电子科技大学光电科学与工程学院电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 610054
报道了一种基于交叉偏置磁场的单光束单调制三轴原子磁力仪。基于Bloch方程研究了单光束泵浦探测结构实现三轴磁场检测的理论，提出使用交叉偏置磁场来旋转原子自旋极化方向实现三轴磁场探测的方案，并通过实验进行了验证。仅采用单一调制磁场，在抑制低频噪声的前提下避免了磁场串扰问题。实验结果表明：在零磁场环境下，系统对X轴方向待测磁场的响应带宽为90 Hz，系统灵敏度为21 fT/（Hz1/2）；在Z轴方向施加34 nT的偏置磁场时，系统对Y轴方向待测磁场的响应带宽为130 Hz，系统灵敏度为26 fT/（Hz1/2）；在Y轴方向施加38 nT的偏置磁场时，系统对Z轴方向待测磁场的响应带宽为128 Hz，系统灵敏度为29 fT/（Hz1/2）。该三轴原子磁力仪体积小、结构简单且制作成本低，有望应用于生物医疗等领域。
原子磁力仪 三轴磁场 灵敏度 无自旋交换弛豫 弱磁检测 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0512005
1 1.武汉理工大学 材料科学与工程学院, 武汉 430070
2 2.武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
近年来, 全无机铯铅卤化钙钛矿CsPbX3(X=Cl, Br, I)纳米晶(NCs)材料因具有长载流子寿命、强光吸收、低成本制造和带隙可调性等独特的性能已成为研究的热点, 但专注于CsPbBr3纳米晶瞬态光电导的相关研究却很少。本工作通过配体辅助再沉淀法制备了CsPbBr3纳米晶体, 并改进了光电导薄膜样品的制样方法和真空瞬态光电导测试装置, 研究了不同温度和不同激发功率对CsPbBr3纳米晶瞬态光电导的影响。不同温度的瞬态光电导实验结果表明, 在133~273 K温度范围内, 光生电流衰减速率随着温度增加而逐渐减小, 而在273~373 K温度范围内, 光生电流衰减速率随着温度升高而逐渐增大。不同激发功率的瞬态光电导实验表明, 激发功率从200 mW逐渐增大到1000 mW时, 光生电流衰减速率增大。本工作的研究方法为研究光激发光生载流子的动力学相关行为提供了一个的新思路。
卤化铅钙钛矿 CsPbBr3纳米晶 光生电流 瞬态光电导 载流子弛豫 lead halide perovskite CsPbBr3 nanocrystals photo-generated current transient photoconductivity carrier relaxation
桂林电子科技大学 广西精密导航技术与应用重点实验室， 广西 桂林 541004
为满足微小能量收集系统的低电压、低功耗应用需求，设计了一种低温度系数的低功耗、小面积的张弛振荡器。使用自偏置Cascode复合晶体管结构分别代替传统倍增电流偏置电路中的大电阻和振荡器核心电路中在比较器输入端生成电压参考的大电阻，实现低功耗，同时达到减小电路面积，提高集成度的目的。采用0.18 μm CMOS工艺进行设计，仿真结果表明，该振荡器可在0.8~1.2 V的电源电压下正常工作，在工作频率为2.2 kHz时，功耗为30 nW，工作频率的温度系数TC可达1.03×10-4/℃，芯片面积相对于同类电路至少减小了70 %。
张弛振荡器 低温度系数 低功耗 relaxation oscillator low temperature coefficient low power
西安交通大学城市学院 计算机系， 西安 710018
设计了一种基于平均电压反馈技术的片上高精度全集成张弛振荡器，所设计的振荡器克服了传统张弛振荡器对比较器延迟、器件老化和电流源噪声等敏感的问题。此外，还设计了一种一次性自动频率校正电路，可使振荡器在外部参考时钟的辅助下，自动完成输出频率的高精度校准。采用UMC 40 nm CMOS工艺，实现了50 MHz高精度全集成张弛振荡器，并完成了振荡器的版图和后仿真。振荡器的版图面积为181 μm×218 μm。后仿真结果表明，所设计振荡器能在不同工艺角下将输出频率自动校准到50 MHz，且在供电电压从2.2 V到3.6 V、温度从-40 ℃到125 ℃的变化下，输出频率误差仅为±0.47%。典型工艺角下，振荡器功耗为200 μW。
高精度 平均电压反馈 张弛振荡器 数字校准 high accuracy average voltage feedback relaxation oscillator digital calibration
1 北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室，北京 100081
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究中心，深圳市分子影像学重点实验室，广东省生物医学光学影像技术重点实验室，中国科学院健康信息学重点实验室，广东 深圳 518055
3 北京理工大学长三角研究院（嘉兴），浙江 嘉兴 314019
光声分子影像技术在生物医学中具有广泛的应用。实现分子探针浓度的准确解析，对于相关疾病的研究具有重要意义。然而，活体探测时，来源于生物组织的信号与探针的信号混叠，增加了准确解析的难度。当前改善的方法：或需要使用多波长进行探测，导致解析速度慢而且过程复杂；或使用单波长的方法，但需要依托于一类特殊探针的开关功能，导致普适性不足。鉴于此，提出了一种基于Grüneisen弛豫非线性光声效应的单波长浓度解析方法，并分别对色素染料与罗丹明6G探针两类样品开展了解析实验。结果表明，本文提出的方法获得的解析结果比线性单波长方法的解析结果误差更小，并且具有较好的普适性，为光声分子影像的浓度解析方法提供了新的思路。
生物技术 光声效应 Grüneisen弛豫 浓度解析 分子影像 光学学报
2023, 43(23): 2317001
1 中国矿业大学化工学院，江苏 徐州 221116
