科 技 成 果

澳大利亞量子計(jì)算研究取得新進(jìn)展

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月27日?qǐng)?bào)道,澳大利亞新南威爾士大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種新的量子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)基于新型的“自旋翻轉(zhuǎn)型量子比特”,不同于其它實(shí)現(xiàn)方法,可以使硅量子處理器在不用準(zhǔn)確放置原子的情況下實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展。重要的是,它可以使量子計(jì)算機(jī)中最基本的單元,即量子比特之間的距離達(dá)到百納米量級(jí)而且依然保持耦合特性,從而大幅度降低大規(guī)模制造量子芯片的成本和難度,即利用現(xiàn)有工藝技術(shù)便可快捷實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。新南威爾士大學(xué)研究人員宣稱,實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)應(yīng)用需要耗費(fèi)巨大的投入,但目前大學(xué)掌握的這一新型設(shè)計(jì),使得澳大利亞擁有了發(fā)展量子計(jì)算的先機(jī)和優(yōu)勢(shì)。

美研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出硅基芯片上光通信技術(shù)

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月23日?qǐng)?bào)道,美國麻省理工學(xué)院發(fā)布消息稱,該校一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新材料,可集成在硅基芯片上進(jìn)行光通信,從而比導(dǎo)線信號(hào)傳輸具有更高的速度和更低的能耗。該成果發(fā)布在最新出版的《自然·納米技術(shù)》期刊上。這種新材料為二碲化鉬,這種超薄結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體可以集成在硅基芯片上,并可以在電極作用下發(fā)射或接收光信號(hào)。傳統(tǒng)上,砷化鎵是良好的光電材料,但很難與硅基材料兼容。此外,傳統(tǒng)的光電材料發(fā)出的光信號(hào)在可見光頻段,易被硅材料吸收;而二碲化鉬可發(fā)射紅外光,不易被硅吸收,因此適合在芯片上進(jìn)行光通信。目前,這一技術(shù)處于方案驗(yàn)證階段,距離實(shí)用還有一定距離。研究團(tuán)隊(duì)還在關(guān)注其它可集成在硅基芯片上的超薄材料(如黑磷等)在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。通過改變黑磷材料堆積的層數(shù),可以調(diào)節(jié)其所發(fā)射光信號(hào)的波長(zhǎng),從而與目前主流的光通信技術(shù)兼容。

英團(tuán)隊(duì)研發(fā)“國際空間站”新載荷

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月23日?qǐng)?bào)道,英國科技設(shè)備研究理事會(huì)(STFC)近日宣布,英國科學(xué)家將在設(shè)計(jì)“國際空間站”上使用新儀器方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。其研發(fā)的儀器TARDiS不僅能夠監(jiān)測(cè)氣候變化對(duì)地球大氣層的影響,還有助于更好地了解行星的起源。TARDiS將設(shè)計(jì)為使用太赫茲遙感來測(cè)量上層大氣中的氧原子和星際介質(zhì)的發(fā)射輻射,對(duì)氣候變化如何影響大氣組分提出新見解,還可拍攝太空?qǐng)D像,追蹤星星,觀測(cè)行星的誕生與演變。TARDiS儀器是兩項(xiàng)新太空任務(wù)的探索者,即用于地球觀測(cè)的上層大氣探測(cè)器和遠(yuǎn)紅外光譜探測(cè)器。如果能在“國際空間站”上部署這些載荷,表明這些項(xiàng)目的技術(shù)已經(jīng)符合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),能夠開展相關(guān)研究。

