科 技 成 果

科 技 成 果

澳大利亚量子计算研究取得新进展

据科技部网站2017年11月27日报道,澳大利亚新南威尔士大学的研究人员发明了一种新的量子计算机结构,这种结构基于新型的“自旋翻转型量子比特”,不同于其它实现方法,可以使硅量子处理器在不用准确放置原子的情况下实现扩展。重要的是,它可以使量子计算机中最基本的单元,即量子比特之间的距离达到百纳米量级而且依然保持耦合特性,从而大幅度降低大规模制造量子芯片的成本和难度,即利用现有工艺技术便可快捷实现生产。新南威尔士大学研究人员宣称,实现量子计算机的商业应用需要耗费巨大的投入,但目前大学掌握的这一新型设计,使得澳大利亚拥有了发展量子计算的先机和优势。

美研究团队开发出硅基芯片上光通信技术

据科技部网站2017年11月23日报道,美国麻省理工学院发布消息称,该校一个研究团队开发出一种新材料,可集成在硅基芯片上进行光通信,从而比导线信号传输具有更高的速度和更低的能耗。该成果发布在最新出版的《自然·纳米技术》期刊上。这种新材料为二碲化钼,这种超薄结构的半导体可以集成在硅基芯片上,并可以在电极作用下发射或接收光信号。传统上,砷化镓是良好的光电材料,但很难与硅基材料兼容。此外,传统的光电材料发出的光信号在可见光频段,易被硅材料吸收;而二碲化钼可发射红外光,不易被硅吸收,因此适合在芯片上进行光通信。目前,这一技术处于方案验证阶段,距离实用还有一定距离。研究团队还在关注其它可集成在硅基芯片上的超薄材料(如黑磷等)在光通信领域的应用。通过改变黑磷材料堆积的层数,可以调节其所发射光信号的波长,从而与目前主流的光通信技术兼容。

英团队研发“国际空间站”新载荷

据科技部网站2017年11月23日报道,英国科技设备研究理事会(STFC)近日宣布,英国科学家将在设计“国际空间站”上使用新仪器方面发挥关键作用。其研发的仪器TARDiS不仅能够监测气候变化对地球大气层的影响,还有助于更好地了解行星的起源。TARDiS将设计为使用太赫兹遥感来测量上层大气中的氧原子和星际介质的发射辐射,对气候变化如何影响大气组分提出新见解,还可拍摄太空图像,追踪星星,观测行星的诞生与演变。TARDiS仪器是两项新太空任务的探索者,即用于地球观测的上层大气探测器和远红外光谱探测器。如果能在“国际空间站”上部署这些载荷,表明这些项目的技术已经符合相关的技术标准,能够开展相关研究。

韩国开发出蜘蛛网状锂离子电池新材料

据科技部网站2017年11月23日报道,韩国成均馆大学表示,其研究组根据蜘蛛网的结构与功能开发出锂离子电池高性能电极活性材料,成功解决了高容量材料退化和充放电速度慢等问题,可以应用于多种类型的高容量二次电池。目前科学家为了克服锂离子电池负极材料石墨容量受限(约370 m A·h/g)的缺点,开发了高容量硅和过渡金属氧化物等多种材料,但是,大部分高容量材料因电传导速度较慢,导致充电和放电速度缓慢或充电放电时因体积膨胀而出现限速特性和长期不稳定性等问题。韩国研究组通过运用冰膜方法,将蜘蛛网形状的三维网络结构组建成具有多重保障的碳纳米管,并对其进行臭氧处理,使纳米管表面像蜘蛛网一样,具有弹性功能。此研究结果发表在国际学术杂志《先进能源材料》上。

美研究开发高效光电探测器

据科技部网站2017年11月21日报道,美国加利福尼亚大学河滨分校的研究团队,通过组合两种截然不同的无机材料并产生量子力学过程,开发出一种新型光电探测器。研究人员在二硒化钼(MoSe2)的单一原子层上堆叠了两个原子层的二硒化钨(WSe2),这种堆叠导致产生的性能与母层大不相同,允许以最小规模产生电能。当光子撞击到WSe2层时,释放一个电子。当电子到达WSe2和MoSe2之间的接合处时,电子进入MoSe2并释放能量将第二个电子从WSe2推向MoSe2,这两个电子都能自由移动并发电。现有的太阳能电池板模型中,一个光子最多可以产生一个电子,而该研究所开发的原型中,一个光子可以产生两个或更多个电子,使其效率提高一倍或数倍。此研究成果发表在《自然－纳米技术》期刊上。超薄材料能在限制发热的同时增加电力,将在设计新的超高效光伏器件方面具有广泛的意义。

