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2025 05.20

科学岛团队在低热效应端泵渐变掺杂Nd:YAG晶体和高亮度激光器研究上取得新进展

近期，中国科学院合肥物质院健康所医用激光技术实验室与合肥物质院安光所激光技术中心合作，在端泵渐变掺杂Nd:YAG晶体热效应研究和激光输出性能提升方面取得重要进展：通过进一步优化渐变掺杂晶体的浓度分布，成功实现了近衍射极限光束质量下的更高峰值功率激光输出，为高功率端面泵浦激光器热效应的改善和转换效率的提升提供了创新性的解决方案。相关成果发表于国际光学领域权威期刊Optics Laser Technology和Infrared Physics Technology上。增益介质的热效应始终是制约激光技术发展的关键瓶颈。传统均匀掺杂晶体因泵浦光轴向衰减吸收，在高功率泵浦下会产生显著的温度梯度和热应力等热效应，限制了应力断裂极限下的泵浦功率和激光器性能的提升。渐变掺杂晶体为解决这一问题提供了新思路，通过轴向连续提高激活离子的浓度，能够显著增加吸收长度，有效改善传统均匀掺杂晶体的热效应。本研究聚焦端泵渐变掺杂Nd:YAG晶体的热效应及其抑制，通过建立渐变掺杂晶体的数值模型，理论分析了掺杂浓度分布对晶体温度场及应力-应变场的影响，为新型渐变掺杂晶体的优化设计和生长提供了指导。本研究理论分析和实验
2025 05.20

金属所在亚纳米Ir1Cu1双原子低温高效催化烷烃脱氢研究取得新进展

在当前“双碳”政策的背景下，碱性氢氧化反应（HOR）作为氢能高效利用的重要途径，受到广泛关注。近日，中国科学院合肥物质院强磁场科学中心王辉研究员、郑方才项目研究员与安徽大学罗齐全教授合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术（ESR），开展了碱性氢氧化反应催化剂性能的研究，提出了通过Ru-O界面结构调控Ru催化剂局部电子结构的策略，实现了碱性氢氧化反应性能的提升，相关研究成果发表在Nano Letters上。Ru作为最具成本效益的铂族金属，有望替代Pt催化剂应用于碱性氢氧化反应。然而，Ru催化剂表面活性位点容易吸附电解质中的H*和OH*，这会阻碍碱性氢氧化反应中H*的解吸附过程，进而减缓碱性氢氧化反应的速率。针对这一科学问题，本研究通过MnO晶格限域Ru催化剂，构建了高效稳定的碱性氢氧化反应活性位点‌。团队借助ESR证实了界面Ru-O键的形成。这一形成优化了界面局域电子结构，导致界面Ru原子的d带中心下移‌，实现了对H*和OH*吸附的优化，从而降低了H₂O的形成能垒‌。该催化剂在0.1 M KOH电解液中展现出1.26 mA μg⁻¹Ru的质量活性，分别高于对比样品
2025 05.20

科学岛团队调控Ru催化剂局域微环境以实现高效碱性氢氧化反应

在当前“双碳”政策的背景下，碱性氢氧化反应（HOR）作为氢能高效利用的重要途径，受到广泛关注。近日，中国科学院合肥物质院强磁场科学中心王辉研究员、郑方才项目研究员与安徽大学罗齐全教授合作，依托稳态强磁场实验装置（SHMFF）电子顺磁共振测量技术（ESR），开展了碱性氢氧化反应催化剂性能的研究，提出了通过Ru-O界面结构调控Ru催化剂局部电子结构的策略，实现了碱性氢氧化反应性能的提升，相关研究成果发表在Nano Letters上。Ru作为最具成本效益的铂族金属，有望替代Pt催化剂应用于碱性氢氧化反应。然而，Ru催化剂表面活性位点容易吸附电解质中的H*和OH*，这会阻碍碱性氢氧化反应中H*的解吸附过程，进而减缓碱性氢氧化反应的速率。针对这一科学问题，本研究通过MnO晶格限域Ru催化剂，构建了高效稳定的碱性氢氧化反应活性位点‌。团队借助ESR证实了界面Ru-O键的形成。这一形成优化了界面局域电子结构，导致界面Ru原子的d带中心下移‌，实现了对H*和OH*吸附的优化，从而降低了H₂O的形成能垒‌。该催化剂在0.1 M KOH电解液中展现出1.26 mA μg⁻¹Ru的质量活性，分别高于对比样品
2025 05.20

