1.中国科大研制成功微型化紫外光谱仪芯片；

2.上海科技大学硬X射线自由电子激光装置等两项科技创新工程迎来关键节点；

3.我国科研人员提出固态锂电池界面调控新方案；

1.中国科大研制成功微型化紫外光谱仪芯片；

近日，中国科学技术大学微电子学院孙海定教授iGaN实验室，联合武汉大学刘胜院士团队，成功研制出微型化紫外光谱仪芯片，并实现片上光谱成像。该芯片基于新型氮化镓基（GaN）级联光电二极管架构，并与深度神经网络（DNN）算法深度融合，实现了高精度光谱探测与高分辨率多光谱成像，其光谱响应速度创下了目前已报道微型光谱仪的最快世界纪录（纳秒级）。

该成果不仅填补了微型光谱仪技术在紫外波段的空白，同时展现了其在未来大规模可制造的紧凑型、便携式光谱分析和光谱成像芯片，及其在高通量实时生物分子和有机物检测、片上集成式传感技术等领域的广阔应用前景。相关研究以“A Miniaturized Cascaded-Diode-Array Spectral Imager”为题，9月26日在线发表于光学领域著名期刊《自然·光子学》。

物质的光谱信息常被形象地称为“光基因”，它反映了物质的本征属性。光谱成像技术不仅能获取被检测目标的光谱特征信息，还能够捕捉其空间几何特征等多维度数据，具有“谱图合一”特性，从而实现对复杂环境和目标的实时精准测量与识别。凭借这一优势，光谱成像在物质成分分析、环境实时监测、卫星遥感、深空探测等领域具有重要的应用前景和战略价值。然而，现有光谱成像技术普遍依赖几何分光与机械扫描等传统模式，其系统复杂、体积庞大，难以实现小型化集成式发展，且价格昂贵。因此，基于传统光谱仪及其光谱成像技术已经无法满足日益增长的对集成便携式且具有快速响应特性的智能光谱成像仪的应用需求。尤其针对工作在深紫外/紫外波段（对生物制药、有机物和分子检测有重要意义），目前受限于材料、工艺和结构的复杂性，片上微型紫外光谱成像技术长期存在空白，成为制约该领域发展的关键瓶颈。

图1 基于级联n-p-n光电二极管的光谱成像芯片：（a）微型光谱成像芯片三维结构示意图，（b）晶圆照片，右上角为器件显微图，

（c）键合后的芯片照片，（d）微型光谱成像芯片工作原理。

为了解决这一难题，iGaN实验室提出了一种新型GaN基级联光电二极管架构（图1a），并研制出全球首个工作于紫外波段的光谱仪芯片，应用于光谱成像。该结构由两个不对称p-n二极管垂直级联组成。可在2英寸晶圆上进行阵列化制备并通过键合完成光谱成像芯片制备（图1b,c）。该级联光电二极管能够通过外加偏压调控载流子的波长依赖传输行为，从而实现电压可调的双向光谱响应，结合深度神经网络的算法（图1d），可以实现对未知的各种光谱信息进行高精度重构（图2a-c）。该光谱成像芯片在紫外波段（250-365纳米）表现出准确的光谱重构和快速的响应能力，可达到约0.62纳米的分辨率、约10纳秒的超快响应速度（目前已报道的微型光谱仪中最快）。

基于这一微型光谱仪芯片，研究团队成功对不同有机物质（如橄榄油（A）、花生油（B）、动物油脂（C）和牛奶（D））液滴进行了空间分辨与单次直接成像。每个像素捕获依赖于波长的光电流信号，并形成一个完整的三维数据集，通过利用神经网络算法进行光谱重构，生成高分辨率的光谱图像，清晰展示了不同有机物在紫外波段的独特紫外吸收特性（图2d）及其空间分布（图2e）。该结果展示了微型化紫外光谱及成像芯片在有机检测方面的巨大应用潜力。

图2 微型化紫外光谱仪和商业光谱仪测试（a）单峰光谱，（b）不同半高宽光谱，（c）双峰光谱；（d）不同有机物质的测试光谱；（h）不同波段的空间信息。

该工作提出并验证了一种全新的微型化光谱仪芯片实现方案，并首次利用宽禁带氮化物半导体作为光谱仪芯片的材料载体。未来，通过改变芯片内化合物材料组分及其掺杂特性，或者直接采用其他二六族（硫化镉、氧化锌等）和三五族化合物半导体材料（如砷化镓，磷化铟等），该微型光谱仪芯片架构的工作范围可从紫外光扩展到可见光甚至红外光波段。此外，由于该芯片制备工艺完全兼容现有的先进半导体大规模制造工艺，因此该芯片的特征尺寸可以被进一步缩小至亚微米甚至纳米级，从而实现更高分辨率的光谱成像，并有望将现有的光谱成像仪的成本降至传统方案的百分之一。就像曾经硅基CCD/CMOS芯片技术的不断进步推动数码相机的大规模普及一样，这一新型氮化镓基微型化光谱仪芯片的研制成功有望引领光谱成像技术的新一轮产业升级。

此项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省自然科学基金等项目资助，并获得了中国科学技术大学微电子学院、微纳研究与制造中心、物理科学实验中心的大力支持。该论文的共同第一作者为博士后余华斌、博士后Muhammad Hunain Memon、博士研究生高志祥和硕士研究生姚铭家。中国科大孙海定教授是本论文的唯一通讯作者，武汉大学刘胜院士、浙江大学杨宗银教授、剑桥大学Tawfique Hasan教授对该工作提供了重要支持和指导。

2.上海科技大学硬X射线自由电子激光装置等两项科技创新工程迎来关键节点；

据“浦东发布”微信公众号报道，近日，上海科技大学两项科技创新工程同时迎来关键节点——上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）建安工程全面交付使用，全面进入装置安装调试阶段；上科大2060研究院低碳复合能源集成试验平台首套装置成功开机运行。据了解，SHINE建成后将成为世界上最高效和最先进的X射线自由电子激光装置之一，形成独具特色、多学科交叉的先进科学研究平台，为上海国际科创中心建设提供重要支撑。

低碳复合能源集成试验平台作为绿色燃料合成的关键技术验证平台，自2024年初启动规划建设，可实现绿色甲醇、乙醇、可持续航空燃料等柔性制备及创新技术的工程化验证。首套入场装置高度集成、模块化设计，未来可与风光电站配套，为社区、岛屿、海上平台等提供分布式绿色能源保障。

3.我国科研人员提出固态锂电池界面调控新方案；

近日，中国科学院金属研究所的科研团队近日在固态锂电池领域取得突破，为解决固态电池界面阻抗大、离子传输效率低的关键难题提供了新路径。该研究成果已于近日发表在国际学术期刊《先进材料》上。

固态锂电池因其高安全性和高能量密度，被视为下一代储能技术的重要发展方向。然而，传统固态电池中电极与电解质之间的固-固界面接触不良，导致离子传输阻力大、效率低，严重制约其实际应用。

研究团队利用聚合物分子的设计灵活性，在主链上同时引入具有离子传导功能的乙氧基团和具备电化学活性的短硫链，制备出在分子尺度上实现界面一体化的新型材料。该材料不仅具备高离子传输能力，还能在不同电位区间实现离子传输与存储行为的可控切换。

科研人员介绍，基于该材料构建的一体化柔性电池表现出优异的抗弯折性能，可承受20000次反复弯折。当将其作为复合正极中的聚合物电解质使用时，复合正极能量密度提升达86%。此项研究为发展高性能、高安全性固态电池提供了新的材料设计思路与研究范式。