科 技 成 果

科 技 成 果

澳大利亞量子計算研究取得新進展

據科技部網站2017年11月27日報道,澳大利亞新南威爾士大學的研究人員發明了一種新的量子計算機結構,這種結構基于新型的“自旋翻轉型量子比特”,不同于其它實現方法,可以使硅量子處理器在不用準確放置原子的情況下實現擴展。重要的是,它可以使量子計算機中最基本的單元,即量子比特之間的距離達到百納米量級而且依然保持耦合特性,從而大幅度降低大規模制造量子芯片的成本和難度,即利用現有工藝技術便可快捷實現生產。新南威爾士大學研究人員宣稱,實現量子計算機的商業應用需要耗費巨大的投入,但目前大學掌握的這一新型設計,使得澳大利亞擁有了發展量子計算的先機和優勢。

美研究團隊開發出硅基芯片上光通信技術

據科技部網站2017年11月23日報道,美國麻省理工學院發布消息稱,該校一個研究團隊開發出一種新材料,可集成在硅基芯片上進行光通信,從而比導線信號傳輸具有更高的速度和更低的能耗。該成果發布在最新出版的《自然·納米技術》期刊上。這種新材料為二碲化鉬,這種超薄結構的半導體可以集成在硅基芯片上,并可以在電極作用下發射或接收光信號。傳統上,砷化鎵是良好的光電材料,但很難與硅基材料兼容。此外,傳統的光電材料發出的光信號在可見光頻段,易被硅材料吸收;而二碲化鉬可發射紅外光,不易被硅吸收,因此適合在芯片上進行光通信。目前,這一技術處于方案驗證階段,距離實用還有一定距離。研究團隊還在關注其它可集成在硅基芯片上的超薄材料(如黑磷等)在光通信領域的應用。通過改變黑磷材料堆積的層數,可以調節其所發射光信號的波長,從而與目前主流的光通信技術兼容。

英團隊研發“國際空間站”新載荷

據科技部網站2017年11月23日報道,英國科技設備研究理事會(STFC)近日宣布,英國科學家將在設計“國際空間站”上使用新儀器方面發揮關鍵作用。其研發的儀器TARDiS不僅能夠監測氣候變化對地球大氣層的影響,還有助于更好地了解行星的起源。TARDiS將設計為使用太赫茲遙感來測量上層大氣中的氧原子和星際介質的發射輻射,對氣候變化如何影響大氣組分提出新見解,還可拍攝太空圖像,追蹤星星,觀測行星的誕生與演變。TARDiS儀器是兩項新太空任務的探索者,即用于地球觀測的上層大氣探測器和遠紅外光譜探測器。如果能在“國際空間站”上部署這些載荷,表明這些項目的技術已經符合相關的技術標準,能夠開展相關研究。

韓國開發出蜘蛛網狀鋰離子電池新材料

據科技部網站2017年11月23日報道,韓國成均館大學表示,其研究組根據蜘蛛網的結構與功能開發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,可以應用于多種類型的高容量二次電池。目前科學家為了克服鋰離子電池負極材料石墨容量受限(約370 m A·h/g)的缺點,開發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速度較慢,導致充電和放電速度緩慢或充電放電時因體積膨脹而出現限速特性和長期不穩定性等問題。韓國研究組通過運用冰膜方法,將蜘蛛網形狀的三維網絡結構組建成具有多重保障的碳納米管,并對其進行臭氧處理,使納米管表面像蜘蛛網一樣,具有彈性功能。此研究結果發表在國際學術雜志《先進能源材料》上。

美研究開發高效光電探測器

據科技部網站2017年11月21日報道,美國加利福尼亞大學河濱分校的研究團隊,通過組合兩種截然不同的無機材料并產生量子力學過程,開發出一種新型光電探測器。研究人員在二硒化鉬(MoSe2)的單一原子層上堆疊了兩個原子層的二硒化鎢(WSe2),這種堆疊導致產生的性能與母層大不相同,允許以最小規模產生電能。當光子撞擊到WSe2層時,釋放一個電子。當電子到達WSe2和MoSe2之間的接合處時,電子進入MoSe2并釋放能量將第二個電子從WSe2推向MoSe2,這兩個電子都能自由移動并發電。現有的太陽能電池板模型中,一個光子最多可以產生一個電子,而該研究所開發的原型中,一個光子可以產生兩個或更多個電子,使其效率提高一倍或數倍。此研究成果發表在《自然－納米技術》期刊上。超薄材料能在限制發熱的同時增加電力,將在設計新的超高效光伏器件方面具有廣泛的意義。

