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有关微腔非线性光学的研究
左图:表面二次谐波效应示意图;右图:光学微腔增强表面非线性效应。 二阶非线性光学效应是现代光学研究与应用中最基本、最重要的非线性光学过程之一,被广泛地用于实现频率转换、光学调制和量子光源等。由于结构反演对称性的限制,常用的硅基光子学材料往往不具备二阶非线性电偶极响应。借助材料的表面或界面,这种反演对称性可以被打破,进而诱导出二阶非线性光学响应。然而,传统的表/界面非线性光学研究存在两个重要挑战:一是非线性转换效率极低,即使在高强度的脉冲光激发下也仅能产生极少量的二阶非线性光子;二是体相电四极响应严重地干扰表面对称性破缺诱导的非线性信号分析。 该项工作中,北京大学课题组利用超高品质因子回音壁光学微腔极大增强光与物质相互作用的优势,在二氧化硅微球腔中获得了高亮度的二次谐波和二次和频信号。为了充分发挥微腔“双增强”效应,研究人员发展了一种动态相位匹配方法,利用光学微腔中热效应和光学克尔效应的相位调制,高效地实现了基波和谐波信号同时与微腔模式共振。实验上获得的二次谐波转换效率达0.049% W-1,相比传统表面非线性光学,该效率增强了14个数量级。左图:实验获得的激发光和二次谐波光谱图;右图:动态相位匹配过程二次谐波功率变化。 研究人员进一步通过对基波偏振和二次谐波模式场分布的测量分析,成功提取得到只有表面对称性破缺诱导的非线性信号,排除了体相电四极响应的干扰。这种表面对称性破缺诱导的非线性信号有望作为一种超高灵敏度的无标记“探针”,用来检测和研究材料表面分子的结构、排布、吸收等物理与化学性质,为表面科学研究与应用提供了一个全新的物理平台;同时,该项研究发展的动态相位匹配机制具有普适性,可进一步推广到不同材料、不同形状的光学谐振腔中,有望在非线性集成光子学中发挥重要作用。
北京大学 2021-04-11
关于原子核壳演化的研究
当原子核的核子数(质子或中子)为2,8,20,28,50,82,126的时候,原子核性质会表现出格外的稳定性,这些数字被称之为原子核的“幻数”。Mayer 和 Jensen等人利用包含了自旋轨道耦合的壳模型对幻数进行了成功的解释,他们开创性的工作被授予1963年诺贝尔物理学奖。随着对远离稳定线原子核性质的研究,人们发现在某些区域原子核壳结构发生了显著变化,与传统壳模型的描述很不一致。为此人们给出了很多理论解释,其中张量力作为新壳演化的重要原因,近些年成功地解释了核素图中多个质量区域新的壳演化规律,受到人们的广泛关注。  双幻核132Sn(Z=50,N=82)附近由于实验数据缺乏,人们对该区域壳结构是否会发生变化一直存在着争论。因此,实验上进一步研究该区域的壳演化特征,探讨壳演化内在机制是一个非常重要而有趣的课题,对理解核天体物理中的快中子俘获过程也有重要意义。图1. 奇质量Ag同位素第一个1/2-态和9/2+态 图2. (a) 理论计算的质子有效单粒子能能级差的系统性演化 曲线。(b) 中子在h11/2轨道的占据 近期,核物理与核技术国家重点实验室的李智焕、华辉课题组和合作者在日本理化学研究所开展了对123Pd和125Pd核的β衰变实验研究,首次在衰变子核123Ag和125Ag 的低激发能区发现了具有β放射性的同核异能态。利用新发现的同核异能态,讨论了奇质量Ag同位素中由πg9/2 和 πp1/2两个轨道形成的Z=40次闭壳能隙在N=82附近的演化(见图1)。