近日，中国科学院合肥物质院安光所高晓明研究员、刘锟研究员团队在层析吸收光谱燃烧流场温度、浓度分布测量方面取得新进展，相关研究以《基于深度学习吸光度恢复和层析吸收光谱的发动机尾焰温度浓度分布测量》为题发表在国际知名期刊Fuel上。 基于层析吸收光谱的燃烧流场温度、组分浓度分布测量可为先进燃烧系统的设计、监测和诊断提供更全面的数据，具有速度快、灵敏度高、抗干扰能力强的优点，在燃烧诊断方面展现出巨大的发展前景。然而受吸光度畸变的影响，传统的吸收光谱单路径测量误差较大，限制了层析吸收光谱的量化精度。 针对基线误差导致的吸光度畸变问题，团队刘锟研究员、王贵师副研究员、博士后王瑞峰等提出一种基于深度学习的吸光度恢复新方法。该方法通过建立神经网络模型，从导数信号恢复吸光度，具有抑制基线误差，降低吸光度畸变的效果，将吸收光谱单路径测量精度提高约1个数量级。利用此方法，该团队使用12束激光对柴油驱动的微型涡喷发动机尾焰温度和H2O浓度分布进行了非接触、高速测量，测量速度达到20kHz，温度测量误差与热电偶仅相差0.9%。这一技术突破有望提高层析吸收光谱量化精度。 层析吸收光谱微型涡喷发动机尾焰测量系统示意图 尾焰温度、H2O浓度分布图 查看详细>>

光学超表面是一种精细的二维人工纳米结构，由精心设计的超薄人工原子阵列构成。它能够实现对电磁波的多功能操控，具备自然材料无法实现的能力。通过设计人工原子的形状、尺寸、旋转和位置，光学超表面可以以亚波长的空间分辨率精确操控电磁波，在光子学领域具有广阔的应用前景。 在众多应用中，基于光学超表面的偏振态操控已被广泛研究。偏振编码多功能超表面的发展代表了光学技术的一次飞跃，能够在单一超表面中结合更广泛的功能。这种偏振编码集成是通过创新的人工原子设计并且巧妙交织不同超表面所实现的，预示着光子学新时代的到来，超表面作为多用途平台用于多种光学应用，体现了向更集成和动态可控光学元件持续进步的趋势。尽管目前基于光学超表面的偏振态调控已经取得了显著进展，但目前大多数超表面仅限于生成分布在少数几个通道中的有限偏振态。关于以可控的方式同时产生多通道全偏振态（例如左旋与右旋圆偏振光、不同偏振方向的线性偏振光）的方法，以及能够在不同通道中实现可切换偏振态的方法到目前为止报道甚少。 针对上述问题，南丹麦大学Sergey I.Bozhevolnyi教授和丁飞副教授团队提出了一种反射式金-二氧化硅-金等离子超表面，通过随机排布六个不同的超表面区域，可以将产生的多个不同的偏振态以不同的反射角度同时输出与采集。该设计方法能够在所有偏振通道上实现多方向波束的操控，并且可以通过切换入射圆偏振光的自旋态来改变输出通道中的偏振态。该设计中包含一个纳米砖形状的半波片和四个纳米十字形状的四分之一波片。半波片可以实现将左旋圆偏振光转化为右旋圆偏振光，或者将右旋圆偏振光转化为左旋圆偏振光。这里的半波片以45°的角度增量旋转，从而产生几何相位梯度，实现与入射圆偏振光同偏振态的输出光的反射角度分离。以特定角度旋转的四分之一波片可以将入射的圆偏振光转化为不同角度的线性偏振光输出。同时四分之一波片通过提供线性相位梯度，将圆偏振光转化为不同角度的线性偏振光（例如0°，45°，90°和135°线性偏振）并以不同的反射角度输出。因此，集成上述纳米波片并设计不同的转角，可以实现多通道全偏振态的同时输出。此外，利用南丹麦大学纳米光学中心先进的微纳加工与表征平台，研究团队对上述设计的超表面进行了实验验证。 图1用于产生全偏振光的等离子体超表面概念 这项科研工作不仅标志着偏振光学领域的重大进步，还为开发紧凑、高效且功能强大的光学设备铺平了道路。通过利用这些纳米级波片的独特性质，为探索从成像和传感到通信及其他高级光学应用开辟了新的途径。这项技术展现了实现复杂光学系统的光明前景，这些系统可以动态控制，从而增强光学元件在众多学科中的多功能性和器件性能。 查看详细>>

