科学家找到让红外线在室温下可见的新方法

科学家找到让红外线在室温下可见的新方法研究人员开发出一种名为MIRVAL的方法，可在室温下将中红外光子转换为可见光子，从而实现单分子光谱学，并在气体传感、医疗诊断、天文学和量子通信领域得到广泛应用。在使用量子系统的新方法中，研究小组利用分子发射器将低能量的近红外光子转换为高能量的可见光光子。这项新的创新有能力帮助科学家在室温下检测中红外，并在单分子水平上进行光谱分析。伯明翰大学助理教授、该研究的第一作者RohitChikkaraddy博士解释说："分子中保持原子间距的键会像弹簧一样振动，这些振动会产生非常高的共振频率。这些弹簧可以被人眼不可见的中红外光激发。在室温下，这些弹簧是随机运动的，这意味着探测中红外光的一大挑战就是要避免这种热噪声。现代探测器依赖于冷却半导体器件，这些器件耗能高、体积大，但我们的研究提出了一种在室温下探测这种光的令人兴奋的新方法"。这种新方法被称为中红外振动辅助发光（MIRVAL），使用的分子具有中红外光和可见光两种功能。研究小组能够将分子发射器组装成一个非常小的等离子腔体，该腔体在中红外和可见光范围内都能产生共振。他们进一步设计了这种腔体，使分子振动态和电子态能够相互作用，从而将中红外光有效地转化为增强的可见光。Chikkaraddy博士继续说道："最具挑战性的方面是将三种截然不同的长度尺度--数百纳米的可见光波长、小于一纳米的分子振动和上万纳米的中红外波长--整合到一个平台中，并将它们有效地结合在一起。"研究人员通过创建皮腔--由金属面上的单原子缺陷形成的捕获光的难以置信的小空腔--能够实现低于一立方纳米的极端光约束体积。这意味着研究小组可以将中红外光限制在单个分子的范围内。这一突破能够加深人们对复杂系统的理解，并打开通往红外活性分子振动的大门，而在单分子水平上通常是无法实现的。但事实证明，除了纯粹的科学研究之外，MIRVAL还能在许多领域发挥作用。Chikkaraddy博士总结道："MIRVAL可以有多种用途，如实时气体传感、医疗诊断、天文观测和量子通信，因为我们现在可以看到单个分子在MIR频率下的振动指纹。能够在室温下探测近红外，意味着探索这些应用和在这一领域开展进一步研究变得更加容易。通过进一步改进，这种新方法不仅可以应用于塑造未来近红外技术的实用设备中，而且还能释放出连贯操纵分子量子系统中'带弹簧的球'原子错综复杂的相互作用的能力"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380635.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380635.htm

含水材料使窗户有选择性地阻挡光线与热量

含水材料使窗户有选择性地阻挡光线与热量这种新型动态窗户可以在正常的透明模式（透光透热）、阻挡热量但保持透明的模式和有色模式（阻挡部分光线但不阻挡热量）之间切换。这样，用户就可以在一年四季都享受到遮阳效果。这一切的关键在于一种叫做氧化钨的小材料，它经常出现在基于电致变色原理的动态玻璃窗中。通常情况下，氧化钨是透明的，当你施加电信号时，它就会变暗并阻挡光线，这使得它在按需着色的窗户上非常方便。但在新的研究中，北卡罗来纳大学的研究人员发现了它全新的隐藏技能：加入水后，它就变成了水合氧化钨，当它被用于电致变色窗时，就会有额外的设置。关闭时，它对光和热都保持透明，非常适合那些单调的冬日，因为这时候人们需要尽可能多的光和热。当一些电子和锂离子注入这种材料时，它首先会经历一个阻挡红外线（感觉到热）的阶段，同时对可见光波长保持透明。最后，随着更多的电子进入材料，它会过渡到一个黑暗阶段，在这个阶段，它既能阻挡可见光，也能阻挡红外线，非常适合夏天使用。氧化钨水合物究竟为何能发挥这样的作用，目前还不确定，但北卡罗来纳大学的科学家们有一个假设。"晶体结构中水的存在使结构密度降低，因此当锂离子和电子注入材料时，结构更不易变形，"该研究的第一作者杰内尔-福图纳托（JenelleFortunato）说。"我们的假设是，由于氧化钨水合物在变形之前能比普通氧化钨容纳更多的锂离子，因此会产生两种模式。一种是'冷'模式，即注入锂离子和电子会影响光学特性，但结构尚未发生变化，这种模式会吸收红外线。然后，在结构发生变化后，会出现一种'暗'模式，同时阻挡可见光和红外线。"虽然市面上并不缺乏动态窗户的设计者，但在一个系统中通常不会提供这么多的模式。即使有，通常也需要较笨重的装置。在这种情况下，由于只需要一种材料，玻璃的厚度和能源需求只与普通的氧化钨窗差不多。该研究的共同通讯作者迪莉娅-米利隆（DeliaMilliron）说："在一种已经为智能窗户界所熟知的单一材料中发现双波段（红外线和可见光）光控技术，可能会加速具有增强功能的商业产品的开发。"该研究发表在《ACSPhotonics》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386185.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386185.htm

