最终决定。“我国需要让更多自己研制的光钟参与到这一工作中，在未来时间单位秒定义变更时确保我国有更多的话语权，维护国家权益。”常宏说。“我国一直在进行光钟的研究，是为了能够在秒定义的过程中作出贡献，推动科学的发展，并且在未来独立自主地复现秒定义，这一工作不仅体现了我国较高的科研水平，还能够长期、自主地保持中国标准时间的准确、稳定。”林弋戈说。

应用专家 易海英 荧光现象荧光是指荧光物质在特定波长光照射下，几乎同时发射出波长更长光的过程(图1)。当特定波长(激发波长)的光照射一个分子(如荧光团中的分子)时，光子能量被该分子的电子吸收。接着，电子从基态(S0)跃迁至较高的能级，即激发态(S1’)。这个过程称为激发①。电子在激发态停留10-9–10-8秒，在此过程中电子损失一些能量②。电子离开激发态(S1)并回到基态的过程中③，会释放出激发过程中吸收的剩余能量。荧光分子在激发态驻留的时间为荧光寿命，一般为纳秒级别，是荧光分子本身固有的特性。利用荧光寿命进行成像的技术叫荧光寿命成像(Fluorescence Lifetime Imaging，FLIM)，可以在荧光强度成像之外，更加深入地进行功能性精准测量，获取分子构象、分子间相互作用、分子所处微环境等常规光学成像难以获得的信息。荧光的另一个重要特性是Stokes位移，即激发峰和发射峰之间的波长差异（图2）。通常发射光波长比激发光波长更长。这是由于荧光物质被激发之后、释放光子之前，电子经过弛豫过程会损耗一部分能量。具有较大Stokes位移的荧光物质更易于在荧光显微镜下进行观察。图2：Stokes位移荧光显微镜及荧光滤块荧光显微镜是利用荧光特性进行观察、成像的光学显微镜，广泛应用于细胞生物学、神经生物学、植物学、微生物学、病理学、遗传学等各领域。荧光成像具有高灵敏度和高特异性的优点，非常适合进行特定蛋白、细胞器等在组织及细胞中的分布的观察，共定位和相互作用的研究，离子浓度变化等生命动态过程的追踪等等。细胞中大部分分子不发荧光，想要观察它们，必须进行荧光标记。荧光标记的方法非常多，可以直接标记（比如使用DAPI标记DNA），或利用抗体抗原结合特性进行免疫染色，也可以用荧光蛋白（如GFP，绿色荧光蛋白）标记目标蛋白，还可以用可逆结合的合成染料（如Fura-2）等。图3：Leica DMi8倒置荧光显微镜及滤片转轮目前荧光显微镜已成为各个实验室及成像平台的标配成像设备，是我们日常实验的好帮手。荧光显微镜主要分为三大类：正置荧光显微镜（适合切片）、倒置荧光显微镜（适合活细胞，兼顾切片）、荧光体视镜（适合较大标本，如植物、斑马鱼（成体/胚胎）、青鳉、小鼠/大鼠器官等）。荧光滤块是显微镜荧光成像的核心部件，由激发滤片、发射滤片和二向分光镜三部分组成，安装在滤片转轮里，如Leica DMi8配有6位滤片转轮（图3）。不同的显微镜转轮位数会有区别，也有些显微镜使用滤块滑板。滤块在荧光成像中起着重要作用：激发滤片选择激发光来激发样品，阻挡其他波长的光；通过激发滤片的光经过二向分光镜（其作用是反射激发光和透射荧光），反射后通过物镜聚焦，照射到样品，激发出对应的荧光即发射光，发射光被物镜收集，透过二向分光镜，到达发射滤片。如图4中：激发波长为450-490nm，二向分光镜反射短于510nm的光、透过长于510nm的光，发射光接收范围为520-560nm。图4：荧光显微镜光路图荧光显微镜常用荧光滤块可分为长通（long pass，简称LP）和带通（band pass，简称BP）两种类型。带通通常由中心波长和区间宽度确定，如480/40表示可通过460-500nm的光。长通滤色片如515 LP，表示可以通过波长长于515nm的光（图5）。图5：FITC光谱曲线及滤片荧光物质具有其特征性激发（吸收）曲线和发射曲线，激发峰为最佳激发波长（激发效率最高，从而可以降低激发光能量，保护细胞和染料），发射曲线为发射荧光波长范围。因此，在实验中，我们会尽可能选择与激发峰最接近的波长进行激发，而接收范围需包括发射峰。如Alexa Fluor 488的激发峰为500nm，在荧光显微镜中可以选择480/40的激发滤片。图6：Alexa Fluor 488光谱曲线滤块的详细信息可以在显微镜成像软件里看到。了解染料并找到最匹配样品的滤块对于荧光成像有着至关重要的作用。荧光染料和荧光蛋白的光谱信息一般在说明书中会注明，也可在网上查阅（如https://www.leica-microsystems.com/science-lab/fluorescent-dyes/、https://www.leica-microsystems.com/science-lab/fluorescent-proteins-introduction-and-photo-spectral-characteristics/）。滤块的选择除考虑荧光探针的激发、发射波长，对于多色标记样品还需考虑是否有非特异激发、是否串色。此外还需考虑所使用的荧光光源，目前常用的荧光光源有汞灯、金属卤素灯，以及近年来飞速发展的LED光源。荧光光源的光谱有连续的和非连续的，在不同波段能量也会不同。