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【焦点】复旦大学设计出新型态光敏感性半导体内存;[5纳米碳纳米管CMOS器件]入选高校十大科技进展

2017-12-31 亲,请点这里: 集微网

1.[5纳米碳纳米管CMOS器件]入选高校十大科技进展;

2.复旦大学设计出新型态光敏感性半导体内存;

3.我国在原子分子超快动力学研究方面取得重要进展;

4.高能所等在量子色动力学研究中获进展;

5.国家纳米中心本征量子片规模制备研究取得进展


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1.[5纳米碳纳米管CMOS器件]入选高校十大科技进展;


          集微网消息,日前,由教育部科学技术委员会组织评选的2017年度“中国高等学校十大科技进展”经过高校申报和公示、形式审查、学部初评、项目终审等评审流程后在京揭晓。


由北京大学申报的”5纳米碳纳米管CMOS器件“入选。


芯片是信息时代的基础与推动力,现有CMOS技术将触碰其极限。碳纳米管技术被认为是后摩尔时代的重要选项。


理论研究表明,碳管晶体管有望提供更高的性能和更低的功耗,且较易实现三维集成,系统层面的综合优势将高达上千倍,芯片技术由此可能提升至全新高度。


北京大学电子学系彭练矛教授团队在碳纳米管CMOS器件物理和制备技术、性能极限探索等方面取得重大突破,放弃传统掺杂工艺,通过控制电极材料来控制晶体管的极性,抑制短沟道效应,首次实现了5纳米栅长的高性能碳管晶体管,性能超越目前最好的硅基晶体管,接近量子力学原理决定的物理极限,有望将CMOS技术推进至3纳米以下技术节点。


2017年1月20日,标志性成果以Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths 为题,在线发表于《科学》(Science, 2017, 355: 271-276);被包括IBM研究人员在内的同行在《科学》《自然•纳米技术》等期刊24次公开正面引用,并入选ESI高被引论文。相关工作被Nature Index、IEEE Spectrum、Nano Today、《科技日报》等国内外主流学术媒体和新华社报道;


《人民日报》(海外版)评价碳管晶体管的“工作速度是英特尔最先进的14纳米商用硅材料晶体管的三倍,而能耗只是其四分之一”,意味着中国科学家“有望在芯片技术上赶超国外同行”,“是中国信息科技发展的一座新里程碑”。



2.复旦大学设计出新型态光敏感性半导体内存;


近日有研究团队基于原子级薄度的半导体设计出一种内存,除了具有良好的性能,也可以在完全不需要电力辅助的情况下,用光线就能消除储存数据,团队认为这种新的内存在系统整合型面板(System on Panel)上, 具有十分大的应用潜力。


Phys.org 报导,复旦大学和中国科学院微电子研究所的 Long-Fei He 及相关研究人员最近在新的应用物理学快报(AIP)期刊上发表了一个关于新型态内存的论文。


由于大多数现有的内存技术都太过笨重,无法整合应用在显示面板上,研究人员一直都在研究全新的设计和材料,试图制造出同样具有良好性能、却能超薄的储存设备。


在这项新的研究中,研究人员透过二维过度金属材料「二硫化钼」(MoS2)的应用,创造出一种原子级薄度的半导体,它的电导率(conductivity)可以被精细的调整,进而形成具有高开关电流比的内存基础组件。


除此之外,团队也在测试中证实,这类型内存具有运行速度快、大容量的内存空间和优异的保存性,研究人员估计,即使处在 85°C(185°F)的高温下 10 年,储存空间仍可以保存原有的 60% 左右,对于实际应用来说仍然足够。


过去已有研究证实二硫化钼具有光敏性(photoresponsive),这意味着一些性质可以运用光来控制,为了了解实际应用情况,团队也实际进行了相关实验,结果他们发现,当光线照射到已编程的存储设备上时,储存数据被完全消除, 但同时运用电压抹除信息的方式也仍然可以使用。


