用于光通信与光计算 我国在国际上首创新型场效应调控光电二极管

用于光通信与光计算我国在国际上首创新型场效应调控光电二极管从中国科学技术大学获悉，该校孙海定教授课题组与武汉大学刘胜院士团队合作，在国际上首次提出了新型三电极光电PN结二极管结构，构筑载流子调制新方法，实现了第三端口外加电场对二极管光电特性的有效调控。相关研究成果日前在线发表于期刊《自然・电子学》。研究人员表示，由于该器件结构和制作工艺十分简单，该新型场效应调控光电二极管架构的提出，可被广泛应用于其他由各种半导体材料制成的有源光电子集成芯片和器件平台上，对推动下一代高速和多功能光电集成芯片的发展有着重要价值。(科技日报)

科学家首次实现大视场龙虾眼X射线成像观测

科学家首次实现大视场龙虾眼X射线成像观测据悉，这是国际上首次获得并公开发布的大视场X射线聚焦成像观测结果。该成果标志着我国率先掌握了X射线龙虾眼聚焦成像技术，并实现了在轨实验验证。其中，首批结果以《首次龙虾眼聚焦望远镜的大视场X射线在轨观测》（FirstWideField-ofviewX-RayObservationsbyaLobster-eyeFocusingTelescopeinOrbit）为题，发表在《天体物理学快报》（AstrophysicalJournalLetter）上。资料显示，传统的X射线聚焦望远镜观测视场很小，一般在1度以下。40多年前，国际上提出了微孔龙虾眼成像的概念，可以实现大视场的X射线聚焦成像。尽管光子接收面积远小于传统的望远镜，龙虾眼望远镜具有大观测视场的优势，可以对一个大的天区范围内天体的活动同时进行监测，是X射线时域天文学追求的下一代设备。然而，由于研制困难，这一目标长期未能实现。据了解，近二十年多来，国际上几个空间科学机构及实验室均在开展微孔龙虾眼技术的研发。以中科院国家天文台张臣和凌志兴为带头人的团队自2011年开展了关于这一技术的研发工作，通过自主创新，掌握了该技术的原理和应用，具有完全自主知识产权。在国家自然科学基金和中科院天文联合基金支持下，国家天文台与北方夜视集团有限公司合作，突破关键技术，研制出指标国际领先的微孔龙虾眼器件。在中科院空间科学先导专项的支持下，国家天文台研制出龙虾眼聚焦镜，并由中科院上海技术物理研究所集成研制出完整的宽视场X射线望远镜，作为中科院爱因斯坦探针（EP）卫星WXT载荷的实验模块之一。该设备的关键器件，包括龙虾眼聚焦镜和由大阵列CMOS传感器组成的焦面探测器，均为我国自主研发。这也是我国科学家首次将创新性的CMOS应用于空间X射线天文探测。7月27日，该实验模块（后命名为莱娅）搭载由中科院微小卫星创新研究院抓总研制的空间新技术试验卫星（SATech-01）发射升空。作为EP卫星WXT探路者，莱娅的观测视场可达340平方度（18.6度x18.6度），是国际上首个宽视场X射线聚焦成像望远镜，其视场大小比国际上传统的聚焦望远镜提高了至少100倍。国家天文台EP卫星科学中心利用莱娅的在轨开机测试观测，首次获得了一批天体的大视场X射线实测图像和能谱。结果显示，单次（约13分钟）的观测能够同时探测到多个方向上的X射线源，包含黑洞和中子星X射线双星。同时，科研人员从数据中可获得这些天体X射线辐射强度随时间变化的信息以及天体的X射线能谱。观测结果与仿真结果高度一致。莱娅创新的、独一无二的宽视场聚焦成像能力及其所验证的龙虾眼望远镜的广阔科学潜力，引起了国际同行关注。在轨测试完成后，莱娅迄今已开展了三个多月的在轨定标实验和部分科学观测，并开始取得初步科学成果。例如，莱娅发现了一例恒星的超级X射线耀发，并引导了NASA的SWIFT和NICER空间望远镜进行跟踪观测；探测到迄今最亮的伽马射线暴的余辉辐射；完成了1/2全天X射线天图的测绘。未来，莱娅将开展常规科学观测，预计每半年可获取一次完整的全天X射线天图，发现新的X射线暂现天体和爆发天体，并将开展引力波X射线对应体的搜寻。据介绍，中科院空间新技术试验卫星（SATech-01）的目标是通过快速发射验证空间新材料、新器件、新技术，助力空间科技创新；孵化出具有重大科学意义、面向国家战略需求的空间探测仪器和项目。卫星平台及载荷的经费均为自筹。莱娅的这一成果也表明空间新技术试验卫星达到了预期目标。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336377.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336377.htm

