1.浙大研究团队在铌酸锂晶体中实现三维超宽带微区光学色散，为微型光谱仪与集成光子学开辟新路径；
2.上海交大张礼知团队发文报道平面非对称高价铁合成及其高效氧转移反应；
3.20m/s避障+多机集群任务 上海交大林巍峣团队在无人机高速避障方面取得重要进展；
4.北理工团队在二维铁电材料CuVP2S6的直接合成与神经形态计算方面取得重要进展；
5.同济大学王占山和程鑫彬团队关于自旋梯度场诱导介电球产生光力矩的研究成果发表于《激光与光子学评论》
6. 北大新材料学院潘锋/杨卢奕团队在调控锂电池高性能硅基负极电解液提升界面稳定性方面取得新进展
1.浙大研究团队在铌酸锂晶体中实现三维超宽带微区光学色散，为微型光谱仪与集成光子学开辟新路径
光学色散作为基础物理现象，能将复色光分解为不同波长的单色光（如彩虹形成），在光谱分析、精密测量与光学成像等前沿领域发挥着不可替代的作用。随着可穿戴光电系统、片上集成光子学的迅猛发展，研制具有微米级特征尺寸的光子器件，已成为开发新一代小型化、集成式装备的核心关键。然而，传统的色散元件（如棱镜、干涉仪、衍射光栅）受限于厘米量级光程要求和严苛的几何对准精度，难以满足超紧凑光学系统对空间效率与结构鲁棒性的要求。在此背景下，微尺度光学色散技术应运而生，旨在将色散工作尺度压缩至微米量级，已成为集成光子学的前沿研究热点。而开发兼具宽带响应、紧凑尺寸、高色散精度及强稳定性的微尺度光学色散器件，并实现其简捷高效的设计制造，是当前亟待突破的科学与技术挑战。
近日，浙江大学光电学院邱建荣教授团队、信电学院杨宗银教授团队、新加坡国立大学仇成伟教授团队通过超快激光在铌酸锂晶体中诱导人工色散微区实现了三维自由空间中超宽带光学色散的按需定制，该方案支持在50×10×6 µm³ 超紧凑空间内精确按需构建具有超宽带光谱响应（> 1300 nm）的微尺度光学色散平台，该平台展现出高度设计灵活性、角度不敏感特性及优异的极端环境抗干扰能力，为新型宽带片上微型光谱仪、高光谱成像、信息记录、防伪加密等应用开辟了全新技术路径，为推动三维集成光子学的发展提供了全新思路。该成果以“3D ultra-broadband optically dispersive microregions in lithium niobate”为题发表于Nature Communications。
研究创新点
机理创新：三维微尺度光学色散产生
为了将光学色散压缩至微米尺度，本研究通过超快激光在铌酸锂晶体内部诱导亚波长相变纳米条纹（SPNs）构建色散微区（图1a）。由于超快激光与铌酸锂晶体相互作用过程中纳米等离子体的各向异性生长，焦点体积内的SPNs呈周期性排列，其中非晶态纳米条纹宽度约为20 nm，周期约为200 nm（图1b）。由于铌酸锂晶体和非晶相之间显著的折射率差异，根据有效介质理论，色散微区可等效视为各向异性介质层，对入射光的相位和偏振进行二次调制（图1c），从而在激光修饰区域内建立O光和E光的频率相关干涉（图1d），干涉光频率与O光和E光抵达色散微区时的相位差相关（图1e）。通过设计激光写入路径在晶体内部构建光楔结构，可以直接产生连续变化的相位差，简捷高效地实现三维空间微尺度光学色散（图1f）。
图1 铌酸锂中微尺度光学色散原理
三维微尺度光学色散按需操控
通过精准调控光楔角度及取向，可以设计MOD的光学特性。例如，在三维空间中扭转色散微区能够精细调整其分光方向与模式（图2a, b）；调节楔角大小则可控制不同频率光干涉的条纹间距，进而调控MOD的整体工作尺寸（图2c-e）。基于此原理，可以将色散区域长度压缩至50 µm，宽度减小至10 µm，光楔厚度仅为6 µm（图2f），从而在极紧凑的空间内实现整个可见光波段的有效色散，使得基于传统架构的光学元件在尺寸上首次可与超材料相媲美。这种超紧凑设计允许MOD元件能够集成于块体、各类基板以及薄膜等多种衬底之中，展现出优异的通用性和可集成性。