韓國開發(fā)出蜘蛛網(wǎng)狀鋰離子電池新材料

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月23日?qǐng)?bào)道,韓國成均館大學(xué)表示,其研究組根據(jù)蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與功能開發(fā)出鋰離子電池高性能電極活性材料,成功解決了高容量材料退化和充放電速度慢等問題,可以應(yīng)用于多種類型的高容量二次電池。目前科學(xué)家為了克服鋰離子電池負(fù)極材料石墨容量受限(約370 m A·h/g)的缺點(diǎn),開發(fā)了高容量硅和過渡金屬氧化物等多種材料,但是,大部分高容量材料因電傳導(dǎo)速度較慢,導(dǎo)致充電和放電速度緩慢或充電放電時(shí)因體積膨脹而出現(xiàn)限速特性和長(zhǎng)期不穩(wěn)定性等問題。韓國研究組通過運(yùn)用冰膜方法,將蜘蛛網(wǎng)形狀的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組建成具有多重保障的碳納米管,并對(duì)其進(jìn)行臭氧處理,使納米管表面像蜘蛛網(wǎng)一樣,具有彈性功能。此研究結(jié)果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)雜志《先進(jìn)能源材料》上。

美研究開發(fā)高效光電探測(cè)器

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月21日?qǐng)?bào)道,美國加利福尼亞大學(xué)河濱分校的研究團(tuán)隊(duì),通過組合兩種截然不同的無機(jī)材料并產(chǎn)生量子力學(xué)過程,開發(fā)出一種新型光電探測(cè)器。研究人員在二硒化鉬(MoSe2)的單一原子層上堆疊了兩個(gè)原子層的二硒化鎢(WSe2),這種堆疊導(dǎo)致產(chǎn)生的性能與母層大不相同,允許以最小規(guī)模產(chǎn)生電能。當(dāng)光子撞擊到WSe2層時(shí),釋放一個(gè)電子。當(dāng)電子到達(dá)WSe2和MoSe2之間的接合處時(shí),電子進(jìn)入MoSe2并釋放能量將第二個(gè)電子從WSe2推向MoSe2,這兩個(gè)電子都能自由移動(dòng)并發(fā)電?，F(xiàn)有的太陽能電池板模型中,一個(gè)光子最多可以產(chǎn)生一個(gè)電子,而該研究所開發(fā)的原型中,一個(gè)光子可以產(chǎn)生兩個(gè)或更多個(gè)電子,使其效率提高一倍或數(shù)倍。此研究成果發(fā)表在《自然－納米技術(shù)》期刊上。超薄材料能在限制發(fā)熱的同時(shí)增加電力,將在設(shè)計(jì)新的超高效光伏器件方面具有廣泛的意義。

我國實(shí)現(xiàn)米級(jí)單晶石墨烯的制備

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月20日?qǐng)?bào)道,石墨烯是典型的二維輕元素量子材料體系,具有優(yōu)越的量子特性?？茖W(xué)界在石墨烯體系中觀察到了許多量子現(xiàn)象和量子效應(yīng),石墨烯已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域的重要量子體系,在未來量子信息、量子計(jì)算和量子通信等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如何獲得大尺寸單晶石墨烯是石墨烯研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn),是實(shí)現(xiàn)石墨烯工業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)。雖然利用化學(xué)氣相沉積方法(CVD)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了米級(jí)多晶石墨烯薄膜的制備,但是米級(jí)單晶石墨烯薄膜技術(shù)還未被突破。最近,在量子調(diào)控與量子信息重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目的支持下,北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)繼2016年首次實(shí)現(xiàn)石墨烯單晶的超快生長(zhǎng)之后,在米級(jí)單晶石墨烯的生長(zhǎng)方面再次取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)將工業(yè)多晶銅箔轉(zhuǎn)化成了單晶銅箔,得到了世界上目前最大尺寸的單晶Cu(111)箔。該研究結(jié)果為快速生長(zhǎng)米級(jí)單晶石墨烯提供了必要的科學(xué)依據(jù),為石墨烯單晶量子科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。此研究成果于2017年8月在《科學(xué)通報(bào)》(Science Bulletin)上發(fā)表。

美開發(fā)新型類腦超級(jí)計(jì)算機(jī)