LED光源因为其相对较窄的光谱带、更稳定的能量输出、超长的寿命、更安全环保等诸多优点，正逐步成为荧光显微镜的主要光源。除了显微镜内置的滤块，还有外置快速转轮（图7），徕卡的外置快速转轮相邻位置滤片转换速度为27ms，可实现高速多色实验，如FRET及Fura2比例钙成像（图8）等。图7：徕卡外置快速转轮EFW图8：钙成像，Fura2, Cultured hippocampal astrocytes from 18-day-old embryos of Sprague-Dawley rats. Courtesy of: Drs. Kazunori Kanemaru and Masamitsu Iino, Department of Pharmacology, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo 丰富多样的荧光显微成像技术为了满足不同的荧光成像需求，除荧光显微镜外，还发展出了各种荧光显微成像解决方案：? 宽场高清成像系统，如Leica THUNDER Imager，采用Leica创新的Clearing专利技术，在成像时高效去除非焦平面干扰信号，呈现清晰图像，同时兼有高速成像的优点；? 共聚焦激光扫描显微镜，利用针孔排除非焦平面干扰，实现光学切片，得到高清图像及三维立体图像；? 突破衍射极限的超高分辨率显微镜及纳米显微镜，可对小于200nm的精细结构进行观察；? 利用多光子激发原理进行厚组织及活体深层成像的多光子成像系统；? 具有高时空分辨率的光片成像技术，成像速度快、分辨率高、光毒性低，特别适合进行发育、活体动态观察等研究；? 荧光寿命成像(FLIM），不受荧光物质浓度、光漂白、激发光强度等因素的影响，能更加深入地进行功能性精准测量；? 荧光相关光谱(FCS)及荧光互相关光谱(FCCS），测量荧光分子的分子数、扩散系数，从而分析分子浓度、分子大小、粘性、分子运动、分子结合/解离、分子的光学特性等；? 全内反射荧光显微镜(TIRF)，极高的z轴分辨率，非常适合细胞膜表面的分子结构和动力学研究。 荧光显微成像技术应用广泛，种类丰富，而且新技术还在不断涌现，大家可以选择最适合的技术去完成自己的研究。

显微镜技术取得重大突破!据最新发表在《自然》杂志上的文章，来自澳大利亚昆士兰大学的研究人员发明了一种量子显微镜，可使研究人员在的情况下检查活细胞，看到其他方式无法揭示的生物结构细节。这为生物技术的应用铺平了道路，且有望应用于导航、医学成像等领域。　　显微镜由量子纠缠提供动力，爱因斯坦将这种效应描述为“远距离幽灵般的相互作用”。　　来自昆士兰大学量子光学实验室和ARC工程量子系统卓越中心(EQUS)的沃里克鲍恩教授说：“这是第一个性能超过现有最佳技术的基于量子纠缠的传感器。”这台量子显微镜的成功首次证明，量子纠缠改变传感范式的潜力。　　量子显微镜的一个主要成功之处在于，它能够跨越传统光基显微镜的“硬障碍”。通常，传统的光学显微镜会在被观察的生物样本上聚焦照明光线，更强大的光源使研究人员能够更细致地看到细胞。但这种方法的精确度存在一个根本性限制：在某一时刻，足够明亮的光线会破坏活细胞。　　鲍恩和他的同事们已经找到了克服该问题的方法。他们使用了一种带有两个激光光源的显微镜，但通过一种特殊设计的晶体“挤压”了其中一束光线。它通过在光子(激光束中的光粒子)中引入量子纠缠来做到这一点。　　光子被耦合成相互关联的对，其中任何具有不同于其他光子能量的光子都被丢弃，而不是被配对。这一过程降低了光束的强度，同时降低了其噪声，从而可以进行更精确的成像。　　大约10纳米厚的酵母细胞的细胞壁及其细胞液，即使用最好的非量子显微镜，这两者的成像都是微弱的，用标准显微镜则是完全看不见的，而用量子显微镜则可以看到它们的结构细节，从而帮助我们在最小的尺度上理解生命的基本知识。　　英国埃克塞特大学的弗兰克沃尔默表示：“这是光学显微镜领域的一项非常令人兴奋的进展，它为改进最先进的显微镜的工作方式打开了大门，其光强度正好不会破坏生物样本。”　　鲍恩说，量子显微镜也将有实际应用。例如，光学显微镜经常被用来确定细胞是否癌变或诊断其他疾病，而量子显微镜可以显著提高这些测试的灵敏度，并加快测试速度。

近日，中航凯迈（上海）红外科技有限公司（简称：中航红外）针对机载、舰载、防空雷达等光电系统远距离探测应用需求，研制出1280×1024（15 μm）InSb中波和640×512（25 μm）超晶格长波焦平面探测器。两款探测器均采用斯特林制冷机（可选集成式、分置式），性能稳定，具备高帧频、任意开窗、输出通道选择、全局复位等多种功能。1280×1024（15 μm）InSb中波探测器是基于中航红外公司多年累积的InSb焦平面探测器技术研制而成，具体参数见下表。表1 1280×1024（15 μm）InSb红外探测器主要参数在制冷型中波探测器领域，InSb具有量子效率高、稳定性好等特点，在国际军用中波红外探测器系统占据主导地位，而对于光电系统而言，该型探测器出色的稳定性同样具有很强的竞争力。