超材料前沿研究”一周精选 2018年12月31日-1月6日- 大数跨境

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超材料前沿研究”一周精选 2018年12月31日-1月6日

两江科技评论

2019-01-06

导读：今天我们继续为大家带来近期的超材料前沿研究精选，内容涉及Mott绝缘体FePS3中压力诱导的电学和结构转变、

今天我们继续为大家带来近期的超材料前沿研究精选，内容涉及Mott绝缘体FePS₃中压力诱导的电学和结构转变、基于量子图像扫描的超分辨增强、热电器件“墨水”3D打印制备、利用三维飞秒激光光刻技术制备纳米晶体结构等，敬请关注！

索引

1、Mott绝缘体FePS₃中压力诱导的电学和结构转变

2、基于量子图像扫描的超分辨增强

3、Advanced materials--热电器件“墨水”3D打印制备

4、利用三维飞秒激光光刻技术制备纳米晶体结构

1、Mott绝缘体FePS₃中压力诱导的电学和结构转变

——采用高压作为调控参数，首次详细报道Mott绝缘体FePS₃中的金属-绝缘体转变，提出体系中新的结构模型。

可调的反铁磁性二维Mott绝缘体对于研究凝聚态物理中一些问题（例如超导）的核心机制至关重要，这样的体系提供了丰富且不受干扰的环境来探测所需研究的物理量。FePS₃是MPX₃化合物家族中的一员，其中M表示过渡金属，X表示S或Se。这些材料的能带计算结果显示其具有半满的金属能带，因此被认为是Mott绝缘体，存在金属-绝缘体转变。Haines等人首次初步实现了该体系中的金属性行为，但调整体系参数到中间状态的物理机制尚未完全理解。近期，来自英国剑桥大学卡文迪什实验室的C. R. S. Haines与法国劳厄-郎之万研究所的A. R. Wildes团队合作，详细报道了该体系的金属-绝缘体转变行为。实验采用高压作为调控参数，并利用电阻率测量结果作为高压下金属态转变开始的证据，观察到了不同压力下FePS₃的电学性质和结构的变化。通过分析不同压力下的X射线衍射数据，作者发现并建立了高压下FePS₃的两个新结构的模型，这个模型将使得高压下的能带结构计算更接近Mott绝缘体金属化的精确机制。同时，通过模型的建立，文章展示了随着压力的变化，FePS₃的电学性质转变与结构转变的关联。相关研究发表在近期的《Physical Review Letters》杂志上。

文章链接：C. R. S.Haines, M. J. Coak, A. R. Wildes, et al. Pressure-Induced Electronic and Structural Phase Evolution in the van der Waals Compound FePS₃, Phys.Rev. Lett., 121 (2018).

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.266801

2、基于量子图像扫描的超分辨增强

远场光学显微镜的分辨率受阿贝衍射极限的制约，其极限分辨率约为可见波长的一半，阻碍了远场光学显微镜在超小尺度的生命科学研究中的应用。随着探测技术的持续快速发展，利用量子超分辨率显微镜和图像扫描显微镜（ISM）来克服衍射极限，从而实现超小尺度显微，逐渐成为研究热点。量子光学原理超越了光学显微镜中灵敏度和分辨率的经典局限性，原则上，基于量子光学原理的量子协议可以在不牺牲经典信息的情况下添加新信息，因此具有超分辨率增强的潜力。但是对生物样品进行成像仍然具有挑战性。这些挑战主要来自于测量的固有弱信号和光量子态的脆弱性。图像扫描显微镜则是超分辨率系列的最新成员，可在不降低信号电平的情况下生成稳健的分辨率增强。在ISM中，探测器阵列中的每个像素在共焦激光扫描显微镜（CLSM）中充当小针孔，记录的图像的分辨率是衍射极限的两倍。因此，可以构建超分辨图像而不降低收集的信号电平。