新改良的多能量X射线探测器具有高灵敏度和可打印性质

新改良的多能量X射线探测器具有高灵敏度和可打印性质辐射输送的能量被X射线探测器转换成视觉或电子形式，大多数X射线探测器在硬或软两种能量水平中的一种运行。那些具有高光子能量--超过5至10千电子伏特（keV）--被称为"硬X射线"，并被广泛用于医学放射学，因为它们可以穿透像骨骼这样的致密材料。"软X射线"通常具有低于1千伏的能量水平，用于对组织和细胞等生物物质进行成像。有时，X射线探测器必须跨越这两个能量级别进行工作，例如在寻找乳腺组织中的肿瘤时。现有的由硅和硒制成的探测器可以在硬窗和软窗中工作，但它们的能量灵敏度和空间分辨率--区分附近两个物体的能力是有限的。由澳大利亚墨尔本莫纳什大学的研究人员领导的一个团队，利用通常用于下一代太阳能设备相关的技术，开发了一种高灵敏度、多能量的X射线探测器。研究人员发现，金属卤化物过氧化物是硅和硒的一种有效、通用的替代物，因为它们可以在X射线束穿过物质时管理其强度，这一过程称为X射线衰减。过氧化物是一种天然存在的矿物，其晶体结构与钙钛矿相同。它以前被用于仅限于小规模的硬X射线检测的研究中，但这是第一次使用过氧化钙来测试软X射线检测。在目前的研究中，研究人员通过在一个二极管装置内打印一层过氧化物薄膜来创建X射线探测器。他们发现，基于过氧化物的探测器在从0.1千伏到几十千伏的广泛能量范围内运行，这比现有的多能量X射线探测器要宽得多。由于这些探测器是作为薄膜制成的，它们可以与柔性基底结合，以产生一系列的设备形状和尺寸。柔性X射线探测器可用于符合圆形的身体部位，或被塑造成适合狭窄的空间。"这项工作展示了过氧化物有一个自然的延伸到印刷的X射线探测器，"该研究的通讯作者JacekJasieniak说。"它们的制造成本更低，而且还可能涉及修改薄膜的形式因素，在那里你需要固有的灵活性。"研究人员预见到这些新开发的X射线探测器在现实世界中有广泛的用途。该研究的主要作者BabarShabbir说："这些基于过氧化物的探测器可以提供快速反应时间，并提供高灵敏度，以实现实时检测和成像的复杂目的，包括疾病诊断、检测爆炸物和识别食品污染。"该研究报告发表在《先进材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353117.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353117.htm

