首页东南大学科研团队发现具有七重物理通道开关的热致变色铁弹体
近日，东南大学国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室团队发现了具有七个物理通道开关的热致变色铁弹体。相关工作以题为“The First Chiral Thermochromic Ferroelastic with Seven Physical Channel Switches”的学术论文在化学领域顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表。此外，该论文被选为VIP(Very ImportantPaper)。据悉，只有不到5%的已接收论文才能获得如此积极的评价。
在信息化时代，电子智能设备的信号处理和加密显得至关重要，具有多重物理通道双稳态开关特性的多功能材料成为后起之秀。众所周知，一把钥匙对应一个锁，假如我们将财产放进保险柜中，我们就又多了一层防护。类似地，每增加一个物理通道，就是增加一层保障。基于此，我们报道了首例具有七个物理通道的手性化合物，可以对信息进行七层加密处理，使信息安全更加可靠。
(a) 消旋晶体结构中的无序的CTA阳离子和手性有序的S-CTA和R-CTA阳离子
(b) (R-CTA)2CuCl4
(c) (S-CTA)2CuCl4的晶体堆积图
早在1999年，Wataru Fujita等人在《Science》上就已经报道了磁双稳态(Science1999, 286, 261–262)在1,3,5-trithia-2,4,6-triazapentalenyl(TTTA)分子中观测到一个明显的磁双稳态回线发生在230 K到305 K温度范围内。它的高温相为顺磁相，低温相在二聚作用的影响下具有抗磁性。三年后，M. E. Itkis等人在《Science》上报道了在非那烯基中性自由基产物中发现了电、光、磁三个物理通道的双稳态特性(Science2002, 296, 1443–1445)。直到2014年，熊仁根教授团队在《Advanced Materials》上报道了高碘酸咪唑(IPI)化合物具有介电、压电、SHG和铁电和机电耦合等五个物理通道的双稳态(Adv. Mater.2014, 26, 4515–4520)。由此可见，每增加一个物理通道都面临着巨大的挑战，在分子铁电“似球-非球”原理和手性引入的指导下，我们利用手性配体进行合成，将手性开关引入其中，成功组装得到了(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4(CTA=3-Chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium)，这两个化合物在介电、电导、二阶非线性、压电、铁弹性，手性和热致变色这七个物理通道上具有开关特性。其中热致变色特征尤为耀眼，区别于传统的相变材料，这为双稳态开关提供了光谱加密的新灵感。
(a) DSC曲线
(b) 介电，电导，压电和二阶非线性光学等多重双稳态示意图。
(Rac-CTA)2CuCl4，(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4的相变点分别在361, 417 和420 K附近，随着温度变化，相变温度以下的低温相和相变温度以上的高温相的介电常数、电导率、压电系数、SHG信号强度均呈现出可切换的两种稳定的状态。
(S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4晶体在293 K下的铁弹畴结构
此外，这对手性化合物还具有铁弹性，铁弹相变往往伴随着铁弹畴的演化。在正交偏振光下，不同取向的铁弹畴具有不同的双折射特性，从而呈现出明暗不同的结构区域。(S-CTA)2CuCl4和(R-CTA)2CuCl4的晶态薄膜在室温下呈现出清晰的三角形铁弹性结构。当温度高于相变点时，铁弹畴迅速消失，呈现出立方对称的消光特性。在随后的冷却中，规则的铁弹畴又很快显现，表现出明显的开关特性。