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月14日?qǐng)?bào)道,美國IBM公司即將開發(fā)由64個(gè)“真北”類神經(jīng)形態(tài)芯片驅(qū)動(dòng)的新型超級(jí)計(jì)算機(jī)。這一計(jì)算機(jī)能進(jìn)行大型深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)分析,可用于高速空中真假目標(biāo)的區(qū)分,并且功耗比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)芯片降低4個(gè)數(shù)量級(jí)。如果該系統(tǒng)功耗可以達(dá)到人腦級(jí)別,理論上可以在64個(gè)芯片原型基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展,從而能夠同時(shí)處理任何數(shù)量的實(shí)時(shí)識(shí)別任務(wù),具有廣闊的軍民兩用前景?！罢姹薄毙酒加?008年美國防先進(jìn)研究計(jì)劃局啟動(dòng)的“神經(jīng)形態(tài)自適應(yīng)可塑可擴(kuò)展電子系統(tǒng)”項(xiàng)目,其任務(wù)是建造機(jī)能類似于大腦的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2014年,IBM公司開創(chuàng)了“真北”芯片體系結(jié)構(gòu),它是一種神經(jīng)形態(tài)芯片,可模仿人類神經(jīng)元,進(jìn)行優(yōu)異的先進(jìn)計(jì)算,能耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)芯片,特別適合于人工智能所需的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。芯片的神經(jīng)元被打包在互相連接的“核”內(nèi),每個(gè)“核”還包含用于信息存儲(chǔ)、處理和通信的組件,消除了傳統(tǒng)芯片中數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)單元和處理單元之間密集交換帶來的能量消耗,每個(gè)芯片功率不超過70 m W。在整個(gè)系統(tǒng)中,這些神經(jīng)元使用類似于人類神經(jīng)元電化學(xué)脈沖方式來傳輸數(shù)據(jù),表現(xiàn)出了利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理方面的特別高效能。此類芯片可預(yù)先識(shí)別用戶可能想知道的信息,并相應(yīng)地收集數(shù)據(jù),或者將數(shù)據(jù)集聯(lián)系起來,獨(dú)立地從中發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)空氣對(duì)納米電子半導(dǎo)體有致命影響

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月13日?qǐng)?bào)道,俄羅斯托木斯克理工大學(xué)表示,該校與德國、委內(nèi)瑞拉的科學(xué)家最近證實(shí)了二維半導(dǎo)體硒化鎵在空氣中的易損性,此重要發(fā)現(xiàn)有助于制造硒化鎵基超導(dǎo)納米電子產(chǎn)品。研究團(tuán)隊(duì)通過光組合散射光譜法和XPS方法研究了硒化鎵,確定鎵和氧之間存在化學(xué)鍵,硒化鎵一接觸空氣就會(huì)迅速被氧化,從而失去生產(chǎn)納米電子設(shè)備所必需的導(dǎo)電性能。進(jìn)一步研究硒化鎵氧化敏感性,可以研究出保護(hù)和保存硒化鎵光電性能的解決方案。

韓國利用傳統(tǒng)紙張開發(fā)出超級(jí)電容器元件

據(jù)科技部網(wǎng)站2017年11月13日?qǐng)?bào)道,超級(jí)電容器是提高電容器容量的核心部件。與二次電池相比,超級(jí)電容器能量密度(充電量)較小,但可以瞬間提高功率(鋰電池的5倍)。韓國高麗大學(xué)研究組利用傳統(tǒng)紙張,開發(fā)出了快速提高輸出性能的超級(jí)電容器原件。研究組開發(fā)出新的單分子配體層狀自組方法,在織物材質(zhì)表面非常均勻、稠密地涂上納米大小的金屬及金屬氧化物粒子,成功制作出金屬紙電極和柔軟性較好的紙質(zhì)超級(jí)電容器。新研制出的紙質(zhì)電極不會(huì)改變織物固有的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性,可以出現(xiàn)金屬電氣傳導(dǎo)現(xiàn)象。這種用紙電極制作的超級(jí)電容器元件,具有表面積大和多孔性結(jié)構(gòu)等特征,從而大幅提高儲(chǔ)電容量和輸出值。紙張或棉布等材質(zhì)表面較寬、輕便,而且柔軟易于加工,可應(yīng)用于電器、電子元件,可以制作曲面或穿戴設(shè)備的元件,具有很好的應(yīng)用前景。