科技強國彰顯力量

本刊綜合

2022年底，由科技日報社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評選出的2022年國內(nèi)十大科技新聞揭曉。它們分別是：首次制成柵極長度最小的晶體管；二氧化碳“變”葡萄糖和脂肪酸；“中國天眼”發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴；第三艘航空母艦福建艦下水；穩(wěn)態(tài)強磁場刷新世界紀(jì)錄；首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”；“夸父一號”開啟太陽探測之旅；二十大報告專章部署教育科技人才；中國空間站歷史性完成“合體”；云南培育出多年生水稻品種。

過去的一年，在廣大科技工作者的共同努力下，中國科技事業(yè)碩果累累。下面就讓我們一起去探訪這些成果背后的故事。

首次制成柵極長度最小的晶體管

晶體管是芯片的核心元器件，更小的柵極尺寸能讓芯片上集成更多的晶體管，并提升性能。

過去幾十年，晶體管的柵極尺寸不斷微縮。隨著晶體管的物理尺寸進(jìn)入納米尺度，電子遷移率降低、靜態(tài)功耗增大等短溝道效應(yīng)越來越嚴(yán)重。因此，新結(jié)構(gòu)和新材料的開發(fā)迫在眉睫。

為進(jìn)一步突破1納米以下柵長晶體管的瓶頸，清華大學(xué)集成電路學(xué)院的團(tuán)隊巧妙利用石墨烯薄膜作為柵極，通過石墨烯側(cè)向電場來控制垂直的二硫化鉬溝道的開關(guān)，首次制備出亞1納米柵長晶體管。

知識貼士：1965年，英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出，集成電路芯片上可容納的晶體管數(shù)目，每隔18～24個月便會增加一倍，微處理器的性能提高一倍，或價格下降一半。這在集成電路領(lǐng)域被稱為“摩爾定律”。清華大學(xué)集成電路學(xué)院的團(tuán)隊進(jìn)一步突破了1納米以下柵長晶體管的瓶頸，是人類向摩爾定律的極限發(fā)起的又一次挑戰(zhàn)。

二氧化碳“變”葡萄糖和脂肪酸

葡萄糖和油脂是重要的糧食成分。長期以來，通過催化過程將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖或油脂，只有農(nóng)作物種植這一條路徑。

2022年，電子科技大學(xué)夏川課題組、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院于濤課題組和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰課題組共同創(chuàng)建了一種二氧化碳轉(zhuǎn)化新路徑，通過電催化與生物合成相結(jié)合，成功以二氧化碳和水為原料合成了葡萄糖和脂肪酸，為人工和半人工合成“糧食”提供了新方法。2022年4月28日，該項成果以封面文章的形式發(fā)表在《自然·催化》雜志上。

知識貼士：將二氧化碳人工轉(zhuǎn)化為高附加值化合物，是科技界持續(xù)攻關(guān)的重要領(lǐng)域。我國科學(xué)家此前已在國際上首次實現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工合成，這一成果入選了2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展。

“中國天眼”發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴

快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在一毫秒的時間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。自2007年被發(fā)現(xiàn)以來，快速射電暴一直是天文學(xué)最前沿的研究方向之一，但其物理起源、輻射機制和周圍環(huán)境等至今尚不明晰。

2019年，我國研究人員在系統(tǒng)處理FAST“多科學(xué)目標(biāo)同時巡天”數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年5月20日的數(shù)據(jù)存在重復(fù)的高色散脈沖。這一新的快速射電暴就是FRB 20190520B。

在后續(xù)觀測中，研究人員發(fā)現(xiàn)FRB 20190520B并不像其他快速射電暴那樣閃耀一次便消失了，而是持續(xù)活躍，一直在閃耀。為了找到它的宿主星系，研究人員組織了多臺國際設(shè)備天地協(xié)同觀測，成功將FRB 20190520B定位于一個距離我們30億光年的貧金屬矮星系。

知識貼士：自2020年通過國家驗收以來，“中國天眼”的運行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測時長超過5300小時，取得了一批重要科研成果。除了發(fā)現(xiàn)快速射電暴，我國科學(xué)家還利用“中國天眼”為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測證據(jù)。

第三艘航空母艦福建艦下水

2022年6月17日上午，我國第三艘航空母艦——福建艦在中國船舶集團(tuán)有限公司江南造船廠舉行了下水命名儀式。

福建艦是中國完全自主設(shè)計建造的首艘彈射型航空母艦，采用平直通長飛行甲板，配置電磁彈射和阻攔裝置，滿載排水量8萬余噸。

知識貼士：相比遼寧艦和山東艦采用的滑躍甲板，福建艦在外觀上的一個明顯改進(jìn)是采用了平直通長飛行甲板。平直通長飛行甲板的優(yōu)勢是能停放更多的艦載機。

穩(wěn)態(tài)強磁場刷新世界紀(jì)錄

穩(wěn)態(tài)強磁場是物質(zhì)科學(xué)研究需要的一種極端實驗條件，是推動重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的利器。

