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2023 05.12

中科院紫金山天文台合作提出直接寻找暗光子暗物质的新方法

中国科学院紫金山天文台黄晓渊研究员与清华大学、北京大学研究人员合作提出利用射电望远镜直接寻找暗光子暗物质的新方法。相关研究成果在2023年5月2日以“利用射电望远镜直接探测暗光子暗物质”（Direct detection of dark photon dark matter using radio telescopes）为题，发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。文章被列为物理学特别推荐（Featured in Physics），并受到美国物理学会（APS）的推荐报道。　　暗物质是一种在天文观测中被发现的物质，它具有引力作用但不发光，占据了宇宙总能量的27%。对暗物质的粒子物理性质的研究是当前粒子物理和宇宙学最重要的研究课题之一。超轻暗光子作为暗物质的候选者越来越被物理学家所重视。　　在20世纪60年代初，彭齐亚斯和威尔逊在进行射电天文学研究时意外发现了一个低水平的背景噪音。后来，这个噪音被证实是宇宙微波背景辐射，是早期灼热宇宙膨胀的重要证据之一。超轻暗光子通过与光子的动力学混合，呈现出类似光子的电磁相互作用。作为弥散在宇宙中的暗物质的候选者，超
2023 05.12

中科院金属所亚纳米尺度原子级分散Ir高效催化丁烷脱氢研究取得新进展

最近，中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心刘洪阳研究员和博士研究生陈晓雯与北京大学马丁教授、香港科技大学王宁教授、蔡祥滨博士以及中科院山西煤化所温晓东研究员等团队合作，在富缺陷石墨烯表面精准构建原子级分散Ir1单原子催化剂，实现其高效催化丁烷脱氢制烯烃，并在亚纳米尺度下系统理解烷烃脱氢对金属结构的依赖性与金属组分的依赖性。近日，《自然-通讯》(Nature Communications)在线发表了该项研究成果(https://www.nature.com/articles/s41467-023-38361-4)。　　烯烃是现代化工生产高附加值化学品的重要原料。生产烯烃最直接的方法就是通过烷烃直接脱氢生成烯烃。在近30年里，以Ir钳形配合物为催化剂的转移脱氢反应和无受体脱氢反应取得重大进展。但是，受限于热稳定性，Ir钳形配合物在轻微苛刻的反应条件下就会分解，导致催化剂失活。同时，催化剂分离和循环利用问题也限制了均相催化剂的发展。因此，设计热稳定、高活性的单位点Ir脱氢催化剂仍然是一项挑战。　　在本研究工作中，研究团队在富缺陷石墨烯表面精准构建了Ir1单原子催化剂，并通过球差电镜、原位C
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在高压调控碘化铅半金属转变及光电特性方面取得新进展

近期，中科院合肥物质院固体所计算物理与量子材料研究部丁俊峰研究员团队发现二维层状半导体PbI2在压力下，半金属转变诱导的光电性能显著增强，并将光谱响应范围拓展到红外波段。相关结果发表在Advanced Optical Materials上。PbI2作为一种典型的半导体材料，凭借其良好的物理性质，成为射线探测领域的研究热点。近年来，PbI2作为钙钛矿太阳能电池的前驱体受到了广泛关注。由于带隙的限制，过去对于PbI2光电性能的研究主要集中在X射线和γ射线范围。高压作为基础热力学参量，为在不改变材料成分的前提下调控材料物性提供了有效的方法。因此，通过高压技术对PbI2的基本结构和物性进行调节，有望加深对其构效关系的理解，实现性能的提升。研究团队利用金刚石对顶砧（DAC）技术，结合光电流测量技术、超快泵浦探测、拉曼光谱、XRD、吸收光谱、电输运测量、第一性原理计算，系统的研究了PbI2在高压下的结构相变、带隙演化和光电响应行为，取得了系列研究成果。研究团队阐明了PbI2在高压下的结构相变过程，解决了对其高压相图的长期争议(Appl. Phys. Lett. 120, 052106 (2022)
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在大气棕碳气溶胶光谱特性研究方面取得新进展