图2 三维光学色散微区设计与调控
基于此方法创建的MOD元件展现出优异的性能。首先，光楔结构支持产生连续的宽带光学色散信号，构建的色散元件展示出涵盖紫外、可见光和近红外区域的超宽光谱响应，理论上仅受到铌酸锂晶体透明窗口的限制。其次，通过激光直写能够按需定制色散微区形状（图3a），从而直接在三维空间中显示复杂的色散图案（图3b），为多维信息记录、光学加密和多级防伪等提供新方案。SPNs引起的局部光调制使色散信号被严格限制在色散微区内，而非在空间上发散。通过对色散微区成像即可直接提取色散信号，兼容透射和反射两种工作模式（图3c），并且色散信号与成像视角无关（图3d）。相较于传统精密光学色散元件，色散微区在全无机晶体基质的保护下表现出极强的稳定性，使得MOD元件能够承受600 ℃高温、强酸腐蚀、污染、机械损伤等各种极端环境，对震动、冲击等外部扰动均不敏感（图3e）。
图3 铌酸锂光学色散微区优势特性
应用突破：超宽带片上微型光谱仪
本文提出的MOD策略在片上集成光谱仪和光谱成像方面展现出巨大潜力。刻有色散微区的铌酸锂窗口与能够直接与CMOS图像传感器集成实现片上光谱探测，根据MOD元件的光谱响应函数和入射光MOD光强分布，即可重构出未知光源的光谱信息（图4）。MOD光谱仪在390-1710 nm的超宽波长范围内对单峰、双峰、宽谱均展现出灵敏、稳定的探测能力，其单色光重构半峰全宽可达3.94 nm，双峰重构分辨率达到4 nm，综合性能优于商用集成光谱仪。通过激光直写构建色散微区阵列，还可以实现光谱成像功能。值得一提的是，色散微区的创建完全通过自组织材料修饰实现，不依赖EBL等复杂微纳制造工艺，极大降低了应用成本。鉴于MOD元件优异的可扩展性、稳定性、可重复性和经济性，这种集成光谱探测系统有望大规模应用于包括环境监测、生物医学、食品安全和工业检测等多种场景，尤其是在极端条件下消耗性任务中具有显著优势。
图4 基于MOD的片上微型光谱仪
总结与展望
本研究通过超快激光诱导亚波长相变纳米条纹在铌酸锂晶体内构建三维可控的色散微区，首次实现高折射率介电环境下微尺度光调制以及具有多自由度可控性的超宽带光学色散。所提出的制造方法、色散机制和操控原理为增强透明介电材料中的光与物质相互作用研究以及自由空间集成光子器件开发提供了新的机遇，为推进小型化光学色散元件广泛应用于下一代便携式、可穿戴和模块化光电系统奠定了基础。
本文第一作者为浙江大学张博博士、王卓博士、剑桥大学Tom Albrow-Owen博士，通讯作者为浙江大学邱建荣教授、杨宗银教授、张博博士、谭德志研究员和新加坡国立大学仇成伟教授。剑桥大学Tawfique Hasan教授等也为本工作做出重要贡献。
2.上海交大张礼知团队发文报道平面非对称高价铁合成及其高效氧转移反应
近日，上海交通大学环境科学与工程学院张礼知教授团队在自然•通讯《Nature Communications》在线发表了题为“Planar asymmetric surface FeIV=O synthesis with pyrite and chlorite for efficient oxygen atom transfer reactions”的研究成果。该研究发现亚氯酸根和黄铁矿反应能生成构型为Fe-Cl1S3的平面非对称表面高价铁-氧物种，该物种具备电子离域和铁氧键弱化特征，可提升氧转移反应效率。论文第一作者为上海交通大学环境科学与工程学院2024级直博生连文高和2021级致远荣誉计划博士生邹幸玥，通讯作者为上海交通大学环境科学与工程学院么艳彩副教授和张礼知教授，第一完成和通讯单位均为上海交通大学。
研究简介
