今日2篇 Nature - UH 鲍寅寅教授: 改写OLED光刻胶 、WashU 杨兰教授: 单晶纳米薄膜的异质光子集成

2026年9月16日 ，苏黎世联邦理工学院(ETH)Chih-Jen Shih教授、芬兰赫尔辛基大学(UH)鲍寅寅教授/美国圣路易斯华盛顿大学(WashU)Sang-Hoon Bae教授、杨兰教授分别在Nature上 发表研究论文，现介绍如下:

活性自由基聚合改写OLED光刻胶

突破微纳加工极限

有机发光二极管（OLED）的微型化对于下一代超高分辨率显示技术和集成光子学的发展至关重要。然而，传统的真空蒸镀和喷墨打印工艺难以兼容支撑硅基电子器件发展的光刻微缩工艺，因此制约了OLED与互补金属氧化物半导体（CMOS）电路的真正单片集成。

据此，苏黎世联邦理工学院 Chih-Jen Shih教授、鲍寅寅教授(现任职于芬兰赫尔辛基大学)提出了一类通过原子转移自由基聚合（ATRP）合成的电致发光光刻胶（electroluminescent photoresists），可直接采用紫外光刻和电子束光刻进行图案化加工。

2026年9月16日, 相关工作以题为 “ Electroluminescent photoresists extending lithographic scaling to OLEDs ” 发表在Nature上。

该研究通过原子转移自由基聚合（ATRP）合成的电致发光光刻胶，可直接通过紫外和电子束光刻图案化。这些多臂星形聚合物具有核壳结构，将热活化延迟荧光（TADF）发光体嵌入保护性主体壳内，使其与表面反应性光交联部分隔离。位点特异性隔离确保交联反应仅发生在聚合物外围，发光核保持完整，从而保持高电致发光。作者展示了顺序多层 ELPR 光刻中的稳健加工正交性，实现了临界尺寸低至 110 nm 的亚衍射荧光纳米图案；并通过多色、紫外图案化 OLED 验证器件性能，外量子效率超过 13%。这些结果不仅为将摩尔定律延伸至有机光电子学铺平道路，也释放了其单片光电集成潜力。

图1. 可控自由基聚合赋能高性能电致发光光刻胶（ELPR）的分子设计

图2. ELPR的模块化原子转移自由基聚合（ATRP）合成及光物理性质表征

图3. ELPR组装结构的分子层面机制解析

图4. ELPR通过紫外光刻与电子束光刻（EBL）实现多彩图案化

图5. ELPR-OLED器件性能及多色集成展示

综上, 提出了一种全新的分子设计策略，将高效电致发光功能与光刻胶材料有机融合。尽管直接图案化 ELPRs 与最先进真空蒸镀 OLED 之间仍存在性能差距，尤其是工作寿命，但基于可控聚合的星形聚合物架构的模块化特性，为未来优化提供了清晰稳健的路线图。该发现将“功能光刻胶”确立为协同分子设计与纳米制造的通用平台。通过将光刻能力直接编码到功能骨架中并借助先进大分子控制，该策略有望解决长期阻碍有机电子学的“兼容性-分辨率”瓶颈。展望将摩尔定律延伸至有机领域，功能光刻胶平台可实现超高密度有机集成光子学和电路的单片集成。

鲍寅寅教授介绍

鲍寅寅(Yinyin Bao), 是赫尔辛基大学化学系高分子化学方向的副教授，2025年1月正式入职该校，此前长期在欧洲顶尖高校从事高分子材料相关研究。

2012年于中国科学技术大学获得高分子化学博士学位，本科毕业于合肥工业大学。2012-2014年在比利时鲁汶大学完成博士后研究，2014年入选欧盟玛丽居里学者，进入法国国家科研中心（CNRS）巴黎第十一大学开展研究。2016年加入苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich），2018年晋升为课题组组长、高级研究员，2025年1月起全职担任赫尔辛基大学化学系副教授。

研究聚焦高分子化学在生物医药与光电子领域的交叉应用，主要包含三个核心方向：光聚合3D打印医用器件 - 开发可降解、生物相容的光固化高分子材料，用于个性化气管支架、微针贴片等药物递送系统的高精度制造。发光功能聚合物 - 通过调控聚合过程中的电荷转移机制，实现固态高分子发光波长的全光谱连续可调，相关成果发表于《Chem》等顶刊。机器学习辅助高分子设计 - 结合AI算法加速功能聚合物的结构筛选与性能预测，大幅提升新材料开发效率。

2021年在《Science Advances》发表研究，首次实现力学性能媲美商用硅胶的生物可吸收3D打印弹性气管支架，解决了儿童气道狭窄治疗中支架需二次手术取出的痛点。借助机器学习建立预测模型，仅通过简单的活性自由基共聚就实现了高分子固态发光从蓝光到红光的连续调控，成果发表于《Chem》。累计在《Sci Adv》、《Nat Commun》、《Adv Mater》等期刊发表论文40余篇，受邀担任《Nature》、《JACS》等顶刊审稿人，同时为欧盟研究理事会及多个欧洲国家的科学基金会担任评审专家。

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https://www.nature.com/articles/s41586-026-11042-0

单晶纳米薄膜的异质光子集成

硅（Si）和氮化硅（SiN）已经成为集成光子学最成熟的材料平台之一，但它们并非“全能选手”：硅本身缺乏强线性电光效应，也难以同时承担磁光隔离、发光和宽光谱探测等功能。一个自然的思路，是把钛酸钡、磁性氧化物、III-V族半导体等功能材料集成到硅光芯片上。然而，不同材料之间往往存在严重的晶格失配，直接异质外延容易产生大量缺陷，进而牺牲材料本征性能。如何摆脱晶格匹配限制，又把高质量单晶材料“搬”到任意光子芯片上，一直是异质光子集成的重要挑战。

