前沿動態

用于暖白光LED的新材料

發光二極管通常被稱為“LED”，因其能源效率和耐久性而眾所周知。但是當前的白光LED所發出的藍冷光阻礙了LED室內照明的應用。

目前，佐治亞大學的科學家們已經研制出了世界上首例能僅用一種發光材料(或磷光體)、一個光照發射中心就能產生暖白光的LED。自然出版集團的雜志《光:科學與應用》(Light:Science＆Applications)對這種材料進行了詳細的描述。

“目前，白光LED主要用于閃光燈和車燈，但它們發出的藍冷光很不受歡迎，尤其是在室內，”佐治亞大學富蘭克林藝術與科學學院及佐治亞大學工程學院物理系副教授潘正偉說。“我們發明的材料可達到暖色溫，并能提供高度精確的彩色再現功能，這是以前的單一磷光體轉化型LED從未展示過的。”

潘正偉解釋說評估人造光的質量主要利用兩個變量。相關色溫是其中一個，可用于測定光的冷度或暖度，低于4 000 K的色溫非常適合室內照明。(相反，高于5 000 K的相關色溫發出的是藍色光)，另外一個重要的測度是顏色復原度，即光源復制自然光的能力。高于80的顯色指數對室內照明是較為理想的，而低于80的顯色指數會讓人覺得光的顏色不真實。潘正偉和他的同事們制造出的材料能滿足以上兩個“門檻”標準:相關色溫低于4 000 K，同時顯色指數為85。

潘正偉說，通常可利用一塊涂有發光材料(或磷光體)的藍色LED芯片獲得暖白光—這里的發光材料可發出不同的光色，于是便制成了所謂的“磷基白光LED”。但是，將光源材料以精確的比例組合起來是一件既困難又耗資的事。同時，由于每種光源材料對溫度變化的響應程度不同，因而所得到的顏色也常常千差萬別。“單一磷光體的使用恰巧解決了顏色穩定性問題，因為這種材料的顏色質量不會隨著溫度的升高而發生改變，”佐治亞大學工程學院Xufan Li博士說。

為制造出新型磷光體，潘正偉和他的團隊將微量的氧化銪與氧化鋁、氧化鋇和石墨粉混合在一起。然后，將這些粉狀材料放在管式爐中，在1 450℃的溫度下加熱。在管式爐的真空作用下，汽態材料被吸到一塊基片上，并沉積成黃色發光化合物。當黃色發光化合物被封裝入燈泡中并被一塊藍色LED芯片照亮后，便形成了暖白光。

雖然這個團隊的研究成果很有發展前景，但潘正偉強調，在將這種材料用于家庭、商店和學校的照明前，他們仍需克服幾個障礙。首先，這種新材料的效率比目前的藍白光LED要低得多。其次，要使這種材料的生產擴大到工業規模也有難度，因為在磷光體合成過程中即使是很小的溫度和壓力變化也會使材料發出完全不同的光色。

這種新型黃色磷光體的晶格結構從未見報道。研究人員們目前正在研究該化合物里的離子是如何排列的，希望通過更深入地了解該化合物的原子結構以提高其效率。“我們還有更多的工作要做，”潘正偉說，“但我們已經獲得的良好色溫和顯色指數給我們開了個好頭。”

簡單方法形成阿秒脈沖

日本的科學家們已經研究出了一種可產生阿秒級光脈沖的簡單方法。這種方法是由東京電氣通信大學的Kazumichi Yoshii及其同事提出的。該方法涉及到使用一組薄的色散材料來控制高功率激光器的輸出，從而形成一系列傅立葉變換限制脈沖。研究人員從數值角度研究了一系列不同的色散介質，包括BK7玻璃、石英玻璃、方解石和藍寶石。他們證實:通過選擇最佳的材料厚度值，就可能生成一系列像728 as這樣短的變換限制脈沖。研究人員稱他們的方法很有吸引力，因為該方法不需要任何特殊元素來提供負色散，而這正是眾多超短脈沖形成法所面臨的問題。