图1 1280×1024（15 μm）InSb中波探测器：探测器（左）、成像（右）另外在公司原有十多年超晶格双色探测器技术基础上，采用二类超晶格材料成功研制出640×512（25 μm）超晶格长波焦平面探测器，具体参数见下表。表2 640×512（25 μm）超晶格长波红外探测器主要参数图2 640×512（25 μm）超晶格长波探测器：探测器（左）、成像（右）关于中航红外中航凯迈（上海）红外科技有限公司是中国空空导弹研究院控股子公司。公司建有红外探测器技术航空科技重点实验室、河南省探测器工程技术研究中心等。 中航公司在红外探测器设计、开发、生产等方面拥有良好人才、技术基础。现有正式职工200余人，专业技术人员120余人（其中博士20人，硕士90余人，技术专家1人，研究员11人），技能人员80余人，涵盖红外探测器设计、生产、测试、装配等各个专业及岗位。公司年均科研经费5000余万元，基础技术、基础工艺研究深入，获国家科技进步奖二等奖、国防发明二等奖等省部级奖15项，发明专利60余项，锑化物探测器科研生产能力处于国内领先水平。 近年中航公司将不断引进先进管理技术和高水平人才，做强、做大红外探测器产业，打造国内领先、国际一流的红外探测器研制生产基地，推进我国红外探测器的技术进步，带动相关产业发展，创造更大的经济和社会效益。

近日，浙江焜腾红外技术股份有限公司（以下简称“焜腾红外”）通过持续的技术投入和研发试制，迎来了国产化替代的又一重要新成就：在二类超晶格（T2SL）材料技术优势基础上进一步深耕，往更长波方向迈进。该制冷型红外焦平面热成像探测器在覆盖普通长波的基础上，将波长延伸至11 μm-12 μm，正式推出器件覆盖10.3 μm-10.7μm波段，涵盖320 × 256和640 × 512二种面阵规格。该探测器可实时快速精准定位有害气体六氟化硫（SF6）的泄漏位置，并具有呈现高量子效率、高清晰度、高灵敏度、高精确度的气体泄漏热像视图的优势。二类超晶格六氟化硫（SF6）红外热成像探测器作为大气环保监测的一个有效手段，六氟化硫（SF6）气体红外热成像探测器可广泛应用于能源电力、环保监测、石油化工、船舶运输等领域，特别适用于电力行业中大型变电站的主变压器故障监测，变电站主变压器一旦出现故障，会泄漏六氟化硫（SF6）有害气体，如何通过远程非接触式的方式去判断SF6有害气体泄漏，一直以来都是行业难题。六氟化硫（SF6）气体红外探测器作为一种比较行之有效的监测手段，其核心探测器多年来一直靠进口国外厂家的产品来满足。之前国内生产的SF6热成像仪中使用的探测器一直是通过进口的量子阱（QWIP）探测器来实现。此次焜腾红外突破技术壁垒，利用其二类超晶格技术优势，攻克了这一技术难题，实现了核心材料和技术的全新国产化替代。同时，焜腾红外也是行业内全球第一家推出二类超晶格技术的六氟化硫（SF6）气体红外热成像探测器的企业，可谓国产化替代的又一里程碑！接下来，焜腾红外将持续提升产品技术优势，与行业内优秀的红外热成像整机厂商一起为电力设备故障监测及其他领域的有害气体监测提供有效的技术手段，用焜腾造中国“芯”武装这一领域的仪器与设备！关于焜腾红外焜腾红外成立于2017年9月，是国内仅有的几家集生产与研发制冷型红外探测器及激光芯片的国家高新技术企业，建有浙江省高新技术研发中心，2022年入选国家级第四批“专精特新小巨人企业”。多年来公司专注于红外探测芯片材料、器件、测试、封装等关键技术的研发，致力于Ⅱ类超晶格红外探测器的国产化研发生产与产业化应用，在大气环境监测、环保治霾等民用领域实现批量化应用，为实现碳达峰碳中和国家战略提供了有效的技术手段。

瑞典皇家理工学院的研究人员最近发表的研究表明，利用新的荧光显微镜技术，生成了世界上第一个完整的活细胞中分子的纳米级三维图像，显示了脑海马神经元中蛋白质的近分子尺度图像。这种技术被称为3-D pRESOLFT，可以在比电子显微镜更大的范围内观察蛋白质，可以在不杀死细胞和破坏切片的情况下实现它。在以往的荧光显微镜中，可见光照射到用荧光染料染色的细胞和组织，但该方法仅限于制作二维图像，通常分辨率较低。3-D pRESOLFT通过使用包含可切换的荧光染料的干涉图案的组合，可以像光开关那样一边切换接通和断开一边记录大量的平行图像。 整个样品暴露在少光下，防止样品褪色。研究人员发现，观察精度缩小到50纳米，比人类头发小20000倍，用这种正确的方法在三维空间观察活细胞的能力可以研究蛋白质是如何重要但鲜为人知的生理过程。

教科书上的化学反应均以单分子形式进行概念描述，但实验中得到的却是大量分子的平均结果。一瓶380毫升的水，约含有10的25次方个水分子，投入金属钠会产生激烈的反应。不妨试想，宏观可见的化学现象，具体到单个分子是怎样的表现?　　单分子实验是从本质出发解决许多基础科学问题的重要途径之一。近年来，虽已有单分子荧光显微镜技术，冷冻单分子电镜技术等诺贝尔奖级别的成果问世，观察、操纵和测量最为微观的单分子化学反应仍是科学家面对的长期挑战。　　8月11日，浙江大学化学系冯建东研究员团队在国际顶级期刊《自然》发表封面文章。浙大团队以电致化学发光反应为研究对象，发明了一种可以直接对溶液中单分子化学反应进行成像的显微镜技术，并实现了超高时空分辨成像。