科 技 成 果

我国科学家在DNA自组装技术方面取得突破

据科技部网站2018年8月3日报道，在国家重点研发计划纳米科技重点专项项目“精确自组装纳米标记分析方法在前列腺癌早期检测与预后中的应用研究”的支持下，中国科学院应用物理研究所樊春海团队在发展精确自组装的框架核酸并应用于生物分子界面调控，发展高灵敏生物传感检测和活细胞分析等方面开展了深入研究，提出了一种框架核酸诱导的团簇预水解策略，将经典Stöber硅化学引入DNA结构体系，成功实现了精确可控的DNA-二氧化硅固态纳米结构的制备，可在纳米尺度上将DNA序列编码的自组装结构精确复制成具有刚性结构的二氧化硅构型，并且可以由二维平面结构拓展至三维框架、三维曲面、简单几何结构以至复杂有序结构。这一新策略突破了传统硅化学合成在材料结构尺度上的限制，实现了纳米尺度二氧化硅结构的精确制备；在保持基于DNA的固态纳米孔精确结构的同时赋予其优异的力学性能。该技术构建的纳米孔道结构精确、可控、稳定，可实现低成本宏量制备，为研究纳米孔道中的新奇物理、化学性质和分析应用提供了全新的工具，有望在纳米电子、纳米机器人及药物输运等领域广泛应用。相关成果发表在《自然》杂志。

基于多电极结构的石墨烯热电太赫兹探测器研究取得重要进展

据科技部网站2018年8月3日报道，在国家重点研发计划项目支持下，中国科学院上海技术物理研究所、红外物理国家重点实验室陆卫、陈效双、王林、陈刚及合作者们避开了传统器件的设计思路，采用四端电阻结构实现对不同器件的电极互连，研究发现了通过电极之间的互连产生类似于三极管的器件开关性能。同时，研究人员通过电极之间的偏压效应产生石墨烯沟道的非对称光电流，在偏压作用下器件光电流呈现出线性上升的趋势，产生光电流增益，对应器件响应出现数量级的提高。此外，研究表明石墨烯和金属接触位置的局域场可以驱动非平衡载流子，诱导石墨烯沟道载流子分布的变化，在偏压场作用下器件产生光电导效应，器件响应可以达到280V/W，为当前国际报道的最高值。该项研究工作将为实现便携式成像系统、人体医学太赫兹表征设备的核心器件提供崭新的途径，该成果已发表在《NPG Asia Materials》杂志。

基于9根相互交错纳米线结构的高速超导纳米线单光子探测器取得重要进展

据科技部网站2018年8月3日报道，在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项项目支持下，中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星课题组报道了在1550 nm的低光子通量极限下，利用9根相互交错的纳米线阵列，实现了70%系统探测效率(SDE)和200 Hz暗计数率的高速SNSPD阵列。该项研究工作将有利于促进SNSPD的发展，使得SNSPD在量子密钥分发和遥感遥测等众多前沿科学和应用领域中扮演重要的角色。该成果已发表在《Superconductor Science and Technology》杂志。

俄罗斯成功合成目前最难熔材料

据科技部网站2018年7月27日报道，俄罗斯远东联邦大学发布消息称，俄罗斯远东联邦大学自然科学学院原子能研究所和俄罗斯科学院远东分院化学研究所的研究团队在极端条件下合成了粉末混合物材料，这种材料的主要成分是铪的碳化物和氮化物，熔点达到约3927℃。下一步的工作是对该材料合成的优化和深入研究固体相变过程。未来将用于国防军工、航空航天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等尖端领域。

捷克科学家在反铁磁材料领域的新发现或将改变数据存储的方式

据科技部网站2018年7月27日报道，由捷克科学院物理研究所负责协调的欧盟反铁磁性自旋电子学(ASPIN)研究项目，发现一种新型记忆材料，可将数据读写速度提升近千倍，或将改变数据存储方式。该研究团队在《Science Advances》，《Nature Nanotechnology》和《Nature Communications》的杂志上发表了一系列关于反铁磁自旋电子学的文章，获得国际广泛关注。研究首次使用反铁磁体材料作为记忆材料，在人工智能和神经网络等领域也有很好的应用前景。从研究的角度，该项目远远超出了磁记忆，还涉及了自旋电子学与其它现代物理领域，如狄拉克的准粒子和固体材料中的拓扑相渗透。捷克科学院物理研究所长期以来一直在国际自旋电子学领域领先，近十年来在《自然》和《科学》发表了数十篇研究论文，还获得了来自欧洲研究委员会的2项计划资助。

