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            東南大學近期科研成果掃描

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              東南大學科研團隊發現具有七重物理通道開關的熱致變色鐵彈體

              近日,東南大學國際分子鐵電科學與應用研究院暨江蘇省“分子鐵電科學與應用”重點實驗室團隊發現瞭具有七個物理通道開關的熱致變色鐵彈體。相關工作以題為“The First Chiral Thermochromic Ferroelastic with Seven Physical Channel Switches”的學術論文在化學領域頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》上發表。此外,該論文被選為VIP(Very ImportantPaper)。據悉,隻有不到5%的已接收論文才能獲得如此積極的評價。

              在信息化時代,電子智能設備的信號處理和加密顯得至關重要,具有多重物理通道雙穩態開關特性的多功能材料成為後起之秀。眾所周知,一把鑰匙對應一個鎖,假如我們將財產放進保險櫃中,我們就又多瞭一層防護。類似地,每增加一個物理通道,就是增加一層保障。基於此,我們報道瞭首例具有七個物理通道的手性化合物,可以對信息進行七層加密處理,使信息安全更加可靠。

              (a) 消旋晶體結構中的無序的CTA陽離子和手性有序的S-CTA和R-CTA陽離子

              (b) (R-CTA)2CuCl4

              (c) (S-CTA)2CuCl4的晶體堆積圖

              早在1999年,Wataru Fujita等人在《Science》上就已經報道瞭磁雙穩態(Science1999, 286, 261–262)在1,3,5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl(TTTA)分子中觀測到一個明顯的磁雙穩態回線發生在230 K到305 K溫度范圍內。它的高溫相為順磁相,低溫相在二聚作用的影響下具有抗磁性。三年後,M. E. Itkis等人在《Science》上報道瞭在非那烯基中性自由基產物中發現瞭電、光、磁三個物理通道的雙穩態特性(Science2002, 296, 1443–1445)。直到2014年,熊仁根教授團隊在《Advanced Materials》上報道瞭高碘酸咪唑(IPI)化合物具有介電、壓電、SHG和鐵電和機電耦合等五個物理通道的雙穩態(Adv. Mater.2014, 26, 4515–4520)。由此可見,每增加一個物理通道都面臨著巨大的挑戰,在分子鐵電“似球-非球”原理和手性引入的指導下,我們利用手性配體進行合成,將手性開關引入其中,成功組裝得到瞭(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4(CTA=3-Chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium),這兩個化合物在介電、電導、二階非線性、壓電、鐵彈性,手性和熱致變色這七個物理通道上具有開關特性。其中熱致變色特征尤為耀眼,區別於傳統的相變材料,這為雙穩態開關提供瞭光譜加密的新靈感。

              (a) DSC曲線

              (b) 介電,電導,壓電和二階非線性光學等多重雙穩態示意圖。

              (Rac-CTA)2CuCl4,(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4的相變點分別在361, 417 和420 K附近,隨著溫度變化,相變溫度以下的低溫相和相變溫度以上的高溫相的介電常數、電導率、壓電系數、SHG信號強度均呈現出可切換的兩種穩定的狀態。

              (S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4晶體在293 K下的鐵彈疇結構

              此外,這對手性化合物還具有鐵彈性,鐵彈相變往往伴隨著鐵彈疇的演化。在正交偏振光下,不同取向的鐵彈疇具有不同的雙折射特性,從而呈現出明暗不同的結構區域。(S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4的晶態薄膜在室溫下呈現出清晰的三角形鐵彈性結構。當溫度高於相變點時,鐵彈疇迅速消失,呈現出立方對稱的消光特性。在隨後的冷卻中,規則的鐵彈疇又很快顯現,表現出明顯的開關特性。

              除瞭鐵彈性外,這一對手性晶體還展示出可轉換的熱致變色的性質。室溫下,(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4晶體對光的吸收均低於540 nm,與它們呈現的黃色外觀一致。隨著溫度的升高,電子吸收帶的吸收邊緣發生紅移。當溫度超過相變點達到423 K時,吸收邊移動到580 nm,這也與晶體受熱變成橙色一致。利用熱致變色特征對光譜加密和信號檢測進行特定的處理,這為開發新型加密技術帶來新的思路。

