有机室温磷光（RTP）材料在信息加密、防伪、生物成像以及化学传感等领域具有非常广阔的应用前景。然而，如何高效构建具有长寿命、高量子效率以及耐水环境等性质的高性能RTP材料是一个棘手的科学问题。该问题的有效解决不仅将有助于推动先进光学材料的发展，也将大大拓展RTP材料的实际应用。 近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室智能高分子材料团队陈涛研究员和路伟研究员一直致力于利用超分子动态相互作用力可控构建复合发光材料及其在信息存储与加密、伪装与防伪等方面的应用研究。近日，该团队受邀与唐本忠院士在Advanced Materials上发表了题为“Targeting Compact and Ordered Emitters by Supramolecular Dynamic Interactions for High-performance Organic Ambient Phosphorescence.”的综述，系统总结了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序高性能RTP材料的研究进展（图1）。 文中，作者重点介绍了利用超分子动态相互作用力构建紧密有序发光体对实现高性能RTP发光的重要作用，包括促进系间窜越，增加自旋轨道耦合，有效降低非辐射能量耗散以及形成淬灭剂屏障等。因此，相比较于无序的发光体系，紧密有序的发光体系往往具有更加优越的RTP性能（图2）。一方面，超分子动态相互作用力赋予材料体系良好的动态性和可逆性，形成紧密有序的发光体，有利于形成可靠屏障以有效降低氧气、水等淬灭剂的影响，获得其他方法难以实现的水相磷光；另一方面，多重超分子动态相互作用的调控作用不仅有利于实现光学性能的可控，而且有助于大大提升材料在发光量子效率、寿命等方面的性能。 结合近年来领域内的代表性研究工作，作者首先系统总结了利用超分子动态相互作用力构筑有序RTP体系的方法。具体的构筑策略包括：（1）多重氢键、π-π堆积以及范德华力等超分子动态相互作用驱动发光小分子自发形成紧密有序的发光体；（2）利用静电、离子键、亲疏水等超分子动态作用力调控发光聚合物形成刚性、有序的发光体；（3）受限环境（刚性聚合物网络、囊泡、大环主体、纳米黏土等）介导的分子自组织，构筑有序的发光体系。详细归纳、总结了利用这些策略所制备的有序RTP材料在磷光寿命、量子效率以及耐水环境等方面的突出性能。其次，仔细回顾了有序RTP材料在生物成像、光电器件与余辉显示、信息加密与防伪以及化学传感等方面的重要应用。作者在文中强调，有序RTP材料在水环境中优越的发光性能为高信噪比的生物成像以及化学传感等应用提供更大的可能性；有序RTP材料的长寿命、高量子效率以及丰富的光学可调性等优点也有助于获得高性能光电器件，为光学显示提供额外的时间维度，提升信息加密与防伪的安全等级。最后，作者对研究现状进行总结，讨论了领域中存在的研究问题，并对未来的发展方向进行了展望。 图1高性能有序RTP的构筑策略及应用 图2无序与有序RTP的发光机理对比   查看详细>>

伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员制造了一种比人类头发还宽的装置，可以帮助物理学家研究物质和光的基本性质。他们的研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上，还可以支持开发更高效的激光器，这些激光器用于从医学到制造等领域。 该器件由一种称为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。光子拓扑绝缘体可以将光子（构成光的波状粒子）引导到材料内部专门设计的界面，同时还可以防止这些粒子散射到材料本身。 由于这种特性，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样相干地工作。这些设备还可以用作拓扑“量子模拟器”，即微型实验室，研究人员可以在其中研究量子现象，即在非常小的尺度上控制物质的物理定律。 “我们创造的光子拓扑绝缘体是独一无二的。它在室温下工作。这是一个重大的进步。以前，人们只能使用大型、昂贵的设备来研究这种制度，这些设备可以在真空中超冷物质。