合着人 Hao Zhu 表示,团队目前正在研究透过编程可控的光脉冲波长和时间,来大规模整合这种储存组件。 研究人员相信未来这种储存设备,将会在系统整合型面板的应用上扮演重要角色。technews



3.我国在原子分子超快动力学研究方面取得重要进展;


新华社武汉12月25日电(记者李伟)飞秒强激光为在原子时空尺度(阿秒时间与亚埃空间尺度)探测物质微观结构及电子超快动力学提供了重要手段。近日,我国专家在利用飞秒强激光探测原子分子结构及电子超快动力学研究方面取得重要进展。


  飞秒强激光诱导的电离电子波包或可重新返回母离子实并与之发生再散射过程,由再散射引起的高次谐波谱或光电子谱为探测原子分子结构及电子态超快演化提供有效途径。当前,发展时空高分辨的原子分子结构及动力学探测方法为研究领域广泛关注。


  中国科学院武汉物理与数学研究所柳晓军研究员、全威研究员等人与北京应用物理与计算数学研究所陈京研究员、吴勇副研究员等合作,提出一种新的激光诱导非弹性电子衍射方案,并采用这一方案实验测定了电子与惰性气体离子碰撞引起的非弹性散射微分截面。


  据介绍,在这一方案中,专家利用飞秒强激光驱动原子产生的再散射电子波包替代传统电子束,通过电子碰撞的方法对惰性气体母离子结构进行探测。结合武汉物数所前期建成的高分辨电子-离子动量谱仪装置与符合测量方法,他们实验测量了对应于电子-离子碰撞电离过程的光电子二维动量谱,并从中提取出电子与母体离子作用的非弹性散射微分截面,实验结果与扭曲波波恩近似理论计算结果吻合。


  这一方案继承了传统电子衍射方法的超高空间分辨优点,而且具有超高时间分辨能力,为在飞秒乃至阿秒时间尺度研究激光诱导的原子分子超快动力学过程提供了重要手段。相关研究成果近期发表在学术期刊《物理评论快报》上。



4.高能所等在量子色动力学研究中获进展;


 中国科学院高能物理研究所研究员贾宇,中国矿业大学副教授、高能所客座学者冯锋,以及西南大学副教授桑文龙,在国际上首次计算了赝标重夸克偶素强衰变宽度的次次领头阶(NNLO)辐射修正,并结合最新的实验测量值进行了深入的唯象讨论。12月20日,相关论文发表在《物理评论快报》上,该研究代表了重夸克偶素理论研究的重要进展。


  解释重夸克偶素的湮灭衰变,历史上对确立量子色动力学的渐进自由的性质起过关键作用。大约40年前,赝标夸克偶素的单举强衰变宽度在非相对论极限下的次领头阶(NLO)辐射修正已被意大利和日本两组理论家独立完成。NLO修正的贡献十分重要,因此人们自然好奇下一阶辐射修正的大小。由于技术上的巨大挑战,在将近40年的漫长时间内,人们对于ηc强衰变宽度的NNLO修正始终一无所知。随着近年来量子场论高阶微扰计算技术的迅速发展,2017年夏人们终于迎来了期待已久的突破。经过几年的不懈努力,贾宇等克服了重重技术困难,最终借助于国家超级计算广州中心提供的天河平台完成计算。在这篇论文中,贾宇等首次明确验证了从QCD第一性原理出发的有效场论方法——非相对论性的QCD(NRQCD)因子化对于单举过程在次次领头阶依然成立。然而,将NNLO辐射修正与已知的相对论修正相结合,他们发现目前最完备的NRQCD预言与实验测量的ηc总宽度、尤其与实验测量的ηc衰变到双光子的分支比,均存在严重分歧。这意味着著名的NRQCD方法尽管理论根基十分坚固,但对于粲夸克偶素而言,由于粲夸克质量不够大,导致微扰展开的收敛性非常差,使其有效性面临着严峻挑战。另一方面,NRQCD方法能够满意地解释实验测量的基态底夸克偶素ηb的强衰变宽度。同时,他们给出了ηb衰变到双光子分支比的精确预言,Br[ηb→γγ]=(4.8±0.7)×10-5,有待将来被超级B工厂实验检验。


  值得注意的是,该研究工作的结论与贾宇等2015年发表在《物理评论快报》的论文的结论是相互印证的,即NRQCD方法应用于到涉及粲夸克偶素的过程面临挑战。论文首次计算了粲夸克偶素遍举产生过程的NNLO辐射修正。研究了γ*γηc跃迁形状因子随动量转移的变化,发现当包含NNLO修正后,最精确的NRQCD预言与BaBar实验测量值相差甚远。


  贾宇等首次对涉及粲夸克偶素的单举衰变与遍举产生过程计算了NNLO辐射修正,均发现其贡献十分重要,考虑其修正效应后,理论预言与实验测量严重不符。这意味着对粲偶素而言,NRQCD短程系数的微扰展开的收敛性很差。他们认为,这个问题的根源来自于粲夸克的质量并不是很大,因而在粲能标定义的强耦合常数并不算小,从而严重损害了微扰展开的收敛性。广为应用的NRQCD因子化方法虽然理论根基坚实,但对于粲夸克偶素而言,其有效性似乎面临着严峻挑战,仍需要后续的深入研究来寻找其解决方案。


  研究工作受到了国家自然科学基金委的资助。


  论文链接:1 2 



  理论预言的ηc总宽度作为重整化能标μR的函数。其中LO、NLO、NNLO分别对应微扰展开领头阶、次领头阶、以及次次领头阶的理论预言。图中蓝色带状图是ηc总宽度的实验测量值。  



  NRQCD因子化对ηc到双光子分支比的预言作为重整化能标μR的函数。图中蓝色带状图是ηc到双光子分支比的实验测量值。  



  NRQCD理论预言的(归一化的)γ*γηc跃迁形状因子随动量转移Q2的变化。图中带误差的黑点代表BaBar的实验测量值。点线、虚线、实线分别代表在非相对论极限下关于微扰展开的领头阶、次领头阶,次次领头阶预言。 中国科学院网站



5.国家纳米中心本征量子片规模制备研究取得进展


作为二维材料体系和量子体系不断发展和交叉的产物,量子片近年来引起了广泛关注。由于其横向尺寸一般小于20纳米,因此量子片不仅具有二维材料的本征特性,还具有量子限域和突出的边缘效应。 


  过渡金属二硫族化合物(TMDs)是一类有着非凡性能和巨大潜力的二维材料。作为最具代表性的TMDs,二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)已经被广泛研究。其量子片的制备分为自下而上和自上而下两种方式。自下而上制备方式往往需要苛刻的反应条件以及繁杂的后处理,自上而下制备方式得到的量子片通常产率极低。此外,这两种制备方式都面临着如何避免缺陷产生从而获得本征量子片的挑战。 


  国家纳米科学中心张勇课题组与刘新风课题组及北京大学高鹏课题组合作,发明了一种可大规模制备无缺陷的本征MoS2和WS2量子片的新技术。通过对本体原材料依次进行盐辅助的球磨、超声辅助的溶剂剥离等措施,以25.5wt%和20.1wt%的极高产率分别制备出了无缺陷的本征MoS2和WS2量子片。收集量子片粉末后,通过再分散的方式进一步实现了量子片在多种溶剂中的高浓度(20mg/mL)分散。在PMMA薄膜中负载0.1wt%的该量子片,即可大幅提升其光学性质,比负载纳米片的薄膜提高了近一个数量级。该制备技术具有非常好的普适性,为二维量子片大规模生产探索提供了思路。


  相关研究成果以High-yield production of MoS2 and WS2 quantum sheets from their bulk materials为题发表在Nano Letters上,制备方法已申请中国发明专利。该研究得到了国家自然科学基金、中科院百人计划、国家纳米中心启动基金等的资助。 


  论文链接



MoS2和WS2量子片制备机理示意图 中国科学院网站


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