            圖為變溫固體紫外-可見吸收光譜

              該工作由博士生陸思祺(第一作者)等人的共同努力下完成,東南大學為第一通訊單位。該成果得到“東南大學十大科學與技術問題”啟動培育基金的資助。

              論文鏈接:

              https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000290

              崔鐵軍院士團隊成功研制雙通道獨立可編程超表面

              近日,東南大學崔鐵軍院士研究團隊和新加坡國立大學仇成偉教授合作,提出、設計並實驗驗證瞭一種具有強重構能力、雙通道獨立可編程超表面。該雙可編程超表面具有獨立控制接口,能夠實時對x極化和y極化電磁波進行獨立編程調控,從而可實現多個復雜和新奇的電磁功能。相比於以往的單極化可編程超表面,該雙可編程超表面能並行提供兩個相互獨立的信息傳輸通道,進而大大提升可編程超表面的信息處理能力。

              相關研究成果以“Polarization-controlled dual-programmable metasurfaces”為題發表在綜合學術期刊《Advanced Science》上。論文通訊作者為東南大學蔣衛祥教授、崔鐵軍教授和新加坡國立大學仇成偉教授,第一作者為東南大學博士生張信歌。

              超表面是由亞波長人工單元在二維平面內周期或非周期排佈構成的超薄平臺,在調控電磁波方面展現瞭強大的能力。特別是動態超表面,在外部控制信號下能對電磁波進行人為動態調控。目前已有的動態超表面大部分是可調超表面和可重構超表面。可調超表面的功能可以實現微調,但功能類似;可重構超表面能獲取顯著不同的功能,但功能數有限。為瞭實現很多個不同功能的實時調控與切換,崔鐵軍教授等人於2014年提出將數字編碼表征和現場可編程邏輯門陣列(FPGA)引入到動態超表面設計中,實現瞭現場可編程超表面。可編程超表面可以在單一平臺上實現很多種完全不同的功能,且功能可以按照編寫好的程序實時切換。然而,大部分已有可編程超表面隻能在預先設計的特定極化電磁波照射下才能表現出可編程特性,在其它極化電磁波照射下其依然表現為靜態特性。由於可編程超表面隻能在單一極化電磁波照射下被實時調控,僅能提供一個有效的信息傳輸通道,因此隻能在一個通道上串行處理多個任務,制約瞭並行處理多任務的能力。

              為瞭提升超表面的信息處理效率和多任務處理能力,科研人員開發並設計實現瞭雙極化超表面,能在不同極化下表現出不同的電磁響應,進而能夠並行地提供兩個獨立的信息通道。相比於單極化超表面,雙極化超表面能實現較為復雜的功能,例如多通道信息處理、偏振分割多路復用以及雙極化口徑共享等。因此,基於雙極化超表面能實現更先進的功能器件。然而,目前已有的雙極化超表面是靜態或僅能微調,其功能無法被實時編程切換,這大大限制瞭雙極化超表面的多功能性以及在超快切換、掃描系統中的應用。

              為瞭解決上述難題,在該工作中研究人員設計瞭一款可對x極化和y極化電磁波獨立調控的雙可編程超表面。為瞭實現該雙編程超表面,研究人員首先精心設計瞭一種可獨立調控x極化和y極化電磁波反射相位的有源超表面單元。該有源超表面單元具有特殊設計的金屬圖案,並在x方向和y方向上分別集成瞭兩個變容管,通過設計的兩條偏壓線可獨立調控x方向和y方向上變容管的容值,進而完成對x極化和y極化電磁波反射相位的獨立控制。為瞭獲得雙編程超表面並實現多個復雜電磁功能,研究人員用24x24個超表面單元進行組陣,該超表面陣列中包含48路獨立控制接口。為瞭實現單塊FPGA對包含多個獨立控制接口的雙可編程超表面進行有效控制,研究人員進一步設計並實現瞭擴展接口電路和直流電壓轉換電路。擴展接口電路主要由譯碼器和鎖存器構成,能將少量FPGA接口以指數方式大大擴展。電壓轉換電路主要由晶體管和電阻構成,能將FPGA輸出的電壓轉換到雙可編程超表面中變容管所需偏壓。因此,最終研制的雙可編程超表面平臺具有豐富的可編程性,能夠實現多個復雜電磁功能。作為實驗演示,研究人員在單個平臺上實驗驗證瞭三種不同的電磁功能,分別是用於圓極化波自旋控制的異或邏輯運算、定頻大角度雙波束掃描和雙極化口徑共享。該雙可編程超表面為實現大規模、高集成度的電磁器件和系統提供瞭技術新途徑,有望在基於波的邏輯運算平臺、高速掃描雷達和多通道空間光處理器等先進器件和系統中獲得應用。

