科 技 成 果

我國科學(xué)家在DNA自組裝技術(shù)方面取得突破

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年8月3日報道，在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃納米科技重點(diǎn)專項項目“精確自組裝納米標(biāo)記分析方法在前列腺癌早期檢測與預(yù)后中的應(yīng)用研究”的支持下，中國科學(xué)院應(yīng)用物理研究所樊春海團(tuán)隊在發(fā)展精確自組裝的框架核酸并應(yīng)用于生物分子界面調(diào)控，發(fā)展高靈敏生物傳感檢測和活細(xì)胞分析等方面開展了深入研究，提出了一種框架核酸誘導(dǎo)的團(tuán)簇預(yù)水解策略，將經(jīng)典St?ber硅化學(xué)引入DNA結(jié)構(gòu)體系，成功實現(xiàn)了精確可控的DNA-二氧化硅固態(tài)納米結(jié)構(gòu)的制備，可在納米尺度上將DNA序列編碼的自組裝結(jié)構(gòu)精確復(fù)制成具有剛性結(jié)構(gòu)的二氧化硅構(gòu)型，并且可以由二維平面結(jié)構(gòu)拓展至三維框架、三維曲面、簡單幾何結(jié)構(gòu)以至復(fù)雜有序結(jié)構(gòu)。這一新策略突破了傳統(tǒng)硅化學(xué)合成在材料結(jié)構(gòu)尺度上的限制，實現(xiàn)了納米尺度二氧化硅結(jié)構(gòu)的精確制備；在保持基于DNA的固態(tài)納米孔精確結(jié)構(gòu)的同時賦予其優(yōu)異的力學(xué)性能。該技術(shù)構(gòu)建的納米孔道結(jié)構(gòu)精確、可控、穩(wěn)定，可實現(xiàn)低成本宏量制備，為研究納米孔道中的新奇物理、化學(xué)性質(zhì)和分析應(yīng)用提供了全新的工具，有望在納米電子、納米機(jī)器人及藥物輸運(yùn)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表在《自然》雜志。

基于多電極結(jié)構(gòu)的石墨烯熱電太赫茲探測器研究取得重要進(jìn)展

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年8月3日報道，在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目支持下，中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、紅外物理國家重點(diǎn)實驗室陸衛(wèi)、陳效雙、王林、陳剛及合作者們避開了傳統(tǒng)器件的設(shè)計思路，采用四端電阻結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對不同器件的電極互連，研究發(fā)現(xiàn)了通過電極之間的互連產(chǎn)生類似于三極管的器件開關(guān)性能。同時，研究人員通過電極之間的偏壓效應(yīng)產(chǎn)生石墨烯溝道的非對稱光電流，在偏壓作用下器件光電流呈現(xiàn)出線性上升的趨勢，產(chǎn)生光電流增益，對應(yīng)器件響應(yīng)出現(xiàn)數(shù)量級的提高。此外，研究表明石墨烯和金屬接觸位置的局域場可以驅(qū)動非平衡載流子，誘導(dǎo)石墨烯溝道載流子分布的變化，在偏壓場作用下器件產(chǎn)生光電導(dǎo)效應(yīng)，器件響應(yīng)可以達(dá)到280V/W，為當(dāng)前國際報道的最高值。該項研究工作將為實現(xiàn)便攜式成像系統(tǒng)、人體醫(yī)學(xué)太赫茲表征設(shè)備的核心器件提供嶄新的途徑，該成果已發(fā)表在《NPG Asia Materials》雜志。

基于9根相互交錯納米線結(jié)構(gòu)的高速超導(dǎo)納米線單光子探測器取得重要進(jìn)展

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年8月3日報道，在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“量子調(diào)控與量子信息”重點(diǎn)專項項目支持下，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星課題組報道了在1550 nm的低光子通量極限下，利用9根相互交錯的納米線陣列，實現(xiàn)了70%系統(tǒng)探測效率(SDE)和200 Hz暗計數(shù)率的高速SNSPD陣列。該項研究工作將有利于促進(jìn)SNSPD的發(fā)展，使得SNSPD在量子密鑰分發(fā)和遙感遙測等眾多前沿科學(xué)和應(yīng)用領(lǐng)域中扮演重要的角色。該成果已發(fā)表在《Superconductor Science and Technology》雜志。

俄羅斯成功合成目前最難熔材料

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年7月27日報道，俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)發(fā)布消息稱，俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院原子能研究所和俄羅斯科學(xué)院遠(yuǎn)東分院化學(xué)研究所的研究團(tuán)隊在極端條件下合成了粉末混合物材料，這種材料的主要成分是鉿的碳化物和氮化物，熔點(diǎn)達(dá)到約3927℃。下一步的工作是對該材料合成的優(yōu)化和深入研究固體相變過程。未來將用于國防軍工、航空航天、電子信息、能源、防化、冶金和核工業(yè)等尖端領(lǐng)域。

捷克科學(xué)家在反鐵磁材料領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)或?qū)⒏淖償?shù)據(jù)存儲的方式