除了铁弹性外，这一对手性晶体还展示出可转换的热致变色的性质。室温下，(R-CTA)2CuCl4和(S-CTA)2CuCl4晶体对光的吸收均低于540 nm，与它们呈现的黄色外观一致。随着温度的升高，电子吸收带的吸收边缘发生红移。当温度超过相变点达到423 K时，吸收边移动到580 nm，这也与晶体受热变成橙色一致。利用热致变色特征对光谱加密和信号检测进行特定的处理，这为开发新型加密技术带来新的思路。
图为变温固体紫外-可见吸收光谱
该工作由博士生陆思祺(第一作者)等人的共同努力下完成，东南大学为第一通讯单位。该成果得到“东南大学十大科学与技术问题”启动培育基金的资助。
论文链接：
https：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000290
崔铁军院士团队成功研制双通道独立可编程超表面
近日，东南大学崔铁军院士研究团队和新加坡国立大学仇成伟教授合作，提出、设计并实验验证了一种具有强重构能力、双通道独立可编程超表面。该双可编程超表面具有独立控制接口，能够实时对x极化和y极化电磁波进行独立编程调控，从而可实现多个复杂和新奇的电磁功能。相比于以往的单极化可编程超表面，该双可编程超表面能并行提供两个相互独立的信息传输通道，进而大大提升可编程超表面的信息处理能力。
相关研究成果以“Polarization-controlled dual-programmable metasurfaces”为题发表在综合学术期刊《Advanced Science》上。论文通讯作者为东南大学蒋卫祥教授、崔铁军教授和新加坡国立大学仇成伟教授，第一作者为东南大学博士生张信歌。
超表面是由亚波长人工单元在二维平面内周期或非周期排布构成的超薄平台，在调控电磁波方面展现了强大的能力。特别是动态超表面，在外部控制信号下能对电磁波进行人为动态调控。目前已有的动态超表面大部分是可调超表面和可重构超表面。可调超表面的功能可以实现微调，但功能类似;可重构超表面能获取显著不同的功能，但功能数有限。为了实现很多个不同功能的实时调控与切换，崔铁军教授等人于2014年提出将数字编码表征和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)引入到动态超表面设计中，实现了现场可编程超表面。可编程超表面可以在单一平台上实现很多种完全不同的功能，且功能可以按照编写好的程序实时切换。然而，大部分已有可编程超表面只能在预先设计的特定极化电磁波照射下才能表现出可编程特性，在其它极化电磁波照射下其依然表现为静态特性。由于可编程超表面只能在单一极化电磁波照射下被实时调控，仅能提供一个有效的信息传输通道，因此只能在一个通道上串行处理多个任务，制约了并行处理多任务的能力。
为了提升超表面的信息处理效率和多任务处理能力，科研人员开发并设计实现了双极化超表面，能在不同极化下表现出不同的电磁响应，进而能够并行地提供两个独立的信息通道。相比于单极化超表面，双极化超表面能实现较为复杂的功能，例如多通道信息处理、偏振分割多路复用以及双极化口径共享等。因此，基于双极化超表面能实现更先进的功能器件。然而，目前已有的双极化超表面是静态或仅能微调，其功能无法被实时编程切换，这大大限制了双极化超表面的多功能性以及在超快切换、扫描系统中的应用。
为了解决上述难题，在该工作中研究人员设计了一款可对x极化和y极化电磁波独立调控的双可编程超表面。为了实现该双编程超表面，研究人员首先精心设计了一种可独立调控x极化和y极化电磁波反射相位的有源超表面单元。该有源超表面单元具有特殊设计的金属图案，并在x方向和y方向上分别集成了两个变容管，通过设计的两条偏压线可独立调控x方向和y方向上变容管的容值，进而完成对x极化和y极化电磁波反射相位的独立控制。为了获得双编程超表面并实现多个复杂电磁功能，研究人员用24x24个超表面单元进行组阵，该超表面阵列中包含48路独立控制接口。为了实现单块FPGA对包含多个独立控制接口的双可编程超表面进行有效控制，研究人员进一步设计并实现了扩展接口电路和直流电压转换电路。扩展接口电路主要由译码器和锁存器构成，能将少量FPGA接口以指数方式大大扩展。电压转换电路主要由晶体管和电阻构成，能将FPGA输出的电压转换到双可编程超表面中变容管所需偏压。因此，最终研制的双可编程超表面平台具有丰富的可编程性，能够实现多个复杂电磁功能。作为实验演示，研究人员在单个平台上实验验证了三种不同的电磁功能，分别是用于圆极化波自旋控制的异或逻辑运算、定频大角度双波束扫描和双极化口径共享。该双可编程超表面为实现大规模、高集成度的电磁器件和系统提供了技术新途径，有望在基于波的逻辑运算平台、高速扫描雷达和多通道空间光处理器等先进器件和系统中获得应用。