近日，中科院合肥物质院安光所张为俊研究员团队在大气棕碳气溶胶光谱特性研究方面取得新进展，相关研究成果以“木材热解一次棕碳的宽光谱特征及辐射效应”为题在线发表于爱思唯尔（Elsevier）出版的Science of the Total Environment上。棕碳（Brown Carbon）是一类重要的吸光性含碳气溶胶，在近紫外到可见光范围内的吸光能力随波长变短迅速增强，对区域乃至全球的气候和辐射平衡具有显著影响。大气中棕碳气溶胶的来源复杂，包括一次直接排放和二次氧化生成，其中生物质燃烧是一次棕碳的重要排放源。受限于测量方法和手段，当前生物质燃烧棕碳的光谱特性的认识不足，导致其辐射强迫评估存在较大不确定性。团队赵卫雄研究员和刘芊芊博士等人利用自主研制的四波长宽带腔增强反照率光谱原位测量系统在线测量了不同类型木材热解排放棕碳的光谱特性（消光系数、散射系数、吸收系数，以及单次散射反照率（SSA）），气溶胶在生物质热解过程中的变化特征可以用光学参数来解释。基于多波长在线测量参数，发展了SSA光谱反演方法，获得了一次棕碳在300-700 nm范围内的宽光谱特性，并用于气溶胶直接辐射强迫的评估。
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测方面取得新进展

近日，中科院合肥物质院安光所高晓明研究员团队在静磁场法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测方面取得新进展，相关研究成果以《基于钕铁硼环磁阵列的双中红外波长法拉第旋转光谱NOx传感器》为题发表在国际TOP期刊Sensors and Actuators: B. Chemical上。　　氮氧化物（NOx=NO+NO2）处于大气化学反应的中心，影响着臭氧、羟基和过氧自由基的浓度，是形成光化学烟雾、酸雨和灰霾污染的重要前体物。同时农田、湿地等生态系统释放的NOx在全球氮循环中发挥着重要的作用。　　针对传统化学发光法在检测NOx时存在的测量速率慢，对NO和NO2缺乏选择性等问题，团队刘锟研究员，曹渊特任副研究员等人提出了一种基于钕铁硼环磁阵列的静磁场法拉第旋转光谱NOx双组分同步探测装置。通过设计单腔双光路的气体吸收池并将其与钕铁硼环磁阵列同轴耦合，从而促进两束不同波段的线偏振光与NOx分子在静磁场下的相互作用。同时，针对钕铁硼环磁阵列左右两侧与内部轴向磁场方向相反，导致部分抵消内部轴向磁场所激发的磁光信号的问题，提出吸收池的长度应小于或等于永磁体阵列的长度。通过将波长调制光谱与静磁场相结合产生了
2023 05.12

中科院合肥研究院科学岛团队在单颗粒纳米腔中真实近场增强分布的定量探测研究方面取得新进展

近日，中科院合肥物质院健康所医学物理与技术中心室杨良保研究员课题组在单颗粒纳米腔中真实近场增强分布的定量探测取得进展，相关成果发表在国际顶级期刊The Journal of Physical Chemistry Letters上。杨良保研究员团队一直从事表面增强拉曼光谱（SERS）检测方法的研究，取得了一系列研究成果。由于SERS检测技术强烈依赖于等离子体场强，在不断创新和发展SERS检测技术过程中，发现纳米尺度下的纵向近场强度分布不均(Siyu Chen, Liangbao Yang et. al., J. Am.Chem. Soc., 2022, 144,29,13174-13183）。在此研究基础上，团队发现SERS强度由于与近场强度之间的定量关系不明确，仍旧无法反应真实的近场分布。为实现对近场场强分布的全面理解，开展定量探测到真实的近场增强分布非常有必要。鉴于此，杨良保研究员课题组首次利用Stark位移而非SERS强度定量揭示单颗粒纳米腔内真实的横向近场的不均匀分布（图1左）。该研究设计并构筑了自组装单层对巯基苯甲腈分子层(SAM MBN)作为间隔层的单个纳米腔体系，通过SER
2023 04.21

中科院苏州医工所杨晓冬课题组X射线成像团队在低剂量CT成像方向取得重要进展

深度重建是目前前沿的CT成像领域，它充分利用了“深度学习+大数据+并行计算”实现了高质量、低辐射和高速度重建。在公开仿真的AAPM（美国医学物理协会）数据集上，深度学习成像方法的性能在不断取得突破的同时也在日趋饱和，其发展正逐渐面临来自真实临床成像场景应用的挑战。考虑到深度学习方法是一种数据驱动的方法，其非常依赖于训练数据与测试数据特征分布的一致性，然而，现有网络模型的构建多基于仿真的公开数据集，其噪声水平和特征分布相对单一，与复杂的临床场景相差较大，故采用仿真数据训练的模型，很难泛化到真实的临床应用。　　为解决上述的域泛化成像问题，针对不同数据间的语义和噪声分布呈现的互补特性，苏州医工所医学影像室杨晓冬课题组团队设计了基于互补学习和迁移学习的网络框架，如图1所示，将无监督的图像合成任务转化为两阶段的有监督的子训练任务，实现高质量的临床数据合成。　　利用合成的图像数据开展真实临床场景的域泛化成像实验，所提的方法可以大幅度提升现有深度学习方法在目标域的成像表现，进而验证了开展域泛化成像的必要性与可行性，具体结果如图2和表1所示。该项工作的实现有望突破现有深度重建方法的局限性，为深度跨域
2023 04.21