来自以色列Weizmann科学研究所的D.Oron教授及其研究团队报道了一种新的超分辨方案：量子图像扫描显微镜（Q-ISM）。利用ISM架构中量子相关的测量。在共焦扫描期间，探测器阵列中的每对探测器使用光子相关产生清晰图像。这些图像合并在一起，分别超过了ISM和光子相关测量的分辨率。相比较图像扫描显微镜，分辨率提高两倍，超过衍射极限四倍。通过违反经典光和均匀照明假设，并基于量子光学中的光子反聚束效应，他们获得了用荧光量子点染色的生物样品的超分辨光学图像。

文章链接：R.Tenne, U. Rossman, B. Rephael, Y. Israel, A. Krupinski-Ptaszek, R. Lapkiewicz,Y. Silberberg, and D. Oron, Super-resolution enhancement by quantum image scanning microscopy, Nat. Photon (2018)DOI: 10.1038/s41566-018-0324-z.

3、Advanced materials--“墨水”3D打印制备热电器件

随着化石能源的逐渐消耗殆尽，对新兴能源的开发与现有能源的高效利用成为当务之急。热电器件只需要有一个温度差即可产生电能，可以将工业废热，汽车尾气余热，光热等各种热能转换为电能。

近期来自韩国蔚山国家科学技术研究院（Ulsan National Institute of Science and Technology ，UNIST）的Jae Sung Son教授系统综述了热电材料“墨水”的制备以及使用“墨水”3D打印热电器件的新思路。

a. π型热电器件的结构,b.传统热电器件的制备方法,c.墨水3D打印热电器件制备

a.连续“墨水”3D打印,b.丝网印刷工艺,c.分配打印方式,d.粉刷流延方

传统热电器件的制备需要经历材料制备，切割，电极连接封装等复杂工艺，耗时长，成本高。3D打印技术可以快速，灵活制备各种拓扑结构的热电器件，降低了生产成本，缩短了制备周期。“墨水”3D打印工艺在薄膜器件，柔性器件上具有独特优势。

文章标题：Ink Processing for Thermoelectric Materials and Power-Generating Devices.

https://doi.org/10.1002/adma.201804930

4、利用三维飞秒激光光刻技术制备纳米晶体结构

材料本身的光学性质不仅取决于其化学性质，还取决于其亚波长结构。由此而来的诸如光子晶体和超材料等，拓展了人们对于光学结构和光学材料的认识，展现出不同于自然材料的新奇现象和功能。然而，在过去的研究中，光学晶体的纳米结构集中于材料的二维表面。这是因为应力诱导的裂纹形成和传播使得高精度的三维体积加工具有极大难度。因而，现阶段很少有技术能够可靠地将光学晶体纳米结构超出二维表面，拓展到三维。

近日，来自意大利光子学与纳米技术研究所的Airán Ródenas及其同事报道了一种新的加工手段。与普遍的方法不同，他们提出晶体的内部化学反应性（由其湿蚀刻速率给出）可以在纳米尺度上进行局部操控，并且可以通过多光子3D激光写入（3DLW）形成致密的纳米孔晶格。在许多光学器件中广泛使用的关键晶体（如钇铝石榴石（YAG）和蓝宝石）中，可以在100nm水平上产生具有任意特征尺寸的厘米长的空孔晶格而没有脆性断裂。这使得在晶体内设计和制造具有亚波长结构的纳米光子元件成为可能。为展示该技术的潜力，研究团队在钇铝石榴石和蓝宝石中的毫米长纳米孔中制造了亚波长衍射光栅和纳米结构光波导。该方法提供了将二维纳米光子学概念拓展到三维结构中的有效途径，从而有望应用于固态激光器或晶体内的新型微谐振器等，也为超强可变形激光纳米纤维的发展打开了新的大门。

文章链接: A. Ródenas, M. Gu,G. Corrielli, P. Paiè, S. John, A. K. Kar, and R. Osellame, Three-dimensional femtosecond laser nanolithography of crystals, Nat. Photon (2018) DOI: 10.1038/s41566-018-0327-9.