研究表明在N=82处,Z=40次闭壳能隙可能存在明显的减小。为了进一步了解壳演化的微观机制,使用包含了张量力的壳模型计算了这个质量区单粒子轨道的演化,结果显示相比于N=50处,Z=40次闭壳能隙在N =82处存在明显的减小,张量力对 Ag 同位素中πg9/2 和 πp1/2 轨道以及 Z=40 次闭壳能隙在接近 N=82 时的演化起到非常重要的作用(见图2)。研究工作发表在近期《物理评论快报》[Phys. Rev. Lett. 122, 212502 (2019)]上。 研究论文第一作者是北京大学博士生陈志强,李智焕和华辉为该论文的共同通讯作者。研究工作得到了科技部项目和基金委项目的资助。
北京大学 2021-04-11
光力学中的最新研究成果
北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室徐海潭研究员和耶鲁大学Jack Harris教授研究组、芝加哥大学Aashish Clerk教授合作,在光力学研究中取得重要进展。成果以“Nonreciprocal control and cooling of phonon modes in an optomechanical system”为题发表在《自然》(Nature)上(https://www.nature.com/articles/s41586-019-1061-2)。该工作提出了基于光力相互作用的非互易声子耦合新原理,实现了非互易的声子传递和新型光力制冷方法。 学谐振子在现代科技和生活中具有广泛的应用,大到引力波探测装置,小到我们身边的手机,涉及传感、变频、滤波等重要器件。一般的谐振子器件是互易的,即器件内部或者两个器件之间的声子传递和方向无关。而非互易的谐振子器件对于全双工声子信号收发、声子隔离等有着非常关键的作用,甚至还可以用来对热能进行单向传递,使冷的物体更冷,热的物体更热。图a,基于光力相互作用的非互易声子耦合机制。b,通过控制激光相位,声子隔离度±30分贝连续可调。 光力学是光学和力学相结合的新兴科研领域。光力相互作用可以用于光学和力学模式的精密调控和测量,有着重要的物理意义和实际应用。这个工作中的光力学系统由超高品质因子的氮化硅纳米薄膜和高精细度光学腔构成。激光将声子从纳米薄膜的一个谐振模式转化为光子,再变回另一个谐振模式中的声子。多束激光的物理效应互相干涉,使声子传递增强或者减弱。通过控制激光相位,实现了声子隔离度在±30分贝范围内连续可调(如图所示)。在徐海潭等人之前的工作(Nature 537,80 (2016))中,他们通过拓扑操作实现了瞬态的非互易声子传递,而在最新的工作中,他们通过光力相互作用产生了声子模式间静态的非互易耦合,从而实现了稳定的非互易声子传递。 进一步地,徐海潭等人实现了用非互易相互作用来调控并观测谐振子的热力学涨落。当声子传递是双向的时候,两个谐振模式通过交换热声子,对应的温度会互相接近。而当声子传递是单向的时候,被隔离的谐振模式把热声子传递给另一个谐振模式,这使得被隔离模式的热声子数减少,因此降低温度,而另一个模式则升高温度。从而通过非互易声子传递实现了一种新型的光力制冷技术。该研究中所包含的创新方法也可以推广应用于其他电子、力学和光学等系统。 研究工作得到北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、教育部纳光电子前沿科学中心和量子材料协同中心的支持。
北京大学 2021-04-11