金属所发明新型“动静双感”电荷耦合光电晶体管

随着自动导引、具身智能等前沿技术的迅速发展，机器视觉对图像采集提出了更高的要求，不仅需要精准记录静态图像，还要能灵敏捕捉场景中的动态变化。现有的动态与有源像素传感器（DAVIS）技术虽然集成了“动态事件检测”和“灰度图像采集”两种功能，但每个像素通常需要几十个晶体管和电路元件，结构复杂、功耗高、集成难度大，同时也还面临高速时钟同步等工程难题（图1）。为解决这一瓶颈，中国科学院金属研究所孙东明研究员团队提出了一种全新的“动静双感”电荷耦合光电晶体管。这种晶体管只需要一个器件单元，就能同步实现动态与静态图像信息的采集（图1）。相关研究成果以题为“A charge-coupled phototransistor enabling synchronous dynamic and static image detection”的论文，于4月14日发表在国际权威期刊《Advanced Materials》上。在这项研究中，研究团队设计了一种“上下双光敏电容”的栅极结构，上层栅极通过较厚的介电层屏蔽电子，使器件产生稳定的电流变化，用于采集灰度图像；下层栅极通过较薄的介电层让电子隧穿形成瞬态电流脉冲，
2025 05.20

金属所在兼具超高强度、耐蚀性与抗菌性能的纳米析出相强化钢取得新进展

微生物腐蚀（MIC）已成为威胁海洋工程、油气输送和医疗器械等国家重大工程领域装备安全运行的重大挑战。其中，硫酸盐还原菌（SRB）等微生物引发的局部腐蚀因其隐蔽性强、破坏性大等特点，被称为材料失效的“隐形杀手”。在强腐蚀介质、动态载荷与微生物膜协同作用的极端工况下，传统高强钢材料长期面临强度、耐蚀性与抗菌性能难以兼顾的困境。开发兼具超高强度、优异耐蚀性和高效抗菌性能的新型结构材料，已成为国际材料科学领域亟待突破的关键技术难题。针对这一重大需求，中国科学院金属研究所孙成研究员团队联合王威研究员团队及新加坡南洋理工大学Upadrasta Ramamurty教授团队，创新性地提出“析出调控—耐蚀设计—表面功能”三位一体协同设计理念。研究团队通过精确调控Cu元素在钢中的富集行为，成功构建了以Cu富集纳米析出相为核心的“力学性能-耐蚀性-抗菌性”协同增强机制，研制出具有突破性性能的新型超高强纳米析出相强化钢。该材料的创新设计体现在：（1）通过精准的材料设计和热处理工艺，实现Cu元素在钢基体中的纳米级析出相可控分布；（2）利用析出相的弥散强化效应提升材料强度的同时，通过Cu离子的缓释作用赋予材料持久
2025 05.20

科学岛团队构建瞬态乳液气凝胶新体系实现不对称超结构自组装

近期，中国科学院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部与美国加州大学河滨分校殷亚东教授合作，在新型瞬态乳液气溶胶体系的开发及不对称超结构自组装方面取得重要进展，相关研究结果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。传统乳液体系中，乳液液滴在界面张力作用下自发形成球形结构，这一特性使其在食品科学、生物医药、材料合成等领域获得广泛应用。然而，球形结构的对称性特征限制了其性能的进一步提升。在乳液体系中引入不对称性，有望显著增强结构复杂性，乃至构建出具有突破性性能的新型超结构。但如何克服表面张力的限制实现不对称形态的构建，一直是极具挑战性的热力学难题。传统方法通过嵌套多相乳液或添加复杂乳化剂调控界面张力，以形成嵌套的双重或多重乳液，但其面临乳液体系极不稳定、乳化剂易造成污染、且液滴尺寸难以微米级微缩化等瓶颈问题，这些极大限制了其后续实际应用。突破传统：瞬态乳液气溶胶新体系的构建基于上述原因，研究团队在前期提出的瞬态乳液体系上（Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 9596；Matter, 2021, 4, 1-15），创新性地提出了将两相液体雾
2025 04.13

金属所在金属材料抗循环蠕变研究上取得重要进展

疲劳是金属材料最主要的失效形式之一，尤其在承受循环应力或交变载荷的工程结构中更为突出。疲劳失效通常在应力水平远低于材料屈服强度时发生，具有突发性和隐蔽性，对工程安全构成严重威胁。其中，循环蠕变（棘轮效应）是一种更严重的疲劳变形现象，表现为非对称应力循环与非零平均应力导致的循环塑性应变单向累积，最终引发不可逆转破坏。传统高强度材料常伴随循环软化和应变局域化，二者耦合加剧棘轮效应，加速构件过早疲劳失效。因此，提高高强度金属材料的抗循环蠕变损伤能力一直是材料工程领域的一项重大挑战。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢磊研究员团队和美国佐治亚理工学院朱廷教授合作在这一科学难题方面取得重要研究进展，相关研究结果于北京时间2025年4月4日在《科学》(Science)周刊在线发布。通过在传统304奥氏体不锈钢中引入空间梯度序构位错胞结构，成功实现了高强度与优异抗循环蠕变性能的兼得：其屈服强度提升2.6倍，同时较相同强度的不锈钢及其它合金，其棘轮应变速率降低了2-4个数量级(图1)，突破了结构材料抗棘轮损伤性能难以提升的瓶颈。这种超低棘轮应变速率的实现源于梯度位错结构在非对称循环应力
2025 04.13