科学家们对不发出可见光的黑暗星系FAST J0139+4328感到困惑不已

科学家们对不发出可见光的黑暗星系FASTJ0139+4328感到困惑不已在大多数情况下，星系有着相同的基本成分。它们通常由成吨的气体和恒星组成，暗物质围绕着它们，一个黑洞在中心旋转。因为大多数星系都有恒星，你通常可以看到这些恒星发出的光，就像上面的图片一样。然而，在黑暗的星系中，情况却不是这样的。大多数星系都会发出可见的光，这要归功于其中的各种恒星。暗星系主要由暗物质构成，因此没有恒星发出可见光。图片来源。ESA/Hubble&NASA,J.Greene而这正是FASTJ0139+4328，一个仅仅位于9400万光年之外的小矮星系现在正在做的事情。这个可能的暗星系是由位于北京的中国科学院的徐金龙领导的一组天文学家发现的。他们的发现已经被《天体物理学杂志通讯》接受，并已在预发表服务器arXiv上公布。虽然发现一个潜在的黑暗星系是令人兴奋的，但重要的是要了解星系会经历不同的发展阶段。大多数星系在可见光下闪闪发光，因为它们内部有大量的恒星。这些恒星是在一个旋转的气体盘中形成的，这个气体盘安放在星系中。FASTJ1039-4328同样有这样一个盘，但它目前被暗物质所支配。因此，这个矮星系有可能处于星系形成的最早阶段，而且在其中发现的气体盘中还没有恒星形成。如果是这样的话，那么最终这个暗星系内的恒星数量和暗物质数量将趋于平衡，它将看起来更像天文学家过去成像的其他星系。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345231.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345231.htm

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性

科学家创造出的新材料兼具玻璃聚合物的硬度和凝胶的拉伸性研究人员创造了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料与玻璃聚合物一样坚硬，但如果施加足够的力，它可以拉伸到原长度的五倍，而不会断裂。玻璃态凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比具有类似物理特性的普通塑料更能有效导电。资料来源：北卡罗来纳州立大学王美香科学家们发明了一种名为"玻璃凝胶"的新型材料，这种材料尽管含有50%以上的液体，但却非常坚硬且不易破裂。加上玻璃凝胶易于生产，这种材料有望应用于多种领域。凝胶体和玻璃态聚合物是历来被视为截然不同的两类材料。玻璃态聚合物质地坚硬，通常比较脆。它们用于制造水瓶或飞机窗户等物品。凝胶（如隐形眼镜）含有液体，柔软而有弹性。"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，"这项研究论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程系卡米尔和亨利-德雷福斯教授迈克尔-迪基（MichaelDickey）说。"更重要的是，一旦材料被拉伸，你就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性，这在硬质材料中并不多见。"该论文的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学博士后研究员王美香说："玻璃凝胶的一个关键特点是，它们的液体含量超过50%，这使得它们比物理特性相当的普通塑料更能高效导电。考虑到这些材料所具有的许多独特性质，我们对它们的用途感到乐观。"玻璃态凝胶，顾名思义，实际上是一种结合了玻璃态聚合物和凝胶最诱人特性的材料。为了制造玻璃态凝胶，研究人员首先将玻璃态聚合物的液态前体与离子液体混合。将这种混合液体倒入模具中，暴露在紫外线下，使材料"固化"。然后移除模具，留下玻璃状凝胶。"离子液体是一种溶剂，就像水一样，但完全由离子组成，"Dickey说。"通常在聚合物中添加溶剂时，溶剂会推开聚合物链，使聚合物变得柔软、可伸展。这就是为什么湿隐形眼镜柔软，而干隐形眼镜不柔软的原因。在玻璃态凝胶中，溶剂会将聚合物分子链推开，使其像凝胶一样具有拉伸性。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。"研究人员发现，玻璃凝胶可以用各种不同的聚合物和离子液体制成，但并非所有类别的聚合物都能用于制造玻璃凝胶。Dickey说："带电或极性的聚合物有望用于玻璃凝胶，因为它们会被离子液体吸引。也许玻璃凝胶最吸引人的特点就是它们的粘性，因为虽然我们知道是什么让它们变得坚硬和可拉伸，但我们只能猜测是什么让它们如此具有粘性。"在测试中，研究人员发现，玻璃状凝胶即使含有50-60%的液体，也不会蒸发或变干。他们还认为，玻璃凝胶易于制造，因此有望得到实际应用。Dickey说："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打印来实现。大多数具有类似机械性能的塑料都要求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。我们很高兴看到如何使用玻璃凝胶，并愿意与合作者一起确定这些材料的应用"。这篇题为"由溶剂增韧的玻璃凝胶"的论文于6月19日发表在《自然》杂志上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435551.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435551.htm

