前沿动态

用于暖白光LED的新材料

发光二极管通常被称为“LED”，因其能源效率和耐久性而众所周知。但是当前的白光LED所发出的蓝冷光阻碍了LED室内照明的应用。

目前，佐治亚大学的科学家们已经研制出了世界上首例能仅用一种发光材料(或磷光体)、一个光照发射中心就能产生暖白光的LED。自然出版集团的杂志《光:科学与应用》(Light:Science＆Applications)对这种材料进行了详细的描述。

“目前，白光LED主要用于闪光灯和车灯，但它们发出的蓝冷光很不受欢迎，尤其是在室内，”佐治亚大学富兰克林艺术与科学学院及佐治亚大学工程学院物理系副教授潘正伟说。“我们发明的材料可达到暖色温，并能提供高度精确的彩色再现功能，这是以前的单一磷光体转化型LED从未展示过的。”

潘正伟解释说评估人造光的质量主要利用两个变量。相关色温是其中一个，可用于测定光的冷度或暖度，低于4 000 K的色温非常适合室内照明。(相反，高于5 000 K的相关色温发出的是蓝色光)，另外一个重要的测度是颜色复原度，即光源复制自然光的能力。高于80的显色指数对室内照明是较为理想的，而低于80的显色指数会让人觉得光的颜色不真实。潘正伟和他的同事们制造出的材料能满足以上两个“门槛”标准:相关色温低于4 000 K，同时显色指数为85。

潘正伟说，通常可利用一块涂有发光材料(或磷光体)的蓝色LED芯片获得暖白光—这里的发光材料可发出不同的光色，于是便制成了所谓的“磷基白光LED”。但是，将光源材料以精确的比例组合起来是一件既困难又耗资的事。同时，由于每种光源材料对温度变化的响应程度不同，因而所得到的颜色也常常千差万别。“单一磷光体的使用恰巧解决了颜色稳定性问题，因为这种材料的颜色质量不会随着温度的升高而发生改变，”佐治亚大学工程学院Xufan Li博士说。

为制造出新型磷光体，潘正伟和他的团队将微量的氧化铕与氧化铝、氧化钡和石墨粉混合在一起。然后，将这些粉状材料放在管式炉中，在1 450℃的温度下加热。在管式炉的真空作用下，汽态材料被吸到一块基片上，并沉积成黄色发光化合物。当黄色发光化合物被封装入灯泡中并被一块蓝色LED芯片照亮后，便形成了暖白光。

虽然这个团队的研究成果很有发展前景，但潘正伟强调，在将这种材料用于家庭、商店和学校的照明前，他们仍需克服几个障碍。首先，这种新材料的效率比目前的蓝白光LED要低得多。其次，要使这种材料的生产扩大到工业规模也有难度，因为在磷光体合成过程中即使是很小的温度和压力变化也会使材料发出完全不同的光色。

这种新型黄色磷光体的晶格结构从未见报道。研究人员们目前正在研究该化合物里的离子是如何排列的，希望通过更深入地了解该化合物的原子结构以提高其效率。“我们还有更多的工作要做，”潘正伟说，“但我们已经获得的良好色温和显色指数给我们开了个好头。”

简单方法形成阿秒脉冲

日本的科学家们已经研究出了一种可产生阿秒级光脉冲的简单方法。这种方法是由东京电气通信大学的Kazumichi Yoshii及其同事提出的。该方法涉及到使用一组薄的色散材料来控制高功率激光器的输出，从而形成一系列傅立叶变换限制脉冲。研究人员从数值角度研究了一系列不同的色散介质，包括BK7玻璃、石英玻璃、方解石和蓝宝石。他们证实:通过选择最佳的材料厚度值，就可能生成一系列像728 as这样短的变换限制脉冲。研究人员称他们的方法很有吸引力，因为该方法不需要任何特殊元素来提供负色散，而这正是众多超短脉冲形成法所面临的问题。

光子学聚合物:液体沉积光刻

制作聚合物基光子电路的光刻方案可用于制造具有较大的相对折射率差的复杂三维装置。美国大学的 Adam Urness及其同事表示:他们的“液体沉积光刻”法能快速制造具有亚微米级分辨率且相对折射率差高达0.1的毫米级结构。这种方案是将一个紫外光(365 nm)图案投射到一层液态光敏聚合物上，一经曝光，液态光敏聚合物就固化成胶状，而光强度较大的区域将拥有更高的密度和折射率。这个过程可在许多聚合物层上重复进行，以形成大而复杂的结构。这个团队已用他们的方法制造出了微型商标、波导阵列和光子晶体纤维。

