前沿动态

新型二维激光为下一代光子器件铺平道路

美国伯克利实验室的研究人员声称已获得了一种可用于在未来开发超紧凑型设备的新型二维激光。据称，此项发明已为新一代超紧凑型光子与光电子器件铺平了道路。

研究人员通过使用二硫化钨单分子层和一个谐振器创造出二维激光，即一种在可见光波长范围的激子激光，并把单分子层固定在特殊的谐振器上。该研究成果已被发表在近期《自然光子学》期刊中。

在纳米技术世界里，二维过渡金属二硫属化物（TMDCs）被认为是一种能为电子的传递提供高效率的半导体，而且速度比硅更快。天然带隙的存在使得TMDCs的电导能被打开或关闭。因此，TMDCs被认为是在器件制造方面比石墨烯更好的材料。

二硫化钨则被认为最有前途的一种TMDCs。在被用于激光器以前，单分子层中的二硫化钨从来没有被使用过。伯克利实验室的研究人员表示，他们为等离子体和电磁波创造出一种在金属表面回转的回音壁微腔。通过采用这种技术，团队实现激光发射目标。

现在，研究人员希望他们的研究成果在未来能发挥作用。他们表示，新的二维激光技术可用于数字信息编码中。

南京大学成功研制等离子体偏光器

南京大学研发团队研制成一种等离子体偏光器，这种偏光器能利用一束入射光生成多束具有各种偏振状态的光。通常，基于等离子体的偏光装置比传统的偏振控制装置薄，但功能不如传统的偏光装置强。目前，南京大学的祝世宁院士及其同事已制造出了一种能以可控方式产生、输出多束不同偏振状态光的等离子体装置。该装置基于表面等离子体平面场干涉，在金属表面形成近场偏振状态。这些科学家们通过利用此装置把一束入射光变成了8束具有不同偏振状态（2束线形，2束圆形，4束椭圆形）的光，证明了这种装置的有效性。此方法为实现光偏振的完全控制提供了新途径。相关的研究成果发期刊《Light：Science＆Applications》杂志上（Light：Science＆Applications，2015，4，e330；doi：10.1038/lsa.2015.103）。

在超材料中发现手性表面波

英国伯明翰大学Shuang Zhang教授及在中、英、美三国的研究人员在双轴双曲线超材料和电介质的界面观察到了一种新型的手性表面波。这种表面波会因电介质的折射率不同显示出凸面、凹面或者平面的波前。对于特定折射率的电介质，其色散曲线几乎是平坦的，这增加了产生自导引表面波的可能。重要的是，这种表面波多数是椭圆偏振的，旋转方向和传播方向有关，这使得表面波的自旋控制激发成为可能，并可以应用在集成光路上并改进其功能。这项发现在经典或量子光学信号通信和处理中都有潜在的应用前景。相关的研究成果发期刊《Light：Science＆Applications》杂志上（Light：Science＆Applications，2015，4，e328；doi：10.1038/lsa.2015.101）。

局域模超亚波长成像

一种可实现局域光子模的超亚波长相敏成像的纯光学方法现已开发出来。这种方法把扫描近场光学显微镜学与共振散射光谱学相结合，以监测光子晶体纳米腔内法诺（Fano）共振谱线形状的空间变化。Niccolò Caselli与在意大利、美国、英国和荷兰的同事利用这种方法，实现了光学局域态密度（LDOS）的λ/19空间分辨率（其中λ为波长）。这种方法可应用于由任何一种材料组成的谐振器和格外宽的光谱范围，而且还免去了由探针诱导微扰带来的麻烦。这个演示过程为研究各种纳米光子/纳米等离子体谐振器内部局域模的电气LDOS及相分布提供了新方法。相关的研究成果发期刊《Light：Science＆Applications》杂志上（Light：Science＆Applications，2015，4，e326；doi：10.1038/lsa.2015.99）。

超大尺寸单晶钙钛矿晶体制备成功

近日，由中科院大连化物所刘生忠研究员带领的团队与陕西师范大学合作，利用升温析晶法，首次制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体，尺寸达到71 mm。这是世界上首次报道尺寸超过12.7 mm的钙钛矿单晶。相关成果在线发表于《先进材料》期刊上。

近年来的研究发现，具有钙钛矿晶体结构的甲氨基卤化铅材料CH3NH3PbX3（X＝Cl，Br，I），在光伏材料、激光材料和发光材料等方面展现出极大的应用价值，成为国际上材料研究的热点之一。