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年7月27日報道，由捷克科學(xué)院物理研究所負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)的歐盟反鐵磁性自旋電子學(xué)(ASPIN)研究項目，發(fā)現(xiàn)一種新型記憶材料，可將數(shù)據(jù)讀寫速度提升近千倍，或?qū)⒏淖償?shù)據(jù)存儲方式。該研究團(tuán)隊在《Science Advances》，《Nature Nanotechnology》和《Nature Communications》的雜志上發(fā)表了一系列關(guān)于反鐵磁自旋電子學(xué)的文章，獲得國際廣泛關(guān)注。研究首次使用反鐵磁體材料作為記憶材料，在人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域也有很好的應(yīng)用前景。從研究的角度，該項目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了磁記憶，還涉及了自旋電子學(xué)與其它現(xiàn)代物理領(lǐng)域，如狄拉克的準(zhǔn)粒子和固體材料中的拓?fù)湎酀B透。捷克科學(xué)院物理研究所長期以來一直在國際自旋電子學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)先，近十年來在《自然》和《科學(xué)》發(fā)表了數(shù)十篇研究論文，還獲得了來自歐洲研究委員會的2項計劃資助。

美國研發(fā)出可直接在皮膚上打印的3D打印技術(shù)

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年7月27日報道，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員最近研發(fā)一項突破性3D打印新技術(shù)，可以直接在真人手上打印電子元件。未來有望用于戰(zhàn)場。這種新型3D打印技術(shù)使用的是輕量可移動的3D打印機(jī)，價格不到400美元。該技術(shù)創(chuàng)新之處在于，在打印過程中可以根據(jù)身體的微小動作實時做出調(diào)整變化，當(dāng)在皮膚上進(jìn)行打印時，人的身體會產(chǎn)生無法控制的微小移動。這種打印機(jī)會在皮膚上放置臨時標(biāo)記并對其進(jìn)行掃描，通過追蹤標(biāo)記做出實時調(diào)整，確保打印出來的電子元件維持電路形狀。而且3D打印使用的墨水也是特別研制的，這種用銀片制成的打印墨水可以在室溫下保存和導(dǎo)電，而其它同類墨水只能在100℃的環(huán)境下保存。除了打印電子元件，研究團(tuán)隊還成功使用生物墨水在小鼠的皮膚傷口上直接打印了生物細(xì)胞，這項成功將有助于催生傷口愈合和皮膚病治療的新技術(shù)。相關(guān)成果已發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志。

我國科學(xué)家在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得重要突破

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年7月18日報道，在納米研究國家重大科學(xué)研究計劃的支持下，北京大學(xué)朱瑞研究員、龔旗煌院士與合作者展開研究，針對反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池在光電轉(zhuǎn)換效率上存在的瓶頸，提出了“胍鹽輔助二次生長”方法，開創(chuàng)性地實現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜半導(dǎo)體特性的調(diào)控，顯著降低了器件中非輻射復(fù)合的能量損失，在提升器件開路電壓方面取得了突破，首次在反式結(jié)構(gòu)器件中獲得了超過1.21 V的高開路電壓。同時，在不損失光電流和填充因子等性能參數(shù)的情況下，顯著提高了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)中國計量科學(xué)研究院認(rèn)證，器件的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20.90%，是目前反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池器件效率的最高記錄。該結(jié)果為提升反式鈣鈦礦太陽能電池器件效率、推進(jìn)該類新型光伏器件的應(yīng)用化發(fā)展提供了新思路，可進(jìn)一步拓展到鈣鈦礦疊層太陽能電池以及鈣鈦礦發(fā)光器件中，具有潛在的應(yīng)用前景和商業(yè)價值。相關(guān)成果已發(fā)表在《科學(xué)》雜志。

我國科學(xué)家在光場重建領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年7月18日報道，流程工業(yè)綜合自動化國家重點(diǎn)實驗室柴天佑院士團(tuán)隊提出了一種對稀疏角度采樣的光場進(jìn)行重建的方法，即利用光場極線平面圖(由視角維度和空間維度構(gòu)成的光場二維切片)的豐富紋理特征，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)其視角維度信息。該項研究從圖像域與傅里葉域研究并分析了稀疏角度采樣造成的光場函數(shù)混疊問題，并提出對極線平面圖的空間低頻信息進(jìn)行提取的方式抑制該混疊問題。與目前國際最高水平的光場重建方法比較，該項研究在不同場景下采集的光場(合成光場、光場相機(jī)采集與顯微光場)，獲得了更為優(yōu)異的重建結(jié)果，其峰值信噪比(PSNR)平均提高了5 dB以上。該研究不僅在光場和三維重建領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景，而且能夠為工業(yè)領(lǐng)域中的信息感知提供新方法與新思路，具有重要的科學(xué)意義和社會效益。

美國家實驗室開發(fā)納米材料的光譜溫度計

據(jù)科技部網(wǎng)站2018年7月13日報道，美國能源部橡樹嶺國家實驗室的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種測量納米尺度局部溫度的新方法。研究使用新型設(shè)備“高能量分辨率單色電子能量增益損失譜掃描透射電子顯微鏡”(HERMES)，采用了可生成高分辨率和高光譜細(xì)節(jié)圖像的電子能量增益光譜學(xué)技術(shù)。HERMES設(shè)備通過直接觀察與材料中的熱量相對應(yīng)的原子振動，來測量半導(dǎo)體六方氮化硼的溫度。與其它溫度計需要標(biāo)定刻度相比，HERMES不需要做溫度標(biāo)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動的能量和強(qiáng)度，即可直接測量納米尺度的溫度。HERMES可用于研究在很寬的溫度范圍內(nèi)工作的器件，該項目研究了從室溫到約1300℃的范圍內(nèi)的溫度測量，納米級分辨率使研究人員能夠在材料相變過程中表征局部溫度，納米尺度的溫度測量能力還有助于推進(jìn)微電子器件、半導(dǎo)體材料等技術(shù)，這些技術(shù)的發(fā)展需要測繪出原子級的熱振動。相關(guān)成果已發(fā)表在《物理評論快報》雜志。