光的“黄昏地带”：高强度X射线导致衍射图像出现矛盾性的暗淡现象

光的“黄昏地带”：高强度X射线导致衍射图像出现矛盾性的暗淡现象当我们照亮某样东西时，通常会认为使用的光源越亮，得到的图像也就越亮。这一规律同样适用于超短脉冲激光，但只能达到一定的强度。研究发现，高强度X射线脉冲会导致硅晶体衍射图像意外变暗，这一现象可能会推动激光技术和材料分析的进步。研究人员正在探索为什么在非常高的X射线强度下，X射线衍射图像会变得不那么明亮。了解这一现象不仅能加深我们对光-物质相互作用的认识，还能为生产持续时间比目前短得多的激光脉冲提供独特的视角。用于晶体硅样品衍射实验的SACLA设施的实验装置。资料来源：SACLAX射线衍射中的惊人观察结果光线越强越亮？事实并非总是如此！用超快X射线激光脉冲照射硅晶体时，落在样品上的光子越多，即光束强度越高，确实衍射出的图像最初是越亮的。然而，最近人们观察到了一种反直觉效应：当X射线光束的强度开始超过某个临界值时，衍射图像会意外地变弱。在日本、波兰和德国研究机构（包括兵库县理化学研究所SPring-8中心、克拉科夫波兰科学院核物理研究所(IFJPAN)和汉堡DESY实验室自由电子激光科学中心(CFEL)）的实验和理论物理学家的努力下，这一令人费解的现象刚刚得到了解释。SACLA自由电子激光设施，超短X射线脉冲在晶体硅样品上的衍射实验就在这里进行。资料来源：SACLAXFEL在物质分析中的作用X射线自由电子激光器（XFEL）能产生持续时间为飞秒（即四十亿分之一秒）的超强X射线脉冲。这种机器目前只在世界上少数几个地方运行，主要用于通过X射线衍射分析物质结构。利用这种技术，用X射线脉冲照射样品并记录衍射辐射。获得的衍射图像可用于重建被测材料的原始晶体结构。"直觉告诉我们，光子越多，样品的衍射图像就应该越清晰。事实的确如此，但这只限于一定的X射线强度，即每平方厘米数十万亿瓦特。当超过这个值时--我们最近才有能力做到这一点--衍射信号突然开始减弱。"BeataZiaja-Motyka教授（IFJPAN，DESY）说："我们的研究是解释这种意外效应的首次尝试。"理论研究和模拟的启示在日本兵库县名为SACLA的XFEL设备上进行的XFEL激光照射晶体硅样品的实验结果，其理论研究得到了计算机模拟的支持。研究人员对观察到的现象做出了如下解释。"当高能光子雪崩击中一种材料时，各种原子壳中的电子会被大量击落，导致材料中的原子迅速电离。去年，我们小组的研究表明，在光脉冲击中样品后，电离原子在晶格中的首次移动，即样品结构自毁过程的启动，发生了大约20飞秒的延迟。"负责这项实验研究的理化学研究所SPring-8中心的IchiroInoue博士说："我们现在确信，最近观察到的衍射信号减弱的原因是在相互作用的前六个飞秒发生的现象。"在X射线与物质相互作用的初始阶段，射入的高能光子不仅迅速激发了原子的'表面'（价电子），而且还激发了位于原子核附近、占据原子深层外壳的电子。事实证明，原子深壳空穴的存在会大大降低原子散射系数，即决定所观察到的衍射信号强度的量。电子损伤及其影响"我们的研究表明，在材料结构发生任何损坏和样品解体之前，首先会发生快速的电子损坏。因此，脉冲的最后部分实际上不再电离材料，因为X射线光子不再可能在能量上进一步激发电子，"Ziaja-Motyka教授指出。潜在应用和突破乍一看，观察到的效应似乎只是不利的，因为它导致记录的衍射图像亮度降低。然而，人们似乎可以很好地利用这一发现。观察到不同原子对超快X射线脉冲的反应不同，这可能有助于从记录的衍射图像中更准确地重建三维复杂原子结构。另一个潜在的应用领域是生产脉冲持续时间极短的激光脉冲。由于高强度X射线脉冲通过的材料会"切断"已经超短的脉冲的很大一部分，因此可以有意将其用作"剪刀"，以产生比目前产生的脉冲更短的脉冲。如果研究成功，这将推动量子世界成像技术的又一次突破。本文介绍的研究由波兰科学院核物理研究所共同资助。DOI:10.1103/PhysRevLett.131.163201编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1403187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1403187.htm

世界最亮X射线激光器发出第一束光 可为生物化学过程拍摄“分子电影”