2 中国矿业大学材料与物理学院，江苏 徐州 221116
可再生能源储能与燃料电池发电是目前中国双碳背景下最重要的发展方向。可逆固体氧化物电池(RSOCs)是极具前景的能源存储与转化装置，具有能量转化效率高、排放低等优点。通常氧电极(正极)材料的极化阻抗大、氧还原/氧析出反应慢，影响了RSOCs的性能，而氧表面交换系数(k)被认为是限制氧还原/析出反应的最关键因素之一。本文总结了目前国内外k值测定方法的种类、原理及其优缺点，并重点介绍了利用光透射弛豫方法测量k值的原理、优势及应用进展。同时分析总结了缺陷化学、表面化学、晶向、晶粒尺寸和晶界、结晶度等因素对k值以及氧电极催化活性的影响。最后对未来的研究方向提出了若干建议。
可逆固体氧化物电池 薄膜氧电极 氧还原/氧析出反应 氧表面交换 光透射弛豫 reversible solid oxide cells thin film oxygen electrode oxygen reduction/evolution reaction oxygen surface exchange optical transmission relaxation
1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院，江西 景德镇 333403
2 景德镇陶瓷大学国家日用及建筑陶瓷工程技术中心，江西 景德镇 333001
3 江门职业技术学院，广东 江门 529090
为了提升低温固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能，设计制备了2种具有多功能层级骨架结构的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ/Ce0.9Gd0.1O2-δ (LSCF/GDC)阴极材料，研究了层级骨架阴极的显微结构和电化学性能。结果表明：GDC初级骨架其孔隙率高达80.5%，充分保证了LSCF或GDC次级骨架的构建、后续负载以及工作态下的氧气扩散。采用弛豫时间分布分析不同阴极的电化学阻抗谱，以LSCF纳米颗粒为次级骨架，具有连续电子导电通道，显著增加了反应活性位点，后续负载的GDC纳米颗粒协同促进了氧气的吸附/解离，其600 ℃条件下的总极化电阻仅为0.236 Ω·cm2，得到了制备工艺简单、氧还原反应活性强的层级骨架阴极，有望推动低温固体氧化物燃料电池的进一步发展。
低温固体氧化物燃料电池 阴极 层级骨架 弛豫时间分布 low-temperature solid oxide fuel cells cathode hierarchical scaffold distribution of relaxation times
1 上海航天电子技术研究所, 上海 201109
2 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072
Hg3In2Te6(简称MIT)是Ⅱ-Ⅵ/Ⅲ-Ⅵ族化合物半导体Hg(3-3x)In2xTe3中x=0.5时对应的稳定相。本文采用第一性原理方法, 系统地探究了Au在MIT中的稳定性和掺杂效率。计算结果表明: Au-Te键具有与Hg-Te相似的极性共价键特性, 表明Au在MIT中具有一定掺杂稳定性。此外, 发现Au在MIT中存在两性掺杂特性: Au在AuHg和AuIn体系中表现受主特性, Au-5d电子轨道分别在价带顶和-4 eV位置与Te-5p电子轨道形成共振, 形成受主杂质能级; 而Au在AuTe和AuI体系中表现施主特性, Au-5d与Hg-6s、In-5s电子轨道在导带底产生共振, 形成施主杂质能级。富Hg条件下, AuI、AuTe与AuHg之间会产生自我补偿效应, 费米能级被钉扎在价带顶, 而富Te条件下, 上述自我补偿效应将会得到有效消除。
掺杂 结构弛豫 自我补偿效应 杂质能级 第一性原理 MIT MIT doping structural relaxation self-compensation effect defect level first-principle
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
二氧化碳(CO2)是植物光合作用的原材料, 也是一种温室气体, 其过量地排放会影响动植物的生态环境。 在碳达峰、 碳中和的背景下, 研制高灵敏度的CO2检测装置具有重要意义。 为了监测大气环境中CO2含量的变化, 设计了一种长光程共振式CO2气体光声传感器, 并以此搭建了光声检测装置。 以中心波长为2 004 nm的分布式反馈激光器(DFB)作为激发光源, 激光射入由漫反射材料制成的球型吸收腔, 在腔内多次反射以增加气体的吸收路径。 吸收腔外部被两个高热传导率的铝制半球包裹, 降低由池体吸收光能后产生的热噪声。 吸收腔上耦合一根声学管, 当其工作在一阶纵向共振模态时, 光声信号被放大, 在管子末端达到极大值。 为了进一步增大光声信号, 通过饱和加湿样品的方式来加快CO2气体的弛豫速率, 加湿后的样品产生的光声信号是干燥样品的2.1倍左右。 使用一系列浓度的湿润CO2样品标定光声检测装置, 结果表明, 光声信号与浓度之间呈现良好的线性关系。 在此基础上, 通过对标准气体的检测实验, 验证了装置的准确性与稳定性。 利用Allan方差评估装置在长时间工作下的检测灵敏度, 当平均时间为865 s时, 检测灵敏度为0.35×10-6。 与传统T型光声池相比, 光程增加了约20倍, 光声信号提升了约6倍。 使用装置对室外环境中的CO2进行了共10 h的检测, 得到室外CO2的平均浓度约为381×10-6。 综上所述, 由于长光程、 声共振以及加湿样品的有机结合, 有效地增大了CO2的光声信号, 为气体光声传感器以及检测装置的设计提供了相关参考。
光声光谱 长光程 声共振 弛豫速率 Photoacoustic spectroscopy Long optical path Acoustic resonance Relaxation rate