东南大学吴智深教授团队牵头获得国家重点研发计划项目资助
近日，国家重点研发计划“重大自然灾害监测预警与防范”重点专项公示结束，东南大学土木工程学院吴智深教授牵头获得“大型桥隧结构灾后快速检测评估技术与装备研发”项目资助，项目执行期4年，总经费为3633万元。
该项目是针对大型桥隧基础设施防灾减灾迫切需求以及自然灾害发生后的救灾抢险、快速恢复需求开展研究工作，研发具备移动式、无人化、精细化、全面性等特点的快速检测装备及智能评估决策平台，从而提高大型桥隧结构灾后快速高精度及智能化检测评估水平，提升国家救灾减灾能力、保障国家社会经济安全可持续发展的重大国家需求。
东南大学林承棋和罗卓娟课题组在国际顶尖期刊Science Advances发表最新研究成果
近日，东南大学生命科学与技术学院“发育与疾病相关基因”教育部重点实验室林承棋和罗卓娟课题组在国际顶级期刊《Science Advances》杂志发表了题为ENL initiates multivalent phase separation of the Super Elongation Complex (SEC) in controlling rapid transcriptional activation的文章，阐明了有关基因转录延伸复合体形成及作用机制的研究工作成果。
东南大学研究团队的研究揭示了SEC介导的多价相分离在RNA聚合酶II转录暂停释放中起着关键作用，并从全新的角度为基因快速协调性转录激活程序的机制探索提供了新的认识。
此外，作者还发现在混合谱系白血病(MLL)中，SEC与MLL基因的转位融合，可以极大促进SEC相分离，从而促进癌基因快速转录并维持高表达状态。这一发现将为SEC相关的人类疾病发病机制探索及药物靶向筛选方案提供了新的方向与思路。论文第一作者为东南大学生命科学与技术学院林承棋课题组博士生郭澄豪，东南大学为第一通讯单位。
论文链接：
https：//advances.sciencemag.org/content/6/14/eaay4858
东南大学青年教师陈旭漫在国际顶尖期刊《德国应用化学》发表最新研究成果
近日，东南大学化学化工学院青年教师陈旭漫博士在国际顶级期刊《Angewandte Chemie(德国应用化学)》上发表题为“Efficient Near-Infrared Emissive Artificial Supramolecular Light-Harvesting System for Imaging in Golgi Apparatus”的学术论文。
光捕获过程作为将自然光进行捕获、能量转化并利用的步骤，是植物光合作用中第一个也是十分重要的过程。构筑人工光捕获体系对于光能的利用具有重要意义，但目前构筑具有高效人工光捕获体系仍存在很大挑战。
东南大学研究团队利用“杯芳烃诱导聚集”策略，设计合成两亲磺化杯芳烃和阳离子型萘基吡啶衍生物作为荧光给体在水溶液中自组装，并引入尼罗蓝作为荧光受体分子，成功构筑了近红外发射的超分子人工光捕获体系。
通过进一步研究，团队发现该体系在细胞内依然保持很高的光捕获效率和高度稳定性，同时证明了其对高尔基体染色的选择性。该研究对于人工超分子光捕获体系传感、成像、诊断等方面的研究有着重要的推动作用。论文第一作者为东南大学化学化工学院青年教师陈旭漫，东南大学为第一通讯单位。
论文链接：
https：//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202003427
