紫斑环蝶鳞片的微结构及其结构色

紫斑环蝶(Thaumantis diores)是我国云南常见蝶类, 其翅膀表面分布着两种类型的鳞片, 呈覆瓦状排列, 均布于整个翅膀表面. 对扫描电子显微镜图片分析认为,Ⅰ类鳞片主要产生蓝色的结构色, 而Ⅱ类鳞片只产生黑色的化学色. 利用透射电子显微镜获得了两种鳞片的横截面结构. 用光子晶体理论解释了Ⅰ类鳞片结构色的产生原理, 将Ⅰ类鳞片的多层结构优化为一维的布拉格堆栈进行光学模拟. 用分光光度计测量了翅膀表面的反射率, 测量结果与模拟结果吻合. 当紫斑环蝶飞行时, 伴随翅膀的上下扇动, 表面的颜色不停地在结构色和化学色之间变换, 亮度也同时改变. 受此启发, 提出了仿生变色样品设计模型, 对视频隐身和其他的变色设计研究有着深远意义.     

采用磁控溅射法复制Papilio maackii Ménétriés蝶的鳞片结构色

通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)试验观察,发现Papilio maackii Ménétriés蝴蝶鳞片具有多层薄膜堆结构.通过磁控溅射法(MS),在以单晶硅片为基底材料上,采用ITO(90%In2O3+10%SnO2)与Polymethyl Methacrylate(PMMA)两种材料复制了仿蝴蝶鳞片多层周期结构,并采用分光计对样品进行光学性能检测,试验结果显示:MS法复制的鳞片与实际蝴蝶翅膀具有相同的结构色效果,故本文所提出的MS法可以用来探索制备仿生生物结构色样品,为其他光学装置的制备研究提供借鉴.     

超黑蝴蝶的启示

山兰凤蝶是澳大利亚的一种常见蝶,其雄性翅膀的颜色为异常亮雨的蓝色,但周边镶嵌有黑色,其黑色部分越黑,蓝色部分就越艳丽,在求偶竞争中也就越有优势。专家们以前认为,这是由于其中的黑色素吸收了大部分入射光所致。但现在发现,这种蝴蝶不只是通过化学方式,更是通过物理方式,即一种特别的光学手段来使其黑色部分显得更黑,因为它包含黑色素的微细鳞片结构能“捕捉”住光,由此创造出一种比黑色还黑的“超黑”。     

蝴蝶 转瞬的美丽

正蝴蝶,一类地球上公认的美丽惊艳、轻盈优雅、不失高贵的小小精灵。当人们正在艳羡其美丽时,或许还有一些蝴蝶在不为人知的角落暗自蜕变。美好的事物的获得总是需要付出极大代价并且转瞬即逝的,蝴蝶也不例外。     

蝴蝶翅膀表面非光滑形态疏水机理

利用扫描电子显微镜和视频光学接触角测量仪, 对我国东北地区典型常见的6科24属29种蝴蝶翅膀非光滑表面的形态、疏水性及疏水机理进行了研究. 鳞片表面由亚微米级纵肋及横向连接组成, 鳞片间距为48~91 μm, 长为65~150 μm, 宽为35~70 μm. 鳞片上亚微米级纵肋间距为1.06~2.74 μm, 高为200~900 nm, 宽为200~840 nm. 蝴蝶翅膀表面较强的疏水性(静态接触角136.3°~156.6°)是翅膀表面微米级鳞片和亚微米级纵肋结构协同作用的结果. 对Cassie方程进行了修正, 建立了新的数学模型及方程.     

磁光Bragg衍射中的接地效应

使用表面磁导率法得到任意偏置磁化金属覆层波导中的静磁波传播方程, 并结合磁光理论分析了接地效应对基于静磁表面波的磁光Bragg衍射的影响. 计算表明, 通过恰当设置金属与磁性YIG薄膜间距可以大幅提高磁光衍射效率; 而调整偏置磁场方向还可以进一步增强接地效应对磁光衍射的影响; 同时分析发现, 由接地效应引起的衍射效率峰值对应的频率点与静磁表面波零色散点基本重合, 即表现出弱色散特性; 而该效应也可提高基于磁光Bragg单元的射频频谱分析能力. 因此, 接地结构的磁光衍射器件在微波通信、光信号处理等方面具有广泛的应用前景.     