该技术可实现更清晰的微观结构和细胞图像，在化学成像和生物成像领域具有重要应用价值。　　捕获分子发光信号 1秒内连拍上千张图片　　电致化学发光，是指具有发光活性的物质在电极表面通过化学反应实现发光的形式，可令分子产生光信号，在体外免疫诊断、成像分析等领域已有应用。　　“在溶液体系还难以开展单分子化学反应的直接光学捕捉。”冯建东介绍，单分子化学反应伴随的光、电、磁信号变化非常微弱，而且化学反应过程和位置具有随机性，很难控制和追踪。　　如何实现微弱乃至单分子水平电致化学发光信号的测量和成像?如何在电致化学发光成像领域实现突破光学衍射极限的超高时空分辨率成像，即超分辨电致化学发光成像?3年来，冯建东团队致力于这两大难题的研究，通过联用自制的具有皮安水平电流检出能力的电化学测量系统以及宽场超分辨光学显微镜，搭建了一套高效的电致化学发光控制、测量和成像系统。　　“团队通过搭建灵敏的探测系统，将电压施加、电流测量、光学成像同步起来，通过时空孤立捕获到了单分子反应后产生的发光信号。” 论文第一作者、浙大化学系博士生董金润介绍。　　从空间上，研究团队通过不断稀释，控制溶液中的分子浓度实现单分子空间隔离。时间上，通过快速照片采集，最快在1秒内拍摄1300张，消除邻近分子间的相互干扰。　　利用这套光电控制和测量平台，团队首次实现单分子电致化学发光信号的空间成像，其成像特点在于无需借助外界光源，可在暗室操作。　　多重曝光合成叠加 实现纳米级超高分辨率　　现如今，传统光学显微镜在数百纳米以上的尺度工作，而高分辨电镜和扫描探针显微镜则可以揭示原子尺度。“但能够用于原位、动态和溶液体系观测几个纳米到上百纳米这一尺度范围的技术非常有限。”冯建东提到，主要在于受到光的衍射极限限制，光学成像分辨力不足，即相邻很近的两个点难以分辨。　　为此，冯建东团队在获取单分子信号图像基础上，着手研究电致化学发光的超分辨成像。受到超分辨荧光显微镜技术的启发，研究团队利用通过空间分子反应定位的光学重构方法进行成像。　　“好比人们夜晚抬头看星星，可以通过星星的‘闪烁’将离得很近的两颗星星区分开一样。”冯建东介绍，技术原理即通过空间上的发光位置定位，再把每一帧孤立分子反应位置信息叠加起来，就能构建出化学反应位点的“星座”。　　为验证这一成像方法的可行性以及定位算法的准确性，研究团队通过精密加工的方法，在电极表面制造了一个条纹图案作为已知成像模板，并进行对比成像，条纹间隔为几百个纳米。　　记者看到，该微纳结构的单分子电致化学发光成像与电镜成像结果高度吻合。而且，单分子电致化学发光成像将传统上数百纳米的电致化学发光显微成像空间分辨率提升到了前所未有的24纳米。　　研究团队进而将该成像技术应用于生物细胞显微成像，以细胞的基质黏附为对象，对其进行单分子电致化学发光成像，观察其随时间的动态变化，成像结果与荧光超分辨成像可关联对比，其分辨率也可与荧光超分辨成像相媲美。　　“相比于荧光成像技术，电致化学发光成像不需要对细胞结构做标记，意味着不易影响细胞状态，对细胞可能是潜在友好的。”冯建东表示，未来，这项显微镜技术将作为一项研究工具，在单分子水平揭示更多化学奥秘，也有助于揭示更为清晰的生物结构和看清生命基本单位细胞如何工作。

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。燃料电池的能量利用效率高，环境污染小，是最有发展前途的发电技术之一。燃料电池按照电解质的种类不同，可分为碱性燃料电池（AFC），磷酸燃料电池（PAFC），熔融碳酸盐燃料电池（MCFC），质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。按照燃料的类型可分为氢燃料电池，甲烷燃料电池，甲醇燃料电池，乙醇燃料电池。目前各类燃料电池电动车主要使用的是质子交换膜燃料电池（PEMFC）。质子交换膜燃料电池的结构和化学反应上图是PEMFC的结构和化学反应。PEMFC由膜电极（membrane-electrode assembly，MEA)和带气体流动通道的双极板组成。其核心部件膜电极是采用一片聚合物电解质膜和位于其两侧的两片电极热压而成，中间的固体电解质膜起到了离子传递和分割燃料和氧化剂的双重作用，而两侧的电极是燃料和氧化剂进行电化学反应的场所。PEMFC通常以全氟磺酸型质子交换膜为电解质，Pt/C或PtRu/C为电催化剂，氢或净化重整气为燃料，空气和纯氧为氧化剂，带有气体流动通道的石墨或表面改性金属板为双极板。膜电极（MEA）的截面SEM图片Sample: Courtesy of Prof. Takeo Yamaguchi, Tokyo Institute of Technology膜电极（Membrane Electrode Assembly ，MEA)是燃料电池的主要部分，它每层的结合情况以及颗粒的聚集状态会影响发电性能。MEA截面的结构观测非常重要。上图显示了一个聚合物膜样品在冷却时的横截面离子研磨后的结果，为减少离子束的热损伤使用了-100 ℃的条件进行加工。MEA横截面的整个图像显示各层接触时没有分层。在高倍放大时的阳极图像可以观察到纳米尺寸的铂粒子，碳粒子和其中的空隙。