许多研究实验室无法使用这种设备，因此我们的设备可以让更多的人在实验室中进行这种基础物理研究，“RPI材料科学与工程系助理教授，自然纳米技术研究的资深作者Wei Bao说。 “这也是在开发需要更少能量的激光器方面迈出的有希望的一步，因为我们的室温设备阈值-使其工作所需的能量-比以前开发的低温设备低七倍，”Bao补充道。 RPI研究人员使用与半导体行业相同的技术创造了他们的新型设备，用于制造微芯片，其中包括将不同种类的材料逐个原子，逐个分子分层，以创建具有特定特性的所需结构。 为了制造他们的设备，研究人员生长了卤化物钙钛矿的超薄板，这是一种由铯、铅和氯制成的晶体，并在其顶部蚀刻了一种带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料的薄片之间，最终形成一个厚约2微米，长宽约100微米的物体（人类头发的平均宽度为100微米）。 当研究人员将激光照射到设备上时，在材料中设计的界面上出现了一个发光的三角形图案。这种模式由设备设计决定，是激光器拓扑特性的结果。 “能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。鲍教授的创新工作展示了材料工程如何帮助我们回答一些最大的科学问题，“RPI工程学院院长Shekhar Garde说。 查看详细>>

随着人工智能的飞速发展，无人驾驶和具身智能等无人系统正在现实社会中不断推广应用，引领着新一轮科技革命和产业变革。在这些智能系统中，视觉感知作为获取信息的核心途径，发挥着至关重要的作用。然而，在复杂多变且不可预测的环境中，实现高效、精确且鲁棒的视觉感知依然是一个艰巨的挑战。 在开放世界中，智能系统不仅要处理庞大的数据量，还需要应对各种极端事件，如驾驶中的突发危险、隧道口的剧烈光线变化和夜间强闪光干扰等。传统视觉感知芯片由于受到“功耗墙”和“带宽墙”的限制，在应对这些场景时往往面临失真、失效或高延迟的问题，严重影响了系统的稳定性和安全性。 为了克服这些挑战，清华大学精密仪器系类脑计算研究中心聚焦类脑视觉感知芯片技术，提出了一种基于视觉原语的互补双通路类脑视觉感知新范式。该范式借鉴了人类视觉系统的基本原理，将开放世界的视觉信息拆解为基于视觉原语的信息表示，并通过有机组合这些原语，模仿人视觉系统的特征，形成两条优势互补、信息完备的视觉感知通路。基于这一新范式，团队进一步研制出了世界首款类脑互补视觉芯片“天眸芯”，在极低的带宽（降低90%）和功耗代价下，实现了每秒10000帧的高速、10bit的高精度、130dB的高动态范围的视觉信息采集。它不仅突破了传统视觉感知范式的性能瓶颈，而且能够高效应对各种极端场景，确保系统的稳定性和安全性。基于“天眸芯”，团队还自主研发了高性能软件和算法，并在开放环境车载平台上进行了性能验证。在多种极端场景下，该系统实现了低延迟、高性能的实时感知推理，展现了其在智能无人系统领域的巨大应用潜力。 “天眸芯”的成功研制无疑是智能感知芯片领域的一个重大突破。它不仅为智能革命的发展提供了一个强大的技术支持，还为自动驾驶、具身智能等重要应用开辟了新的道路。结合团队在类脑计算芯片“天机芯”、类脑软件工具链和类脑机器人等方面已应用落地的技术积累，“天眸芯”的加入将进一步完善类脑智能生态，有力地推动人工通用智能的发展。 5月30日，基于该研究成果的论文“面向开放世界感知、具有互补通路的视觉芯片”（A Vision Chip with Complementary Pathways for Open-world Sensing）作为封面文章，登上《自然》（Nature）杂志。这是该团队继异构融合类脑计算“天机芯”后，第二次登上《自然》杂志封面，标志着我国在类脑计算和类脑感知两个重要方向上均取得了基础性突破。 清华大学精密仪器系施路平教授和赵蓉教授为论文通讯作者，精密仪器系杨哲宇博士（现为北京灵汐科技有限公司研发经理）、精密仪器系2020级博士生王韬毅、林逸晗为论文共同第一作者。清华大学为论文第一单位，合作单位包括北京灵汐科技有限公司。 该研究得到了科技部科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目和国家自然科学基金委的支持，也得到了清华大学/IDG-麦戈文脑科学研究院的支持。 查看详细>>