2022年8月，由中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心研制的穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置，產(chǎn)生了45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)強磁場，刷新了同類型磁體保持了近23年的世界紀(jì)錄，成為我國科學(xué)實驗極端條件建設(shè)乃至世界強磁場技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。

知識貼士：穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置是國家發(fā)改委“十一五”期間立項的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，2017年通過國家驗收并正式投入運行，使我國成為美國、法國、荷蘭、日本之后第五個擁有穩(wěn)態(tài)強磁場的國家。

首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”

2022年9月9日，國家航天局、國家原子能機構(gòu)聯(lián)合宣布，中國科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，這種新礦物被命名為“嫦娥石”。

“嫦娥石”是我國發(fā)現(xiàn)的首種月球新礦物，也是人類發(fā)現(xiàn)的第六種月球新礦物。它呈微小柱狀，顆粒大小為2～30微米，是在嫦娥五號月球樣品的玄武巖碎屑中發(fā)現(xiàn)的，是一種新的磷酸鹽礦物，屬于隕磷鈉鎂鈣石族。

知識貼士：“嫦娥石”是人類發(fā)現(xiàn)的第六種月球新礦物，你知道其他五種月球新礦物是什么嗎？它們分別是月海玄武巖、蘇長巖、富鋁斜巖、月球角礫石隕石、氦-3。

“夸父一號”開啟太陽探測之旅

2022年10月9日，我國綜合性太陽探測衛(wèi)星“夸父一號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，正式開啟對太陽的探測之旅。

該衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)瞄準(zhǔn)“一磁兩暴”，即同時觀測太陽磁場和太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射，研究它們的形成、演化、相互作用和彼此關(guān)聯(lián)，同時為空間天氣預(yù)報提供支持。

知識貼士：2021年10月，我國發(fā)射了國內(nèi)首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”。同為探日衛(wèi)星，“夸父一號”和“羲和號”的不同之處在于，“羲和號”是我國探日工程的“探路者”，高時間分辨地獲取全日面Hα光譜掃描成像、觀測和研究色球動力學(xué)是其主要特色。而“夸父一號”全稱為先進(jìn)天基太陽天文臺，它是我國第一顆綜合性太陽探測專用衛(wèi)星。

二十大報告專章部署教育科技人才

2022年10月16日，黨的二十大在北京勝利召開。

黨的二十大報告用一整個章節(jié)專門對“實施科教興國戰(zhàn)略，強化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐”作出了重大部署。報告指出，教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢。

知識貼士：當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在加速重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。科技創(chuàng)新成為百年變局中的關(guān)鍵變量。為此，黨的十八大提出實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，黨的十九大提出創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，黨的二十大則提出實現(xiàn)高水平科技自立自強，這體現(xiàn)了黨中央對科技創(chuàng)新工作一以貫之的高度重視。

中國空間站歷史性完成“合體”

2022年10月31日，中國天宮空間站的第二個科學(xué)實驗?zāi)K——夢天實驗艙成功發(fā)射；2022年11月1日，夢天實驗艙與之前發(fā)射的天和核心艙完成精準(zhǔn)對接；2022年11月3日，夢天實驗艙完成轉(zhuǎn)位，與天和核心艙、問天實驗艙形成“T”字構(gòu)型。中國空間站歷史性地完成“合體”。

建設(shè)中國天宮空間站的主要目的是建成水平先進(jìn)的國家太空實驗室，為科學(xué)服務(wù)，產(chǎn)出重大科技成果。科學(xué)家計劃利用“夢天”在10年內(nèi)完成1000多次科學(xué)實驗。

知識貼士：夢天實驗艙是中國空間站上載荷支持能力最強的艙段，艙內(nèi)配置了13個標(biāo)準(zhǔn)載荷機柜，主要面向微重力科學(xué)研究，可支持流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理以及航天技術(shù)試驗等多學(xué)科方向研究。同時，艙外還配置了37個載荷安裝工位，特別是載荷艙上配置了2塊可以在軌展開的暴露載荷實驗平臺和1個固定式暴露平臺，從而可以進(jìn)行更加徹底的“太空環(huán)境”實驗。

云南培育出多年生水稻品種

喬木類植物的生長都是多年連續(xù)的，比如果樹會一年又一年地結(jié)出果實。而小麥、玉米、水稻等大部分農(nóng)作物都是一年生的，從種植到收獲只有幾個月的時間，下一茬的種植還需要重復(fù)這一過程。

云南大學(xué)的研究團(tuán)隊通過創(chuàng)新，可能讓水稻成為多年生作物，實現(xiàn)栽種一次，多季收割。相關(guān)研究成果于2022年11月7日發(fā)表在《自然·可持續(xù)發(fā)展》雜志上。

研究團(tuán)隊利用多年生野生水稻與一年生栽培水稻進(jìn)行雜交，經(jīng)過多次自交篩選培育出多年生水稻品系，最終3個水稻品種通過國家審定。

知識貼士：據(jù)悉，多年生水稻可跳過育秧和栽種等耕作環(huán)節(jié)，總體上節(jié)約一半的生產(chǎn)投入。而且，種植多年生水稻能改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機質(zhì)含量，對環(huán)境十分友好。