表面高价铁氧物种 (≡FeIV=O)是一种可靠且环境友好的氧原子转移试剂。目前常采用铁基材料和氧化剂（过氧化氢、过氧乙酸等）合成≡FeIV=O，但对称平面配位环境引起的轴向Fe=O双键最大轨道重叠严重限制其活性。本研究利用亚氯酸盐作为氧化剂，在黄铁矿上合成平面非对称≡FeIV=O (PA-≡FeIV=O)。反应过程中，原位生成的二氧化氯将平面Fe-S键转化为Fe-Cl，形成Fe-Cl1S3平面构型。与平面对称≡FeIV=O (PS-≡FeIV=O)中轴向Fe=O周围的电子定域不同，Cl的强吸电子能力导致PA-≡FeIV=O的电子在Fe、轴向氧基团及其平面配体之间出现明显离域，有效地减弱了轴向Fe=O键的轨道重叠，将底物电子快速转移到PA-≡FeIV=O未占据反键轨道，加速后续PA-≡FeIV=O氧原子转移到底物的氧化过程。这种高效的氧原子转移反应可以实现甲烷-甲醇选择性氧化等高附加值化学合成，为配位环境调控高价金属-氧物种活性提供了新的思路。
研究内容
本研究首先采用原位拉曼光谱、电子自旋共振谱、紫外分光光度等技术验证了体系中高价铁和二氧化氯的同步产生，之后比较有无二氧化氯存在时两种反应后黄铁矿的X光电子能谱、拉曼光谱和X-射线吸收能谱，证明原位生成的二氧化氯可以在反应该过程中将平面对称高价铁的Fe-S4构型转变为非对称的Fe-Cl1S3构型，而理论计算和实验结果排除了其他含氯物种实现该过程的可能性。
图1 平面非对称高价铁-氧物种的合成与表征静电势
分析结果显示，Cl相对S更强的吸电子能力打破了平面对称高价铁原有的均匀电子分布，为电子离域创造了条件。Fe-K近边吸收谱、Fe 2p能级X光电子能谱和57Fe穆斯保尔谱同位异质能中发生的能量或移速偏移均证实，氯原子配位吸引了铁原子中心的电子，促进平面非对称高价铁中心铁原子接受来自外部的电子完成氧转移反应。功函数的分析进一步证明了中心铁原子电子密度的降低。
图2 平面非对称高价铁和平面对称高价铁配位环境与电子结构的差异
本研究继续通过理论计算深入分析了平面非对称高价铁的氧原子转移能力。电子自旋密度计算结果显示平面非对称高价铁较平面对称高价铁整体呈现更强的电子自旋状态，赋予Fe=O键更高的反应活性。电子局域函数（ELF）分析表明平面非对称高价铁的Fe=O键的电子离域性大幅度提升，让Fe更容易接受电子且O原子更容易转移至外界。氧原子析出能垒分析显示，平面非对称高价铁在FeIV=O→FeIII-O和FeIII-O→FeII两个反应过程中的能垒较平面对称高价铁明显降低，可实现更高效的氧转移反应。态密度分析显示，平面非对称高价铁的Fe与O均出现更小的带隙，有利于电子传递。
图3 理论计算验证平面非对称高价铁的氧转移能力增强
本研究合成的平面非对称高价铁在选择性甲烷氧化，甲基苯基硫醚氧化，三苯基膦氧化和苯乙烯环氧化等多个氧转移反应中，均体现出更高反应活性，并超过了大多数传统氧化剂，为基于高价金属的高附加值化学合成奠定基础。
图4 平面非对称高价铁的高效氧转移反应
作者简介 连文高，环境科学与工程学院2024级博士生，以第一作者身份在Nature Communications发表论文一篇。 邹幸玥，环境科学与工程学院2021级博士生，以第一作者身份在Nature Communications、Journal of Hazardous Materials、Journal of Materials Chemistry A等期刊发表论文三篇。 么艳彩，上海交通大学环境科学与工程学院副教授、博士生导师。从事水污染控制电化学研究。以第一/通讯作者身份在Nature Catalysis、Nature Synthesis、Nature Communications、JACS、PNAS、ES&T、WR等期刊发表SCI论文26篇，6篇入选ESI高被引论文，部分研究成果被Technology Times、EurekAlert!