近日，电子科技大学王曾晖教授、夏娟研究员团队与中南大学周喻教授团队合作报道了基于非层状二维材料β-In2S3的超高频谐振式气压传感器，实现了宽量程（从10?³Torr直至大气压）、高线性（非线性程度仅为0.0071）和快响应（内禀响应时间低于1微秒）的优异传感性能。研究人员还阐明了纳米机电谐振器的频率设计规律，并成功实验测定了材料弹性模量和器件内应力，为基于二维非层状材料的新型低维纳米器件的晶圆级设计与集成赋能。 二维非层状材料具有应用于纳米机电结构中的潜力，并因其独特的物理特性和表面活性，有望进一步实现性能优异的传感器件。然而，由于纳米机电器件对于材料稳定性和导电性等方面的要求，以及器件制备的难度，这一极具前景的应用范式一直未得到探索。近日，该团队研究人员利用β-In2S3这一具备高载流子迁移率和适中带隙的二维非层状半导体，制备了一系列工作频率在超高频频段的纳米机电谐振器，实现的气压传感性能在同类器件中暂居最优。 研究人员利用圆形纳米鼓膜（图1A−C）的动态响应考察器件弹性特征。通过自主设计并优化的激光干涉位移测量系统，有效地表征了纳米谐振器的超高频段频域动态响应（图1D）。为验证β-In2S3纳米谐振器的气压传感性能，研究人员在10??Torr至大气压的宽气压范围内不间断追踪器件动态响应，并分析了谐振频率和质量因子的调控机制。研究表明，谐振频率随气压增加而线性增长，响应度高达259.77 ppm/Torr（即每Torr气压变化将引入高达2.328 KHz的频偏），而非线性程度仅为0.0071，揭示了该传感器的优异响应性能（图1E）。此外，耗散因子随气压增加引入的额外空气阻尼呈下降趋势，理论分析表明该传感器在大气压下的响应速度可达0.95微秒。 图1(A−C)二维β-In2S3纳米机电谐振器的(A)结构示意图、(B)器件显微图及(C)电镜图；(D)谐振器的基模谐振响应实验数据（蓝线）及模型拟合（红线）；(E)谐振频率与耗散因子受腔室气压的调控关系（部分气压范围）。 研究人员制备并测试了24个不同厚度和尺寸的β-In2S3纳米谐振器，它们工作频率遍布8.48 MHz至89.97 MHz的宽频率范围（图2A），并呈现与厚度相关的耗散机制（图2B）。通过对谐振器本征频率的理论分析，研究人员提出了不同器件几何所对应的器件弹性特征的分区规律，并在实验数据上得到验证。该研究还确定了β-In2S3材料的杨氏模量（45 GPa）和内建应力（约0.5 N/m内），为基于二维非层状材料的新型纳米机电器件的设计、分析、调控和应用提供了坚实的理论基础。 图2β-In2S3纳米谐振器的性能及频率设计规律图。(A)实测的基模谐振频率（散点）及理论分析得到的频率设计规律（实线及阴影）；(B)从实验数据中提取的耗散因子（Q）与器件尺寸的关系图 查看详细>>

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>>