用激光照射量子点获得成对光子

奥地利因斯布鲁克大学的科学家借助微型半导体结构，用激光照射量子点首次获得了成对的光子。这一成果可进一步推动量子的应用研究，并可用于量子计算机的开发。

据奥地利新闻社近日报道，量子点是准零维的纳米材料，由少量的原子构成。单个原子很难被“固定”，而量子点比较容易“被集成到半导体芯片中”。研究人员在实验中采用了砷化铟中的量子点。这种量子点每个由约一万个原子组成，由于其特殊的结构，它们的活动与单一原子十分相似。

研究人员首先用液态氦对嵌入在一个微型半导体结构中的量子点进行冷却，然后用激光照射以提高电子能量状态，最终能量便以光子形式得到释放。因斯布鲁克大学实验物理研究所专家魏斯说，目前，科学家们已经能够有意地从一个量子点中得到成对光子。研究人员还尝试将量子点与激光器集成在一个芯片上，从而可很方便地产生成对光子。成对光子在量子研究中有着很好的应用前景。

这一研究成果已刊登在近期《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上。

用单根纳米线提高聚光强度

据物理学家组织网近日报道，一个来自丹麦和瑞士的联合研究团队已经证明了单根纳米线可聚集的太阳光强度能达到普通光照强度的15倍，这一令人惊讶的研究成果在开发以纳米线为基础的新型高效太阳能电池方面潜力巨大，有可能使太阳能转换极限得以提高。相关论文发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)杂志上。

纳米线的结构为圆柱状，直径约为人类发丝的万分之一。纳米线具有独特的物理光吸收性能，有预测认为其在太阳能电池以及未来的量子计算机和其他电子产品的开发方面具有广阔的前景。近年来，丹麦哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所纳米科学中心和瑞士洛桑联邦理工学院的科学家一直在探索如何开发纳米线晶体并改善其质量。

他们的研究发现，纳米线能够将太阳光自然聚集到晶体中一个非常小的区域，聚光能力是普通光照强度的15倍。由于纳米线晶体的直径小于入射太阳光的波长，可以引起纳米线晶体内部以及周围光强的共振。该研究的参与者、刚刚获得尼尔斯·波尔研究所博士学位的彼得·克洛格斯特拉普解释说，通过共振散发出的光子更加集中(太阳能转换正是在散发光子的过程中实现的)，这有助于提高太阳能的转换效率，从而使得基于纳米线的太阳能电池技术得到真正的提升。

典型的太阳能转换效率极限，也就是所谓的肖克利·奎伊瑟效率极限(Shockley-Queisser Limit)，多年来一直是太阳能转换效率的瓶颈，但现在看来，这项新研究很有可能使这一转换效率极限提高几个百分点。

对研究人员而言，能够突破理论极限无疑是令人兴奋的。几个百分点听上去虽然不多，但却会对太阳能电池的发展、基于纳米线的太阳能的利用以及全球的能源开发等产生重大影响。不过，克洛格斯特拉普表示，纳米线构成的太阳能电池投入产业化还需要等几年时间。

可将超声波转换成光信号的新型超材料

传统超声技术主要依靠将超声波转换成电信号来产生图像。几十年来，这种技术已经取得了很大的进步，但带宽和灵敏度的限制一直是超声技术产生高质量诊断图像的主要障碍。

如今，科学家获得了更加清晰的超声图像，这要归功于一种新型超材料。这种新型材料由伦敦国王学院、德克萨斯农工大学、贝尔法斯特女王大学和马萨诸塞大学卢维尔分校的科学家联合研制，可将超声信号转换成光信号，为生物医学应用提供高清晰度图像。由于信号的光处理不会限制转换器的带宽和灵敏度，因而不受带宽和灵敏度的限制。这项研究成果发表在《先进材料》(Advanced Materials)杂志上。

这种超材料由嵌入在一种被称作聚吡咯的聚合物中的金纳米棒构成。光信号进入材料，与之相互作用，在穿过材料之前，被随后传入的超声波改变。接下来，探测设备读出改变后的光信号，分析其特性的变化以产生更高分辨率的图像。

