2021年Nature，Nature Materials最新论文

当前利用平板探测器的X射线成像技术难以实现对三维物体成像，因为在高度弯曲的表面上制造大面积，柔性，基于硅的光电探测器仍然是一个挑战。在这里，我们演示了使用可溶液处理，掺杂镧系元素的纳米荧光材料实现无平板，高分辨率，可三维成像的超长寿命X射线捕获探测器。通过对缺陷结构和电子结构的量子力学模拟，我们的实验特征表明，辐射触发的阴离子迁移到宿主晶格中而导致的滞留电子的缓慢跳变可以诱导超过30天的持续发光。我们进一步展示了X射线发光扩展的成像方法，其分辨率大于每毫米20条线对，光学存储时间超过15天。这些发现提供了对通过持久电子俘获进行X射线能量转换机理的深入了解，并提供了一种范例，推动了针对以患者为中心的放射线照相，乳房X线照相术，成像指导疗法，高能物理和可穿戴X射线探测器等技术方向的未来研究。

图. 高分辨率X射线成像装置

电信号和光信号的转换是全球互联网的基础。这种转换器用于扩展长距离光纤通信系统的范围，并在数据中心内扩展计算机的高速光网络。同样，单光子的微波到光的相干转换将使远程连接的超导量子处理器之间的量子态交换成为可能。在这里，我们演示了Transmon（一种超导量子比特）的微波频率激发到光学光子的转换。我们通过使用中间纳米机械谐振器将量子位的电激发转换为单个声子来实现这一目标，通过压电相互作用，随后通过辐射压力将声子转换为光子。我们通过记录光纤发射光的单光子来记录量子位的量子拉比振荡，来证明从量子位产生光子。随着设备和外部测量设置方面的改进，这种量子换能器可用于实现新的混合量子网络，最终实现分布式量子计算机。

图. 量子换能器设置

在自然界中，骨骼适应其所经历的机械力，从而使其自身增强以适应其所处的条件。在这里，我们报告了一种复合材料，该材料能够适应所经历的机械环境，随着受力，时间和机械搅拌频率的变化而变化其模量。材料的适应性通过机械响应的ZnO来控制，该ZnO控制聚合物复合凝胶中硫醇与烯烃之间的交联反应，从而导致机械驱动的模量增加66倍。由于化学能的量是机械能输入的函数，因此材料会沿着应力分布感测并调整其模量，类似于骨骼的重塑行为，材料可以相应地适应加载位置。从粘合剂到与生物系统接触的材料，此类材料的设计可能会在广泛的应用中找到用途。

图. 通过机械硫醇-烯聚合反应的骨骼重塑和合成自适应材料的概念图

图. 材料结构重塑和力分布模型和有限元仿真模拟

在物理刺激方式中，磁性具有明显的优势，例如对生物主体的深层渗透和不受限制的干预。但是，现有磁神经刺激方法的一些工作原理和有效性已受到挑战，有尚待解决的问题。在这里，我们介绍了m-Torquer，这是一种磁性工具箱，可模仿自然界中的磁感受。它包括一个纳米级的磁转矩致动器和一个圆形磁体阵列，它们可以在约70 cm的工作范围内向细胞传递皮尼顿级的力。使用m-Torquer，刺激表达真正机械敏感离子通道Piezo1的神经元可以在自由移动的小鼠中实现一致且可重现的神经调节。m-Torquer拥有长距离的工作距离和细胞定位能力，因此在使用中具有多功能性，其范围可以从单细胞到体内系统，并可能在大型动物（例如灵长类动物）中应用。

图. 纳米级磁性扭矩器（m-Torquer）系统的示意图

高阶拓扑绝缘子的概念赋予材料具有超出一阶材料的拓扑状态。特别是，三维（3D）高阶拓扑绝缘子可以承载拓扑受保护的1D铰链状态，这被称为二阶拓扑绝缘子，或0D角状态，也可以称为三阶拓扑绝缘体。类似地，我们可以设想如果3D高阶拓扑半金属也可以具有1D铰链上的状态。在这里，我们报告了在3D打印的声晶体中实现二阶拓扑Weyl半金属的，该半晶体在3D动量空间中具有Weyl点，在表面上具有2D Fermi电弧态，在铰链上具有1D无间隙态。像弧面状态一样，铰链状态也连接Weyl点的投影。我们的实验结果证明了高阶拓扑半金属的存在，这可能为创新的声学应用设备铺平了道路。

图. 二阶拓扑半金属用于3D堆叠式kagomé晶格

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