碧凤蝶翅膀上的一维光子结构

碧凤蝶(Papilio bianor ganesa)的前翅呈现闪亮的绿色. 通过结构分析、光谱测量及理论模拟详细研究了其闪亮绿色的产生机理, 发现闪亮的绿色来源于单个鳞片体内的一维周期性结构. 它是由一壳质层(chitin)和一空气-隔离层(air-spacer)周期性排列组成, 共有 9 个周期. 测量了样品的反射光谱, 发现在正入射时, 反射峰位于人眼感知的黄绿色区域; 在斜入射时, 反射峰向蓝色区域移动. 根据其结构特征建立了简单的多层膜模型, 并利用长波近似理论和传输矩阵方法计算了这种结构的反射谱, 通过理论模拟, 这种周期性模型随着入射角的增大, 反射峰波长由黄绿色区域向蓝色区域移动, 与实验结果一致.     

纳米Fe-In2O3颗粒膜的巨磁光Faraday效应

研究了射频溅射法制备的纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe-In₂O₃颗粒膜的巨磁光Faraday效应. 实验结果表明, 当Fe体积百分比为35%时, 颗粒膜样品的室温Faraday旋转角θ_F数值达到10⁵ (°)/cm数量级. Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品的Faraday旋转角θ_F随温度的变化关系表明, 当温度低于10 K时, θ_F数值随温度的下降而迅速增大, 在温度T = 4.2 K时Faraday旋转角θ_F达到10⁶ (°)/cm. 通过研究颗粒膜低场磁化率χ(T)与温度的关系以及不同温度下的磁滞回线, 证明当温度降低到临界温度T_P = 10 K时, 颗粒膜中发生“铁磁态-类自旋玻璃态”转变. Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品的Faraday旋转角θ_F在温度低于 10 K时的迅速增大, 可能是由于纳米“铁磁金属-半导体基体”Fe_0.35(In₂O₃)_0.65颗粒膜样品在处于“类自旋玻璃态”时存在sp-d交换作用造成的.     

电场调控铁电/铁磁异质结构的磁性

随着大数据时代的到来,具有非易失性、高读写速度、高存储密度、低功耗和微型化的存储器成为了未来信息存储发展的主要趋势.尽管有多种信息存储方式,利用磁性材料磁化翻转的磁存储依然是当下信息存储的主体.在磁信息存储的过程中,相比于磁场和电流驱动的磁化翻转,在铁电/铁磁异质结构中利用电场调控铁磁性材料的磁化翻转具有高存储密度、低能耗、局域化和高效率等优点.铁电/铁磁异质结构磁性的电场调控也因此成为了当前研究的热点之一.本文系统地回顾了兰州大学磁学与磁性材料教育部重点实验室在铁电/铁磁异质结构的磁电耦合效应研究方向的进展:实现了电场作用下铁磁层材料磁矩的挥发性或非挥发性翻转,多态高密度存储,外延单晶铁磁层薄膜磁性的多场调控,磁化动力学性能以及自旋波(磁子)的电场效应,并讨论了未来多场可控自旋电子学的发展趋势.     

硬磁性Nd60Al10Fe20Co10大块金属玻璃的磁畴结构

运用磁力显微镜对硬磁性Nd60Al10Fe20Co10大块金属玻璃（BMG）的磁畴结构进行了研究。结果表明,制备态材料中存在黑白磁斑相邻的微磁结构,磁畴的平均尺度约为360nm。这种磁畴结构与Nd基BMG的硬磁性是紧密相关的。由于BMG中存在的短程有序原子团簇的尺度只有几纳米量级,因而磁力图上亚微米尺度的黑白磁斑是由大量的原子团簇在强烈的交换耦合作用下磁矩平行排列形成的。而完全晶化的材料则呈顺磁性,其磁力力站已无明显的磁反差,但仍分布着一些间距较大的平均尺度为900nm的低矫顽力铁磁晶态相。     

DNA电子结构和磁性研究

用自旋极化的MS-Xa方法研究了DNA碱基中折叠构型的六环N2C4原子簇的电子态密度、自旋能级劈裂及原子磁矩. 研究发现, 在系统的基态(-7.01635´10³ eV)附近, 至少还存在着4个亚稳态: -7.01626´10³, -7.01616´10³, -7.01606´10³和-7.01597´10³ eV. 它们的电子结构不尽相同, 呈现出不同的物理性质. 结果表明, 该原子簇在基态时呈现出具有弱反铁磁性的金属性质, 而在第一亚稳态时, 该原子簇呈现出具有亚铁磁性的半金属性质. 在费米面附近, 折叠构型的六环N₂C₄原子簇的电子态密度分布与某些磁性半导体的电子态密度分布非常相似.     