光子學聚合物:液體沉積光刻

制作聚合物基光子電路的光刻方案可用于制造具有較大的相對折射率差的復雜三維裝置。美國大學的 Adam Urness及其同事表示:他們的“液體沉積光刻”法能快速制造具有亞微米級分辨率且相對折射率差高達0.1的毫米級結構。這種方案是將一個紫外光(365 nm)圖案投射到一層液態光敏聚合物上，一經曝光，液態光敏聚合物就固化成膠狀，而光強度較大的區域將擁有更高的密度和折射率。這個過程可在許多聚合物層上重復進行，以形成大而復雜的結構。這個團隊已用他們的方法制造出了微型商標、波導陣列和光子晶體纖維。

用激光照射量子點獲得成對光子

奧地利因斯布魯克大學的科學家借助微型半導體結構，用激光照射量子點首次獲得了成對的光子。這一成果可進一步推動量子的應用研究，并可用于量子計算機的開發。

據奧地利新聞社近日報道，量子點是準零維的納米材料，由少量的原子構成。單個原子很難被“固定”，而量子點比較容易“被集成到半導體芯片中”。研究人員在實驗中采用了砷化銦中的量子點。這種量子點每個由約一萬個原子組成，由于其特殊的結構，它們的活動與單一原子十分相似。

研究人員首先用液態氦對嵌入在一個微型半導體結構中的量子點進行冷卻，然后用激光照射以提高電子能量狀態，最終能量便以光子形式得到釋放。因斯布魯克大學實驗物理研究所專家魏斯說，目前，科學家們已經能夠有意地從一個量子點中得到成對光子。研究人員還嘗試將量子點與激光器集成在一個芯片上，從而可很方便地產生成對光子。成對光子在量子研究中有著很好的應用前景。

這一研究成果已刊登在近期《物理評論快報》(Physical Review Letters)雜志上。

用單根納米線提高聚光強度

據物理學家組織網近日報道，一個來自丹麥和瑞士的聯合研究團隊已經證明了單根納米線可聚集的太陽光強度能達到普通光照強度的15倍，這一令人驚訝的研究成果在開發以納米線為基礎的新型高效太陽能電池方面潛力巨大，有可能使太陽能轉換極限得以提高。相關論文發表在《自然-光子學》(Nature Photonics)雜志上。

納米線的結構為圓柱狀，直徑約為人類發絲的萬分之一。納米線具有獨特的物理光吸收性能，有預測認為其在太陽能電池以及未來的量子計算機和其他電子產品的開發方面具有廣闊的前景。近年來，丹麥哥本哈根大學尼爾斯·波爾研究所納米科學中心和瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家一直在探索如何開發納米線晶體并改善其質量。

他們的研究發現，納米線能夠將太陽光自然聚集到晶體中一個非常小的區域，聚光能力是普通光照強度的15倍。由于納米線晶體的直徑小于入射太陽光的波長，可以引起納米線晶體內部以及周圍光強的共振。該研究的參與者、剛剛獲得尼爾斯·波爾研究所博士學位的彼得·克洛格斯特拉普解釋說，通過共振散發出的光子更加集中(太陽能轉換正是在散發光子的過程中實現的)，這有助于提高太陽能的轉換效率，從而使得基于納米線的太陽能電池技術得到真正的提升。

典型的太陽能轉換效率極限，也就是所謂的肖克利·奎伊瑟效率極限(Shockley-Queisser Limit)，多年來一直是太陽能轉換效率的瓶頸，但現在看來，這項新研究很有可能使這一轉換效率極限提高幾個百分點。

對研究人員而言，能夠突破理論極限無疑是令人興奮的。幾個百分點聽上去雖然不多，但卻會對太陽能電池的發展、基于納米線的太陽能的利用以及全球的能源開發等產生重大影響。不過，克洛格斯特拉普表示，納米線構成的太陽能電池投入產業化還需要等幾年時間。