刘生忠团队发展了大尺寸钙钛矿单晶生长方法，并成功制备出超大尺寸单晶钙钛矿CH3NH3PbI3晶体，尺寸达到71 mm。通过室温下的高分辨X—射线衍射、光学测试，发现CH3NH3PbX3（X＝Cl，Br，I）钙钛矿晶体材料具有很高的结晶质量和更好的光吸收范围（相较于薄膜样品），并首次发现它在402 nm处的发光峰。此外，它比薄膜材料具有更高的热稳定性。

《先进材料》的一位主编高度评价这项工作：该论文首次报道了尺寸大于12.7 mm的钙钛矿单晶。钙钛矿单晶显示了更好的热稳定性、更宽的光吸收范围、较低的空穴浓度以及较高的载流子迁移率。可以预期采用单晶制作的钙钛矿太阳能电池可以获得更好的光电转换效率；同时由于晶体的完整性和较少的缺陷，单晶器件也具有更佳的稳定性。这位主编说，由于单晶材料是现代半导体工业、电子工业和光电工业的基础，具有优良性能的钙钛矿单晶材料有可能实现对多晶钙钛矿基器件的革新，推动光电器件的新一轮革命。

光刺激替代电刺激非侵入式心脏起搏器或将问世

光刺激替代电刺激非侵入式心脏起搏器或将问世。不用植入任何装置，只需用激光照射就能控制心脏跳动的节奏。这不是什么魔法，美国科学家在果蝇身上让它成为了现实。

所有的心脏起搏器都基于这样一个事实，每一次心跳都是由经过心肌细胞的电脉冲引起的，心脏的收缩让血液在机体内保持循环。植入式心脏起搏器用电极向心脏组织提供一个稳定的脉冲，让有问题的心脏保持规律的跳动。

在一项实验中，科学家用蓝色激光照射一只经过麻醉的果蝇，能让其心率与激光脉冲的节奏保持一致，以每秒10次的速率跳动。研究人员发现，该技术不但能放慢或加快果蝇的心率，还完全适用于包括幼虫、蛹和成虫在内的果蝇生命周期中的所有形态。随后进行的安全检测则证实，该技术不会伤害果蝇，也不会对其心脏发育带来任何可观察到的不利影响。研究人员称，这种以光为基础的非侵入性技术，未来或能成就新一代心脏起搏器。相关论文发表在数字化开放获取杂志《科学进展》上。

该项研究以黑腹果蝇为研究对象，因为在心脏早期发育阶段，它们与脊椎动物存在很多相似之处。研究人员首先从藻类中提取出一种光敏蛋白基因，培育出含有这种蛋白的果蝇，而后通过激光从外部照射的方式，激活含有光敏蛋白的心脏细胞。这种光敏蛋白被命名为channelrhodopsin-2，一旦其接触到蓝色激光，就会引起心脏收缩。

负责此项研究的美国利哈伊大学生物工程学助理教授周超（音译）指出，与传统心脏起搏器相比，光刺激有着无法比拟的优势：这种非侵入式技术只会触发目标细胞，而电动起搏器则须通过外科手术植入，电脉冲不仅会作用于心脏细胞，也会影响其他组织。

动起搏器则须通过外科手术植入，电脉冲不仅会作用于心脏细胞，也会影响其他组织。

研究人员称，由于人类和果蝇有80%的同源基因，以果蝇为基础的研究将对今后针对人类的研究带来便利。未来借助这种技术或能开发出新一代以激光为基础的心脏起搏器或其他肌肉刺激装置。当然在此之前，还有很长的一段路要走。

麻醉的果蝇一动不动的躺在显微镜载片上，科学家对着它的腹部发射了蓝色激光。激光没有伤害果蝇，激光脉冲以每秒10次的节奏发射，而果蝇的心脏也以每秒10次的速度精确同步。研究人员在《Science Advances》期刊上报告了他们发明的光学起搏器。

传统的起搏器是基于心脏是一个发电器官这一事实，电脉动流过心肌细胞，触发了心跳，心脏的收缩将血输送到各处器官。植入式的电子起搏器使用电极向心脏组织稳定传输电脉冲，帮助有问题的心脏维持固定的节奏。

