单向玻璃背后的魔力：光学超材料领域有了突破性进展

单向玻璃背后的魔力：光学超材料领域有了突破性进展 材料的磁性会影响它与光的相互作用。图片来源：Ihar Faniayeu/哥德堡大学非互惠磁电效应新型超材料利用了非互惠磁电效应（NME）。非互惠磁电效应意味着材料的特定属性（磁化和极化）与光或其他电磁波的不同场分量之间存在联系。NME效应在天然材料中微不足道，但科学家们一直试图利用超材料和超表面来增强这种效应，因为这将释放出巨大的技术潜力。"到目前为止，NME 效应还没有在工业中得到实际应用。"阿尔托大学的博士研究员 Shadi Safaei Jazi 说："大多数建议的方法只能用于微波，而不能用于可见光，而且这些方法也无法用现有技术制造。研究小组设计了一种光学 NME 超材料，可以利用现有技术、传统材料和纳米制造技术制造出来。"革新光学应用这种新材料开辟了原本需要强大外部磁场才能发挥作用的应用领域例如，制造真正的单向玻璃。目前销售的"单向"玻璃只是半透明的，光线可以从两个方向穿过。当两面的亮度不同时（例如窗户内外），它就会像单向玻璃一样。但基于 NME 的单向玻璃不需要亮度差异，因为光线只能从一个方向穿过。"想象一下，在你的房子、办公室或汽车里有一扇装有这种玻璃的窗户。无论外面的亮度如何，人们都无法看到里面的任何东西，而你却可以从窗户欣赏到完美的景色，"Safaei 说。如果技术取得成功，这种单向玻璃还能阻挡现有太阳能电池向太阳辐射的热辐射，从而减少太阳能电池捕获的能量，从而提高太阳能电池的效率。"这项研究发表于 2024 年 2 月 12 日的《自然-通讯》（Nature Communications）上。编译自/scitechdail ... PC版： 手机版：

比玻璃更透光的新型材料能为房间降温并自我清洁

比玻璃更透光的新型材料能为房间降温并自我清洁 该团队的这一成果被称为"基于聚合物的微光子多功能超材料（PMMM）"，它采用了薄膜的形式，可以贴在普通玻璃片上。它的特殊性能来自于其表面的微观结构，表面刻有金字塔图案，每个金字塔的宽度仅为 10 微米。这些迷你金字塔能散射 73% 的光线，因此这种材料看起来像磨砂玻璃。尽管如此，这种材料的透光率竟然比普通玻璃还要高 ，达到 95%，而大多数玻璃的透光率只有 91%。研究小组表示，这不仅能为人们提供更舒适的照明，也能为植物提供更舒适的照明。"当这种材料被用于屋顶和墙壁时，它可以为工作和生活提供明亮但无眩光且隐私受到保护的室内空间，"该研究的主要作者 Gan Huang 说。"在温室中，高透光率可以提高产量，因为光合作用效率估计要比玻璃屋顶的温室高出 9%。"PMMM 最酷的能力是它能够将热量直接传送到外层空间，从而冷却房间。这听起来像是科幻小说中的情节，但这是一种经过充分研究的现象，被称为辐射冷却，它利用了地球大气层对红外线波长是透明的这一事实。测试表明，通过将宇宙作为一个巨大的散热器，这种材料能使房间保持比周围空气低 6 °C（10.8 °F）的温度。最重要的是，这种薄膜具有自洁功能。布满微小金字塔的表面能在水滴下保持一层空气，因此水滴会直接滚落，带走灰尘或污垢。从技术上讲，这使得它具有 152 度的超疏水接触角。黄说："这种材料可以同时优化室内阳光的利用，提供被动冷却，减少对空调的依赖。该解决方案具有可扩展性，可无缝集成到环保型建筑建设和城市发展计划中。"这项研究发表在《自然通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