阴极层是纳米胶囊催化剂与铂铁纳米颗粒结合，从它的横截面可以看到，催化剂胶囊被紧密地包装在中空空间中。因此，离子研磨法可以在没有应力的情况下进行加工，能够通过冷却功能加工截面样品来减少热损伤，产生具有减少热损伤的横截面样品，进而可以有效的理解MEA的整体结构和分析催化剂颗粒的纳米结构。燃料电池催化电极材料高倍图像和三维重构结构from Prof. Chihiro Kaito, Ritsumeikan University上图左图是使用日立HT7830得到的燃料电池催化电极材料高倍图像，加速电压使用120kV，高分辨模式（HR mode），放大倍数为×50,000。C基底上的Pt颗粒的分散状态可以很清晰的看到。上图右图是同样的样品从+60°～-60°每2°拍照一次得到一系列图片后做三维重构后的结果，可以清楚的看到三维结构的Pt颗粒的分散情况。CNT和PTFE复合膜的SEM图像Sample：courtesy of Prof. Yoshinori SHOW Department of Electrical and Electronic Engineering,School of Engineering, Tokai University由于导电性和耐腐蚀性好，碳纳米管（CNT）和聚四氟乙烯（PTFE）复合膜有时会作为 MEA 的保护膜使用。CNT 在PTFE 中分散的均匀性非常重要，因为膜的导电性会受此影响。上图中，左图为0.2eV时观察CNT和PTFE的表面形貌，由于电压非常低，所以样品没有被电子束损伤。 右图为0.2eV时观察CNT和PTFE的电位衬度，CNT的亮度比PTFE明显要高，这是因为CNT的导电性更好。利用电位衬度就可以非常清晰的区分成分衬度相差不大的CNT和PTFE。燃料电池气体扩散层的电镜观察气体扩散层(Gas diffusion Layer，GDL)作为连接催化层和流动区域的桥梁，一般具有多孔性，导电性，疏水性，化学稳定性和可靠性。常用的支撑材料有碳纤维和聚四氟乙烯/碳膜组成的微孔层（MPL），目前碳纤维布附着MPL可以达到气体扩散层的要求。上图就是碳纤维布及附着MPL的SEM图片，可以观察到二者之间的紧密接触，各自空隙及厚度。高分辨观察自组装Fe3O4纳米颗粒Sample：courtesy of Electrical Computer Engineering department, National University of Singapore过渡金属基材料比如自组装Fe3O4纳米颗粒现在被作为储氢材料，这对氢能的利用来说是非常关键的。上图是高分辨观察自组装Fe3O4纳米颗粒，所用的着陆电压为1.5 kV，使用了电子束减速功能。纳米颗粒非常有规则的组装在一起，每个颗粒的直径约为12nm。利用电镜观察燃料电池各部分的形貌和结构，有助于高性能燃料电池的研发。公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

从古至今，人类一直在追寻更高更远的真相，从远洋航行到太空探索，人们不断征服一个个宏伟的目标，但是人们肉眼所见的宏观世界不是世界的全部，还有人眼无法看清的微观世界，它同样也吸引着无数人去探索和追寻。无论宏观还是微观事物，我们的观测都是基于三维空间的属性，即XYZ三维，而对事物形态变化的观察则需要再引入一个衡量因素--时间T，因此对事物观察的最完备方式一定是XYZT的同时记录，即形态+时间的长时间摄影，这也是显微镜的终极功能。经过三百多年的发展，现代显微镜提出分辨率、景深、视野等概念，并不断提出解决方案，显微镜已经初步满足我们对微观世界观察的需求，帮助我们记录下微观世界的空间和时间。微观世界观察最重要的是细节的分辨，分辨率的概念便由此诞生，分辨率是指人眼可以区分的两个点之间的最小距离，只在XY维度有效，根据瑞利判据，Rayleigh Criterion，正常人能分辨的极限是明视距离25cm处0.2mm的两个点，当我们使用显微镜后，我们可以看清更小距离的两个点，这便提升了我们观察的分辨率。随着现代研究的不断深入，人们对分辨率的要求也在不断提高，而科学家们也在不断的提升显微镜的分辨率，如电子显微镜将分辨率提升至纳米级别，实现了对病毒的观察，超高显微成像技术，将显微镜的分辨率从200纳米提升到几十纳米，实现了对活细胞细胞器的观察。分辨率的提升也带来了新的问题，即视野和景深的减小，当用普通中央照明法（使光线均匀地透过标本的明视照明法）时，显微镜的分辨距离为d=0.61λ/NA，可见光波长范围为400—700nm，取其平均波长550nm，波长是固定常量，因此，增大NA数值，即可得到更小的D值，也就是可以分辨的两点之间的距离更小，可以让人眼看清楚更小的物体。NA值即数值孔径，描述了透镜收光锥角的大小，NA = n * sinα，即透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（2α）半数的正弦之乘积。n为物镜与样本之间介质的光折射率，当显微镜物方介质为空气时，折射率n = 1 , 采用折射率高于空气的介质，可以显著提高NA值，水浸介质是蒸馏水，折射率为1.33；油浸物镜介质是香柏油或其它透明油，其折射率一般在1.52左右，接近透镜和载玻片的折射率，因此，油镜的NA值高于空气镜。