、新华社、人民日报等多家国内外主流媒体专题报道。授权中国发明专利4项，并成果转化2项。撰写领域内英文专著1部。曾获上海交通大学“青年骨干能手”、ACS年会优秀研究生导师奖、中科院“百篇优博论文”、中科院院长优秀奖等。先后获得国家自然科学基金面上项目、科技部重点研发计划项目子课题等7项省部级项目资助。现任Colloid and Surface Science编委、Chinese Chemical Letters、Ecoenergy、National Science Open青年编委。张礼知，上海交通大学环境科学与工程学院特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。已获授权中国发明专利50余项，其中授权美国专利2项。在Nature Sustainability、Nature Synthesis、Nature Communications、Chem、PNAS、AM、ES&T、WR等国际学术期刊发表论文430多篇，其中38篇入选ESI高被引论文，2篇入选ESI热点论文。论文已被引用52800多次，其中他引51300多次，H因子125。担任中国可再生能源学会太阳光化学专业委员会委员、英国物理学会出版社旗下期刊Sustainability Science and Technology执行编委，化学学报、化学进展、环境化学、环境科学等杂志编委。2008年获得湖北省自然科学二等奖（第一完成人），2014年起连续入选爱思唯尔中国高被引学者榜单，2015年获教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学二等奖（第一完成人），2018年起连续入选科睿唯安全球高被引科学家榜单，2019年获湖北省自然科学一等奖（第一完成人）。
3.20m/s避障+多机集群任务 上海交大林巍峣团队在无人机高速避障方面取得重要进展
近日，集成电路学院（信息与电子工程学院）媒体信息网络研究所林巍峣教授团队与合作者，在无人机自主导航领域取得重要突破。团队提出并实现了一种基于可微分物理的端到端视觉控制策略，首次将可微分仿真训练的策略成功部署至真实无人机系统中，实现了单机最高20m/s的避障以及多机集群的复杂任务。相关研究成果以“Learning vision-based agile flight via differentiable physics”（通过可微分物理学习基于视觉的敏捷飞行）为题发表于Nature Machine Intelligence。
研究背景
近年来，空中机器人被广泛应用于搜索救援、电力巡检和物资投递等复杂动态环境中，对飞行器的敏捷性和自主性提出了更高要求。传统方法通常采用基于地图的导航策略，将感知、规划与控制模块分离处理，虽取得一定成果，但其级联结构易导致误差累积和系统延迟，难以满足高速动态场景及多机协作的需求。而基于学习的方法，如强化学习和模仿学习，在单机飞行中表现出色，但在多机系统中面临训练成本高、专家策略设计困难等问题，限制了其在群体智能中的应用。因此，如何高效训练具备鲁棒性与扩展性的视觉驱动多机协同策略，仍是亟待解决的关键问题。
创新成果
针对这一问题，团队提出了一种端到端的方法，通过可微分仿真将深度学习与基于第一性原理的物理建模相结合使用简化的质点物理模型，通过在机器人仿真中反向传播损失梯度，直接优化神经网络控制策略。实验证明，在训练端，结合物理模型和数据驱动的训练方法只需现有强化学习框架的10%的样本即可实现相同的表现。在部署端，该方法在多智能体和单智能体任务中均表现出色。在多智能体场景中，系统展现出自组织行为，能够在无需通信或集中规划的情况下实现自主协同。在单智能体任务中，系统在未知复杂环境中的导航成功率高达90%，其鲁棒性显著优于现有最先进的解决方案。上述系统无需状态估计模块即可运行，并能够适应动态障碍物。在真实森林环境中，其导航速度最高可达20米/秒，是此前基于模仿学习方案的两倍。值得注意的是，所有这些功能都部署在一个价格仅为150元低成本计算机上，其成本不到现有配备GPU系统的5%。