可將超聲波轉換成光信號的新型超材料

傳統超聲技術主要依靠將超聲波轉換成電信號來產生圖像。幾十年來，這種技術已經取得了很大的進步，但帶寬和靈敏度的限制一直是超聲技術產生高質量診斷圖像的主要障礙。

如今，科學家獲得了更加清晰的超聲圖像，這要歸功于一種新型超材料。這種新型材料由倫敦國王學院、德克薩斯農工大學、貝爾法斯特女王大學和馬薩諸塞大學盧維爾分校的科學家聯合研制，可將超聲信號轉換成光信號，為生物醫學應用提供高清晰度圖像。由于信號的光處理不會限制轉換器的帶寬和靈敏度，因而不受帶寬和靈敏度的限制。這項研究成果發表在《先進材料》(Advanced Materials)雜志上。

這種超材料由嵌入在一種被稱作聚吡咯的聚合物中的金納米棒構成。光信號進入材料，與之相互作用，在穿過材料之前，被隨后傳入的超聲波改變。接下來，探測設備讀出改變后的光信號，分析其特性的變化以產生更高分辨率的圖像。

“高帶寬可實現對聲波距離變化的高精度采樣。更高的靈敏度則能夠讓使用者看到更深處的組織，產生的視覺效果更為詳細。”倫敦國王學院物理系博士Wayne Dickson說，“在不犧牲靈敏度的情況下，我們可以將工作頻率從0提高到150 MHz。目前的技術通常在50 MHz左右就會遇到靈敏度大幅度下降的問題。這意味著，在轉換器帶寬的情況下，這種超材料能夠有效地將聲波轉換成光信號。”

雖然這項研究還未準備與超聲技術集成在一起，但是Dickson和他的研究小組已經成功驗證了使用這種新型材料如何大幅改進傳統技術。

Dickson說:“我們研究成果的潛在價值是非常令人興奮的。到目前為止，最靈敏的超聲探測器雖然是基于傳統的光學材料，但仍然會受到帶寬的限制，而且由于光學對準要求極為嚴格，很難將其設計成一個真實可用的設備。相反，我們的材料比較容易集成，這預示著新一代超聲傳感器的到來。”

速率提高350倍的新型光開關

當前，普通電子開關的工作頻率為4 GHz，荷蘭特溫特大學和法國納米科學與低溫工程研究所的科學家開發出了一種半導體平面微腔開關，實現了1.4 THz的重復率開啟和關閉操作，速率提高了350倍，相關成果發表在《光學快報》(Opt.Lett.)上。

研究人員在砷化鎵和砷化鋁層中構造了空腔，并使用1 284.1 nm的探測光測量其諧振頻率。

實驗中，研究小組使用兩個由近紅外鈦寶石激光抽運的光參量放大器，將探測光束和觸發光束射入微腔中。觸發光束產生電克爾效應，在亞皮秒時間量級改變了空腔材料的折射率。研究人員將觸發光束的波長延長到2 400 nm，以減少空腔內的雙光子吸收。據估計，空腔只吸收了百萬分之一的入射光。

據作者所言，空腔存儲時間大約為300 fs，決定了開關速率的基本“速率限制”，這種現象不依賴于微腔的幾何結構。

除了超快片上光子調制，這種新型開關可能會應用于空腔量子電動力學的基礎研究，并且，有望大大提高未來通信系統甚至量子計算機的運行速率。

破解深紫外線LED應用難題

廈門大學物理與機電工程學院康俊勇教授研究組通過在高鋁組分氮化物深紫外線發光二極管(LED)表面覆蓋一層超薄鋁膜，從而破解了制約這一發光器件得以更廣泛應用的“光抽取效率”難題，為未來此類器件在醫療、環保、軍事等領域的產業化應用開啟了新的方法和思路。日前，這一研究成果刊登在《自然》出版集團旗下涵蓋自然科學所有領域的在線開放刊物《科學報道》(Scientific Reports)上。