据此,美国圣路易斯华盛顿大学Sang-Hoon Bae教授、杨兰教授合作团队提出一种基于自由支撑单晶纳米膜的光子范德华集成框架：先在最适合的母衬底上长出高质量单晶薄膜，再把薄膜完整剥离，像“功能积木”一样转移到已经加工好的Si或SiN光子芯片上。利用这一方法，分别实现了高效电光调制、磁光隔离、紫外至近红外光探测，并进一步把不同单晶纳米膜横向拼接或纵向堆叠，在同一器件中实现多种光学功能。

2026年9月16日, 相关工作以“Heterogeneous photonic integration of single-crystalline nanomembranes”为题发表在Nature上。

该研究提出并验证了一个通用的光子vdW集成框架，利用光子vdW集成将所需功能注入到Si和SiN光子学中，构建高性能异质集成光子器件。通过外延剥离和二维材料辅助层转移技术制备了电光材料钛酸钡（BTO）、磁光材料钴铁氧体（CFO）和钇铁石榴石（YIG）、以及III-V族半导体GaAs和GaN等多种功能纳米膜，并将其集成到Si、SiN等成熟光子平台上。研究展示了超高效电光调制器（Pockels系数r42 > 1,290 pm V⁻¹，3-dB带宽 > 23 GHz）、超紧凑非互易磁光隔离器（Faraday旋转系数θF≈ 33,800° cm⁻¹）、紫外到近红外的宽谱光电探测器，以及同时实现电光与磁光调制的多功能环形谐振器。将vdW异质结构从二维拓展到三维，为异质集成光电子应用建立了通用平台。

图1.用于光子vdW集成的单晶功能纳米膜

图2.基于单晶a轴畴BTO的vdW集成到Si光子学的高效EO调制

图3.通过III-V族半导体vdW集成到SiN光子学扩展片上光电探测范围

图4.通过CFO vdW集成实现高效片上光隔离与多功能电磁耦合

图5. vdW集成光子器件的性能基准

总之, 建立了通用光子vdW集成平台，将不同晶体结构、不同功能的单晶纳米膜集成到成熟Si/SiN光子平台，避免传统异质外延的晶格匹配与缺陷问题。实验实现BTO超高效电光调制、CFO强磁光隔离、GaAs/GaN宽谱光电探测以及CFO/BTO垂直异质多功能微环，界面清洁、损耗低、可晶圆级扩展，并将vdW异质结构从二维推广到三维，极大丰富了可集成的功能材料库。此外，本研究为在成熟光子平台上“按需注入”各种光学功能提供了通用、可扩展的路线，其开发晶圆级BTO转移验证了规模化应用潜力。本研究展示了用于同时进行电光和磁光调制的多功能环形谐振器，为先进的异质集成光电子应用等带来了新机遇。

杨兰教授介绍

杨兰（Lan Yang）, 是美国圣路易斯华盛顿大学电子和系统工程系的‌Edwin H. & Florence G. Skinner冠名工程教授‌，也是该校微纳光子学研究实验室的负责人，是国际微纳光子学领域的顶尖学者。

本科与硕士均毕业于‌中国科学技术大学‌，1997年、1999年分别获得学士、硕士学位，后赴加州理工学院深造，于2005年取得博士学位。2007年正式加入圣路易斯华盛顿大学工程系任教，目前是该校麦凯尔维工程学院电子和系统工程系的核心教授，同时隶属于学校AI健康研究所、气溶胶科学与工程中心、材料科学与工程研究所等多个跨学科研究平台‌。

2010年获得美国国家科学基金会（NSF）CAREER奖，2011年被时任美国总统奥巴马授予‌美国总统青年科学家与工程师奖（PECASE）‌。先后当选IEEE会士、美国物理学会（APS）会士、美国科学促进会（AAAS）会士、美国光学学会会士，同时担任国际期刊Photonics Research的主编。她是圣路易斯华盛顿大学工程学院女性教职人员中拥有专利和技术披露数量最多的教授，科研成果转化能力突出‌。

长期聚焦微纳光子学前沿，核心研究领域包括：高品质因子光学微谐振腔（回音壁模式WGM微腔）的制备与特性调控，突破传统光场操控的物理限制。非厄米光子学、宇称-时间对称光子学、奇异点（EP）相关的基础物理与新型光学系统设计。硅基集成光子芯片、单晶光学薄膜异质范德华集成技术，近期在《Nature》发表的成果实现了电光调制、磁光隔离、宽谱光电探测等多功能光子集成，性能远超传统薄膜铌酸锂等材料体系。超高灵敏度光学传感技术，其团队开发的光学WGM条码多模传感方案，将传统单模传感的动态范围拓展了350倍，可实现单分子、单病毒级别的无标记探测，在生物医学早期诊断、环境监测等领域有重大应用价值。

团队的核心成果发表于《Nature》《Science》《Nature Photonics》《Nature Physics》等顶级学术期刊，近年的标志性突破包括：2026年联合MIT、EPFL等多校团队提出单晶纳米薄膜异质集成通用框架，解决了长期制约硅基光子芯片多功能集成的晶格匹配难题。提出多模WGM光学条码传感新架构，突破了传统回音壁传感动态范围窄的行业瓶颈，相关成果发表于《IEEE仪器与测量汇刊》。在非厄米光子学领域实现了奇异点增强传感、手性定向激光发射、非互易光传输等一系列开创性实验，推动了新一代非常规光流操控光学系统的发展。

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