孔径角又称“镜口角”，是透镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度，增大镜口角，可以提高正弦值，其实际上限约为72度（正弦值为0.95），乘以香柏油折射率1.52，可以得出最大NA值为1.45左右，代入分辨率计算公式，可以得出常规显微镜极限XY平面分辨率为0.2um左右。NA值还会直接影响显微镜的视野亮度（B）。由公式B∝N.A.2/ M2 我们可以推出，亮度随数值孔径（N.A.）的增大或者物镜倍率（M）的降低而增加。从理论上来说，我们应该追求尽可能高的NA值，以获得更好的XY平面分辨率和视野亮度。然而凡事都有两面性，XY平面分辨率的提升，会带来Z轴景深和观察视野的减小。显微镜一般都是垂直向下取景的，通过视场直径内观察到的物体表面凸起的位置与凹下的位置都能够看的很清楚时，那么凸点与凹点之间的高度差就是景深了，对于显微镜来说景深越大越好，景深越大在观察高低不平整的物体表面时，能够得到更好更立体的清晰度画面，大景深有助于我们对微观世界进行垂直方向形态的观察，也就是XYZ三维形态中的Z轴信息。景深就是象平面上清晰的象所对应物平面的前后空间的深度：dtot=(λ*n)/NA + n/(M∗NA) * e，dtot：景深，NA ：数值孔径，M ：总放大率，λ：光波波长, （通常λ=0.55um），n: 试样与物镜之间介质的折射率（空气: n=1、油: n=1.52）根据这个公式，我们可以知道，Z轴景深与XY平面NA值成反比。除了景深外，视野也受到NA值的影响，通过仪器固定注视一点时所能看见的空间范围即视野，它的计算与物镜的放大倍数直接相关，观察所看到的实际视野直径等于视场直径除以物镜的放大倍数，目镜会表明对应视场数，如10/18，即放大倍数10倍，视场直径18mm，因此当目镜确定后，放大倍数越大则观察的视野越小。XY平面分辨率是对局部细节的解析，而视野则决定了我们对样本的观察范围，视野必然是越大越好，但受限于当前的技术，我们必须采用高倍物镜，才可以得到良好的NA值，因此,视野和NA值有间接的负相关系。当我们需要观察的样本大于我们的视野时，每次观察只能看到一个局部，为了解决这个问题，拼图技术便应运而生。通过在XY方向移动样本，连续拍下不同位置的图像，最后拼接在一起，就可以得到一张全视野的图像。▲镜下局部视野▲拼接后全视野▲手动拼接▲自动拼接(图源：Echo显微镜)拼接分为手动和自动两种，手动拼图成本低廉，但是对人员的操作水平，经验要求很高，如上图，操作人员稍有不慎，就会出现图片接缝问题，同时手动拼图速度慢，不适合大批量，高通量样本处理，比如医院病理科日均上百病理切片观察，手动拼图方式无法满足要求。自动拼图的核心部件是全自动载物台，结合软件，可自动实现全自动，大范围全视野拍摄，结合自动Z轴对焦补偿，即可得到全视野的清晰图像。Echo Revolution 全自动荧光显微镜Echo Revolution全自动荧光显微镜，将XYZ三轴全部实现电动化，从而实现自动完成多图拼接的大视野高分辨率成像，而电动化的Z轴可以帮助用户实现自动聚焦、自动定焦和Z-Stacking 多层扫描大景深成像。Echo Revolution全自动荧光显微镜还添加了延时摄影功能，可以帮助用户实现长时间观察和时间回溯，使用户可以进行更全面的观察实验。

德祥公司成为美国Protochips公司中国的独家授权代理商后，德祥公司与Protochips公司在中国进行产品的推广活动。5月15日至24日，先后在北京、上海及香港三地进行实验演示及客户回访，此活动得到强烈反响。 Protochips旗下共包括：Aduro&trade ，Poseidon&trade ，C-flat和Durasin四款产品，应用于生物学、生物医学、冶金学、材料、电子和半导体、材料表面加工等领域。客户对Aduro&trade 和Poseidon&trade 进行实验演示后一致认为： Aduro&trade 升温速率快是传统热台所不能达到，能观察样品动态反应过程，实现了电镜的原位观察；原子分辨率高，超高的稳定性和低漂移，操作方便；令人惊叹的兼容性，几乎可用于所有品牌如FEI, JEOL, Hitachi和 Zeiss的TEM\STEM\SEM。 Poseidon&trade 允许最高分辨率下电镜能在液体环境中原位成像。从生物标本到材料科学的应用，对材料在母体环境中进行研究，这为实验标本制作以及样品准备提供极大的便利。 顾客很惊奇能这样直接观察材料动态的运动，觉得非常有趣。他们认为这是一种很有前途的工具，它可以填补各种材料特性研究现有的空白。ProtoChips中文网站：http://www.protochips.com.cnHysitron中文网站： www.hysitron.com.cn更多产品请登陆德祥官网：www.tegent.com.cn德祥热线：4008 822 822联系我们(直接用户)联系我们(经销商)邮箱：info@tegent.com.cn