在单机场景中，将网络模型部署在无人机上后在不同的真实环境中进行测试，包括树林、城市公园，以及含有静态和动态障碍的室内场景。该网络模型在未知复杂环境中的导航成功率高达90%，相比现有最优方法展现出更强的鲁棒性。
在真实树林环境中，无人机飞行速度高达20米/秒，是基于模仿学习的现有方案速度的两倍。所有测试环境均实现zero-shot零样本迁移。该系统无需GPS或者VIO提供定位信息即可运行，并能适应动态障碍物。
多机协同场景中，将网络模型部署到6架无人机上执行同向穿越复杂障碍和互换位置任务。该策略在同向穿越门洞、动态障碍物和复杂静态障碍物的场景中展示了极高的鲁棒性。在多机穿越门洞互换位置的实验中，展现出了无需通信或集中规划的自组织行为。
论文信息
本文第一作者为上海交通大学集成电路学院（信息与电子工程学院）硕士生张宇昂，共同第一作者为上海交大自动化与感知学院胡喻和苏黎世大学宋运龙，通讯作者为上海交大集成电路学院（信息与电子工程学院）林巍峣教授和上海交大自动化与感知学院邹丹平教授。该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。媒体信息网络研究所（MIN：https://min.sjtu.edu.cn/）致力于发展先进的多媒体信号处理、多媒体通信与网络、智能视觉与人工智能等技术，推动宽带化、数字化、智能化的电子信息系统跨越式发展，近年来在Nature Machine Intelligence、Science Advances、IEEE TPAMI等国际期刊上发表一系列高水平论文。论文链接：https://www.nature.com/articles/s42256-025-01048-0期刊信息《自然·机器智能》（Nature Machine Intelligence ）是Nature系列旗下人工智能领域的顶级子刊，旨在发表机器学习、机器人技术和人工智能等多个领域的高质量原创研究和综述文章。该期刊五年影响因子为31.8。
4.北理工团队在二维铁电材料CuVP2S6的直接合成与神经形态计算方面取得重要进展
近日，北京理工大学物理学院周家东教授团队在二维铁电材料CuVP2S6合成与神经形态器件研究中取得突破。通过化学气相沉积法首次合成了二维CuVP2S6晶体材料，并结合球差电子显微镜（STEM）系统，揭示了二维CuVP2S6晶体材料的内在铁电机制。基于CuVP2S6的突触器件实现了光学识别-机器翻译集成功能。相关成果以" Intrinsic ferroelectric CuVP2S6 for potential applications in neuromorphic recognition and translation"为题发表于《Nature Communications》。北京理工大学在读博士生赵春雨、董伟康、杨阳及本科生俞鸿彬为该论文共同第一作者，通讯作者为北京理工大学周家东教授。