光学起搏器利用的是光遗传学（Optogenetics）技术，使用激光脉冲触发心肌细胞收缩。领导这项研究的是Lehigh大学的助理教授Chao Zhou。他表示将这项技术运用于人类还有很多挑战需要解决。

超快激光开启储存新纪元

当今，DVD和蓝光盘使用纳秒脉冲激光在不同原子状态—各种晶体和非晶体结构下的相变材料（PCM）上刻录信息。为了更加全面地理解这些状态变化时标，并提升数据刻录的速度限制，加州理工学院的研究者们采用了超快电子晶体（UCE：Ultrafast Electron Crystallography）技术来直接监测PCM的瞬态原子构型。

当今，纳秒激光在纳秒级时间内把相变材料从有序的晶体转变为非晶态（从数字数据“0”变为“1”）。然而，在飞秒时间度运行的超快激光则可以探索PCM转变是受激光速度限制还是受根本相变材料物理性质限制。

本次UCE实验中，晶体碲化锗（GeTe）—典型相变材料的纳米薄膜—被飞秒激光脉冲照射，紧接着又被电子超短脉冲照射。因为激光使晶体结构转为非晶态，电子束被散射为电子衍射图样，从而显示原子结构“图”。通过监控衍射图案作为初始激光脉冲和探测电子脉冲之间的延迟时间功能，有可能探测物质原子标度行为的演化，在空间和时间维度提供一个高空间和时间分辨率的4D形象。

就GeTe而言，晶体菱形结构并不立即转变到非晶态；菱形结构过渡到中间立方结构需要12 ps。在更长的时间尺度上—几百皮秒—纳米薄膜加热达到平衡，方可实现非晶态，只要系统处于高能量激发状态并快速淬火。

超快电子结晶技术一般用于探索相变材料在从晶体向非晶体转变过程中的状态。飞秒激光脉冲和超短电子脉冲用于以4D（空间和时间）形式恢复GeTe纳米薄膜的动力。中间立方结构是第一次在试验中被观察到，可以为确定这些材料性能限度起重要作用。

中间立方阶段的存在是首次在加州理工学院实验被观测到，并只能通过使用UCE方法的高原子灵敏度实现观测。这些结果同样可以为PCM提供更清晰的概貌。因为数据刻录依靠两种清晰定义的原子阶段，另外中间结构（最终非晶态的前兆）限制了晶体至非晶态过渡时间，并相应限制了数据刻录的潜在速度，不管激光速度有多快。

“仅仅由于这些相干材料的物理性质，即使采用比飞秒还快的激光，晶体向非晶态转变的速度和数据存储的时间都会受到限制”，加州理工学院博士后兼本次研究的作者Giovanni Vanacore表示。“这不是一个可以从技术上解决的问题——而是根本上无法改变的”，加州理工学院博士后兼本次研究第一作者Jianbo Hu说。

光致变色材料研究取得新进展

光致变色物质具有颜色和多种物理性质可逆变化的特征，其中磁性随光刺激发生变化（即所谓光磁效应）的化合物除具有一般光致变色物质的强光防护、光开关等功能外，还可能在磁共振成像、光信息存储等方面发挥重要作用。多氰基配位化合物被认为是最有发展前景的此类材料，多年来备受关注，但是，其光磁效应通常在液氮温度以下发生，而罕见于室温附近。因此，发展具有室温光磁效应的光致变色多氰基配位化合物具有重要的科学意义。

中科院福建物构所结构化学国家重点实验室郭国聪研究员率领的研究团队长期从事无机-有机杂化功能物质的结构化学研究。2003年，他们报道了［Nd III（DMF）4（H2O）3（μ-CN）FeIII（CN）5］·H2O（Nd-FeDMF）的合成和晶体结构。之后，日本和意大利两个研究小组发现，该化合物及类似的其它3d-4f多氰基配位化合物具有新颖的光磁效应，但光磁转变温度低于50 K，且其内在机制尚存在争议。近期，郭国聪和王明盛研究团队在国家自然科学基金、福建省自然科学基金等资助下发现，［EuIII（18-冠-6）（H2O）3］FeIII（CN）6·2H2O在室温时经紫外光或紫光照射后，冠醚氧上的孤对电子转移到了到三价铁上，生成了稳定的冠醚自由基和二价铁，晶体颜色由黄绿色变为橙色，变色后的样品在暗室中静置或加热又能褪色，之后又能再次光照显色，表现出典型的光致变色现象。变色前后，化合物的磁性发生了显著的变化。在本工作中，晶体粉末经波长为355 nm、功率密度为60 mW/cm2的二极管泵浦固体激光器照射10 min后，室温时的MT值下降33.5%，比NdFeDMF的报道值（＜3%）大得多。

