量子系统的超快光控制是物理的新兴领域。尤其是光驱动超导性的可能性引起了很多关注。为了识别非平衡超导性,测量超导导性超导性的指纹是必不可少的。最近,非线性THZ第三谐波生成(THG)被证明可以直接探测超导冷凝物的集体自由度,包括HIGGS模式。在这里,我们将这个想法扩展到超导LA 2-X SR X CUO 4的光驱动的非平衡状态,建立了光泵– THz-THG驱动方案,以访问瞬态超导订单参数淬灭并在几乎没有Picosecond Timescales上恢复。我们特别显示了二维th光谱法将光学激发准粒子与纯阶参数动力学的效果相关的能力,这些动力学在泵驱动的线性THZ响应中不可避免地混合。对现有实验的差距动力学进行基准测试表明,驱动的THG光谱在普通泵探针方案中克服这些局限性的能力。
多年的研究致力于寻找实现这一目标的新的高效系统。在光驱动的CO 2降低中,[4]需要光敏剂(PS)来收集太阳能和催化剂(CAT)以减少二氧化碳。两者都可以是同质的或异质的。添加了牺牲电子供体(E-d)以关闭催化循环并再生光敏剂的基态。在同质系统中,PS和CAT均主要是基于过渡金属的,并且很少基于有机物。,[5],[6] [7],尽管贵金属具有出色的光化学和电化学特性(例如ru,ir,re),使用3D金属的环保替代系统(例如mn,Fe,co,ni)正在变得更有竞争力。[8]通常,3D金属仅表现出两个可能的氧化态,从而导致形成了两极的还原产物,例如一氧化碳,甲醛或甲酸或甲酸。分子氢是相关的,选择性差异很大。CO和H 2作为产品(也称为同性气)的混合物构成了以更生态的方式产生燃料的机会[9],要么是这样(用于燃气涡轮机)[10]或通过进一步的反应(例如产生甲醇)。[11]
抽象的紧凑型材料结构构造具有一定程度的内置智能,这是对易于交付的刺激的响应,这对于材料驱动的机器人非常需要。我们在这里报告了可见的光驱动的,双重响应的二氧化碳(Co-MNO 2)的双重响应材料,该材料在速度和功率需求方面表现出较高的致动性能,并且在光照明下具有降低的电阻率。致动特性可通过控制掺杂的量,然后进行电化学处理以激活该驱动,并且电阻变化方便地用作控制驱动的内置反馈信号。利用这些特性,构成了〜4 mW/cm 2的自感应可见光强度的紧凑型微生物设备,以沿多个可选的配置途径进行复杂的运动。在这些设备中证明了智能机器人功能,包括自我适应载荷提升,对象排序和按需结构僵硬。此处所展示的概念开辟了使用多含量响应材料创建机器人智能的观点。
聚合物驱动材料的各向异性一维收缩运动引起了从软机器人到仿生肌肉等领域日益增长的兴趣。尽管光驱动液晶聚合物(LCP)是实现远程和空间触发收缩(<20%)的有希望的候选者,但开发具有超大收缩率的 LCP 系统仍然存在许多挑战。这里提出了一种结合形状记忆效应和光化学相变的新策略,在一种新设计的线性液晶共聚物中实现了高达 81% 的光驱动收缩,其中偶氮苯和苯甲酸苯酯的共晶液晶原自组织成近晶 B 相。重要的是,这种高度有序的结构作为开关段牢牢锁住了应力诱导的应变能,该能通过可逆的反式 - 顺式光异构化迅速释放,从而破坏层状液晶相,从而导致这种超大收缩。纤维作为光驱动的构建块,可以实现精确的折纸,模仿“破损”蜘蛛网的恢复,并筛选不同尺寸的物体,为光驱动 LCPs 从仿生机器人到人类助手的高级应用奠定了新的基础。
愿景 我擅长发明和应用技术对大脑和其他复杂生物系统进行系统映射、分析、修复和模拟。我在麻省理工学院的研究小组的理念是尝试将对这些复杂系统的观察和修复提升到“地面实况”水平,以可扩展和系统的方式解决这些系统运行的基本机制。我们正在开发一些工具,以实现纳米级精度的细胞和组织分子映射(扩展显微镜)、记录脑回路和其他生物系统的高速动态(机器人定向进化进化而来的电压指示器和其他荧光指示器,以及空间和时间多路复用的报告基因,以及使活体大脑更透明的方法),以及使用光驱动的分子工具控制脑细胞的活动(光遗传学)。我是一名神经科学家和物理学家,由于我在许多领域的跨学科培训,我精通许多工程领域,从纳米工程到化学到基因组学到光学到电气工程。我领导着一个多学科团队来解决这些问题,其中包括物理学家、化学家、计算机科学家、临床医生和硬件工程师。我们在内部将这些工具应用于分析秀丽隐杆线虫和斑马鱼幼虫等的神经系统,着眼于扩展到小鼠和人类,目标是以生物学上真实的方式模拟整个大脑。我们还致力于从根本上理解和对抗大脑衰老以及神经和精神疾病。我与世界各地的数十个实验室合作,将新技术付诸实践,并应用这些工具来解决基础和应用科学问题。我们在麻省理工学院的实验室和我们的合作伙伴已经将我们的工具分发给了世界各地的数千名研究人员。
摘要:三磷酸腺苷(ATP)产生的模块由光驱动的质子泵启用是人造细胞样系统的自下而上组装的强大工具。然而,这种模块的最大效率是通过在重组过程中质子泵的随机取向进入脂质的纳米结构剂的最大效率。在这里,我们使用多功能方法克服了这种限制,以均匀地定向脂质体中轻驱动的质子泵蛋白淡季(PR)。PR在插入到预先形成的脂质体中时,在后翻译上是共价或非共价耦合的。在第二种情况下,我们开发了一种新型的双功能连接器Tris NTA-SPYTAG,该连接器允许任何含有间谍捕捉蛋白的蛋白质和携带组合携带的蛋白质的可逆连接。通过监测矢量质子泵送和膜电位产生来验证所需的蛋白质取向。与ATP合酶结合使用,高效的ATP产生由内向抽水的种群充满电。与其他照明驱动的ATP产生模块相比,均匀方向允许在经济蛋白质浓度下最大值。提出的技术是高度定制的,不仅限于轻型质子泵,但适用于许多膜蛋白,并提供了一种一般的方法来克服膜重建过程中取向不匹配,几乎不需要对蛋白质的遗传修饰。关键词:能量转换,合成生物学,ATP合成,膜蛋白取向,脂质体,轻驱动质子泵■简介