              東南大學吳智深教授團隊牽頭獲得國傢重點研發計劃項目資助

              近日,國傢重點研發計劃“重大自然災害監測預警與防范”重點專項公示結束,東南大學土木工程學院吳智深教授牽頭獲得“大型橋隧結構災後快速檢測評估技術與裝備研發”項目資助,項目執行期4年,總經費為3633萬元。

              該項目是針對大型橋隧基礎設施防災減災迫切需求以及自然災害發生後的救災搶險、快速恢復需求開展研究工作,研發具備移動式、無人化、精細化、全面性等特點的快速檢測裝備及智能評估決策平臺,從而提高大型橋隧結構災後快速高精度及智能化檢測評估水平,提升國傢救災減災能力、保障國傢社會經濟安全可持續發展的重大國傢需求。

              東南大學林承棋和羅卓娟課題組在國際頂尖期刊Science Advances發表最新研究成果

              近日,東南大學生命科學與技術學院“發育與疾病相關基因”教育部重點實驗室林承棋和羅卓娟課題組在國際頂級期刊《Science Advances》雜志發表瞭題為ENL initiates multivalent phase separation of the Super Elongation Complex (SEC) in controlling rapid transcriptional activation的文章,闡明瞭有關基因轉錄延伸復合體形成及作用機制的研究工作成果。

              東南大學研究團隊的研究揭示瞭SEC介導的多價相分離在RNA聚合酶II轉錄暫停釋放中起著關鍵作用,並從全新的角度為基因快速協調性轉錄激活程序的機制探索提供瞭新的認識。

              此外,作者還發現在混合譜系白血病(MLL)中,SEC與MLL基因的轉位融合,可以極大促進SEC相分離,從而促進癌基因快速轉錄並維持高表達狀態。這一發現將為SEC相關的人類疾病發病機制探索及藥物靶向篩選方案提供瞭新的方向與思路。論文第一作者為東南大學生命科學與技術學院林承棋課題組博士生郭澄豪,東南大學為第一通訊單位。

              論文鏈接:

              https://advances.sciencemag.org/content/6/14/eaay4858

              東南大學青年教師陳旭漫在國際頂尖期刊《德國應用化學》發表最新研究成果

              近日,東南大學化學化工學院青年教師陳旭漫博士在國際頂級期刊《Angewandte Chemie(德國應用化學)》上發表題為“Efficient Near-Infrared Emissive Artificial Supramolecular Light-Harvesting System for Imaging in Golgi Apparatus”的學術論文。

              光捕獲過程作為將自然光進行捕獲、能量轉化並利用的步驟,是植物光合作用中第一個也是十分重要的過程。構築人工光捕獲體系對於光能的利用具有重要意義,但目前構築具有高效人工光捕獲體系仍存在很大挑戰。

              東南大學研究團隊利用“杯芳烴誘導聚集”策略,設計合成兩親磺化杯芳烴和陽離子型萘基吡啶衍生物作為熒光給體在水溶液中自組裝,並引入尼羅藍作為熒光受體分子,成功構築瞭近紅外發射的超分子人工光捕獲體系。

              通過進一步研究,團隊發現該體系在細胞內依然保持很高的光捕獲效率和高度穩定性,同時證明瞭其對高爾基體染色的選擇性。該研究對於人工超分子光捕獲體系傳感、成像、診斷等方面的研究有著重要的推動作用。論文第一作者為東南大學化學化工學院青年教師陳旭漫,東南大學為第一通訊單位。

              論文鏈接:

              https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003427