该项工作首次发现了3d-4f多氰基配位化合物的光致变色现象和室温光磁效应，不仅从已知化合物中成功地挖掘出一类光致变色材料，而且发展出一类具有室温光磁效应的光诱导价态互变（valence tautomeric）化合物，近期以通讯形式发表在J.Am.Chem.Soc.2015，137，10882-10885。

中红外激光变频材料研究取得进展

中红外（波长2～8μm）激光变频材料在化学、信息、生物、远程通讯和光电对抗等领域具有非常重要的应用，但目前已发现的材料还难以满足工业和商业的需求。通过高通量研究平台，可以极大的提高这些光电功能材料的研发效率和降低研发成本，获得具有自主知识产权的优秀材料。为了实现从单一目标的计算材料学向“材料基因工程”的转变，林哲帅课题组从原子结构和化学组分出发，对亟待发展的中红外激光变频材料进行大规模计算模拟，进而深入理解其结构、组分和性能之间的“构效关系”，他们基于系统的第一性原理计算研究首次提出目前还没有引起关注的金属硫磷（P-S）化物将是一个具有潜在优异性能的中红外非线性光学体系。

优质的中红外激光变频材料，需要达到激光变频效应（倍频系数dij）和抗激光损伤阈值（对应带隙Eg）的平衡，即位于如图的绿色区域（Eg＞3.5 eV，dij＞20×KDP）。迄今为止，大部分已发现的材料都无法达到此要求。课题组研究人员首次系统地搜索了所有具有无心结构的M-N-P-S型金属-硫磷化物（M为碱金属碱土金属阳离子；N为中心配位阳离子），他们按照材料的微观基团配位环境将此化合物体系分成四类，分别包含孤立的P-S基团、二阶姜泰勒效应的阳离子、孤对电子效应的阳离子、以及短半径低配位的阳离子等。经过对这些“材料基因”信息的预测和分析，他们揭示具有孤立硫磷基团的体系的光学各项异性不能满足中红外变频的要求；而具有二阶姜泰勒效应和孤对电子效应的体系带隙较低（Eg＜3 eV），也难以实现Eg和dij的平衡。与之对比，具有短半径低配位阳离子的体系，可以呈现Eg和dij很好的平衡（位于图中的绿色区域），能够较好地满足优秀中红外非线性光学晶体的性能条件。

与姚吉勇研究员合作进行的实验合成和光学测试也证实了第一性原理预测和计算的结果。

激光激发“智能纳米载药”实现癌症可视化精准治疗

近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员蔡林涛领衔的纳米医学研究小组，在“智能纳米载药”可视化精准治疗癌症方面取得新突破。相关成果在线发表在Nature出版集团刊物Scientific Reports上（Scientific Reports，2015，DOI：10.1038/srep14258）。

蔡林涛团队提出联合多种药物、以不同机制进行联合治疗的“纳米鸡尾酒疗法”，确立了癌症高效治疗和多学科综合治疗的新思路。在“智能纳米载药”可视化精准治疗癌症的研究工作中，蔡林涛团队成员赵鹏飞、郑明彬采用温度敏感的磷脂共包载化疗药物阿霉素和光敏剂吲哚菁绿，构建了肿瘤可视化精准联合治疗的温敏智能纳米载药体系。该体系显著提高了药物的稳定性和肿瘤部位的富集，避免了药物在体内的快速代谢。近红外荧光能够实时监控阿霉素和吲哚菁绿在肿瘤部位的富集与代谢，在荧光图像的引导下，近红外激光激发，局部温度升高“开启”温敏纳米体系，精确控制化疗药物的释放和肿瘤部位的局部温度，通过精准化学-光热联合治疗手段根治肿瘤，实现了癌症可视化精准治疗。

蔡林涛表示，精准医疗是癌症临床治疗的必然趋势，智能纳米载药通过近红外激光定点、定时、定量的控制肿瘤部位的药物浓度和局部温度，本质上是一种精确的个性化医疗，能够精准给药并提高癌症治疗效果。