“高带宽可实现对声波距离变化的高精度采样。更高的灵敏度则能够让使用者看到更深处的组织，产生的视觉效果更为详细。”伦敦国王学院物理系博士Wayne Dickson说，“在不牺牲灵敏度的情况下，我们可以将工作频率从0提高到150 MHz。目前的技术通常在50 MHz左右就会遇到灵敏度大幅度下降的问题。这意味着，在转换器带宽的情况下，这种超材料能够有效地将声波转换成光信号。”

虽然这项研究还未准备与超声技术集成在一起，但是Dickson和他的研究小组已经成功验证了使用这种新型材料如何大幅改进传统技术。

Dickson说:“我们研究成果的潜在价值是非常令人兴奋的。到目前为止，最灵敏的超声探测器虽然是基于传统的光学材料，但仍然会受到带宽的限制，而且由于光学对准要求极为严格，很难将其设计成一个真实可用的设备。相反，我们的材料比较容易集成，这预示着新一代超声传感器的到来。”

速率提高350倍的新型光开关

当前，普通电子开关的工作频率为4 GHz，荷兰特温特大学和法国纳米科学与低温工程研究所的科学家开发出了一种半导体平面微腔开关，实现了1.4 THz的重复率开启和关闭操作，速率提高了350倍，相关成果发表在《光学快报》(Opt.Lett.)上。

研究人员在砷化镓和砷化铝层中构造了空腔，并使用1 284.1 nm的探测光测量其谐振频率。

实验中，研究小组使用两个由近红外钛宝石激光抽运的光参量放大器，将探测光束和触发光束射入微腔中。触发光束产生电克尔效应，在亚皮秒时间量级改变了空腔材料的折射率。研究人员将触发光束的波长延长到2 400 nm，以减少空腔内的双光子吸收。据估计，空腔只吸收了百万分之一的入射光。

据作者所言，空腔存储时间大约为300 fs，决定了开关速率的基本“速率限制”，这种现象不依赖于微腔的几何结构。

除了超快片上光子调制，这种新型开关可能会应用于空腔量子电动力学的基础研究，并且，有望大大提高未来通信系统甚至量子计算机的运行速率。

破解深紫外线LED应用难题

厦门大学物理与机电工程学院康俊勇教授研究组通过在高铝组分氮化物深紫外线发光二极管(LED)表面覆盖一层超薄铝膜，从而破解了制约这一发光器件得以更广泛应用的“光抽取效率”难题，为未来此类器件在医疗、环保、军事等领域的产业化应用开启了新的方法和思路。日前，这一研究成果刊登在《自然》出版集团旗下涵盖自然科学所有领域的在线开放刊物《科学报道》(Scientific Reports)上。

所谓深紫外线，是指波长＜280 nm的紫外线。这种光源可在水及空气净化、疾病治疗、信息技术等领域发挥独特作用。长期以来，受限于高铝组分氮化物本征特性和制备工艺，从发光二极管抽取深紫外线的效率非常低，这也就意味着，电转化为可用光的部分很少，造成了“光能”的流失，大大制约了深紫外线发光二极管的更广泛应用。

经过几年攻关，课题小组副教授黄凯与博士生高娜等成员借用一个超薄铝膜破解了这一难题。课题组在一个深紫外线发光二极管表面镀上一层仅有5 nm的超薄铝膜时发现，这层铝膜不但没有像传统镜子一样将器件发出的光更多地反射回去，反而巧妙地将器件向侧面射出的光收集起来，穿过铝膜层，并神奇地从正面射出，从而提高了光抽取效率。

裸眼观看3D图像的新技术

近日，美国帕洛阿尔托惠普(HP)实验室的研究人员发明了一种新的3D技术，利用该技术，影视观看者不仅不需要佩戴特殊的眼镜，而且还可以实现多角度观看。这项技术的进步将推进移动3D设备以及电视的发展。

由于电视在2D屏幕上显示图像，因此，若想让人们从3个角度观看，成像技术必须使每只眼睛接收到的图像略有差别。多年来，科学家发明了无数的技术以实现该目标。其中最为人熟知的可能就是让看电影的人佩戴红绿眼镜的方法—每只镜片会过滤掉特定的部分图像。若想不佩戴眼镜就看到3D图像，工程师们必须控制显示器上每个像素的光线走向，以此使观众的眼镜接收到不同的光模式。

