高技術前沿

曲面上組裝復雜三維結構及電子器件的新方法

清華大學航天航空學院張一慧教授課題組提出了一種力學引導的逐級三維組裝策略，使得平面薄膜或器件可以在眾多三維曲面上變形為復雜的三維結構或器件，包括規則曲面（如半球面、圓柱面、螺旋面和雙曲面）和仿生曲面（如纏繞的藤蔓、人臉、類大腦、主動脈和心臟等）。相關成果發表于《科學進展》（Science Advances）。在摩擦力傳感、微型機器人可控運動、寬視場光學成像和流速測量等眾多領域，基于三維立體結構的微電子和光電子器件具有不可或缺的作用。研究者通過理論分析、有限元仿真和實驗對逐級組裝策略的有效性進行了驗證，在十余種不同曲面基底上設計制造了幾十種具有不同幾何構型的三維結構。

研究成果被選為《科學·進展》當期封面（圖片來源于清華大學網站）

曲面上復雜三維結構的逐級組裝策略（圖片來源于清華大學網站）

實現基于里德堡超原子的多光子糾纏

中國科學技術大學潘建偉、包小輝等科學家將里德堡相互作用與高效單光子接口技術相結合，成功制備基于里德堡超原子的多光子糾纏，為單向量子中繼等應用奠定基礎。相關成果發表于《自然·光子學》（Nature Photonics）。多光子糾纏在量子計算、量子通信及量子精密測量中有重要應用。原子系綜是量子存儲的重要物理體系，通過引入里德堡相互作用，原子系綜變為一個超原子，使得確定性的量子態操控成為可能。里德堡超原子同時具有單原子體系與原子系綜體系的雙重優點，在光子接口、糾纏制備等方面具有優勢。研究結果為后續生成更多光子糾纏并應用于單向量子中繼及單向量子計算等任務奠定了基礎。

新型能動量匹配范德華異質結紅外探測器研究

中國科學院上海技術物理研究所胡偉達、苗金水團隊與北京大學彭海琳團隊合作，提出將動量匹配和能帶匹配（能動量匹配）的范德華異質結應用于紅外探測。相關成果發表于《科學進展》（Science Advances）。窄禁帶二維半導體具有層間范德華力任意堆疊成異質結構、無表面懸掛鍵、暗電流極易被外場操控等優點，為研制室溫、高靈敏紅外探測器提供了新機遇。然而，二維半導體原子級薄層特性限制了其高量子效率紅外探測器的應用。此項研究創新性地將新型能動量匹配范德華異質結應用于紅外探測器技術。結果表明，這一器件設計可顯著提高二維材料紅外探測器量子效率，為研制高量子效率紅外探測器提供了新方法。

強激光和物質相互作用研究進展

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心光物理重點實驗室李玉同與合作者證實，對于未來的100PW超強激光與固體靶相互作用，極化正電子將普遍存在。相關成果發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。正電子和電子的極化可歸結為它們產生和脫離激光作用區域時感受到了非對稱的激光場。激光場在入射時是對稱的，但是由于激光場在高密度靶前表面的等離子體趨膚層附近被強烈地吸收和反射，同時正電子和電子可以自由地通過此趨膚層。因而，正電子和電子只經歷部分的激光場就進入高密等離子體內，這導致它們在趨膚層附近經歷高度不對稱的亞周期激光場，從而獲得具有角度依賴的自旋極化。

具有任意初始狀態的熱彈性本構關系研究

中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室趙亞溥研究團隊基于理性力學和黎曼幾何，提出了具有任意初始狀態的熱彈性本構關系。相關成果發表于《國際工程科學雜志》（International Journal of Engineering Science）。初始應力廣泛存在于各種固體材料，諸如干酪根的熟化與熱解、生物組織的非均勻生長、金屬材料的相變、工件的表面改性、土木工程結構的預制，甚至地質運動等。初始應力對固體材料的力學行為產生著重要影響，可維持材料內部的力學平衡，影響生物組織的生長和形貌及在蒸發過程中誘導屈曲等。研究結果體現了本構關系的自洽性，在非等溫情況下，新提出的本構關系填補了領域理論空白。

建立具有任意初始狀態的熱彈性本構關系的理論框架（圖片來源于中國科學院力學研究所網站）

與經典等溫本構理論的對比（圖片來源于中國科學院力學研究所網站）

光學微腔中的耗散型光聲相互作用

北京大學納光電子前沿科學中心肖云峰、龔旗煌在超高靈敏聲波傳感研究中取得新進展。相關成果發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。微腔體系中的光聲相互作用是諸多前沿與應用科學的物理基礎，在量子光力學、精密測量、信息通信和光聲成像等領域都具有重要意義。科學家在光學微腔-懸臂梁微光纖耦合體系中構建了一種耗散型光聲相互作用，這種耗散型機制對聲波的響應比傳統色散型機制提高兩個數量級，且具有寬頻響應特性。將耗散型機制實際用于超高靈敏聲波傳感，探測極限在140kHz達到0.81Pa，揭示了其傳感靈敏度具有不顯著依賴光學模式品質因子及光學微腔材料的獨特優勢。

基于二維半導體的619像素機器視覺增強芯片

復旦大學周鵬和包文中團隊利用晶圓級二維原子晶體硫化鉬成功制備了大規模機器視覺增強芯片。相關成果發表于《科學進展》（Science Advances）。機器視覺廣泛應用于工業制造、自動駕駛、醫學成像及民用安防等場景。新型二維原子晶體具有原子層厚度、表面無懸掛鍵、易于集成等特性。此項工作是迄今為止國際上最大集成規模的新型晶圓級二維半導體機器視覺增強芯片，在單片上集成了619個光電“感算一體”像素單元。其中，數模轉換器模塊可以對任一像素進行動態控制，從而準確調整每個成像單元的光電流，降低外圍電路設計復雜度與數據處理的難度，并同時實現成像增強和降噪功能。

環保溶劑制備的高性能室內有機光伏模組應用于各類應用場景

武漢大學高等研究院研究員閔杰課題組在綠色、高效室內有機光伏體系構建及室內光伏應用領域取得新進展。相關成果發表于《焦耳》（Joule）。隨著物聯網（IoT）生態系統的興起，數百億獨立的、低功耗的室內電子設備需要大量的離網電源。目前，IoT設備主要由傳統的化學電池和商業電力驅動。然而，這類能源需要經常更換或定期維護，使用方式相對煩瑣且不環保。室內有機光伏（IOPVs）因其高消光系數、帶隙可調性及良好的室內低光強度匹配性，可作為一種將室內光轉換為電能的裝置，成為IoT生態系統中一種理想的綠色能源。這些工作表明所設計的三元光伏系統在室內多功能集成應用中具有巨大的潛力。