叶酸-磁性淀粉纳米颗粒的研制及其肿瘤靶向磁热疗效应分析

采用反相微乳液法制备了包裹磁流体的淀粉纳米颗粒(StNP@Fe₂O₃), 再经叶酸活性物质(FA-PEG-NH2)修饰, 得到叶酸-磁性淀粉纳米颗粒(FA-StNP@Fe₂O₃),透射电子显微镜和激光粒度分析仪检测显示, 所得颗粒的平均粒径约为250 nm;邻菲罗啉法检测FA-StNP@Fe2O3的含铁量为2 mg/g. FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒在交变磁场下作用30 min, 可使环境温度(37℃)升高到42～43℃, 显示其具有一定的磁热效应. 将纳米颗粒分别与HUEC-12正常细胞和Hela肿瘤细胞共培养, 经交变磁场作用后, 通过四甲基偶氮唑盐比色法(MTT)实验、Hochest-PI双染色分析、流式细胞仪技术检测了纳米颗粒在细胞水平的生物学效应, 结果表明, FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒在未加磁场时, 在一定浓度范围内对细胞的增殖无明显影响; 而在一定交变磁场强度作用下则能有效地诱导HeLa细胞凋亡, 细胞凋亡率为13.4%, 普鲁士蓝染色实验显示, 叶酸修饰有助于FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒靶向识别HeLa细胞. 研究表明, FA-StNP@Fe₂O₃纳米颗粒具有良好的肿瘤靶向磁热治疗效果, 可望应用于肿瘤的靶向治疗.     

一种新型的纵向驱动巨磁致阻抗效应

采用纵向驱动磁化场的方法对纳米Fe73Cu1Nb1.5V1Si13.5B9微晶带的磁阻抗效应进行测定 ,其ΔZZ =Z(H) -Z(Hmax)Z(Hmax) 可达 16 0 0 % ,超过Co基非晶的最大值 36 0 %三倍多 .实验结果表明 ,纵向磁阻抗曲线的形状和大小与材料的磁结构、磁导率以及工作电流频率有密切的关系     

一种新型的纵向驱动巨磁致阻抗效应

采用纵向驱动磁化场的方法对纳米Fe₇₃Cu₁Nb_1.5V₁Si_13.5B₉微晶带的磁阻抗效应进行测定 ,其ΔZ/Z =Z(H) -Z(H_max) / Z(H_max) 可达 1600% ,超过Co基非晶的最大值 36 0 %三倍多 .实验结果表明 ,纵向磁阻抗曲线的形状和大小与材料的磁结构、磁导率以及工作电流频率有密切的关系     

GaN掺Cr材料的局域电子结构和磁性

运用原子团模型研究了稀磁半导体GaN掺Cr的局域电子结构和磁性, 计算采用基于密度泛函理论的离散变分方法. 计算结果表明Cr原子的磁矩随掺杂浓度有明显的变化, 变化趋势和实验结果吻合. 在包含两个Cr原子的体系中, Cr原子之间是铁磁性偶合, 每个Cr原子的磁矩与相同浓度下掺杂一个Cr原子的磁矩相近. 对于不同的掺杂浓度, Cr原子与最近邻N原子之间均为反铁磁偶合, Cr原子的3d电子与N原子的2p电子之间有很强的杂化, 这与晶体的能带计算方法得到的结果一致.     

近场光学高密度存储研究进展

鉴于高存储容量和高传输率在未来数据存储方面的重要性 ,近场光学存储作为一种新的高密度存储手段 ,近年来受到很多关注 .近场光学存储主要有三种方案 :固体浸液透镜方案、探针型方案以及超分辨率的近场结构 .本文对这三种方案的实现方法以及最新的进展作了较详细的阐述 .     

磁性药物-无机纳米复合材料的结构设计与表征

以镁铁氧体为磁性粒子, 层状锌铝双金属氢氧化物为主体层板, 分别以卡托普利(Captopril: Cpl)和5-氨基水杨酸(5-aminosalicylic acid: 5-ASA)为客体药物分子, 采用共沉淀法组装得到超分子结构磁性卡托普利及5-氨基水杨酸插层锌铝双金属氢氧化物Cpl-LDHs/MgFe₂O₄和5-ASA-LDHs/MgFe₂O₄. 研究表明, 该超分子结构磁性复合材料具有良好的晶相结构, Cpl-LDHs及5-ASA-LDHs通过Zn-O-Mg和 Al-O-Mg键连接于MgFe₂O₄表面形成核壳结构, 且该药物-无机纳米复合材料具有明显的磁性能.     

蝶翅色彩缤纷的奥秘

美丽的大自然用缤纷的色彩描绘了一个迷人的世界,人类也用色彩不断地美化自己的生活。服装服饰、食品饮料、装潢、园林、广告、商标……人类生活的众多领域里都有色彩在大显身手。而蝴蝶是自然界中最能展示缤纷色彩的动物。它们是大自然的骄子,是美的化身。彩蝶在百花丛中翩翩起舞的身姿尤为引人入胜,总会唤起人们无穷无尽的联想,