中国科大首次实现确定性单光子的多模式固态量子存储

中国科学技术大学教授、中国科学院院士郭光灿领导的中科院量子信息重点实验室在量子中继、量子网络的研究中取得新进展：该实验室李传锋研究组成功实现了量子点发射的确定性单光子的多模式固态量子存储。该成果在国际上首次实现量子点与固态量子存储器两种不同固态系统之间的对接，并且实现了100个时间模式的多模式量子存储，模式数创造世界最高水平，为量子中继和全固态量子网络的实现打下坚实的基础。研究成果发表在近期的《自然·通讯》上。

纠缠分发是构建量子网络的核心技术。由于信道中不可避免的传输损耗，目前在信道中直接进行纠缠分发只能达到百公里量级，要想实现长程的纠缠分发则需要基于单光子量子存储和两光子Bell基测量的量子中继技术。目前已经实验验证的量子存储或量子中继方案都是基于概率性光源（光子产生几率一般低于1%且存在多光子项）的存储，这类方案的长程纠缠分发时间预计将在分钟量级以上。

李传锋研究组利用自组织量子点产生确定性单光子源（原则上光子产生几率100%且每次有且仅有单个光子），然后通过光纤传输到5 m外的另一张光学平台上的固态量子存储器中。他们一方面利用局部光学加热方法调节单光子的波长与固态量子存储器的操作波长相匹配，另一方面利用光学频率梳技术把单光子存储到研究组自主研发的“三明治”型固态量子存储器中，并测得单光子偏振态的存储保真度为91.3%。研究组进一步实验实现确定性单光子的100个时间模式的多模式量子存储，模式数创造了世界最高水平。

该项成果实验演示了加速纠缠分发的两个最重要的要素，即确定性量子光源和多模式量子存储。前者可以指数加速纠缠分发，后者则可以线性加速，两者结合在一起预计可以使长程纠缠分发的时间缩短到毫秒量级。该成果还首次实现了两个固态量子节点，即量子点和固态量子存储器的对接，向实现全固态量子网络迈出了重要的一步。

等彩色光子纸研究取得新进展

近日，《传感器与执行机构，B辑：化学传感器》（Sensors And Actuators B-Chemical）发表了中国科学院深圳先进技术研究院医工所微纳中心最新彩色电子纸研究成果。

众所周知，目前市面上普遍存在的电子书（E-paper）由于技术限制只能显示出黑白色，虽有关于彩色电子显示的报道偶见报端，但由于技术难度大，设计成本高等因素，导致产品远未广泛普及。由微纳中心杜学敏与香港城市大学、香港中文大学合作研发的以光子墨水来显示的彩色电子纸有望解决E-paper彩色显示的技术难题。

光子墨水的技术原理为通过调节组成光子晶体颗粒单元的间距，从而获得不同反射波长，由此肉眼可以看见不同的颜色。由于是以单个光子晶体颗粒作为像素单元，故此不仅可以控制单个光子晶体颗粒的颜色显示，而且可以显示出可见光波段的任何一种颜色，颜色丰富且鲜明。

在光子墨水中，光子晶体颗粒是由一个个表面包裹有水凝胶层的纳米颗粒组装而成，体系中还会加入可以发生氧化还原反应的金属离子，通过静电作用吸附在水凝胶网络内。将光子墨水填充在两片ITO电极中间，只需要施加较小的电压（≤3 V），即可以控制金属离子的形态，以此改变水凝胶层内部的渗透压，从而可以调控水凝胶层的收缩与膨胀，由此改变光子晶体的间距，以实现颜色的调控。

该项技术有望广泛应用到E-paper的彩色显示中，解决目前存在的相关技术问题。同时该项技术还可以用于水溶液中贵金属的检测，有望应用于食品安全、水质评估等方面。

快速制造适形化柔性功能电子器件的液态金属相变转印方法

近日，由中国科学院理化技术研究所研究员刘静及助理研究员王倩带领的理化所、清华大学联合小组，首次提出一种液态金属液固相变转印方法，可用于快速制造易于贴合到任意复杂形状表面的柔性功能电子器件。相应研究成果在线发表于《先进材料》（Advanced Materials，2015，DOI：10.1002/adma.201502200），并被选为背封面文章。