紫金山天文台揭示河外超轻类轴子暗物质耦合强度新上限

中国科学院紫金山天文台高能时域天文研究团组在类轴子暗物质探测领域取得进展。该团队基于“中国天眼”（500米口径球面射电望远镜，FAST）对活跃重复快速射电暴FRB 20220912A的长期偏振观测，通过分析其偏振特性变化，首次利用快速射电暴实现对河外超轻类轴子暗物质与光子耦合强度的限制。相关研究成果以《Detecting Extragalactic Axion-like Dark Matter with Polarization Measurements of Fast Radio Bursts》为题，于2025年4月1日发表在《自然》子刊《通讯物理》（Communications Physics）。作为当前最具潜力的暗物质候选粒子之一，轴子或类轴子粒子与光子的弱耦合效应会在电磁波传播过程中引发独特的“宇宙双折射现象”。该效应表现为左右旋圆偏振光相速度的差异，导致偏振面产生周期性振荡（图1），其振荡幅度与类轴子-光子耦合强度呈正相关。通过捕捉天体偏振角的周期性调制信号，可间接探测这类难以捉摸的暗物质粒子。图1. 利用快速射电暴偏振测量探测河外星系类轴子暗物质的示意图。光子和类轴子之间的
2025 04.13

科学岛团队解析富锂锰基正极材料氧氧化还原反应机制为下一代高能量密度电池研发提供新思路

近期，中国科学院合肥物质院固体所赵邦传研究员团队与中国科学院深圳先进技术研究院钟国华研究员、青岛大学李强教授合作，通过自主研制的电池原位磁性测试装置，实现了富锂锰基正极材料在首次循环过程中电子/磁结构的动态追踪，揭示了氧氧化还原反应中的关键作用机制。相关研究成果发表在Advanced Materials上。随着电动汽车和低空经济的迅猛发展，高能量密度储能器件的需求持续攀升。富锂锰基材料凭借高比容量（250 mAh/g）、宽工作电压窗口和突出的成本优势，成为下一代高能量密度锂离子电池正极材料的有力候选。与传统层状氧化物材料不同，富锂锰基材料中的晶格氧能够参与氧化还原反应，突破了仅依赖过渡金属氧化还原反应的容量限制。然而，该材料体系在电化学反应过程中常伴随晶格氧释放、过渡金属迁移和结构不可逆演变等问题，导致循环过程中放电电压持续衰减和容量保持率显著下降，这些因素严重制约了其实际应用。因此，实时追踪材料循环过程中微观结构和电子态的瞬态变化，对阐明富锂锰基材料氧氧化还原反应机制至关重要。针对传统表征手段在电子结构演化研究中的局限性，研究团队创新性地在SQUID磁性测试系统中集成了电化学性能测试
2025 04.13

科学岛团队提出基于笼目量子磁体的自旋阀新机制

近日，中国科学院合肥物质究院强磁场中心低功耗量子材料研究团队屈哲研究员、许锡童项目研究员与组合显微测试系统孟文杰副研究员，及台湾成功大学张泰榕教授等合作，提出在块材笼目单晶中实现自旋阀效应的新机制，并成功演示了基于笼目量子磁体TmMn6Sn6的微自旋阀原型器件。相关成果发表于国际期刊Nature Communications。自旋阀器件广泛应用于磁性传感中，主要由铁磁层/非磁间隔层/铁磁层三层薄膜构成。该结构通过调控铁磁层间的相对磁取向改变自旋散射强度，从而实现巨磁阻效应（GMR）。然而，这种三明治结构的自旋阀器件需通过原子级平整的外延生长、溅射沉积，或范德瓦尔斯异质结的精确机械堆叠来实现，工艺复杂且对稳定性要求极高。针对上述问题，研究团队另辟蹊径，提出利用笼目螺旋磁体中的层间阻挫磁相互作用实现自体自旋阀效应的新机制：外加磁场可将笼目螺旋磁体调控到一种特殊的平行多畴态，从而实现类似于传统自旋阀中人工多层膜结构的磁畴构型。按照这一思路，研究团队构筑了基于笼目螺旋磁体TmMn6Sn6的介观器件，通过输运实验证实其具有超过160%的GMR效应。团队进一步利用稳态强磁场实验装置超导磁体SM2搭

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