据麦姆斯咨询报道，美国国家航空航天局（NASA）开发的新型高光谱红外相机配备了各种轻型滤光片，能够探测地球高层大气和地表反射阳光，可以改善森林火灾预警，还能揭示其它行星的分子组成。 上述高光谱红外相机采用高灵敏、高分辨率应变层超晶格（SLS）红外探测器，最初由位于美国马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心开发。它们结构紧凑、质量轻、适应性强，使Tilak Hewagama等工程师能够根据各种科学需要进行调整应用。 戈达德工程师Murzy Jhabvala手中拿着的便是高分辨率、高光谱范围红外探测器，是紧凑型热像仪的核心器件。 Hewagama说：“将滤光片集成到探测器上，消除了传统镜头和滤光片系统的大重量问题。这使得轻量化热像仪可以拥有紧凑的焦平面，从而可以使用更小、更高效的冷却器进行红外探测。小型卫星和其它任务可以通过该红外探测器的分辨率和精度获益。” 戈达德工程师Murzy Jhabvala领导了该红外探测器的早期开发工作，并领导了如今的滤光片集成工作。 Jhabvala还领导了国际空间站上的“紧凑型热像仪”实验，该实验展示了新型探测器技术在太空中的应用，同时也证明了其在地球科学领域的重大成功。 2019年和2020年，集成该红外探测器的紧凑型热像仪在国际空间站上捕捉到了澳大利亚异常严重的火灾。凭借其高分辨率探测到了火线的形状和位置，以及距离居民区的距离，这些信息对急救人员至关重要。 这次试验获得的数据提供了有关野火的详细信息，使人们更好地了解了地球云层和大气层的垂直结构，并捕捉到了由地球陆地特征引起的上升气流，被称为重力波。 这种突破性的红外探测器利用重复的分子结构层与单个光子相互作用，使探测器能够以更高的分辨率解析更多波长的红外光：从空间站轨道上看，每个像素的分辨率可以达到80米，而目前的热像仪分辨率为375~1000米）。 这种热像仪的成功吸引了NASA地球科学技术办公室（ESTO）、小企业创新与研究以及其它计划的投资，以进一步扩大其应用覆盖。 Jhabvala和NASA先进陆地成像热红外探测器（ALTIRS）团队正在为今年的激光雷达、高光谱和热像仪（G-LiHT）机载项目开发六波段版本。他说，这种开创性红外相机将测量地表热量，并能以高帧频进行污染监测和火灾观测。 NASA戈达德地球科学家Doug Morton领导了一个名为ESTO的项目，开发面向野火探测和预测的紧凑型火灾成像仪。 Morton说：“我们很难杜绝火灾，因此我们正试图了解火灾在其生命周期中是如何释放能量的。这将帮助我们更好地理解越来越易燃世界中的火灾新特性。” Morton的团队设想，在对火情成像仪进行机载测试后，他们将装备一个由10颗小型卫星组成的编队，每天提供更多的火情图像，从而提供全球火情信息。 他说，结合下一代计算机模型，“这些信息可以帮助森林服务和其它消防机构预防火灾，提高前线消防员的安全性，保护火灾路径上居民的生命和财产安全”。 探测地球内外的云层 NASA戈达德地球科学家Dong Wu说，该探测器装有偏振滤光片，可以测量地球高层大气云层中的冰颗粒是如何散射和偏振光的。 Dong Wu说，这一应用将有力补充NASA的浮游生物、气溶胶、云层和海洋生态系统（PACE）任务。这两项任务都测量了光波偏振方向与红外光谱不同部分传播方向的关系。 Dong Wu解释说：“PACE任务中的偏振仪监测可见光和短波红外光。这项任务将重点关注白天观测到的气溶胶和海洋颜色科学。在中波和长波红外波段，新的红外偏振仪将从白天和夜间观测中捕捉云层和地表特性。” 在另一项工作中，Hewagama正在与Jhabvala和Jennings合作，在红外探测器中加入线性可变滤光片，以提供红外光谱中的更多细节。这些滤光片可以揭示大气分子的旋转和振动，以及地球表面的成分。 行星科学家Carrie Anderson说，这项技术也有利于对岩质行星、彗星和小行星的任务。她说，它们可以识别土星卫星Enceladus巨大羽流中释放出的冰和挥发性化合物。 “它们本质上是冰的间歇喷泉。”她说，“它们是冷的，但发出的光在新型红外探测器的探测范围之内。在太阳背景下观察这些羽流，可以让我们非常清楚地识别它们的成分和垂直分布。” 查看详细>>