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花,旨在操控其宏观特性。最近,二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响,这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体,最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看,二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定,磁共振频率在 THz 范围内,比铁磁体高几个数量级。至关重要的是,反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内,这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此,光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力,这是基于已证实的可能性,即使光子能量远离其本征频率,也可以完全相干地驱动此类模式[21,22],也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下,过渡金属三硫属磷酸盐(MPX3,其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se)代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子,但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上,实验证明,NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。
少原子层薄材料 [1–3] 的合成引发了大规模研究的火花,旨在操控其宏观特性。最近,二维磁有序材料也已生成。[4–7] 这些化合物的长程磁序似乎极易受到晶格畸变的影响,这是因为磁各向异性在稳定二维磁体中的长程有序方面发挥了作用。[8] 通过各种机制超快产生声子已被证明是在基本时间尺度上驱动和控制块体磁体自旋动力学的有力工具。[9–14] 这种途径也适用于范德华二维材料晶体,最近在铁磁 CrI 3 晶体中发现动态自旋晶格耦合就证明了这一点。 [15] 从自旋电子学角度来看,二维反铁磁体与铁磁体相比具有几个基本优势。主要优势在于基态更稳定,磁共振频率在 THz 范围内,比铁磁体高几个数量级。至关重要的是,反铁磁磁子与声子的耦合处于光学声子的能量范围内,这导致了最近有关二维反铁磁材料中杂化磁子-声子准粒子的报道。[16–20] 因此,光驱动的集体晶格模式具有在二维反铁磁体中光学控制长程磁序的潜力,这是基于已证实的可能性,即使光子能量远离其本征频率,也可以完全相干地驱动此类模式[21,22],也基于它们与磁子的强耦合。在此背景下,过渡金属三硫属磷酸盐(MPX3,其中M = Ni、Fe、Mn、... 和X = S、Se)代表了一类有趣的范德华反铁磁体。[23–26] 虽然据报道在独立的 NiPS3 块体单晶中 [27] 可以产生光学磁振子,但这种材料缺乏可扩展性到二维极限。事实上,实验证明,NiPS3 的单原子层在磁排序上与 MnPS3 [28] 和 FePS3 [25] 并无不同。
设备摘要随着人口老龄化,老年性黄斑变性 (AMD) 等神经退行性疾病正在增多 [1]。在 AMD 中,视网膜中心的光感受器会退化和死亡,从而导致视力丧失。电子、微电子和纳米技术研究所 (IEMN) 和 2019 年成立的初创公司 Axorus 正在合作开发一种视网膜植入物原型,旨在恢复 AMD 患者的视觉能力。IEMN 开发了一种电子电路并申请了专利,该电路可以复制生物神经元的电信号。Axorus 已将这种“人工神经元”集成到光驱动的植入物中。本论文的一个目标是开发一种符合眼睛形状的薄可弯曲硅基板。它必须可弯曲以便于插入,并具有较大的植入物尺寸以提供最大的视野 [2][3]。我们的目标是突破基板减薄的极限,达到 10 μm 的厚度。在这个厚度下,硅应该是可弯曲的。本论文工作的另一个目标是选择一种能够储存的能源,并在无法使用光伏能源的情况下提供足够的能量来刺激生物神经元 [4][5]。该能源还必须具有生物相容性,使用寿命至少为 10 年。这将为使用人工神经元的其他应用铺平道路。植入物将适应具有严格尺寸限制的植入区域,并且对于无光照区域将自给自足。[1] « Dégénérescence maculaire liee à l'âge : prise en charge diagnostique et thérapeutique », Haute Autorité de Santé. https://www.has-sante.fr/jcms/c_1051619/fr/degenerescence-maculaire-liee-al-age-prise-en- charge-diagnostique-et-therapeutique。 [2] R. Dinyari、JD Loudin、P. Huie、D. Palanker 等 P. Peumans,“可弯曲硅视网膜植入物”,2009 年 IEEE 国际电子设备会议 (IEDM),美国马里兰州巴尔的摩,2009 年 12 月,第 1-4 页。doi:10.1109/IEDM.2009.5424291。[3] L. Ferlauto 等,“可折叠光伏宽视野视网膜假体的设计和验证”,Nat. Commun.,第 9 卷,第 1 期,第 992 页,2018 年 12 月,doi:10.1038/s41467-018-03386-7。 [4] Pozo、Garate、Araujo 等 Ferreiro,“能量收集技术和等效电子结构模型 - 评论”,电子学,第 8 卷,第 5 期,第 486 页,2019 年 4 月,doi:10.3390/electronics8050486。[5] MA Hannan、S. Mutashar、S. Samad 等 A. Hussain,“植入式生物医学设备的能量收集:问题与挑战”,生物医学工程在线,第 13 卷,第 79 页,2014 年 6 月,doi:10.1186/1475-925X-13-79。