目前，可实现该种控制的黄金标准是全息摄影术。然而，全息摄影很昂贵，而且只能用于静态图像，不能用于动态视频。近些年，研究人员开发出了其他一些技术，但这些技术会降低分辨率，或者只有在固定的位置才能实现真正的3D图像，这就要求观众必须坐在距屏幕一定距离和角度的地方观看。

为克服这些局限，物理学家David Fattal领导下的HP实验团队，使用标准计算机芯片创建了一个被称为“衍射光栅”的光元素阵列，从而可精确地控制显示器上每个像素的光线走向，并使用液晶来调节每个点释放的光的颜色。该技术可以实现高分辨率的视频，观众从14个不同的观看区域都可以看到完整的3D图像。研究人员将该成果发表在近期《自然》(Nature)杂志网络版上。

然而，英国剑桥大学的计算机科学家Neil Dodgson表示，这项技术并不一定会取得商业成功。Dodgson在《自然》上的一篇评论中写道，这项技术仍需要克服一系列制造过程中的障碍，而且工程师们必须发明一种可以捕捉14～64种不同图像的摄影机，并将其用于3D电视，才能实现这项技术的进一步推广。

显著改善太阳能电池效能的新技术

据物理学家组织网近日报道，加拿大科学家开发出一种可显著改善太阳能电池效能的新技术，该技术在近红外光谱区可使太阳能转换效率提高35%，总体转换效率(全光谱)由此增加11%，从而使量子点光伏成为替代现有太阳能电池技术的极佳候选者。相关论文发表在近期《纳米快报》(Nano Letters)上。

量子点光伏电池可提供低成本、大面积太阳能电力，但该器件在太阳光谱的红外段效率不高，而红外段占据了到达地球的太阳能的一半。加拿大多伦多大学工程学教授泰德·萨金特及其研究小组提出，通过频谱调谐和溶液处理的等离子纳米粒子，可对光的传播和吸收提供前所未有的控制能力。

胶态量子点具有两大优势:首先是更廉价，因为它们降低了每瓦电力产生的成本，但更主要的优势在于，只需简单改变量子点的大小，就能改变吸收光谱。其次是由于可调谐是等离子材料的属性，通过改变等离子粒子的大小，研究人员就能将这两种重要纳米粒子的吸收和散射光谱重叠起来。

萨金特研究小组通过将金纳米壳直接嵌入量子点吸收膜提高了太阳能电池的效率，他们下一步将寻找利用更廉价的金属来达成相同的目标。美国加州大学纳米系统研究所所长保罗·维斯认为，该项研究的重要性在于展示了通过调节纳米粒子特性来提高太阳能电池效率的潜力。

美妙的多结涡流环

经历了一个世纪的复杂数学研究后，物理学家能够将任何东西打成结，其中包括他们自己的鞋带和无形的水下漩涡。如今，他们可以依靠3D打印和来自动物王国的灵感，打结更多东西。

物理学家一直相信涡流能够打成结，即使他们从未在自然界或实验室里发现过这种情况。于是，美国芝加哥大学的物理学家们下定决心要最终创造出一个多结的涡流环。他们设计了一只翅膀—酷似巧妙缠绕的缎带，并使用3D打印赋予其生命。

他们将自己的杰作浸入水中，并在其周围用电流制造了许多微小气泡，通过猛地拉动其边缘，使其尾迹留下了一个类似形状的涡流。向心力将气泡牵引到涡流的中心地带，于是看上去似无形的结状结构展现出来，接着科学家们看到了它是如何贯穿液体进行移动的—这一整套想法均受海豚玩气泡圈的网络视频(Youtube)的启发。

利用贯穿气泡照明涡流的激光束，并由高速相机行连续拍图，研究人员完成了首个有关这种难以琢磨的结如何运动的3D动画，他们在近期的《自然-物理学》(Nature Physics)期刊上发表了该研究成果。在数百毫秒内，大部分结优雅地解开了。

虽然这是科学家首次看到自己打结的漩涡，但是他们认为在自然界的很多地方也可能存在类似 结构，这也包括太阳的表面。有能力定制并按指令操纵这些流动的结将帮助人们更好地理解不同类型湍流的神秘的拓扑学效应。