我国实现米级单晶石墨烯的制备

据科技部网站2017年11月20日报道,石墨烯是典型的二维轻元素量子材料体系,具有优越的量子特性。科学界在石墨烯体系中观察到了许多量子现象和量子效应,石墨烯已经成为凝聚态物理研究领域的重要量子体系,在未来量子信息、量子计算和量子通信等领域具有广泛的应用前景。如何获得大尺寸单晶石墨烯是石墨烯研究领域的热点和难点,是实现石墨烯工业化应用的基础。虽然利用化学气相沉积方法(CVD)已经实现了米级多晶石墨烯薄膜的制备,但是米级单晶石墨烯薄膜技术还未被突破。最近,在量子调控与量子信息重点专项项目的支持下,北京大学研究团队继2016年首次实现石墨烯单晶的超快生长之后,在米级单晶石墨烯的生长方面再次取得重要进展。研究团队将工业多晶铜箔转化成了单晶铜箔,得到了世界上目前最大尺寸的单晶Cu(111)箔。该研究结果为快速生长米级单晶石墨烯提供了必要的科学依据,为石墨烯单晶量子科技的产业化应用奠定了基础。此研究成果于2017年8月在《科学通报》(Science Bulletin)上发表。

美开发新型类脑超级计算机

据科技部网站2017年11月14日报道,美国IBM公司即将开发由64个“真北”类神经形态芯片驱动的新型超级计算机。这一计算机能进行大型深度神经网络的实时分析,可用于高速空中真假目标的区分,并且功耗比传统的计算机芯片降低4个数量级。如果该系统功耗可以达到人脑级别,理论上可以在64个芯片原型基础上进一步扩展,从而能够同时处理任何数量的实时识别任务,具有广阔的军民两用前景。“真北”芯片始于2008年美国防先进研究计划局启动的“神经形态自适应可塑可扩展电子系统”项目,其任务是建造机能类似于大脑的计算机系统。2014年,IBM公司开创了“真北”芯片体系结构,它是一种神经形态芯片,可模仿人类神经元,进行优异的先进计算,能耗远低于传统芯片,特别适合于人工智能所需的神经网络算法。芯片的神经元被打包在互相连接的“核”内,每个“核”还包含用于信息存储、处理和通信的组件,消除了传统芯片中数据在存储单元和处理单元之间密集交换带来的能量消耗,每个芯片功率不超过70 m W。在整个系统中,这些神经元使用类似于人类神经元电化学脉冲方式来传输数据,表现出了利用深度神经网络进行推理方面的特别高效能。此类芯片可预先识别用户可能想知道的信息,并相应地收集数据,或者将数据集联系起来,独立地从中发现趋势。

科学家发现空气对纳米电子半导体有致命影响

据科技部网站2017年11月13日报道,俄罗斯托木斯克理工大学表示,该校与德国、委内瑞拉的科学家最近证实了二维半导体硒化镓在空气中的易损性,此重要发现有助于制造硒化镓基超导纳米电子产品。研究团队通过光组合散射光谱法和XPS方法研究了硒化镓,确定镓和氧之间存在化学键,硒化镓一接触空气就会迅速被氧化,从而失去生产纳米电子设备所必需的导电性能。进一步研究硒化镓氧化敏感性,可以研究出保护和保存硒化镓光电性能的解决方案。

韩国利用传统纸张开发出超级电容器元件

据科技部网站2017年11月13日报道,超级电容器是提高电容器容量的核心部件。与二次电池相比,超级电容器能量密度(充电量)较小,但可以瞬间提高功率(锂电池的5倍)。韩国高丽大学研究组利用传统纸张,开发出了快速提高输出性能的超级电容器原件。研究组开发出新的单分子配体层状自组方法,在织物材质表面非常均匀、稠密地涂上纳米大小的金属及金属氧化物粒子,成功制作出金属纸电极和柔软性较好的纸质超级电容器。新研制出的纸质电极不会改变织物固有的机械结构特性,可以出现金属电气传导现象。这种用纸电极制作的超级电容器元件,具有表面积大和多孔性结构等特征,从而大幅提高储电容量和输出值。纸张或棉布等材质表面较宽、轻便,而且柔软易于加工,可应用于电器、电子元件,可以制作曲面或穿戴设备的元件,具有很好的应用前景。