首款可见光波长飞秒光纤激光器研制成功

首款可见光波长飞秒光纤激光器研制成功研究人员开发出了第一台可以在电磁波谱可见光范围内产生飞秒脉冲的光纤激光器。图片来源：JérômeLapointe克服光纤激光器开发中的挑战从历史上看，实现可见飞秒脉冲需要复杂且本质上低效的设置。尽管光纤激光器由于其坚固性/可靠性、占地面积小、效率高、成本低和亮度高而成为一种非常有前途的替代方案，但到目前为止，还不可能产生持续时间为飞秒（10-15s)直接使用此类激光器进行测距。加拿大拉瓦尔大学研究团队负责人RéalVallée表示：“我们在可见光谱中演示的飞秒光纤激光器为新型可靠、高效和紧凑的超快激光器铺平了道路。”新型光纤激光器的技术细节研究人员在Optica出版集团的《光学快报》杂志上描述了他们的新型激光器，该激光器基于稀土掺杂氟化物光纤。该激光器发射波长为635nm的红光，可实现持续时间为168fs、峰值功率为0.73kW、重复率为137MHz的压缩脉冲。使用商用蓝色激光二极管作为光源或泵浦源，有助于使整体设计坚固、紧凑且经济高效。研究小组成员包括RéalVallée、Marie-PierLord、MichelOlivier以及未在合影中的MartinBernier。图片来源：JérômeLapointe参与该项目的博士生Marie-PierLord表示：“如果在不久的将来能够实现更高的能量和功率，许多应用都可以从这种类型的激光器中受益。潜在的应用包括高精度、高质量的生物组织消融和双光子激发显微镜。飞秒激光脉冲还允许在材料加工过程中进行冷烧蚀，这一过程可以[比长脉冲]进行更干净的切割，因为它不会产生热效应。”扩展光纤激光器的光谱范围在光纤激光器中，掺杂稀土元素的光纤充当激光介质。尽管光纤激光器是最简单、坚固且可靠的高亮度激光系统之一，但石英光纤的使用往往将其限制在近红外光谱区域。Vallée的团队一直致力于通过使用由氟化物而不是二氧化硅制成的光纤来扩展这些激光源的光谱范围。“我们之前专注于开发中红外光纤激光器，但最近对可见光纤激光器产生了兴趣，”洛德说。“虽然此类激光器缺乏紧凑高效的泵浦源，长期以来阻碍了其发展，但最近出现的蓝色光谱半导体激光源为高效可见光纤激光器的开发提供了关键技术。”在展示了连续发射可见波长的光纤激光器后，研究人员希望将这一进展扩展到超快脉冲源。得益于氟化物光纤制造工艺的改进，现在可以获得镧系元素掺杂光纤，其特性对于开发高效可见光纤激光器至关重要。创新和未来方向Vallée团队开发的新型脉冲光纤激光器将稀土掺杂氟化物光纤与商用蓝色二极管泵浦激光器相结合。为了产生和维持脉冲输出，研究人员还必须弄清楚如何仔细管理光纤中的光偏振。“开发新波长的激光器，其中光学元件的材料特性与以前使用的不同，有时可能会很棘手，”合著者米歇尔·奥利维尔（MichelOlivier）说。“然而，我们的实验表明，我们的激光器的性能与我们的模拟非常吻合。这证实了该系统表现良好且易于理解，并且该系统的重要参数已正确表征并且非常适合脉冲激光器，尤其是我们使用的光纤的特性。”接下来，研究人员希望通过使装置完全一体化来改进技术，这意味着各个光纤尾纤光学元件将直接相互粘合。这将减少装置的光学损耗，提高效率，并使激光器更加可靠、紧凑和坚固。他们还在研究提高激光器脉冲能量、脉冲持续时间和平均功率的不同途径。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400663.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1400663.htm

光基无线通信标准 Li-Fi 发布

IEEE发布了光基无线通信标准802.11bb。预计会在明年看到光基无线通信Li-Fi的相关产品。Li-Fi能利用可见光、紫外和红外光谱高速传输数据，其中LED灯是目前唯一能用于可见光数据传输的设备。Li-Fi并不能取代Wi-Fi和5G等无线通信技术，无线电波在远距传输上具有明显优势。Li-Fi只能用于短距传输，光被阻挡传输就会中断，它的优势是高带宽、节能和高安全性——不存在类似Wi-Fi的蹭网现象。()投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN