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1.[5納米碳納米管CMOS器件]入選高校十大科技進展;
集微網消息, 日前, 由教育部科學技術委員會組織評選的2017年度 '中國高等學校十大科技進展' 經過高校申報和公示, 形式審查, 學部初評, 項目終審等評審流程後在京揭曉.
由北京大學申報的' 5納米碳納米管CMOS器件 '入選.
晶片是資訊時代的基礎與推動力, 現有CMOS技術將觸碰其極限. 碳納米管技術被認為是後摩爾時代的重要選項.
理論研究表明, 碳管晶體管有望提供更高的性能和更低的功耗, 且較易實現三維整合, 系統層面的綜合優勢將高達上千倍, 晶片技術由此可能提升至全新高度.
北京大學電子學系彭練矛教授團隊在碳納米管CMOS器件物理和製備技術, 性能極限探索等方面取得重大突破, 放棄傳統摻雜工藝, 通過控制電極材料來控制晶體管的極性, 抑制短溝道效應, 首次實現了5納米柵長的高性能碳管晶體管, 性能超越目前最好的矽基晶體管, 接近量子力學原理決定的物理極限, 有望將CMOS技術推進至3納米以下技術節點.
2017年1月20日, 標誌性成果以Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths 為題, 線上發表於《科學》 (Science, 2017, 355: 271-276) ; 被包括IBM研究人員在內的同行在《科學》《自然•納米技術》等期刊24次公開正面引用, 併入選ESI高被引論文. 相關工作被Nature Index, IEEE Spectrum, Nano Today, 《科技日報》等國內外主流學術媒體和新華社報道;
《人民日報》 (海外版) 評價碳管晶體管的 '工作速度是英特爾最先進的14納米商用矽材料晶體管的三倍, 而能耗只是其四分之一' , 意味著中國科學家 '有望在晶片技術上趕超國外同行' , '是中國資訊科技發展的一座新裡程碑' .
2.複旦大學設計出新型態光敏感性半導體記憶體;
近日有研究團隊基於原子級薄度的半導體設計出一種記憶體, 除了具有良好的性能, 也可以在完全不需要電力輔助的情況下, 用光線就能消除儲存數據, 團隊認為這種新的記憶體在系統整合型面板 (System on Panel) 上, 具有十分大的應用潛力.
Phys.org 報導, 複旦大學和中國科學院微電子研究所的 Long-Fei He 及相關研究人員最近在新的應用物理學快報 (AIP) 期刊上發表了一個關於新型態記憶體的論文.
由於大多數現有的記憶體技術都太過笨重, 無法整合應用在顯示面板上, 研究人員一直都在研究全新的設計和材料, 試圖製造出同樣具有良好性能, 卻能超薄的儲存設備.
在這項新的研究中, 研究人員透過二維過度金屬材料「二硫化鉬」 (MoS2) 的應用, 創造出一種原子級薄度的半導體, 它的電導率 (conductivity) 可以被精細的調整, 進而形成具有高開關電流比的記憶體基礎組件.
除此之外, 團隊也在測試中證實, 這類型記憶體具有運行速度快, 大容量的記憶體空間和優異的保存性, 研究人員估計, 即使處在 85°C (185°F) 的高溫下 10 年, 儲存空間仍可以保存原有的 60% 左右, 對於實際應用來說仍然足夠.
過去已有研究證實二硫化鉬具有光敏性 (photoresponsive) , 這意味著一些性質可以運用光來控制, 為了了解實際應用情況, 團隊也實際進行了相關實驗, 結果他們發現, 當光線照射到已編程的存儲設備上時, 儲存數據被完全消除, 但同時運用電壓抹除資訊的方式也仍然可以使用.
合著人 Hao Zhu 表示, 團隊目前正在研究透過編程可控的光脈衝波長和時間, 來大規模整合這種儲存組件. 研究人員相信未來這種儲存設備, 將會在系統整合型面板的應用上扮演重要角色. technews
3.我國在原子分子超快動力學研究方面取得重要進展;
新華社武漢1 2 月2 5 日電 (記者李偉) 飛秒強雷射為在原子時空尺度 (阿秒時間與亞埃空間尺度) 探測物質微觀結構及電子超快動力學提供了重要手段. 近日, 我國專家在利用飛秒強雷射探測原子分子結構及電子超快動力學研究方面取得重要進展.
飛秒強雷射誘導的電離電子波包或可重新返回母離子實並與之發生再散射過程, 由再散射引起的高次諧波譜或光電子譜為探測原子分子結構及電子態超快演化提供有效途徑. 當前, 發展時空高分辨的原子分子結構及動力學探測方法為研究領域廣泛關注.
中國科學院武漢物理與數學研究所柳曉軍研究員, 全威研究員等人與北京應用物理與計算數學研究所陳京研究員, 吳勇副研究員等合作, 提出一種新的雷射誘導非彈性電子衍射方案, 並採用這一方案實驗測定了電子與惰性氣體離子碰撞引起的非彈性散射微分截面.
據介紹, 在這一方案中, 專家利用飛秒強雷射驅動原子產生的再散射電子波包替代傳統電子束, 通過電子碰撞的方法對惰性氣體母離子結構進行探測. 結合武漢物數所前期建成的高分辨電子- 離子動量譜儀裝置與符合測量方法, 他們實驗測量了對應於電子- 離子碰撞電離過程的光電子二維動量譜, 並從中提取出電子與母體離子作用的非彈性散射微分截面, 實驗結果與扭曲波波恩近似理論計算結果吻合.
這一方案繼承了傳統電子衍射方法的超高空間分辨優點, 而且具有超高時間分辨能力, 為在飛秒乃至阿秒時間尺度研究雷射誘導的原子分子超快動力學過程提供了重要手段. 相關研究成果近期發表在學術期刊《物理評論快報》上.
4.高能所等在量子色動力學研究中獲進展;
中國科學院高能物理研究所研究員賈宇, 中國礦業大學副教授, 高能所客座學者馮鋒, 以及西南大學副教授桑文龍, 在國際上首次計算了贗標重夸克偶素強衰變寬度的次次領頭階(NNLO)輻射修正, 並結合最新的實驗測量值進行了深入的唯象討論. 12月20日, 相關論文發表在《物理評論快報》上, 該研究代表了重夸克偶素理論研究的重要進展.
解釋重夸克偶素的湮滅衰變, 曆史上對確立量子色動力學的漸進自由的性質起過關鍵作用. 大約40年前, 贗標夸克偶素的單舉強衰變寬度在非相對論極限下的次領頭階(NLO)輻射修正已被意大利和日本兩組理論家獨立完成. NLO修正的貢獻十分重要, 因此人們自然好奇下一階輻射修正的大小. 由於技術上的巨大挑戰, 在將近40年的漫長時間內, 人們對於ηc強衰變寬度的NNLO修正始終一無所知. 隨著近年來量子場論高階微擾計算技術的迅速發展, 2017年夏人們終於迎來了期待已久的突破. 經過幾年的不懈努力, 賈宇等克服了重重技術困難, 最終藉助於國家超級計算廣州中心提供的天河平台完成計算. 在這篇論文中, 賈宇等首次明確驗證了從QCD第一性原理出發的有效場論方法——非相對論性的QCD(NRQCD)因子化對於單舉過程在次次領頭階依然成立. 然而, 將NNLO輻射修正與已知的相對論修正相結合, 他們發現目前最完備的NRQCD預言與實驗測量的ηc總寬度, 尤其與實驗測量的ηc衰變到雙光子的分支比, 均存在嚴重分歧. 這意味著著名的NRQCD方法儘管理論根基十分堅固, 但對於粲夸克偶素而言, 由於粲夸克質量不夠大, 導致微擾展開的收斂性非常差, 使其有效性面臨著嚴峻挑戰. 另一方面, NRQCD方法能夠滿意地解釋實驗測量的基態底夸克偶素ηb的強衰變寬度. 同時, 他們給出了ηb衰變到雙光子分支比的精確預言, Br[ηb→γγ]=(4.8±0.7)×10-5, 有待將來被超級B工廠實驗檢驗.