针对散包装中药的智能配药系统
本中药智能配药系统是面向大中型医院中药房,集分布式协同控制、网络控 制、机电一体化设计、多传感器信息融合于一体的智能化、综合性医用自动化系 统。其设计目的为用于中医院自动化抓药、配药,医生将中药处方输入软件系统, 在药剂师审核无误之后,系统就开始控制各个智能药柜进行自动配药工作,完成 一副药剂配置的时间可以控制在十秒以内,患者能立即拿到自己的处方。本中药 智能配药系统集成了配药管理信息服务系统、智能药柜系统、处方与收费审核系 统,可与医院信息系统无缝对接,实现开处方、收费审核、智能配药一体化,具 有效率高、占地小、综合成本低等优势。
重庆大学 2021-04-11
面向健康监测的可穿戴智能织物
研制的智能织物基于导电纱线传感技术,导电纱线传感器可以编织在衣服的 任意一个地方,实现人体心率、脉搏波、呼吸和肌肉活动等多个生理参数的贴身 监测;织物可不间断的连续运行,并持续对获得的生理信号进行分析处理,一旦 健康受到威胁,主动向穿戴者或理疗师发出警告。导电纱线可以缝制在各类衣物 中,可以是衬衫、儿童服或袜子等,也可通过带子或者小块缝在特定位置,穿着 者不会有任何异样感,具有柔软、质量轻、可穿戴、成本效益好、可规模生产特 点。
重庆大学 2021-04-11
面向领带企业的信息管理系统
面向领带企业的信息管理系统包括色配合书的管理、领带样本的管理和客户管理等功能。本系统采用目前先进的数据库技术、网络技术、多媒体技术等,使得主要办公业务流程能够在计算机上实现,从而提高工作效率。系统能与企业现有的信息系统,如档案管理系统,人事管理系统等集成,以最大程度地共享资源,减少数据重复录入,提高统计分析的速度和质量;系统具有完善的WEB功能,具有良好的适应性,支持当今流行的浏览器、文字处理软件以及各种服务器端客户端操作系统。系统使用高效的数据处理和信息通讯机制,管理者可在任何时间、任何地点、任何机器上对领带产品及企业信息进行管理,提高了企业管理的效率和水平。
东华大学 2021-02-01
棉花打顶作业机械的研制与推广
“棉花打顶作业机械的研制与推广”是石河子大学机械电气学院王维新教授主持的兵团“十五”重点攻关课题,现已研制完成3DW—12、3DW—20两种型式的棉花打顶机。 通过对3DW—12型棉花打顶机进行了小面积的应用与跟踪测试表明:当地表平整,棉苗高度整齐,机械打顶作业效果较理想,基本上能满足农业技术指标,且对棉花产量无明显影响。
石河子大学 2021-02-01
敏感皮肤防护露的研制与应用
相关专利应用于敏感皮肤和激素依赖性皮炎的防护
天津医科大学 2021-02-01
安全绿色无硝肉制品的开发
本项目将采用均一分子量的壳聚糖,简化反应体系,以壳聚糖-血红蛋白分子结构的分析揭示复合物多功能性的物质基础,为解决肉类腌制中依赖亚硝酸钠的现状、达到真正的无硝生产和提高肉制品的安全性提供理论依据,具有重大的经济效益和社会意义。
青岛科技大学 2021-05-11
对大脑遗忘机制的研究成果