所謂深紫外線，是指波長＜280 nm的紫外線。這種光源可在水及空氣凈化、疾病治療、信息技術等領域發揮獨特作用。長期以來，受限于高鋁組分氮化物本征特性和制備工藝，從發光二極管抽取深紫外線的效率非常低，這也就意味著，電轉化為可用光的部分很少，造成了“光能”的流失，大大制約了深紫外線發光二極管的更廣泛應用。

經過幾年攻關，課題小組副教授黃凱與博士生高娜等成員借用一個超薄鋁膜破解了這一難題。課題組在一個深紫外線發光二極管表面鍍上一層僅有5 nm的超薄鋁膜時發現，這層鋁膜不但沒有像傳統鏡子一樣將器件發出的光更多地反射回去，反而巧妙地將器件向側面射出的光收集起來，穿過鋁膜層，并神奇地從正面射出，從而提高了光抽取效率。

裸眼觀看3D圖像的新技術

近日，美國帕洛阿爾托惠普(HP)實驗室的研究人員發明了一種新的3D技術，利用該技術，影視觀看者不僅不需要佩戴特殊的眼鏡，而且還可以實現多角度觀看。這項技術的進步將推進移動3D設備以及電視的發展。

由于電視在2D屏幕上顯示圖像，因此，若想讓人們從3個角度觀看，成像技術必須使每只眼睛接收到的圖像略有差別。多年來，科學家發明了無數的技術以實現該目標。其中最為人熟知的可能就是讓看電影的人佩戴紅綠眼鏡的方法—每只鏡片會過濾掉特定的部分圖像。若想不佩戴眼鏡就看到3D圖像，工程師們必須控制顯示器上每個像素的光線走向，以此使觀眾的眼鏡接收到不同的光模式。

目前，可實現該種控制的黃金標準是全息攝影術。然而，全息攝影很昂貴，而且只能用于靜態圖像，不能用于動態視頻。近些年，研究人員開發出了其他一些技術，但這些技術會降低分辨率，或者只有在固定的位置才能實現真正的3D圖像，這就要求觀眾必須坐在距屏幕一定距離和角度的地方觀看。

為克服這些局限，物理學家David Fattal領導下的HP實驗團隊，使用標準計算機芯片創建了一個被稱為“衍射光柵”的光元素陣列，從而可精確地控制顯示器上每個像素的光線走向，并使用液晶來調節每個點釋放的光的顏色。該技術可以實現高分辨率的視頻，觀眾從14個不同的觀看區域都可以看到完整的3D圖像。研究人員將該成果發表在近期《自然》(Nature)雜志網絡版上。

然而，英國劍橋大學的計算機科學家Neil Dodgson表示，這項技術并不一定會取得商業成功。Dodgson在《自然》上的一篇評論中寫道，這項技術仍需要克服一系列制造過程中的障礙，而且工程師們必須發明一種可以捕捉14～64種不同圖像的攝影機，并將其用于3D電視，才能實現這項技術的進一步推廣。

顯著改善太陽能電池效能的新技術

據物理學家組織網近日報道，加拿大科學家開發出一種可顯著改善太陽能電池效能的新技術，該技術在近紅外光譜區可使太陽能轉換效率提高35%，總體轉換效率(全光譜)由此增加11%，從而使量子點光伏成為替代現有太陽能電池技術的極佳候選者。相關論文發表在近期《納米快報》(Nano Letters)上。

量子點光伏電池可提供低成本、大面積太陽能電力，但該器件在太陽光譜的紅外段效率不高，而紅外段占據了到達地球的太陽能的一半。加拿大多倫多大學工程學教授泰德·薩金特及其研究小組提出，通過頻譜調諧和溶液處理的等離子納米粒子，可對光的傳播和吸收提供前所未有的控制能力。

膠態量子點具有兩大優勢:首先是更廉價，因為它們降低了每瓦電力產生的成本，但更主要的優勢在于，只需簡單改變量子點的大小，就能改變吸收光譜。其次是由于可調諧是等離子材料的屬性，通過改變等離子粒子的大小，研究人員就能將這兩種重要納米粒子的吸收和散射光譜重疊起來。

