近日，西安电子科技大学物理学院教师李春艳与俄罗斯科学院光谱学研究所教授YaroslavV.Kartashov合作，在非线性光学领域取得重要理论研究突破。研究成果于近日发表在物理学领域顶级期刊《物理评论快报》上。李春艳老师为该论文的第一作者和唯一通讯作者，西安电子科技大学物理学院为第一署名单位和第一通讯单位。 该研究创新性地提出了一种仅采用自散焦非线性介质和局域增益的耗散方程，实现了稳定的高拓扑荷涡旋光孤子，建立了研究光学孤子的全新物理模型。该模型打破了24年来关于耗散孤子研究的传统认知，为在各类耗散系统中实现稳定的高拓扑荷涡旋孤子开辟了新的研究方向。该项研究打破了人们对耗散光孤子研究的传统认知，创新性地提出了一种仅采用三次自散焦非线性和线性局域增益的简化模型，在极低的功率水平下获得了稳定的高拓扑荷涡旋孤子。研究人员还发现，此类涡旋孤子起源于增益-诱导线性模，这也是增益-诱导这一概念提出近20年来，首次发现其可以支持携带拓扑荷的线性模。 相关研究成果为在诸如极化激元微腔、非线性结构微腔、激光系统等各类耗散物理系统中实现稳定的高拓扑荷涡旋孤子提供了理论和实验上的指导。在实际应用中，涡旋态可以作为以拓扑荷的大小或正负为编码的信息载体进行通信、实现数字螺旋成像、粒子操纵和高分辨率成像、紧凑的涡旋激光器等，稳定的高拓扑荷涡旋光孤子以及拓扑荷数不同的涡旋态之间的转换将极大促进上述应用的发展。 拓扑荷为1的不稳定涡旋孤子在传输过程中演变为拓扑荷为3的稳定涡旋孤子 拓扑荷为4的不稳定涡旋孤子在传输过程中演变为拓扑荷为2的稳定涡旋孤子 查看详细>>

光学显微镜是各种多学科领域中使用最广泛的方法之一，用于小规模检查物体、生物体或表面。然而，它的横向分辨率从根本上受到光衍射的限制——随着对更高分辨率的需求的增长，使用传统镜头时，这一限制变得越来越重要。 在光学显微镜的最后一个成像透镜后面集成一个介电微球，为显著提高横向分辨率提供了一种很有前途的解决方案，这一研究领域被称为微球辅助显微镜。然而，在实践中，使用市售的介电微球有很大的局限性。 此外，由于MPL的非线性特性，通过在整个打印过程中局部细化激光强度，可以显着提高其精度。通过将这种复杂的方法与先进的孵化和切片策略相结合，该团队成功制造了一个直径为20μm的微球，表现出近乎完美的几何质量（λ/8）和出色的表面光滑度。 最终，将微球打印在盖玻片上，盖玻片的中心有一个孔，通过飞秒激光烧蚀处理。这种改进的盖玻片和微球体的组合构成了一个3D微型设备，可以灵活地操纵球体，并有可能集成到任何光学显微镜中。 当微球被整合到3D微设备中时，使用Mirau型相干扫描干涉仪（MCSI）和分辨率为λ=0.28的校准网格评估了微球的性能。因此，球体的光学特性超过了传统透镜在可见光下的典型分辨率限制，同时保持了MSCI的高轴向分辨率。 在短短8分钟内完成制造，包括盖玻片的修改和球体的制造，3D微型设备强烈表明其作为现实世界解决方案的适用性。此外，MPL的独特功能使创新的微光学结构和系统得以探索，以进一步提高2D和3D光学显微镜的横向分辨率。 展望未来，科学家们强调了在该领域采用MPL的多种可能性，并强调了其在经济高效地开发定制设计设备方面的巨大潜力，这些设备可以提高任何光学显微镜的分辨率。 正确处理微球需要繁琐的工作流程，并且市售介电微球的尺寸也受到限制。这些挑战阻碍了微球辅助显微镜的广泛应用，作为昂贵的显微镜解决方案（如扫描电子显微镜或原子力显微镜）的具有成本效益的替代方案。 在发表在《光：先进制造》杂志上的一篇新论文中，来自赫尔辛基大学和波鸿鲁尔大学电子结构与激光研究所-希腊研究与技术基金会的科学家开发了一种使用基于激光的3D打印制造高质量微球的新策略。这种方法利用多光子光刻（MPL），能够在微米和纳米尺度上无掩模生产真正的3D结构。 查看详细>>

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>>