中科院苏州医工所康复室青年团队在Cybathlon挑战赛中获得冠军

3月29日，全球半机械人奥运会挑战赛（Cybathlon Challenge 2023）举行。作为中国的唯一参赛方，中科院苏州医工所设立线下分会场，与在美国、德国、法国、意大利、瑞士、印尼等国家的线下分会场同步直播竞技。苏州医工所康复工程室青年团队在挑战赛中获上肢假肢组别冠军。参加本次挑战赛的团队成员中，包含技术人员4人、比赛残疾人选手1人。其中参赛选手是来自苏州高新区狮山街道何山社区残疾人之家的管理员徐敏，肢体三级残疾。其他技术人员均来自苏州医工所康复室的90后年轻科技工作者，其中副研究员1人，博士后2人，博士研究生1人，负责人为博士后胡旭晖。在本次比赛中，技术团队开发了具有手部与腕部双自由度的假肢手，其依靠精确的体驱控制系统实现了对假肢手多自由度的同步快速控制，在完成竞赛中规定的抓取重物、灵巧操作等任务时，提升了任务完成速度和成功率，最终从全球7支队伍中脱颖而出，以1分45秒的成绩0失误完赛，获得第一名。CYBATHLON是苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)组织的大型国际性助残康复竞赛项目（又称半机械人仿生奥运会），旨在向全球科研机构展示最新研究成果，鼓励和支持来自世界各地
2023 04.21

中科院苏州纳米所张凯团队等Nature Materials：黑磷及其合金单晶薄膜生长

近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张凯研究员与合作者在高质量黑磷薄膜的生长制备研究中取得重要进展，首次实现了在介质衬底上黑磷及其合金的高质量单晶薄膜制备。相关研究成果以Growth of single-crystal black phosphorus and its alloy films through sustained feedstock release为题，在《自然·材料》（Nature Materials）期刊在线发表。黑磷以其高载流子迁移率、宽广可调的直接带隙、原子层范德华集成等独特性质，成为了继硅等半导体材料之后，面向下一代电子、光电子应用的重要备选材料之一。与硅基芯片依赖于高质量单晶硅的制备类似，大面积高质量黑磷二维原子晶体薄膜的制备是其走向规模化集成应用的基础。由于黑磷晶相苛刻的形成条件，薄膜生长过程中成核与成核密度难以控制，现有方法制备的黑磷薄膜普遍为多晶结构，其晶体质量难以满足高性能器件的应用需求。近年来，尽管已有一些阶段性的进展被报道，包括张凯研究员团队对黑磷薄膜生长进行了持续探索，此前通过相变诱导成核的设计成功实现了介质衬底上黑磷薄膜的成核与异质外延
2023 04.21

中科院苏州纳米所赵志刚团队AM综述：共振腔增强的电致变色材料及器件

电致变色是电致变色材料的光学特性（透射率，反射率或吸收率）在电流或电压刺激下发生稳定、可逆变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。由于其独特的低能耗和光开关特性，广泛应用于显示器、智能窗户、防眩光后视镜以及电可调光学元件等领域。然而，传统的电致变色材料和器件通常存在着诸多缺陷，比如单调的颜色变化、较长的响应时间、复杂的器件结构和较差的循环寿命等，这限制了它们在更广泛领域应用中的发展。　　光学谐振腔在现代光子学中发挥着无处不在的作用，它们具有独特的能力，可以提供强大的光学约束和巨大的光-物质相互作用。近年来，多种类型的光学谐振腔，包括等离子体腔、米氏谐振腔、法布里-珀罗腔、光子晶体腔和混合腔，被引入电致变色材料和器件中以解决传统材料及器件的固有难题。它们可以在超薄的电致变色层中产生强烈的电磁近场增强，可以将电致变色材料在电致变色过程中微小的光学常数变化转化为高对比度的颜色变化，以此实现电致变色材料及器件的多色甚至全色调谐。然而，随着多彩电致变色技术的快速发展，仍然缺乏对这些新兴的共振腔增强的电致变色材料和器件的全面概述。因此，在这篇综述中，研究者重点介绍了基于不同类型光学谐振腔

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