记忆是大脑最重要的功能之一,也是人类研究最多的脑功能之一。记忆随时在发生,而遗忘如影随形。 海马体位于大脑丘脑和内侧颞叶之间,是负责记忆的编码和存储的一个重要脑区。在这里,记忆信息被编码于一些神经元中,称之为记忆印迹细胞。随着科学研究的发展,科研人员发现印迹细胞的重新激活是记忆提取的“发动机”,印迹细胞间的突触联系是储存记忆的“仓库”。 海马脑区中记忆是如何随着时间而消退的呢?这个问题在科学界一直没有得到充分的研究。经过3年多的努力,浙江大学医学院谷岩研究员课题组和王朗副研究员课题组首次发现,用于免疫的小胶质细胞通过清除突触而引起记忆遗忘,并且进一步发现补体信号通路参与了小胶质细胞介导的遗忘,并且依赖于记忆印迹细胞的活动。 这项研究,北京时间2月7日在国际顶级期刊《科学》在线发表。论文共同第一作者为医学院2016级博士生王超和2017级博士生岳惠敏,论文通讯作者为谷岩研究员和王朗副研究员。 遗忘被“遗忘”了 记忆与遗忘就像是一个硬币的两个面,不可分割。但是长期以来,科研人员对人脑记忆的产生、储存、调取始终表现出浓厚的兴趣,研究也比较深入,但对于遗忘这一现象关注的就不是很多。就算是讨论记忆丢失的原因,也多是从记忆存储和调取过程中出现问题这个角度来考虑。 遗忘被“遗忘”了。不过,谷岩倒是对这个问题很好奇,他开玩笑说:“我自己记性差,所以对遗忘方面的研究很感兴趣。” 如何算出记忆保留了多少?课题组在小鼠记忆遗忘实验中用的是经典的条件恐惧记忆行为学模型。科研人员通过在一个场景中给小鼠施加电击刺激,使其建立对这个环境的记忆。在35天后,让受过电击的小鼠再次重返这一场景中,看小鼠是否会回想起电击的痛苦进而表现出害怕。  “这个行为学范式本来是用来检测恐惧行为的记忆的,但换一个角度看就是遗忘”,谷岩介绍,正常的小鼠对于环境总是充满好奇四处活动,但是如果留有恐惧记忆,它就会因为害怕而呆在那里不动(即freezing状态),“我们就通过计算单位时间内小鼠处于静止不动的时间,来衡量小鼠记忆保留的情况。”图1. 记忆的遗忘随着时间而逐渐发生。研究人员发现,训练35天后,小鼠freezing的时间显著低于5天时的检测结果,表明时间越久,记忆的遗忘越显著。 像“探案”一样做研究 从小鼠的实验中,研究人员发现,记忆随着时间的推移而消退。记忆在海马中提取的主要途径,是通过编码这些记忆信息的记忆印迹细胞的激活。通过标记记忆印迹细胞,研究人员发现,遗忘的同时伴随着印迹细胞的激活率的下降。那么是什么导致了印迹细胞激活率的下降?研究人员关注到大脑中的另一种细胞——小胶质细胞。 小胶质细胞约占大脑细胞总数的10-15%左右。此前科学家已经明确,小胶质细胞是中枢神经系统中的主要免疫细胞。当大脑受伤感染,细菌进入皮层后,小胶质细胞作为重要的“防卫兵”负责“抵御杀敌”。越来越多的研究表明,小胶质细胞不仅参与神经系统的免疫调控,而且对于神经系统发育、神经元活动以及神经环路功能都有重要的调节作用。 研究人员特异性地清除了脑内的小胶质细胞,发现不仅遗忘被抑制了,同时印迹细胞的重新激活率的下降也被抑制了。“这个发现其实非常偶然,我们将清除小胶质细胞的小鼠进行了一系列的实验,包括记忆的形成和提取、焦虑等,但结果对记忆遗忘的影响非常显著。”去除小胶质细胞的小鼠的恐惧反应要比对照组更加明显,处于静止状态的时间是对照小鼠的2倍 多。为此,课题组继续深入开展实验,并发现当清除小胶质细胞时,记忆印迹细胞的激活不再出现明显的下降。图2. 清除小胶质细胞抑制了遗忘。A-B:用CSF-1抑制剂PLX3397(PLX)特异性清除小胶质细胞后,小鼠的遗忘被抑制了。C-D:PLX抑制了伴随遗忘的印迹细胞激活率的下降。 既然小胶质细胞确实影响了记忆印迹细胞的激活,并导致了遗忘,那么它们又是如何引起了印迹细胞激活率的下降呢?是不是通过破坏记忆印迹细胞之间的信息传递呢?此前的研究表明,小胶质细胞能够清除婴幼儿大脑发育中过多的突触,并调节神经元之间突触连接的动态变化。