新型"玻璃凝胶"材料具有奇特的强度、伸缩性和粘性

新型"玻璃凝胶"材料具有奇特的强度、伸缩性和粘性 玻璃聚合物是一种塑料，具有类似玻璃的特性强度高、硬度大、刚度高，但通常也比较脆，如果试图弯曲或拉伸就会断裂。凝胶则柔软而有弹性，但也很脆弱。现在，北卡罗来纳大学的研究小组开发出了一种新材料，它结合了这两种材料的优点。该研究的通讯作者迈克尔-迪基（Michael Dickey）说："我们创造了一类被称为玻璃凝胶的材料，这种材料和玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原来长度的五倍，而不会断裂。更重要的是，一旦材料被拉伸，你可以通过加热使其恢复原状。此外，玻璃凝胶的表面具有很强的粘附性，这在硬质材料中并不多见。"为了制造玻璃状凝胶，研究小组将玻璃状聚合物的液态前体分子与离子液体结合在一起。然后将混合物倒入模具中，暴露在紫外线下使其固化，最后从模具中取出。这种离子液体起着溶剂的作用，使材料同时具有玻璃和凝胶的功能。迪基说："通常情况下，当你在聚合物中加入溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可拉伸。在玻璃凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样可拉伸。然而，溶剂中的离子会强烈吸引聚合物，从而阻止聚合物链移动。链条无法移动就使其成为玻璃状。最终的结果是，由于吸引力的作用，材料变得坚硬，但由于额外的间距，材料仍然能够拉伸。"尽管按重量计算，这些玻璃凝胶的液体含量超过 54%，但它们的断裂强度达到 42 兆帕、韧性达到 110 兆焦耳/立方米、屈服强度达到 73 兆帕、杨氏模量达到 1 千兆帕。研究小组说，这些数据与聚乙烯等热塑性塑料相似，但与这些材料不同的是，它们还能被拉伸至原始长度的五倍。一种名为玻璃凝胶的新型材料样品玻璃凝胶的其他优点还包括能够自我修复，只要稍微加热就能恢复原状。它们的高液体含量也使它们成为更有效的导电体，而且它们的表面还具有粘合性，但研究小组并不完全清楚其中的原因。最有用的是，这些玻璃凝胶相当容易制造。"制造玻璃态凝胶是一个简单的过程，可以通过在任何类型的模具中固化或 3D 打印来完成，"迪基说。"大多数具有类似机械性能的塑料都需要制造商将聚合物作为原料进行生产，然后将聚合物运输到另一个工厂，在那里聚合物被熔化并形成最终产品。"到目前为止，研究人员还不确定这些玻璃凝胶可能会有哪些应用，但他们相信，这种新材料具有一系列令人感兴趣的特性，最终可能会被证明非常有用。这项研究发表在《自然》杂志上。研究小组在下面的视频中展示了玻璃凝胶。 ... PC版： 手机版：

新型二维材料可以以惊人的精度改善先进系统和通信的光学调制

新型二维材料可以以惊人的精度改善先进系统和通信的光学调制 可调谐光学材料（TOMs）正在彻底改变现代光电子技术，即检测、产生和控制光的电子设备。在集成光子电路中，精确控制材料的光学特性对于开启光操纵领域的突破性和多样化应用至关重要。二维材料，如过渡金属二卤化物（TMD）和石墨烯对外部刺激表现出非凡的光学响应。然而，如何在短波红外（SWIR）区域内实现独特的调制，同时在紧凑的空间内保持精确的相位控制和较低的信号损耗，一直是个难题。在发表于《自然-光科学与应用》（Nature Light Science & Application）的一篇题为"基于铁离子二维材料的复合硅光子学中的电光调谐"（Electro-Optic Tuning in Composite Silicon Photonics Based on Ferroionic 2D Materials）的新论文中，由研究科学家加达-杜沙克（Ghada Dushaq）和电气工程副教授兼PRL实验室主任马哈茂德-拉斯（Mahmoud Rasras）领导的科学家团队通过利用铁离子二维材料CuCrP2S6（CCPS），展示了一种主动光操纵的新途径。通过将首创的二维原子级薄材料集成到硅芯片上的微环结构中，该团队提高了设备的效率和紧凑性。当这些二维材料集成到硅光学器件上时，就会表现出一种非凡的能力，即在不产生任何衰减的情况下，对传输信号的光学特性进行精细调节。这种技术有望彻底改变环境传感、光学成像和神经形态计算等对光灵敏度要求极高的领域。Rasras 说："这项创新可精确控制折射率，同时最大限度地减少光损耗，提高调制效率，并减少占地面积，使其适用于下一代光电子技术。从相控阵和光学开关到环境传感和计量、光学成像系统，以及光敏人工突触中的神经形态系统，都有一系列令人兴奋的潜在应用。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家展示了通过对多铁性材料施加应变来控制磁化方向的能力