由于铁电材料具有自发极化特性，并且其极化状态可被外加电场调控，因此在非易失性存储器、逻辑器件和传感器等领域具有广泛的应用前景。传统铁电材料（如钙钛矿氧化物、混合钙钛矿和有机化合物）在室温下难以维持稳定的铁电性，主要由于其临界去极化厚度或界面效应的限制。相较之下，二维（2D）范德瓦尔斯（vdW）铁电材料凭借其无悬挂键的表面、较弱的层间vdW耦合、稳定的极化状态以及原子级集成特性，在非易失性存储器和下一代纳米器件的应用中展现出显著优势。近年来，虽然多种二维铁电材料（如CuMP2S6、SnX等）已通过实验验证，但超薄二维铁电材料的直接合成以及其铁电机制的直接观测仍面临诸多挑战。CuVP2S6，作为一种将磁性钒离子引入过渡金属磷硫族化合物系统的材料，有望实现其室温多铁性和非易失性功能，并在类脑计算系统中具有广泛的应用前景。然而，由于CuVP2S6复杂的晶体结构、较差的稳定性以及复杂的化学反应过程，超薄二维CuVP2S6的直接合成仍然充满挑战。因此，实现二维CuVP2S6材料的合成并研究其铁电极性，对于深入理解其铁电机制并发展新型电子器件至关重要。
本研究通过空间限域化学气相沉积法合成了二维材料CuVP2S6，并采用二次谐波生成（SHG）和压电响应力显微镜（PFM）验证了其铁电性。实验结果显示，在15 nm厚度下，CuVP2S6仍能保持可切换的面外铁电极化，且其铁电相变温度高达650 K。利用外加电场的原位扫描透射电子显微镜（STEM），直接观察到铜离子在VS6八面体框架中的迁移行为，揭示了其铁电性的原子级机制。此外，CuVP2S6展现出优异的光电突触特性，能够用于光学字符识别和神经机器翻译，为类脑计算系统的发展提供了新的思路。该研究为二维铁电材料的设计与应用提供了有力的实验依据，展示了其在非易失性存储器、逻辑器件以及类脑计算领域的巨大潜力。
图1. CuVP2S6的晶体结构与表征。
本研究采用空间限域化学气相沉积法（SC-CVD）合成了高质量四元化合物CuVP2S6。通过精确调控前驱体比例、温度梯度与反应时间，抑制了体相晶体生长，成功制备出不同厚度的CuVP2S6薄片（横向尺寸约20 μm）。拉曼光谱确认了晶体的结构特征，X射线衍射（XRD）证实了沿c轴的高结晶度，X射线光电子能谱（XPS）验证了各元素（Cu, V, P, S）的化学态。综合表征结果证实了所合成CuVP2S6样品的高质量。
图2. CuVP2S6的二次谐波与铁电特性表征。
二次谐波生成（SHG）与压电力显微镜（PFM）表征协同证实了CuVP2S6的本征面外铁电性。SHG测试显示其显著的非中心对称特性：强度随厚度呈二次方依赖关系（图2b），温度依赖SHG测量揭示铁电相变温度高达650 K（图2f），具备优异的热稳定性。PFM电滞回线呈现典型的180°相位回滞与蝶形振幅响应（图2g），证实极化可逆切换特性；通过针尖写入偏压（±7 V）实现可控畴翻转，写入区域显示显著相位/振幅对比（图2h，i）证明15 nm薄片仍保持稳定铁电性。上述结果共同为CuVP2S6的超薄尺度铁电性及高温稳定性提供了实验依据。
图3. CuVP2S6的原子结构及原位Cu离子迁移过程。
本研究创新性地利用高角环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM），直接观测了原子尺度下CuVP2S6中铜离子的动态迁移行为。电子束辐照和电压驱动Cu离子迁移的行为，生动地展示了原子演化对铁电性能的影响。该发现为原子尺度下铁电机制研究提供了关键见解，为CuMP2S6（M=In，Cr，V）器件的未来设计和性能调控提供了指导。
图4. 基于铁电CuVP2S6突触器件的电子特性与光电特性。
为探究CuVP2S6材料的突触特性，本研究制备了石墨烯电极垂直器件（图4a）。器件I-V曲线呈现随扫描电压增大的滞后窗口（图4b），并通过扫描速率无关性验证了非陷阱态效应。电脉冲测试（-1~-2 V, 10 ms）显示突触后电流（PSC）衰减后恢复，体现短程抑制（STD）特性（图4c）。双脉冲刺激诱发双脉冲易化（PPF）与抑制（PPD）效应，PPD比率随脉冲间隔增大呈双指数衰减（图4d）。电导调制实验表明CuVP2S6具有优秀的线性长程增强（LTP）/抑制（LTD）特性及更宽电导态（图4f）。光电测试揭示520 nm激光可模拟电脉冲实现STP/LTP转换及PPF效应（图4g-h），其光电协同特性为感存算一体提供新路径。