我國實現米級單晶石墨烯的制備

據科技部網站2017年11月20日報道,石墨烯是典型的二維輕元素量子材料體系,具有優越的量子特性。科學界在石墨烯體系中觀察到了許多量子現象和量子效應,石墨烯已經成為凝聚態物理研究領域的重要量子體系,在未來量子信息、量子計算和量子通信等領域具有廣泛的應用前景。如何獲得大尺寸單晶石墨烯是石墨烯研究領域的熱點和難點,是實現石墨烯工業化應用的基礎。雖然利用化學氣相沉積方法(CVD)已經實現了米級多晶石墨烯薄膜的制備,但是米級單晶石墨烯薄膜技術還未被突破。最近,在量子調控與量子信息重點專項項目的支持下,北京大學研究團隊繼2016年首次實現石墨烯單晶的超快生長之后,在米級單晶石墨烯的生長方面再次取得重要進展。研究團隊將工業多晶銅箔轉化成了單晶銅箔,得到了世界上目前最大尺寸的單晶Cu(111)箔。該研究結果為快速生長米級單晶石墨烯提供了必要的科學依據,為石墨烯單晶量子科技的產業化應用奠定了基礎。此研究成果于2017年8月在《科學通報》(Science Bulletin)上發表。

美開發新型類腦超級計算機

據科技部網站2017年11月14日報道,美國IBM公司即將開發由64個“真北”類神經形態芯片驅動的新型超級計算機。這一計算機能進行大型深度神經網絡的實時分析,可用于高速空中真假目標的區分,并且功耗比傳統的計算機芯片降低4個數量級。如果該系統功耗可以達到人腦級別,理論上可以在64個芯片原型基礎上進一步擴展,從而能夠同時處理任何數量的實時識別任務,具有廣闊的軍民兩用前景。“真北”芯片始于2008年美國防先進研究計劃局啟動的“神經形態自適應可塑可擴展電子系統”項目,其任務是建造機能類似于大腦的計算機系統。2014年,IBM公司開創了“真北”芯片體系結構,它是一種神經形態芯片,可模仿人類神經元,進行優異的先進計算,能耗遠低于傳統芯片,特別適合于人工智能所需的神經網絡算法。芯片的神經元被打包在互相連接的“核”內,每個“核”還包含用于信息存儲、處理和通信的組件,消除了傳統芯片中數據在存儲單元和處理單元之間密集交換帶來的能量消耗,每個芯片功率不超過70 m W。在整個系統中,這些神經元使用類似于人類神經元電化學脈沖方式來傳輸數據,表現出了利用深度神經網絡進行推理方面的特別高效能。此類芯片可預先識別用戶可能想知道的信息,并相應地收集數據,或者將數據集聯系起來,獨立地從中發現趨勢。

科學家發現空氣對納米電子半導體有致命影響

據科技部網站2017年11月13日報道,俄羅斯托木斯克理工大學表示,該校與德國、委內瑞拉的科學家最近證實了二維半導體硒化鎵在空氣中的易損性,此重要發現有助于制造硒化鎵基超導納米電子產品。研究團隊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鍵,硒化鎵一接觸空氣就會迅速被氧化,從而失去生產納米電子設備所必需的導電性能。進一步研究硒化鎵氧化敏感性,可以研究出保護和保存硒化鎵光電性能的解決方案。

韓國利用傳統紙張開發出超級電容器元件

據科技部網站2017年11月13日報道,超級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)。韓國高麗大學研究組利用傳統紙張,開發出了快速提高輸出性能的超級電容器原件。研究組開發出新的單分子配體層狀自組方法,在織物材質表面非常均勻、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超級電容器。新研制出的紙質電極不會改變織物固有的機械結構特性,可以出現金屬電氣傳導現象。這種用紙電極制作的超級電容器元件,具有表面積大和多孔性結構等特征,從而大幅提高儲電容量和輸出值。紙張或棉布等材質表面較寬、輕便,而且柔軟易于加工,可應用于電器、電子元件,可以制作曲面或穿戴設備的元件,具有很好的應用前景。