美国研发出可直接在皮肤上打印的3D打印技术

据科技部网站2018年7月27日报道，美国明尼苏达大学的研究人员最近研发一项突破性3D打印新技术，可以直接在真人手上打印电子元件。未来有望用于战场。这种新型3D打印技术使用的是轻量可移动的3D打印机，价格不到400美元。该技术创新之处在于，在打印过程中可以根据身体的微小动作实时做出调整变化，当在皮肤上进行打印时，人的身体会产生无法控制的微小移动。这种打印机会在皮肤上放置临时标记并对其进行扫描，通过追踪标记做出实时调整，确保打印出来的电子元件维持电路形状。而且3D打印使用的墨水也是特别研制的，这种用银片制成的打印墨水可以在室温下保存和导电，而其它同类墨水只能在100℃的环境下保存。除了打印电子元件，研究团队还成功使用生物墨水在小鼠的皮肤伤口上直接打印了生物细胞，这项成功将有助于催生伤口愈合和皮肤病治疗的新技术。相关成果已发表在《先进材料》杂志。

我国科学家在钙钛矿太阳能电池领域取得重要突破

据科技部网站2018年7月18日报道，在纳米研究国家重大科学研究计划的支持下，北京大学朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究，针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈，提出了“胍盐辅助二次生长”方法，开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控，显著降低了器件中非辐射复合的能量损失，在提升器件开路电压方面取得了突破，首次在反式结构器件中获得了超过1.21 V的高开路电压。同时，在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下，显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率，经中国计量科学研究院认证，器件的光电转换效率高达20.90%，是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路，可进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中，具有潜在的应用前景和商业价值。相关成果已发表在《科学》杂志。

我国科学家在光场重建领域取得重要进展

据科技部网站2018年7月18日报道，流程工业综合自动化国家重点实验室柴天佑院士团队提出了一种对稀疏角度采样的光场进行重建的方法，即利用光场极线平面图(由视角维度和空间维度构成的光场二维切片)的丰富纹理特征，通过卷积神经网络恢复其视角维度信息。该项研究从图像域与傅里叶域研究并分析了稀疏角度采样造成的光场函数混叠问题，并提出对极线平面图的空间低频信息进行提取的方式抑制该混叠问题。与目前国际最高水平的光场重建方法比较，该项研究在不同场景下采集的光场(合成光场、光场相机采集与显微光场)，获得了更为优异的重建结果，其峰值信噪比(PSNR)平均提高了5 dB以上。该研究不仅在光场和三维重建领域有良好的应用前景，而且能够为工业领域中的信息感知提供新方法与新思路，具有重要的科学意义和社会效益。

美国家实验室开发纳米材料的光谱温度计

据科技部网站2018年7月13日报道，美国能源部橡树岭国家实验室的研究团队发现了一种测量纳米尺度局部温度的新方法。研究使用新型设备“高能量分辨率单色电子能量增益损失谱扫描透射电子显微镜”(HERMES)，采用了可生成高分辨率和高光谱细节图像的电子能量增益光谱学技术。HERMES设备通过直接观察与材料中的热量相对应的原子振动，来测量半导体六方氮化硼的温度。与其它温度计需要标定刻度相比，HERMES不需要做温度标定，也不用事先了解材料的任何信息，只需知道材料中原子振动的能量和强度，即可直接测量纳米尺度的温度。HERMES可用于研究在很宽的温度范围内工作的器件，该项目研究了从室温到约1300℃的范围内的温度测量，纳米级分辨率使研究人员能够在材料相变过程中表征局部温度，纳米尺度的温度测量能力还有助于推进微电子器件、半导体材料等技术，这些技术的发展需要测绘出原子级的热振动。相关成果已发表在《物理评论快报》杂志。