薩金特研究小組通過將金納米殼直接嵌入量子點吸收膜提高了太陽能電池的效率，他們下一步將尋找利用更廉價的金屬來達成相同的目標。美國加州大學納米系統研究所所長保羅·維斯認為，該項研究的重要性在于展示了通過調節納米粒子特性來提高太陽能電池效率的潛力。

美妙的多結渦流環

經歷了一個世紀的復雜數學研究后，物理學家能夠將任何東西打成結，其中包括他們自己的鞋帶和無形的水下漩渦。如今，他們可以依靠3D打印和來自動物王國的靈感，打結更多東西。

物理學家一直相信渦流能夠打成結，即使他們從未在自然界或實驗室里發現過這種情況。于是，美國芝加哥大學的物理學家們下定決心要最終創造出一個多結的渦流環。他們設計了一只翅膀—酷似巧妙纏繞的緞帶，并使用3D打印賦予其生命。

他們將自己的杰作浸入水中，并在其周圍用電流制造了許多微小氣泡，通過猛地拉動其邊緣，使其尾跡留下了一個類似形狀的渦流。向心力將氣泡牽引到渦流的中心地帶，于是看上去似無形的結狀結構展現出來，接著科學家們看到了它是如何貫穿液體進行移動的—這一整套想法均受海豚玩氣泡圈的網絡視頻(Youtube)的啟發。

利用貫穿氣泡照明渦流的激光束，并由高速相機行連續拍圖，研究人員完成了首個有關這種難以琢磨的結如何運動的3D動畫，他們在近期的《自然-物理學》(Nature Physics)期刊上發表了該研究成果。在數百毫秒內，大部分結優雅地解開了。

雖然這是科學家首次看到自己打結的漩渦，但是他們認為在自然界的很多地方也可能存在類似 結構，這也包括太陽的表面。有能力定制并按指令操縱這些流動的結將幫助人們更好地理解不同類型湍流的神秘的拓撲學效應。

可窺測人體細胞的超級纖細內窺鏡

據國外媒體報道，內窺鏡從根本上改變了醫學治療，醫生能夠使用一個微型相機附在線繩粗細的連線末端，無需做大手術便能窺探患者身體內臟器官。目前，美國斯坦福大學研究人員研制一款新型內窺鏡，這是迄今世界上直徑最細的內窺鏡，甚至能夠探測到患者體內的單個細胞。

針頭粗細的內窺鏡可拍攝到單個癌細胞和病變器官，這將避免使用較大直徑內窺鏡進入人體帶來的傷害，例如:大腦組織。同時，這個超級纖細內窺鏡形成的傷疤會比腹腔鏡形成的傷疤更小。

常規內窺鏡都是采用多重光導纖維制成，它們能夠照亮人體病變區域，并記錄圖像返回到觀測者。內窺鏡中纖維數量越多，圖像的清晰度就更高，但是較多的纖維束將使內窺鏡變得更粗。

斯坦福大學的卡恩帶領的一支研究小組使用一個多模光纖建造了內窺鏡，多模光纖能夠沿著多種不同路線攜帶光線，研究小組的觀點是使用單個纖維照亮物體并實現傳輸數據，這項技術存在的挑戰是信息干擾，因為光線將沿著不同路徑傳輸。

為了避免信息干擾，卡恩帶領研究小組建造了一種裝置—空間光線調制器，該調制器能夠以隨機路徑持續發送激光束至光纖，由于采用隨機路徑，一旦光線離開光纖，將形成散斑圖像，一些光線則反饋至光纖。