众所周知，随着现代电子工业与消费电子市场的快速发展，柔性电子已成为极为重要的科学前沿。其中，集导电性与流动性于一体的液态金属材料在这一领域的地位日趋凸显。然而，由于液态金属表面张力通常较高，其对常见的生物相容性柔性基底如PDMS等的润湿性较弱，因而采用传统的直写、打印以及掩模喷印、涂抹等方式尚难实现精细、复杂且附着稳定的电路；而若采用模板刻蚀槽道，则会因模板分离时槽道承载力的变化，造成柔性基底收缩变形继而引发精细结构的破损。由于这些因素，直接利用液态金属制备各种高柔性电路仍面临繁琐、耗时、稳定性低等挑战，尚不易快速获得实用化柔性功能器件。

为突破以往存在的技术瓶颈，该项研究建立了基于低温相变转印的液态金属柔性功能电路快速制造方法。其原理在于：首先利用液态金属打印机在PVC膜表面打印出液态金属电路；之后，在此电路上进一步覆盖PDMS溶液并加以固化；如需要，在PDMS尚处液态时，可在其上浸没入任意形状的待贴附目标物体；最后，对整个对象加以降温，以使液态金属转为固体，由此即可轻易地将最初的液态金属电路完整快捷地转印到PDMS柔性基底上。这一过程中，当PDMS固化后，揭下PVC膜及目标物体后，即形成内嵌有液态金属柔性电路的PDMS器件，此时在相应管脚贴上相应IC元件并加以编程调试，即制成功能电子器件。由于PDMS基底形状可完全与使用对象贴合，由此即达到电子器件的高度适形化制造。该技术在医疗健康、家居、环境等应用场合的传感监测方面有重要意义，相应器件易于贴合到诸如膝盖、脚腕、手掌、面颊、头部、耳廓以及更多复杂形状表面执行特定功能。研究还通过对“PVC-液态金属-PDMS”界面微观结构的刻画、受力测试与仿真验证，揭示了相应的转印分离机理。

为展示新技术的应用特点，作者们还特别设计实现了几类完整的可编程柔性电路，并证实其在弯曲、扭转、拉伸等往复形变下均能保持高性能和可靠性。进一步地，结合手机生理检测平台与集成电路芯片，设计实现了微型柔性红外温度采集模块，可通过蓝牙将采集到的信号以无线方式发送至手机予以实时显示和存储，而同时这些器件则可以适形化方式贴合于身体表面。

相较于传统的硬质电路，柔性电子具有重量轻、韧性好以及可承受一定形变等优势，这使其应用范围更为宽广。基于相变转印原理的液态金属柔性电路加工方法突破了传统工艺的局限性，更加简便、快捷、稳定，并与现有集成电路技术较为兼容。除了能以高质量快速加工出用以满足可穿戴设备、皮肤电子、医学植入、柔性显示、太阳能电池板等诸多前沿需求外，新方法的重要意义还在于，随着液态金属打印技术的普及，人们将有望随心所欲地在任意物体表面实现各类柔性功能器件的定制化快速开发，这会显著扩展传统电子工程学的技术范畴，继而推动个性化柔性电子应用向前快速发展。

有机打印光子学集成回路

光子回路具有传输速度快、响应延迟短、并行运算能力强等优势，能够在信息处理方面有效地弥补现今集成电路的不足和局限。近年来，由于其多样的光物理和光化学过程，有机光子学材料越来越受到人们的重视。中国科学院化学研究所光化学院重点实验室的研究人员长期致力于有机纳米光子学材料与器件方面的研究，在有机微纳谐振腔自下而上的可控组装以及具有特定光子学功能的器件设计等方面开展了系统的研究工作。

尽管有机材料展现出独特的光子学行为，然而目前为止仍然缺乏一种可靠、普适的技术，使得人们可以像利用光刻技术加工硅基材料那样，高精度地得到大面积的光学结构。这是有机光子学材料走向集成化过程中面临的一个关键瓶颈问题。最近，化学所光化学实验室与有机固体实验室与中国科学技术大学的科研人员合作，首次提出并实现了有机“打印光子学”功能器件和集成回路，成功地借鉴并运用了柔性打印电路的技术经验，向有机纳米光子学实用化集成迈出了关键一步。