可窥测人体细胞的超级纤细内窥镜

据国外媒体报道，内窥镜从根本上改变了医学治疗，医生能够使用一个微型相机附在线绳粗细的连线末端，无需做大手术便能窥探患者身体内脏器官。目前，美国斯坦福大学研究人员研制一款新型内窥镜，这是迄今世界上直径最细的内窥镜，甚至能够探测到患者体内的单个细胞。

针头粗细的内窥镜可拍摄到单个癌细胞和病变器官，这将避免使用较大直径内窥镜进入人体带来的伤害，例如:大脑组织。同时，这个超级纤细内窥镜形成的伤疤会比腹腔镜形成的伤疤更小。

常规内窥镜都是采用多重光导纤维制成，它们能够照亮人体病变区域，并记录图像返回到观测者。内窥镜中纤维数量越多，图像的清晰度就更高，但是较多的纤维束将使内窥镜变得更粗。

斯坦福大学的卡恩带领的一支研究小组使用一个多模光纤建造了内窥镜，多模光纤能够沿着多种不同路线携带光线，研究小组的观点是使用单个纤维照亮物体并实现传输数据，这项技术存在的挑战是信息干扰，因为光线将沿着不同路径传输。

为了避免信息干扰，卡恩带领研究小组建造了一种装置—空间光线调制器，该调制器能够以随机路径持续发送激光束至光纤，由于采用随机路径，一旦光线离开光纤，将形成散斑图像，一些光线则反馈至光纤。

研究小组设计了一个计算机程序能够分析反馈至光纤的散斑图像，并使用它们形成一个图像。这项技术提高了图像的分辨率，远超出之前的预期，它能够观测到单个细胞大小的物体。

卡恩在新闻发布会上指出，他已发现内窥镜在成像方面的诸多应用，当他们在人体内进行手术时能够研究细胞的详细状况。

太阳能转化效率路线图

自“人造树叶”概念提出以来，科学家一直对其寄予厚望，希望它最终能带来一种廉价的自控制系统，为发展中国家的数十亿人口提供电力。据物理学家组织网近日报道，美国麻省理工学院(MIT)的一个研究小组对“人造树叶”系统的效率限制因素进行了详细分析和再设计，使其更接近现实，并有望实现一种实用、廉价的商业化样机。相关论文发表在美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。

“人造树叶”系统结合了两种技术:一是标准硅太阳能电池，将太阳能转化为电力;二是连接电池两边的化学催化剂。二者结合就成为利用光电流把水分解为氢气和氧气的电化学设备，产生的氢气可通过燃料电池或其他设备再用于发电。在这一系统中，光伏系统和电化学系统的性能都是确定的，因此，二者结合起来的效率也是可以预测的。

在论文中，研究人员描述了他们设计的一个框架，指导人们怎样把太阳能电池的输出功率和电化学反应系统更有效地结合，提出了更经济地利用现有太阳能电池技术(如硅或碲化镉)的方案，并确定了一些效率限值。“这是一份相当全面的分析，调查了目前市场上已有技术所能做到的最好情况。”MIT博士后马克·温克勒说。

研究小组曾于2011年首次展示他们的“人造树叶”，但当时的转化效率不到4.7%。新研究是对当初“概念性论证”的继续。MIT机械工程副教授托尼奥·博纳西斯表示，根据最新分析，使用晶体硅等单一带隙半导体，结合钴、镍基氧化催化剂，最大转化效率可能达到16%或更高。

“我们也很吃惊。”温克勒说，传统观点认为，硅太阳能电池的特点严重限制了它们分解水的效率，但事实并非如此。提高"太阳能－燃料"转化效率的关键是把合适的电池与合适的催化剂结合，这就需要一份路线图，指导人们怎么配对才能达到最优。博纳西斯表示，用他们设计的框架进行模拟，以传统硅电池为基础的系统，最大效率限值约为16%;而对砷化镓电池系统来说，效率限值可达到18%。

论文作者之一、前MIT研究生卡珊德拉·科克斯说:“该论文的重要意义在于描述了现有的所有这类技术以及我们把这些技术结合起来的效果。它还指出了所有要面对的挑战，研究人员可以通过实验单独分析这些不利因素。”

比如标准硅太阳能电池产生的电压约为0.7 V，而水分解反应需要1.2 V以上的电压。解决方案之一是把多个电池串联起来。虽然电池接口会损失能量，但也不失为一个有前景的研究方向。另一个不利因素是水本身，电子必须穿过整个电路，这会产生电阻，一种提高效率的方法是降低溶液电阻，这可以通过“一些技巧”来实现，例如用内插板来减小反应两边的距离。