世界最亮X射线激光器发出第一束光可为生物化学过程拍摄“分子电影”SLAC国家加速器实验室升级了其直线加速器相干光源X射线自由电子激光器。图片来源：格雷戈·斯图尔特/SLAC国家加速器实验室LCLS-Ⅱ通过一个复杂的过程产生X射线。首先，研究人员使用紫外线激光器将电子从铜板中分离出来，然后用强烈的微波脉冲加速电子，这些电子随后穿过由数千块磁铁组成的“迷宫”。在此过程中，这些电子会来回摆动，并以可预测且可控的方式发射X射线。研究人员将这些X射线脉冲引导到物体上，可以对其内部结构进行成像。LCLS-Ⅱ产生的X射线的亮度是医疗领域使用的X射线的1万亿倍，是其“前任”LCLS产生的X射线的1万倍。SLAC的迈克·邓恩解释说，X射线的亮度之所以被提高，部分原因是他们翻新了3公里长的金属管，电子会通过该带有铌内衬的金属管。当被冷却到-271℃左右时，铌可以承受前所未有的高能电子。澳大利亚乐卓博大学的纳迪亚·扎泽平指出，LCLS-Ⅱ让研究人员能以前所未有的细节观察原子尺度上的生物化学过程是如何发生的，使制作生物学过程的“分子电影”成为可能，比如哺乳动物视觉成像过程、光合作用、药物结合和基因调控等。邓恩也表示，LCLS-Ⅱ能在极短时间内产生大量明亮的X射线，可以让研究人员看到材料内部发生了什么，比如用于人工光合设备或下一代半导体的材料、超导体等。LCLS-Ⅱ是一种用途非常广泛的研究工具，就像一个强大的显微镜，可以观察从量子材料到生物系统，从催化化学到原子物理的一切细节。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385183.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385183.htm

科学家对太阳风进行建模 再现卫星探测到软X射线信号的复杂波动

科学家对太阳风进行建模再现卫星探测到软X射线信号的复杂波动来自太阳的带电粒子向地球飞来，与地冕相互作用，地冕是由地球延伸到太空的宽阔的氢原子云。电荷被转移到氢原子上，并发射出软X射线。资料来源：东京都立大学在20世纪90年代，德国轨道X射线望远镜ROSAT开始探测到光谱中软X射线部分的信号的巨大变化，这些信号持续了一天左右。这些信号与同一时期发现的来自Hyakutake彗星的大量软X射线相似。有人提出，这些是由于太阳风，从太阳到达的带电粒子的通量，以及它们如何与我们大气层上端或地冕的中性离子互动。2000年更详细的观测证实了这些事件的明显光谱，被称为太阳风电荷交换事件（SWCX），而这个机制本身也被广泛接受。Suzaku所测量的质子通量和光子在一个交换事件中的变化。该模型（红色）被发现密切地再现了实验中看到的变化。资料来源：东京都立大学然而，对太阳风如何产生轨道望远镜的测量结果进行建模被证明要困难得多。它需要成功地捕捉到太阳风事件的到来，带电粒子如何与中性原子相互作用，以及如何影响磁层，更不用说这些现象是如何结合起来产生卫星观察到的信号在时间和空间上的变化。现在，由东京都立大学副教授YuichiroEzoe领导的一个团队已经成功地将这些方面结合起来，实现了一个能够成功再现信号如何随时间变化的模型。该团队的重点是来自Suzaku的数据，Suzaku是日本宇宙航空研究开发机构在2005年发射的一颗X射线望远镜卫星。与其他卫星相比，"Suzaku"位于较低的轨道上，使它能够观察到磁层的极点，在那里太阳风被强烈地弯曲掉。该团队工作的一个亮点不仅是他们能够汇集广泛的天体物理事件，而且是如何将其映射到真实数据上。该模型显示出与实验数据的出色对应关系，重现了观察到的信号并且强度达到了2倍，这在该领域是一个令人印象深刻的创举。此外，他们能够重现当卫星的视线与极点对齐时信号中特别强烈的变化。有一些明显的例外情况，比如当观察到重大的地磁暴时；尽管如此，成功地再现这些变化为预测下一代空间X射线观测的结果带来了重大希望。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341387.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341387.htm