恭喜飞纳电镜于 2017 年 5 月 27 日顺利通过海南省博物馆的验收。海南省博物馆已动工建设的二期工程将依托“华光礁i号”沉船的保护修复及沉船中出水的近万件瓷器，重点展示与南海历史、海上丝路、地缘政治和海洋生物矿产资源等方面有关的文物和标本。那么，飞纳电镜是如何观察海底沉船文物的呢？只需三步走：第一步，制样将出水的瓷器用碳导电胶粘在样品台上，再将样品台置于飞纳台式扫描电镜大样品室卓越版 phenom xl 的样品杯上，该样品杯尺寸为 100mm*100mm，一次性可以容纳至多 36 个 1/2 英寸样品台。以下是制备好的出水瓷器样品。飞纳电镜低真空技术可以保证不用喷金直接观察陶瓷等不导电样品，大大简化了制样步骤。对海南省博物馆的工作人员来说，更重要的是大大保护了出水文物，不用对文物表面进行喷金处理，足够大的样品腔室，也不用对样品进行切割处理。飞纳台式扫描电镜内置彩色光学显微镜下的样品台全貌飞纳电镜内置彩色光学显微镜导航，可以对样品台进行全景展示，方便用户定位需要观察的样品，通过鼠标点击需要观察的样品，该样品通过自动马达样品台的移动，将会瞬间移动到扫描电镜视野中央，观察目标位置十分方便。第二步，观察以下是观察出水瓷器的结果。选取了三个特征位置进一步放大观察，只需逐个点击这三个位置，在全自动马达的运动下，特征位置会瞬间移动到视野中央。通过电镜主操作界面的功能按钮，可以轻松完成图像缩放、聚焦、亮度对比度调节、旋转等操作。红色方框为主操作界面的功能按钮，从上往下依次是图像缩放、亮度对比度调节、聚焦、旋转以下是三个特征位置的观察结果:第三步，分析使用飞纳电镜的能谱进行元素的种类和含量的分析。以上右侧显示器显示的是飞纳电镜能谱的面扫分析使用飞纳台式扫描电镜进行样品的检验与分析，将会大大提供分析人员的工作效率，期待飞纳台式扫描电镜为海南省博物馆的作出重要贡献。

德祥公司作为国内分析仪器的领导供应商，不断为全国及港澳地区客户提供专业的分析测试仪器和服务，公司始终如一的专业与专注得到了美国Protochips公司的充分认可。Protochips公司授予德祥公司为其中国地区的独家合法授权代理商，并于2012年2月8日在举行了签约仪式。 德祥CEO Stephen与厂家代表Steve Shannon 签署独代协议庆祝合作开始 Protochips致力于发展用于纳米尺度科学研究的突破性分析工具及产品的研发，将观察仪器和纳米材料处理完美结合，成功的将电子显微镜由一般的成像拍摄功能转变为真正的纳米实验室，实现电镜在各种条件下原位观察样品反应过程和结果。 Protochip旗下共包括：ADURO, POSEIDON， C-FLAT, DURASIN四款产品， 可以应用于生物学、生物医学、冶金学、材料、电子和半导体、材料表面加工、金属失效分析等领域。ProtoChips中文网站：http://www.protochips.com.cn更多产品请登陆德祥官网：www.tegent.com.cn德祥热线：4008 822 822联系我们(直接用户)联系我们(经销商)邮箱：info@tegent.com.cn

基于中微子的银河系合成图像。图片来源：冰立方合作组/美国国家科学基金会　　从可见星光到无线电波，长期以来人们一直通过银河系发出的各种频率的电磁辐射来观察它。科学家们现在通过确定数千个中微子的银河起源，揭示了银河系的独特图像。基于中微子的银河系图像，是第一张由物质粒子而不是电磁能制成的银河肖像。研究结果6月30日发表在《科学》杂志上。　　这一突破由南极中微子观测站实现，这一巨大的天文台通过使用埋在一立方公里的透明原始冰层深处的数千个网络传感器，探测来自太空的高能中微子的微妙迹象。　　中微子是看不见的“幽灵粒子”，它们大量存在，但通常直接穿过地球而不被发现。当中微子碰巧与冰立方下方的冰相互作用时，这些罕见的相遇会产生微弱的光图案，冰立方可检测到这些图案。一些光图案具有高度方向性，清楚地指向天空的特定区域，使研究人员能够确定中微子的来源。　　团队此次开发了一种机器学习算法，比较了冰立方10年来记录的6万多个此类中微子产生的级联光的相对位置、大小和能量，并使用模拟人工数据仔细测试和验证了这一算法。当他们最终将冰立方提供的真实数据输入算法时，显现的图片展示了与银河系中疑似发射中微子的位置相对应的亮点。这些地点观测到的伽马射线，被认为在理论上可产生中微子。　　美国国家科学基金会物理部主任丹尼斯考德威尔表示，科学上的重大突破往往通过技术进步实现。高度灵敏的冰立方探测器提供的功能，加上新的数据分析工具，让人们对银河系有了全新的认识。人们可期待这张肖像以不断增加的分辨率出现，进而揭示人类从未见过的银河系隐藏特征。