研究小組設計了一個計算機程序能夠分析反饋至光纖的散斑圖像，并使用它們形成一個圖像。這項技術提高了圖像的分辨率，遠超出之前的預期，它能夠觀測到單個細胞大小的物體。

卡恩在新聞發布會上指出，他已發現內窺鏡在成像方面的諸多應用，當他們在人體內進行手術時能夠研究細胞的詳細狀況。

太陽能轉化效率路線圖

自“人造樹葉”概念提出以來，科學家一直對其寄予厚望，希望它最終能帶來一種廉價的自控制系統，為發展中國家的數十億人口提供電力。據物理學家組織網近日報道，美國麻省理工學院(MIT)的一個研究小組對“人造樹葉”系統的效率限制因素進行了詳細分析和再設計，使其更接近現實，并有望實現一種實用、廉價的商業化樣機。相關論文發表在美國《國家科學院院刊》(PNAS)上。

“人造樹葉”系統結合了兩種技術:一是標準硅太陽能電池，將太陽能轉化為電力;二是連接電池兩邊的化學催化劑。二者結合就成為利用光電流把水分解為氫氣和氧氣的電化學設備，產生的氫氣可通過燃料電池或其他設備再用于發電。在這一系統中，光伏系統和電化學系統的性能都是確定的，因此，二者結合起來的效率也是可以預測的。

在論文中，研究人員描述了他們設計的一個框架，指導人們怎樣把太陽能電池的輸出功率和電化學反應系統更有效地結合，提出了更經濟地利用現有太陽能電池技術(如硅或碲化鎘)的方案，并確定了一些效率限值。“這是一份相當全面的分析，調查了目前市場上已有技術所能做到的最好情況。”MIT博士后馬克·溫克勒說。

研究小組曾于2011年首次展示他們的“人造樹葉”，但當時的轉化效率不到4.7%。新研究是對當初“概念性論證”的繼續。MIT機械工程副教授托尼奧·博納西斯表示，根據最新分析，使用晶體硅等單一帶隙半導體，結合鈷、鎳基氧化催化劑，最大轉化效率可能達到16%或更高。

“我們也很吃驚。”溫克勒說，傳統觀點認為，硅太陽能電池的特點嚴重限制了它們分解水的效率，但事實并非如此。提高"太陽能－燃料"轉化效率的關鍵是把合適的電池與合適的催化劑結合，這就需要一份路線圖，指導人們怎么配對才能達到最優。博納西斯表示，用他們設計的框架進行模擬，以傳統硅電池為基礎的系統，最大效率限值約為16%;而對砷化鎵電池系統來說，效率限值可達到18%。

論文作者之一、前MIT研究生卡珊德拉·科克斯說:“該論文的重要意義在于描述了現有的所有這類技術以及我們把這些技術結合起來的效果。它還指出了所有要面對的挑戰，研究人員可以通過實驗單獨分析這些不利因素。”

比如標準硅太陽能電池產生的電壓約為0.7 V，而水分解反應需要1.2 V以上的電壓。解決方案之一是把多個電池串聯起來。雖然電池接口會損失能量，但也不失為一個有前景的研究方向。另一個不利因素是水本身，電子必須穿過整個電路，這會產生電阻，一種提高效率的方法是降低溶液電阻，這可以通過“一些技巧”來實現，例如用內插板來減小反應兩邊的距離。

量子真隨機數發生器研究的進展

近期，北京大學信息科學技術學院郭弘課題組已在真隨機數發生器研究領域取得了一系列研究成果。例如，通過對離散型和連續型量子隨機源的持續研究，在隨機源的建模分析、信號采集手段、數據后處理方法和隨機性統計檢測等方面均形成了理論和技術的積累。經過不斷探索新型超大帶寬量子光源，課題組發現超亮發光二極管在噪聲的量子不確定性和探測技術易實現性方面都有良好的性能;結合快速采樣技術和新型數據后處理方法，實現了速率達到1 012 bit/s的超高速真隨機數序列的產生。研究成果通過了國際標準統計檢驗包和自主設計的創新型統計檢驗包，在國際真隨機數發生器領域創造了一個紀錄。