那么在成年的大脑中,小胶质细胞是否也具有同样的功能呢? 因此研究人员继续破案,通过免疫染色和高分辨率成像,他们发现海马的小胶质细胞“肚子”里,存在着突触特异性的成分,如位于突触前的synaptophysin分子和位于突触后的PSD95分子,并且与小胶质细胞中的溶酶体共定位(共定位:两个蛋白位于同一空间位置的细胞学佐证),表明成年海马中的小胶质细胞仍然具有“吃掉”突触结构的能力。当抑制小鼠的小胶质细胞吞噬作用时,记忆的遗忘被显著阻断。这些结果表明小胶质细胞通过“吃掉”突触而介导了遗忘。图3. 在小胶质细胞中发现了突触特异性成分,如突触前蛋白synaptophysin(Syn,A)和突触后蛋白PSD95(B),并且与小胶质细胞的溶酶体标记物Lamp1共标。 遗忘的机制始于分子的“导航” 研究人员发现,记忆在印迹细胞组成的这条“公路”上激活传递,这其中记忆印迹细胞之间的突触不仅是公路间相联系的“桥梁”,而且也是储存记忆的“仓库”。小胶质细胞就像是“拆迁队”, 把“桥梁”给拆掉了,储存在其中的记忆信息也就无法继续传递下去,最终导致了记忆遗忘。 那么具体是什么分子机制让本来是大脑“防卫兵”的小胶质细胞“兼职”成为了“拆迁队”了呢?研究人员通过高分辨率显微镜发现补体分子C1q不仅与印迹细胞的一些树突棘共定位,还与PSD95一起存在于小胶质细胞溶酶体中,这提示补体信号通路可能介导了小胶质细胞对记忆印迹细胞突触的清除。 研究人员通过对比,发现在印迹细胞中阻断补体信号通路可以十分有效地抑制记忆的遗忘和印迹细胞激活率的下降。而C1q-补体信号通路就像是猎人的小狗,寻找并在记忆印迹细胞的一些突触做上标记,这样小胶质细胞就像有了导航图一般,可以瞄准目标展开攻击,一吃一个准。 “复习不易忘”有了科学依据 生活中的一个常识,学习了一个新知识,假如总是复习,就不容易遗忘,而不去复习的话很快就会忘记。 研究人员通过实验证明了这一点。课题组特异性地在记忆痕迹细胞中导入了药理遗传学受体,通过注射药物CNO后,可以选择性抑制记忆印迹细胞的活动,让它们没有那么兴奋。这个时候研究人员发现,记忆的遗忘被加速了,就像不复习就容易遗忘。而这种加速的遗忘也可以被清除小胶质细胞或者阻断补体通路所抑制。 从另一个角度来看,复习就是让记忆印迹细胞和相应的突触联系更加活跃,好像把突触这座桥梁用钢筋混凝土加固了一样。而如果不复习,“桥”就会年久失修,就会被小胶质细胞这个“拆迁队”识别并拆除。 小胶质细胞的突触清除可能是介导遗忘的一种普遍机制 海马的齿状回可以不断产生新生的神经元,称之为神经发生(neurogenesis)。根据此前《科学》杂志报道,齿状回中持续产生的新生神经元的整合会导致海马神经环路中大量突触的重组与替换,从而导致先前建立的记忆被遗忘,尤其是在婴儿期。为了找出小胶质细胞介导的遗忘和神经发生介导的遗忘之间的关系,研究人员同时操纵了海马神经发生和小胶质细胞,发现小胶质细胞介导的突触清除既参与了神经发生引起的遗忘,也参与了和神经发生无关的遗忘。因此,小胶质细胞的突触吞噬作用可能是在有神经发生的大脑区域,或缺乏神经发生的哺乳动物大脑中介导遗忘的一种更为普遍的机制。 谷岩表示,随着研究的深入,未来可能对疾病导致的记忆损伤和记忆丢失有更清楚的理解。从长远来看,这项工作也为研究长期记忆的巩固和不良记忆的消除提供了前瞻性的基础铺垫。
浙江大学 2021-04-10
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