实验室用生物显微镜观察藻类水产养殖藻类水产养殖不仅能够提高水产养殖的效率和产量，还能够改善水质环境，达到可持续发展的目的。养鱼先养水，观察水体藻相已经是鱼病防治工作中必不可缺少的一部分，而生物显微镜则成为了实验室必备的重要设备之一。生物显微镜具有高清晰度、高放大倍数、高对比度等核心优势，可以让实验人员清晰地观察藻类的细胞结构、生长状态等信息，以此来判断藻类的健康状况和生长状态，从而进行相应的调整和管理。如何使用生物显微镜观察藻类？1.准备好显微镜、载玻片、盖玻片、滴管等工具。2.将藻类样品放在载玻片上，加上一两滴水，再用盖玻片覆盖住样品。3.将载玻片固定在显微镜的样品台上，调节显微镜的目镜和物镜，使样品清晰可见。4.通过调节光源强度、聚焦等方式来获得更好的观察效果。5.通过安装显微镜相机，直接在计算机屏幕观察细胞结构和状态等，完成图像采集、记录和共享。生物显微镜优势：MHL2800系列生物显微镜配置优良的无限远平场消色差物镜和大视野目镜，成像清晰，视野广阔。符合人机工程学要求的理想设计，采用低位调焦手轮，内向式物镜转换器与内置式提手设计，使操作更方便舒适，空间更广阔，仪器搬运更安全。从低倍到高倍都可以得到高分辨率，高对比度的显微图像。符合人体工程学设计，使用更加简单舒适。多种观察方式：明场观察、相衬观察、暗场观察和偏光观察。产品可广泛应用于生物、医学、工业、农业等领域，是医疗、教学、科研等单位的理想仪器。MHL2800生物显微镜参数内容：技术规格目镜大视野WF10X(视场数Φ22mm) 无限远平场消色差物镜PL 4X/0.10 PL 10X/0.25 PL 40X/0.65(弹簧) PL 100X/1.25(弹簧,油 Spring, oil)目镜筒MHL2800双目镜(倾斜30&ring )，眼点高度可调三目镜(倾斜30&ring ) ，眼点高度可调调焦机构粗微动同轴调焦,带锁紧和限位装置,微动格值:2μm.转换器四孔(内向式滚珠内定位)载物台双层机械移动式:180mmX150mm, 移动范围: 75mmX50mm阿贝聚光镜N.A.1.25可上下升降集光器集光镜中内置视场光阑。光源3WLED, 亮度可调 选配件 目镜分划目镜10X（Φ22mm） 物镜无限远平场消色差物镜20X、60X CCD接头CCD0.5X、1X、0.5X带分划尺 显微镜摄像头USB2.0MHD500 USB3.0MHC600、MHD600、MHD800、MHD1600、MHD2000、MHS500、MHS900 相衬装置对中望远镜 无限远相衬平场消色差10X、20X、40X、100X 转盘式(Ⅲ)相衬聚光镜 暗场装置干式或湿式暗场聚光镜. 数码相机接头CANON(EF) NIKON( F) 光源6V 30W 卤素灯通过显微镜观察藻类，可以更好地了解藻类的生长、繁殖等过程，从而更好地掌握藻类水产养殖技巧和管理方法，提高水产养殖的效率和产量，还能够改善水质环境，达到可持续发展的目的。如果您需要观察藻类水产养殖，广州明慧期待您来了解与沟通，为您提供完整的显微镜系统解决方案。

对现代显微镜而言，基本功能可以拆解成三块：光学成像、图像采集、图像处理与分享。所谓光学成像，即尽量还原镜下样品的形态，色彩等信息；图像采集即将镜下观察结果转换为照片或视频；图像处理与分享，即对样品进行标注，测量并分享。现代显微镜生产商根据以上三功能，进行产品设计与研发：各厂商针对三功能进行再次拆解，开发部件：根据观察样本和应用方向的不同，各厂商开发了针对性的部件来满足用户要求，不同样本需要各个部件完美配合才能得到好的成像效果，以常见的免疫荧光观察为例，一套专业免疫荧光显微镜的构成，为荧光光源+萤石物镜+荧光激发块+高速高灵敏相机+荧光分析处理工作站，部件种类繁多，配置复杂，如果用户对显微镜不够了解，很容易配错。当前显微镜观察方式基本分为7种，各厂商针对性开发了不同部件，并且不约而同采用了模块化，积木式设计。模块化设计顾名思义，用户可以通过更换不同部件，来得到不同的功能，积木式设计则是为模块化设计提供一个基本光学显微底座，通过外接方式来实现功能扩展。如上图，积木式显微镜结构设计带来的好处是显而易见的。它可以用一个基本框架，实现尽可能多的功能，但是凡事都有两面性，积木式设计也有如下几个问题：1. 系统复杂，不易学习掌握 。2. 外置部件设计使系统庞大，接线多，占地空间大 。3. 搬运困难，需要专业人员拆卸装箱后才能搬运，搬运后还需要专业人员再次安装调试。我们可以参考一下，照相工具的演化如图：我们常用的照相工具，这些年来经历了三步演化，专业单反-微单-智能手机。对显微镜的未来而言，积木式设计肯定不会消亡，它服务于专精市场，同时集成式设计会是显微镜未来的一个主要方向，通过集成式设计，突出常用功能，简化机械与人机界面，实时数据分享，让显微镜变得易学好用，无缝实时传输图像。一体化极简设计：高清成像：实时图像分享：我们相信，集成化，极简化，网络化是显微镜的未来方向与目标。Echo Revolution全自动荧光显微镜Echo Revolution全自动荧光显微镜，将XYZ三轴全部实现电动化，从而实现自动完成多图拼接的大视野高分辨率成像，而电动化的Z轴可以帮助用户实现自动聚焦、自动定焦和Z-Stacking多层扫描大景深成像。Echo Revolution全自动荧光显微镜还添加了延时摄影功能，可以帮助用户实现长时间观察和时间回溯，使用户可以进行更全面的观察实验。▲ Echo Revolution全自动荧光显微镜｜申请试用｜我们的仪器可以申请试用哦！扫描下方二维码关注“深蓝云生物科技”公众号，点击“云活动”→“试用中心”即可。