量子真随机数发生器研究的进展

近期，北京大学信息科学技术学院郭弘课题组已在真随机数发生器研究领域取得了一系列研究成果。例如，通过对离散型和连续型量子随机源的持续研究，在随机源的建模分析、信号采集手段、数据后处理方法和随机性统计检测等方面均形成了理论和技术的积累。经过不断探索新型超大带宽量子光源，课题组发现超亮发光二极管在噪声的量子不确定性和探测技术易实现性方面都有良好的性能;结合快速采样技术和新型数据后处理方法，实现了速率达到1 012 bit/s的超高速真随机数序列的产生。研究成果通过了国际标准统计检验包和自主设计的创新型统计检验包，在国际真随机数发生器领域创造了一个纪录。

量子真随机数发生器是利用量子现象本质的不确定性，通过对物理源的信号采集和数字化技术来输出高速超长的随机数序列。与通过算法复杂度在计算机上生成的伪随机数不同，真随机数即使在拥有无限计算资源和量子计算机的情况下，也不会被成功预测，其优良的不确定性和不可预测性在众多领域中有强烈的应用需求。

最近，郭弘课题组致力于量子真随机数发生器设计研制中细节问题的研究，在数据后处理方法的评估，将量子贝尔不等式与随机性相结合，以及用物理方法进行随机性检验等方面做出了初步成果。

纳米纸有机晶体管问世

近日，同济大学材料科学与工程学院黄佳教授、美国马里兰大学材料科学与工程系Hu Liangbing教授等共同完成的研究论文《全透明可弯曲纳米纸晶体管》发表在纳米科学技术领域权威期刊《ACS Nano》上。

“透明化、可弯曲是电子产品未来发展的两个重要方向。这一成果最大的创新点是将全透明、可弯曲、可降解这几大功能和特性同时整合在一个器件上。”黄佳介绍说，如果将电子产品做在塑料上，虽然可弯曲也透明，但无法降解，最终会产生大量电子垃圾;而要将电子产品做在纸张上，则面临不少困难，对相关技术和制备工艺提出了挑战。

黄佳介绍说，研究团队将普通造纸所用的木浆纤维特殊处理，使其尺度达到纳米量级。如此制作出来的“纳米纸”可有效减少对光的吸收和散射，不仅变得透明，而且其表面如塑料一般光滑，这为接下来在它上面制备性能优良的晶体管奠定了重要基础。以这一新型“纳米纸”为衬底材料，研究团队在它上面逐层制备出由碳纳米管、绝缘层、有机半导体组成的透明度高达84%、可弯曲的晶体管。实际的性能测试表明，即便将整个器件以3.5 mm的半径弯曲起来，它上面的透明晶体管仍能保持优良的工作性能。

“‘可溶性’是有机半导体材料的一大优点，这不仅使得通过全打印方式来制备器件成为可能，也会大大降低电子产品的成本。”黄佳表示，“或许在不久的将来，人们就能利用可再生资源印刷出透明可弯曲的电子设备，类似于电影《哈利波特》中‘魔法报纸’的纸质电子产品就会出现。从理论上说，这将是迈向环保纸质电子产品的第一步。”

在磁性环境中产生孤子

美国北卡州立大学近日表示，科学家成功地在磁性环境产生了孤子(soliton)。35年前，科学家便建立了有关孤子的理论，并认为它在打造磁性环境下基于自旋的计算机方面具有重要意义。

孤子也称孤立波，是一种特殊形式的超短脉冲，在小范围的空间内能保持自己的大小和动量。科学家已证明:由光构成的孤子(光孤子)能用于长距离高速信息传递。然而，虽然科学家相信存在孤子，但是在磁环境中，他们从来没有观察到孤子。

北卡州立大学数学家马克·霍耶费尔通过建立数学模型向人们展示了孤子的表观特征。随后，当瑞典物理学家约翰·阿科曼和研究生马基德·莫森尼发现自己的实验数据与霍耶菲尔的数学模型相符时，他们决定要确认磁性孤子的存在。