图5. 铁电CuVP2S6突触器件用于手写字母识别与神经机器翻译。
基于CuVP2S6材料的多级电导调控特性，提出了一种类脑神经网络芯片结构，集成了二维突触器件。该芯片通过模拟生物突触权重分布机制，成功实现了跨模态智能处理功能：在光学字符识别任务中，卷积神经网络凭借突触器件的精密权重调节达成高精度识别；在神经机器翻译任务中，Transformer架构利用多级电导态实现翻译质量逼近理想浮点模型，部分样本因动态权重优化表现更优。实验证实，电导多态特性可有效支撑复杂认知任务的硬件级处理，同时光电协同机制为感存算一体架构提供新路径。
该工作为设计新型二维铁电材料开辟了新途径，扩展了室温铁电材料库，为二维材料在光电融合神经形态计算领域的应用铺平了道路，助力了感存算一体芯片的发展。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、北京市杰出青年科学基金的资助，并获得了北京理工大学分析测试中心的技术支持。
文章链接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-61508-4
5.同济大学王占山和程鑫彬团队关于自旋梯度场诱导介电球产生光力矩的研究成果发表于《激光与光子学评论》
近日，同济大学物理科学与工程学院王占山教授、程鑫彬教授团队的施宇智教授在光力矩基础研究领域取得重要突破。团队首次揭示了自旋角动量梯度场诱导介电球体产生光力矩的新机制，成功实现非吸收性对称颗粒的可控旋转。相关研究成果以“Optical torques on dielectric spheres in a spin-gradient light field”为题发表于《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews），并入选封面文章。
光携带自旋角动量，该动量可以传递给粒子，从而产生光力矩（OT）。在光操控技术中，光力矩的产生通常依赖于吸收颗粒（如金纳米颗粒）或破坏结构对称性（如棒状/哑铃结构）。这一限制导致现有技术面临热损伤风险高、适用材料受限等瓶颈。
为了挑战上述持久的理解，王占山教授和程鑫彬教授团队的施宇智教授联合台湾成功大学的吴品颉教授提出了一种生成光力矩的新机制，其中光力矩完全来自于自旋角动量（SAM）。通过将圆偏振光聚焦，得到了自旋分布不均匀的自旋梯度场（图1b），光强度和SAM幅度都从光束中心（x=0）衰减（图1c），这导致了置于光场中的介电球上的Poynting矢量分布不均匀，从而引起了自旋梯度光力矩的生成。研究结果显示，与横向光力（OLF）不同，对于给定的光偏振，自旋梯度光力矩的符号保持一致（图1d）。同时，自旋梯度光力矩的符号也不受颗粒尺寸变化的影响，与光偏振呈正弦关系（图1e）。
图1、自旋梯度场中介电球上的光力矩
由于球形颗粒的高度对称性，很难观测到颗粒的旋转，因而实验中利用荧光染料染色的聚苯乙烯颗粒来观察并测量这种自旋梯度光力矩。荧光染料在高功率激光下会失活，但是会在颗粒上留下可忽略不计的残留物（图2a和b），足以观察到粒子的旋转，同时对光力和光力矩的影响可以忽略不计。实验中这种自旋力矩展示了与光偏振的强相关性，同时，还伴随着横向光力，当光偏振发生切换时，可以实现OT和OLF的大小与方向的变化（图2c，d和e）。
图2、光力矩自旋依赖性的实验证明
研究揭示了自旋梯度场中光和粒子之间复杂的相互作用，丰富了对光力矩的基本理解，所揭示的物理机制不仅适用于条形光束，在矢量光场、倏逝波等体系中同样具有普适性，并在生物物理学、量子科学和超光学领域具有重要应用。