研究人员利用溶剂液滴的表面张力和溶剂-基底界面的咖啡环效应，在利用打印液滴刻蚀聚合物薄膜形成阵列的同时，以液体边缘为模板形成了完美的回音壁模式谐振腔结构。所得到的微环结构可以有效地将光束缚在其中形成光学谐振，其微腔品质因数高达4×105，可以与现有的硅光子学工艺得到的同类型器件相媲美。更重要的是，有机材料的可加工性、柔韧性、响应性为打印光子学器件带来更多的机遇。例如，微腔中可以掺杂染料分子，用来实现高光学增益的微型激光器；利用有机分子材料对于外界刺激的响应，可以实现光子学行为的远程控制。高品质微腔极大地降低了激光阈值以及光谱线宽，从而提高了器件的整体性能。在同一片基底上，可以设计并打印出尺寸可调的不同光学结构的组合，从而进一步实现光学滤波和慢光存储等关键功能，为微纳光子学集成提供了更丰富的手段和更大的发展空间。相关研究成果发表在Science的新子刊《科学进展》上（Organic printed photonics：from microring lasers to integrated circuits，Science Advances 2015，1，e1500257）。

三维纳米结构加工与应用研究取得新进展

三维纳米结构既可具有纳米材料与结构所赋予的量子效应、尺寸效应与表面效应等新奇物性，又可通过三维几何结构实现电声子输运与耦合、自旋极化、激子行为、波阵面调控等物性的协同调制，获得平面器件不具有的功能。目前，三维纳米结构的可控加工方法明显不足，阻碍了三维纳米器件的发展，并制约着高端纳米产业化技术的形成。为获得性能优异的三维纳米结构与器件，国内外展开了多种三维纳米加工技术研究，主要包括自组装生长、纳米印刷、飞秒激光加工以及载能粒子束加工技术等，但如何实现三维空间的可控加工和三维纳米结构的功能化，仍是具有极大挑战性的课题。

近年来，中国科学院物理研究所/北京凝聚态国家实验室（筹）微加工实验室的工程师刘哲、副主任工程师李无瑕、主任工程师李俊杰和博士生崔阿娟及研究员顾长志等人系统地开展了基于聚焦离子束技术的三维纳米结构与器件的可控加工技术研究，并取得了一系列的进展。他们发明了一种基于聚焦离子束的应变诱导三维纳米结构加工新方法，即利用离子束辐照产生的注入效应以及由入射粒子能量转换与传递产生的温度效应，在纳米材料中产生局域化表面再构、缺陷、晶体结构变化，实现了三维空间诱导的纳米材料形变，以此构建三维功能纳米结构与器件。这种基于聚焦离子束的应变加工方法可兼有高精度、多维度、跨尺度、可设计以及可控等特点。他们首先利用这一技术构筑了一维金属W的自支撑纳米间隙、纳米接触以及纳米多肢体等多种三维纳米结构，证实了这些结构可具有高达5.2K的超导临界转变温度以及较好的机械性能与热稳定性。之后，他们利用这一技术实现了自支撑铂纳米线沿径向的组分与微结构的非均匀生长，并通过热致应变规律的探索与量化处理，掌握了形变的可控手段，获得了硅锥顶部的自支撑纳米点接触以及将ZnO双层纳米浴盆进行固定的微笼结构，显示了该方法在三维纳米电学、光学、磁学以及生物分子学等领域的应用潜力。

最近，他们与物理所光物理实验室的副研究员李家方、研究员李志远，英国索尔福德大学教授沈铁汉以及同济大学教授李宏强等合作，将聚焦离子束应变诱导三维纳米结构的加工方法推广到了二维薄膜材料体系，发展了一种基于离子束辐照的折叠应变加工方法，可将平面内的结构多次有序折叠，实现纳米结构单元在空间、尺寸、周期与几何形貌可调制的大面积可控加工。该方法可在金属、介质以及复合纳米薄膜上进行三维结构的构建。利用这一技术，他们设计并构建了一系列基于金纳米薄膜的孔洞-垂直开口谐振环（MH-VSRR）三维等离激元微纳结构。这些结构在红外-近红外波段具有明显的异常法诺共振现象，并可用于高灵敏度的光折射率传感，在近红外波段的灵敏度高达2 040 nm/RIU，是目前该波段同类结构已报道的最高值。显示了这种三维纳米加工技术在制作高灵敏度的纳米光学器件以及生物传感的应用前景【Light：Science＆Applications， 2015，4，e308】。

近日，美国化学学会会刊（J.Am.Chem.Soc.2015，

10.1021/jacs.5b07920）发表了中国科学院理化所功能材料与激光技术院重点实验室晶体中心林哲帅课题组的研究工作。