所有的电子以自旋的形式拥有角动量，如同旋转的陀螺。角动量使电子自旋轴指向特定的方向。在磁场内，每个电子像陀螺那样自旋且它们的自旋几乎相同。研究中，阿科曼等人使用纳米导线将微弱的直流电流导向磁铁，为磁场中的电子群引入了能量，改变了电子的自旋，形成了旋进，或者说是像陀螺出现旋转轴不再与地面垂直的状态，结果产生了微小的旋转磁微滴，也就是形成了孤子。

通过测量电子旋进的频率，科学家能够探测到孤子的存在。在探测的过程中，他们观察到了孤子独一无二的“签名”—能量输出大跳跃的频率显著下跌，验证了他们的实验取得了成功。霍耶菲尔表示，这些孤子被称为"耗散"，因为磁场需要消散电子旋进的能量。磁场通过平衡直流电源引入到磁性系统的能量和输出到系统外的能量来保持自己的稳定。

除了展示孤子存在外，科学家还发现了孤子某些有趣的特性，包括振荡运动以及周期性变形。相关的研究结果发表在《科学》(Science)杂志上。

紫外光响应杂化太阳能电池

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能电池是高效开发利用太阳能的关键。目前所开发的太阳能电池主要利用可见光，而光子能量高的紫外光很少得到利用。由于紫外光响应的太阳能电池目前还未见报道，开发紫外光响应的太阳能电池对光伏电池和光电器件的理论研究和实际应用都具有重要意义。

最近，华侨大学环境友好功能材料教育部工程研究中心吴季怀课题组研制出一种基于二氧化钛/聚 3-己基噻吩(TiO2/P3HT)异质结的杂化太阳能电池，这种无机-有机杂化太阳能电池构造简单，制作容易，在紫外光辐照(标准光强)下其光电转化效率为1.28%，紫外光响应的杂化太阳能电池的成功研制将拓展太阳辐射的应用领域，具有重要意义。该研究成果近日已经发表在《Nature》子刊《Scientific Reports》杂志上。

吴季怀课题组多年来积极开展新型薄膜太阳能电池研究，2012年又取得新进展，全钛基背投式柔性太阳能电池和基于掺杂稀土光电材料的太阳能电池等研究成果已先后发表在《Advanced Materials》、《Advanced Energy Materials》、《ChemSusChem》、《Journal of Materials Chemistry》等杂志上。

世界最佳单光子源

近期，英国《自然》子刊《自然-纳米技术》发表了中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等人关于量子点脉冲共振荧光确定性高品质单光子源的研究工作，这是我国量子点光学量子调控领域发表在《自然》系列期刊上的首篇论文。

量子点是一种通过分子束外延方法制备的纳米晶体，又被称为“人造原子”，可以为量子保密通信和光学量子计算提供理想的单光子源。此前，美国加州大学、斯坦福大学和英国剑桥大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源。然而，由于单光子发射时间抖动、激子退相干等因素，不可避免地引起光子品质下降，光子全同性只能达到70%左右，无法进一步应用于可扩展量子信息处理。

要发展能够真正实用化的光量子信息技术，关键技术之一是实现确定性的高品质单光子源。为此，微尺度物质科学国家实验室的潘建伟、陆朝阳等人在国际上首次发明了量子点脉冲共振光学激发、多重滤波技术，显著消除了消相干效应，解决了单光子源的确定性和高品质两个基本问题。

实验产生的单光子源信噪比超过300∶1，二阶关联函数 ＜1.5%，光子全同性优于97%，这些技术指标使得中国在这一领域的研究跻身世界前列，为可扩展光学量子计算和基于自旋的固态量子网络的实现奠定了基础。

表面等离子体激元学:可重构型耦合

最近研究人员证实了一种可重构的单向耦合方案。这种方案可用于激发金属表面的电子集体振荡，形成所谓的“表面等离子体激元”。英国伯明翰大学Zhang Shuang教授研究组人员在一层金属膜上实现了自由空间光子与这些表面状态之间的高效可控耦合。这是纳米级光电子回路未来发展的一项重要任务，其途径是在玻璃衬底上施用一层纳米结构的薄金属膜。这种纳米结构金属薄膜的特点是有一个按照精心设计的方向和模式排列的矩形纳米小孔阵列。这个“等离子体元表面”使光子与表面等离子体激元耦合，但同时也严重依赖于入射光的圆偏振状态。因此，当圆偏振光冲击该表面时，光的旋向性将对所形成的表面等离子体激元的传播方向起着决定性的影响。