同济大学程鑫彬、魏泽勇、施宇智教授和香港科技大学陈子亭教授为论文通讯作者。同济大学博士研究生黄海洋和台湾成功大学吴品颉副教授为论文共同第一作者。对论文作出重要贡献的作者还包括同济大学王占山教授、何涛助理教授，博士研究生夷伟成、赖成兴、罗洪，化学科学与工程学院王启刚教授、王霞副教授、博士研究生金曼婷，复旦大学吴翔研究员，上海交通大学王波副教授和清华大学宋清华副教授。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202500386
6. 北大新材料学院潘锋/杨卢奕团队在调控锂电池高性能硅基负极电解液提升界面稳定性方面取得新进展
氧化亚硅（SiOx，0<x<2）因其高比容量、低工作电位和低成本等优势，被视为实现高能量密度锂离子电池的理想负极材料。北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋/杨卢奕团队前期研究发现，SiOx在循环过程中的剧烈膨胀-收缩会导致固态电解质界面膜（SEI）持续增厚，最终造成电子渗流网络中断（Nat. Comm., 2023, 14, 6048）。从界面稳定性设计角度出发，在SEI中构建富含氟化锂（LiF）的内层结构被证实可显著提升其稳定性（Angew. Chem. 2025, 64，e202413927）。为实现这一结构，需确保LiF在较高电位下优先生成。目前广泛使用的低成本电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC）能在1.0-1.4 V（vs. Li+/Li）电位区间分解生成富含LiF的SEI。然而，FEC还原过程能垒较高，导致初期循环阶段分解不完全，形成的LiF不仅含量有限，而且分布无序，这种不均匀的SEI结构会扰乱锂离子传输并引发界面应力集中，严重影响电池循环稳定性。
MBA诱导快速LiF成核的设计理念与作用机制：构建内层富LiF的SEI
近日，受微生物降解复杂有机物过程的启发，研究团队创新性地开发出一种双（2-甲氧基乙基）胺（MBA）电解液共添加剂体系。该体系能有效调控商用电解液添加剂FEC向目标SEI产物LiF的转化，从而在SiOx负极表面构建理想结构的SEI膜。具体而言，MBA通过攻击FEC的羰基碳形成中间体FMLi，该中间体在热力学和动力学上均更有利于电化学还原，从而加速LiF优先成核。基于此机制，SiOx负极表面形成了具有梯度结构的SEI膜，其内层富含LiF组分，兼具高机械强度和优异锂离子传导性能。这种稳定的SEI结构能够有效适应硅基负极的体积效应，使SiOx||Li半电池的循环容量保持率和倍率性能显著提升。软包全电池的稳定循环进一步验证了该策略的实用价值。本研究提出的中间体调控SEI形成新方法，不仅提高了常规添加剂的利用效率，也为电解液体系的分子设计和下一代高性能锂离子电池开发提供了新思路。相关研究成果以“Mediating Solid Electrolyte Interphase Formation Kinetics on SiOx Anodes Using Proton Acceptors”为题，发表于国际学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition，DOI: 10.1002/anie.202505832）。
该工作在潘锋、杨卢奕的共同指导下完成，新材料学院硕士生王浩亮、硕士毕业生张昊（现为香港城市大学博士生）为共同第一作者。研究获得国家自然科学基金、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室及深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室的支持。