量子真隨機數發生器是利用量子現象本質的不確定性，通過對物理源的信號采集和數字化技術來輸出高速超長的隨機數序列。與通過算法復雜度在計算機上生成的偽隨機數不同，真隨機數即使在擁有無限計算資源和量子計算機的情況下，也不會被成功預測，其優良的不確定性和不可預測性在眾多領域中有強烈的應用需求。

最近，郭弘課題組致力于量子真隨機數發生器設計研制中細節問題的研究，在數據后處理方法的評估，將量子貝爾不等式與隨機性相結合，以及用物理方法進行隨機性檢驗等方面做出了初步成果。

納米紙有機晶體管問世

近日，同濟大學材料科學與工程學院黃佳教授、美國馬里蘭大學材料科學與工程系Hu Liangbing教授等共同完成的研究論文《全透明可彎曲納米紙晶體管》發表在納米科學技術領域權威期刊《ACS Nano》上。

“透明化、可彎曲是電子產品未來發展的兩個重要方向。這一成果最大的創新點是將全透明、可彎曲、可降解這幾大功能和特性同時整合在一個器件上。”黃佳介紹說，如果將電子產品做在塑料上，雖然可彎曲也透明，但無法降解，最終會產生大量電子垃圾;而要將電子產品做在紙張上，則面臨不少困難，對相關技術和制備工藝提出了挑戰。

黃佳介紹說，研究團隊將普通造紙所用的木漿纖維特殊處理，使其尺度達到納米量級。如此制作出來的“納米紙”可有效減少對光的吸收和散射，不僅變得透明，而且其表面如塑料一般光滑，這為接下來在它上面制備性能優良的晶體管奠定了重要基礎。以這一新型“納米紙”為襯底材料，研究團隊在它上面逐層制備出由碳納米管、絕緣層、有機半導體組成的透明度高達84%、可彎曲的晶體管。實際的性能測試表明，即便將整個器件以3.5 mm的半徑彎曲起來，它上面的透明晶體管仍能保持優良的工作性能。

“‘可溶性’是有機半導體材料的一大優點，這不僅使得通過全打印方式來制備器件成為可能，也會大大降低電子產品的成本。”黃佳表示，“或許在不久的將來，人們就能利用可再生資源印刷出透明可彎曲的電子設備，類似于電影《哈利波特》中‘魔法報紙’的紙質電子產品就會出現。從理論上說，這將是邁向環保紙質電子產品的第一步。”

在磁性環境中產生孤子

美國北卡州立大學近日表示，科學家成功地在磁性環境產生了孤子(soliton)。35年前，科學家便建立了有關孤子的理論，并認為它在打造磁性環境下基于自旋的計算機方面具有重要意義。

孤子也稱孤立波，是一種特殊形式的超短脈沖，在小范圍的空間內能保持自己的大小和動量。科學家已證明:由光構成的孤子(光孤子)能用于長距離高速信息傳遞。然而，雖然科學家相信存在孤子，但是在磁環境中，他們從來沒有觀察到孤子。

北卡州立大學數學家馬克·霍耶費爾通過建立數學模型向人們展示了孤子的表觀特征。隨后，當瑞典物理學家約翰·阿科曼和研究生馬基德·莫森尼發現自己的實驗數據與霍耶菲爾的數學模型相符時，他們決定要確認磁性孤子的存在。

所有的電子以自旋的形式擁有角動量，如同旋轉的陀螺。角動量使電子自旋軸指向特定的方向。在磁場內，每個電子像陀螺那樣自旋且它們的自旋幾乎相同。研究中，阿科曼等人使用納米導線將微弱的直流電流導向磁鐵，為磁場中的電子群引入了能量，改變了電子的自旋，形成了旋進，或者說是像陀螺出現旋轉軸不再與地面垂直的狀態，結果產生了微小的旋轉磁微滴，也就是形成了孤子。