科学家展示了通过对多铁性材料施加应变来控制磁化方向的能力 用低电场引导磁化对于推动有效的自旋电子器件至关重要。在自旋电子学中，电子自旋或磁矩的特性被用于信息存储。通过应变改变轨道磁矩，就有可能操纵电子自旋，从而增强磁电效应，实现卓越性能。东京大学的 Jun Okabayashi 等日本研究人员揭示了界面多铁氧体中的应变诱导轨道控制机制。在多铁氧体材料中，磁性可以通过电场来控制这有可能带来高效的自旋电子器件。Okabayashi 及其同事研究的界面多铁氧体由铁磁材料和压电材料之间的结点组成。材料的磁化方向可以通过施加电压来控制。界面多铁性结构和磁化方向控制。资料来源：Takamasa Usami研究小组展示了材料中大磁电效应的微观起源。压电材料产生的应变可以改变铁磁材料的轨道磁矩。他们利用可逆应变揭示了界面多铁磁性材料中特定元素的轨道控制，并为设计具有大磁电效应的材料提供了指导。这些发现将有助于开发耗电更少的新型信息书写技术。这项研究得到了日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构、日本自旋电子研究网络和矢崎科学技术纪念基金会的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家研制出一种具有独特甚至矛盾特性的新型玻璃

科学家研制出一种具有独特甚至矛盾特性的新型玻璃 使用标准实验室设备在室温下轻松制备多肽玻璃。资料来源：特拉维夫大学特拉维夫大学（TAU）的研究人员创造了一种新型玻璃，这种玻璃具有独特甚至相互矛盾的特性，如具有很强的粘合性（粘性），同时又具有令人难以置信的透明性。这种玻璃在室温下与水接触后会自发形成，可为光学和电子光学、卫星通信、遥感和生物医学等一系列不同行业带来一场革命。这种玻璃是由以色列和世界各国的研究人员组成的研究小组发现的，研究小组由博士生 Gal Finkelstein-Zuta 和来自塔大生命科学院 Shmunis 生物医学与癌症研究学院和工程学院材料科学与工程系的 Ehud Gazit 教授领导。研究成果最近发表在著名的科学杂志《自然》上。制备后的固体肽玻璃。资料来源：特拉维夫大学"在我们的实验室，我们研究生物融合，特别是利用生物的奇妙特性来生产创新材料，"Gazit 教授解释说。"除其他外，我们还研究构成蛋白质的氨基酸序列。氨基酸和肽具有相互连接并形成具有确定周期性排列的有序结构的自然趋势，但在研究过程中，我们发现了一种独特的肽，它的行为与我们所知道的任何东西都不同：它没有形成任何有序的模式，而是一种无定形、无序的模式，就像玻璃一样。"在分子水平上，玻璃是一种液态物质，其分子结构缺乏有序性，但其机械特性却类似于固态。玻璃通常是通过快速冷却熔融材料并将其"冻结"在这种状态下，然后再让其结晶，从而形成一种无定形状态，具有独特的光学、化学和机械特性，以及耐久性、多功能性和可持续性。TAU 的研究人员发现，在室温条件下，由三个酪氨酸序列（YYY）组成的芳香肽在水溶液蒸发后会自发形成分子玻璃。(从左至右）：Gal Finkelstein-Zuta 和 Ehud Gazit 教授。图片来源：特拉维夫大学Gal Finkelstein-Zuta 说："我们所熟知的商用玻璃是通过快速冷却熔融材料制成的，这一过程被称为玻璃化。无定形的液态组织必须先固定下来，然后才能像晶体那样以更节能的方式排列，而这就需要能量必须将其加热到高温并立即冷却。另一方面，我们发现的玻璃是由生物构件组成的，它在室温下自发形成，不需要高温或高压等能量。只需将粉末溶解在水中就像制作酷儿汽水一样，玻璃就会形成。例如，我们用新玻璃制作镜片。我们不需要经过漫长的研磨和抛光过程，只需将一滴水滴在表面上，仅通过调节溶液量就能控制其曲率，进而控制其焦距。"TAU 的创新玻璃具有世界上独一无二的特性，这些特性甚至相互矛盾：它非常坚硬，但在室温下可以自我修复；它是一种强力粘合剂，同时在从可见光到中红外线的宽光谱范围内都是透明的。"这是第一次有人成功地在简单条件下制造出分子玻璃，"Gazit 教授说，"但比这更重要的是我们制造出的玻璃的特性。这是一种非常特殊的玻璃。一方面，它非常坚固，另一方面，它非常透明，比普通玻璃透明得多。我们都知道，普通的硅酸盐玻璃在可见光范围内是透明的，而我们创造的分子玻璃在红外线范围内是透明的。这在卫星、遥感、通信和光学等领域有很多用途。它还是一种强力粘合剂，可以把不同的玻璃粘在一起，同时还能修复玻璃上形成的裂缝。这是世界上任何玻璃都不具备的一系列特性，在科学和工程领域具有巨大的潜力，而我们从一个肽一小块蛋白质中获得了这一切。"编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：