值得注意的是, 該研究工作的結論與賈宇等2015年發表在《物理評論快報》的論文的結論是相互印證的, 即NRQCD方法應用於到涉及粲夸克偶素的過程面臨挑戰. 論文首次計算了粲夸克偶素遍舉產生過程的NNLO輻射修正. 研究了γ*γηc躍遷形狀因子隨動量轉移的變化, 發現當包含NNLO修正後, 最精確的NRQCD預言與BaBar實驗測量值相差甚遠.
賈宇等首次對涉及粲夸克偶素的單舉衰變與遍舉產生過程計算了NNLO輻射修正, 均發現其貢獻十分重要, 考慮其修正效應後, 理論預言與實驗測量嚴重不符. 這意味著對粲偶素而言, NRQCD短程係數的微擾展開的收斂性很差. 他們認為, 這個問題的根源來自於粲夸克的質量並不是很大, 因而在粲能標定義的強耦合常數並不算小, 從而嚴重損害了微擾展開的收斂性. 廣為應用的NRQCD因子化方法雖然理論根基堅實, 但對於粲夸克偶素而言, 其有效性似乎面臨著嚴峻挑戰, 仍需要後續的深入研究來尋找其解決方案.
研究工作受到了國家自然科學基金委的資助.
論文連結: 1 2
理論預言的ηc總寬度作為重整化能標μR的函數. 其中LO, NLO, NNLO分別對應微擾展開領頭階, 次領頭階, 以及次次領頭階的理論預言. 圖中藍色帶狀圖是ηc總寬度的實驗測量值.
NRQCD因子化對ηc到雙光子分支比的預言作為重整化能標μR的函數. 圖中藍色帶狀圖是ηc到雙光子分支比的實驗測量值.
NRQCD理論預言的(歸一化的)γ*γηc躍遷形狀因子隨動量轉移Q2的變化. 圖中帶誤差的黑點代表BaBar的實驗測量值. 點線, 虛線, 實線分別代表在非相對論極限下關於微擾展開的領頭階, 次領頭階, 次次領頭階預言. 中國科學院網站
5.國家納米中心本徵量子片規模製備研究取得進展
作為二維材料體系和量子體系不斷髮展和交叉的產物, 量子片近年來引起了廣泛關注. 由於其橫向尺寸一般小於20納米, 因此量子片不僅具有二維材料的本徵特性, 還具有量子限域和突出的邊緣效應.
過渡金屬二硫族化合物 (TMDs) 是一類有著非凡性能和巨大潛力的二維材料. 作為最具代表性的TMDs, 二硫化鉬 (MoS2) 和二硫化鎢 (WS2) 已經被廣泛研究. 其量子片的製備分為自下而上和自上而下兩種方式. 自下而上製備方式往往需要苛刻的反應條件以及繁雜的後處理, 自上而下製備方式得到的量子片通常產率極低. 此外, 這兩種製備方式都面臨著如何避免缺陷產生從而獲得本徵量子片的挑戰.
國家納米科學中心張勇課題組與劉新風課題組及北京大學高鵬課題組合作, 發明了一種可大規模製備無缺陷的本徵MoS2和WS2量子片的新技術. 通過對本體原材料依次進行鹽輔助的球磨, 超聲輔助的溶劑剝離等措施, 以25.5wt%和20.1wt%的極高產率分別製備出了無缺陷的本徵MoS2和WS2量子片. 收集量子片粉末後, 通過再分散的方式進一步實現了量子片在多種溶劑中的高濃度 (20mg/mL) 分散. 在PMMA薄膜中負載0.1wt%的該量子片, 即可大幅提升其光學性質, 比負載納米片的薄膜提高了近一個數量級. 該製備技術具有非常好的普適性, 為二維量子片大規模生產探索提供了思路.
相關研究成果以High-yield production of MoS2 and WS2 quantum sheets from their bulk materials為題發表在Nano Letters上, 製備方法已申請中國發明專利. 該研究得到了國家自然科學基金, 中科院百人計劃, 國家納米中心啟動基金等的資助.
論文連結
MoS2和WS2量子片製備機理示意圖 中國科學院網站