通過測量電子旋進的頻率，科學家能夠探測到孤子的存在。在探測的過程中，他們觀察到了孤子獨一無二的“簽名”—能量輸出大跳躍的頻率顯著下跌，驗證了他們的實驗取得了成功。霍耶菲爾表示，這些孤子被稱為"耗散"，因為磁場需要消散電子旋進的能量。磁場通過平衡直流電源引入到磁性系統的能量和輸出到系統外的能量來保持自己的穩定。

除了展示孤子存在外，科學家還發現了孤子某些有趣的特性，包括振蕩運動以及周期性變形。相關的研究結果發表在《科學》(Science)雜志上。

紫外光響應雜化太陽能電池

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，太陽能電池是高效開發利用太陽能的關鍵。目前所開發的太陽能電池主要利用可見光，而光子能量高的紫外光很少得到利用。由于紫外光響應的太陽能電池目前還未見報道，開發紫外光響應的太陽能電池對光伏電池和光電器件的理論研究和實際應用都具有重要意義。

最近，華僑大學環境友好功能材料教育部工程研究中心吳季懷課題組研制出一種基于二氧化鈦/聚 3-己基噻吩(TiO2/P3HT)異質結的雜化太陽能電池，這種無機-有機雜化太陽能電池構造簡單，制作容易，在紫外光輻照(標準光強)下其光電轉化效率為1.28%，紫外光響應的雜化太陽能電池的成功研制將拓展太陽輻射的應用領域，具有重要意義。該研究成果近日已經發表在《Nature》子刊《Scientific Reports》雜志上。

吳季懷課題組多年來積極開展新型薄膜太陽能電池研究，2012年又取得新進展，全鈦基背投式柔性太陽能電池和基于摻雜稀土光電材料的太陽能電池等研究成果已先后發表在《Advanced Materials》、《Advanced Energy Materials》、《ChemSusChem》、《Journal of Materials Chemistry》等雜志上。

世界最佳單光子源

近期，英國《自然》子刊《自然-納米技術》發表了中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等人關于量子點脈沖共振熒光確定性高品質單光子源的研究工作，這是我國量子點光學量子調控領域發表在《自然》系列期刊上的首篇論文。

量子點是一種通過分子束外延方法制備的納米晶體，又被稱為“人造原子”，可以為量子保密通信和光學量子計算提供理想的單光子源。此前，美國加州大學、斯坦福大學和英國劍橋大學等研究組實現了基于非共振激發量子點產生的單光子源。然而，由于單光子發射時間抖動、激子退相干等因素，不可避免地引起光子品質下降，光子全同性只能達到70%左右，無法進一步應用于可擴展量子信息處理。

要發展能夠真正實用化的光量子信息技術，關鍵技術之一是實現確定性的高品質單光子源。為此，微尺度物質科學國家實驗室的潘建偉、陸朝陽等人在國際上首次發明了量子點脈沖共振光學激發、多重濾波技術，顯著消除了消相干效應，解決了單光子源的確定性和高品質兩個基本問題。

實驗產生的單光子源信噪比超過300∶1，二階關聯函數 ＜1.5%，光子全同性優于97%，這些技術指標使得中國在這一領域的研究躋身世界前列，為可擴展光學量子計算和基于自旋的固態量子網絡的實現奠定了基礎。

表面等離子體激元學:可重構型耦合

最近研究人員證實了一種可重構的單向耦合方案。這種方案可用于激發金屬表面的電子集體振蕩，形成所謂的“表面等離子體激元”。英國伯明翰大學Zhang Shuang教授研究組人員在一層金屬膜上實現了自由空間光子與這些表面狀態之間的高效可控耦合。這是納米級光電子回路未來發展的一項重要任務，其途徑是在玻璃襯底上施用一層納米結構的薄金屬膜。這種納米結構金屬薄膜的特點是有一個按照精心設計的方向和模式排列的矩形納米小孔陣列。這個“等離子體元表面”使光子與表面等離子體激元耦合，但同時也嚴重依賴于入射光的圓偏振狀態。因此，當圓偏振光沖擊該表面時，光的旋向性將對所形成的表面等離子體激元的傳播方向起著決定性的影響。