智能响应型光子晶体具有动态可调的光调制性能，其产生的独特结构色能够发生宽范围的响应变色效果，在色度传感、节能显示、信息加密、商品防伪等领域具有广泛的应用前景。其中，溶剂响应型光子晶体能够识别混合体系中特定的溶剂组分，将这类化学信号转变成裸眼可视的光学信号，为多组分溶剂的定量定性分析提供了一种新型的在线可视化技术。然而，已有溶剂响应型光子晶体受限于其较低的灵敏度，难以定量分析完全互溶体系中的微量共溶剂组分。 针对此问题，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乐晓霞副研究员提出在光子晶体中引入刷状聚合物凝胶组分构筑刷状光子凝胶的设计策略，利用刷状聚合网络中丙烯酸酯主链和寡聚乙二醇侧链在水/乙醇二元混合体系中的逐级舒展特性，显著提高了光子凝胶针对富乙醇体系中对微量水含量变化的响应变色灵敏度（图1）。 在该工作中，为了实现响应变色灵敏度的提高，科研人员通过调控聚乙二醇侧链聚合度、侧链末端官能团结构以及交联程度等，制备了一类在水、乙醇中具有显著溶胀度差异的刷状凝胶网络；将这类刷状聚合物凝胶与由ZnS SiO2微球构筑的蛋白石型光子晶体相复合，构筑了刷状光子凝胶。利用时间分辨反射光谱测试技术详细表征了刷状光子凝胶的溶剂响应变色性能。如图2所示，在富乙醇浓度范围内（Vethanol>90%，Vwater<10%），刷状光子凝胶的反射峰特征波长与混合溶剂中的水含量呈现线性正相关关系。在水含量从0%增加至1%时，光子凝胶的反射峰特征波长能够在100 ms左右的时间内迅速向长波长方向位移超过30 nm，进而引起其产生的结构色快速变化。利用这类具有高灵敏度和快速响应性能的刷状光子凝胶，进一步发展了其在燃料乙醇储运过程中的水含量实时在线监测应用。 图1刷状光子凝胶的结构示意图及其在乙醇/水共溶作用下响应变色机理 图2刷状光子凝胶对富乙醇体系中微量水含量的响应性能 查看详细>>

同时利用“电荷”、“自旋”和“轨道”三大自由度的自旋存算器件是超越摩尔信息技术的重要选项。垂直磁化自旋比特具有10纳米以下尺寸保持良好热稳定性的潜在优势，但面临如何实现高能效全电写入的关键技术难题。传统材料（如自旋霍尔效应材料等）由于对称性保护只能产生面内横向极化自旋，其角动量无法翻转垂直磁化比特。寻找垂直有效磁场和垂直极化自旋的有效产生方法成为近年来的科技前沿热点。 中国科学院半导体研究所朱礼军研究员课题组在2022年提出了利用器件构型设计实现垂直自旋器件全电写入的新方案（Applied Physics Reviews 2022: 9,041401；中国专利申请号202210803247.1），分别利用“L” 构型和“C” 构型实验演示了巨大垂直各向异性Pt/FeTb器件的全电写入，通过自旋扭矩铁磁共振等手段，定量确定了其机制为非对称器件构型产生的垂直奥斯特磁场，打破了反演对称性，实现了自旋比特的确定性翻转。 近日，朱礼军课题组发现：用Ta、Ir等取代非对称构型器件中的Pt作为自旋霍尔材料可以同时打破xy和xz镜面对称性，进而在自旋霍尔材料中高效产生垂直极化自旋流，且其产生垂直自旋流的效率可与其产生面内极化自旋流的效率相当。基于该机制实验演示了垂直磁随机存储器（p-MRAM）的核心结构——Ta/FeCoB异质结的全电翻转（图1），相较文献中其他全电写入方案总电流密度降低一个数量级。该方法无需单晶外延结构或任何厚度/组分梯度，具有普适、高效、高翻转比例且兼容磁控溅射和CMOS大规模集成的明显优势，为全面突破垂直自旋器件的全电写入难题提供了新的解决方案。 图1.垂直各向异性Ta/FeCoB器件的全电翻转。（a）传统对称构型中无法实现电流翻转；（b）“C”构型和（c）“L”构型实现垂直极化自旋流驱动的高比例高能效全电翻转 查看详细>>