科創(chuàng)中國(guó)·成果

“熱發(fā)射極”晶體管新突破

集成電路是現(xiàn)代信息技術(shù)的基石，而晶體管則是集成電路的基本單元。探索具有新工作原理的晶體管，已成為提升集成電路性能的關(guān)鍵。過去的熱載流子晶體管主要依靠隧穿注入和電場(chǎng)加速來生成熱載流子，由于界面勢(shì)壘的影響，所生成的熱載流子電流密度不足，嚴(yán)重限制了器件性能的提升。

石墨烯等低維材料憑借其原子級(jí)厚度、優(yōu)異的電學(xué)和光電性能，以及無表面懸鍵等特性，易于與其他材料形成異質(zhì)結(jié)，從而產(chǎn)生豐富的能帶組合，為熱載流子晶體管的發(fā)展提供了新思路。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心與北京大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)合作，采用了一種創(chuàng)新思路，通過可控調(diào)制熱載流子來提高電流密度，發(fā)明了一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構(gòu)成的熱發(fā)射極晶體管，并提出了一種全新的“受激發(fā)射”熱載流子生成機(jī)制。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《自然》上。

二維拓?fù)浣^緣體研究獲進(jìn)展

拓?fù)浣^緣體在表面或邊界處的電子態(tài)可以形成無能量耗散的導(dǎo)電通道，在低功耗電子器件領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。理論研究表明，具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的薄膜是二維拓?fù)浣^緣體的重要平臺(tái)，也是實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)的理想材料。該體系獨(dú)特的晶格結(jié)構(gòu)使其在布里淵區(qū)的K點(diǎn)處產(chǎn)生狄拉克錐型能帶結(jié)構(gòu)，如石墨烯。由于碳元素的自旋軌道耦合強(qiáng)度低，石墨烯難以在狄拉克點(diǎn)處打開能隙，從而實(shí)現(xiàn)量子自旋霍爾效應(yīng)。相比之下，碲元素因強(qiáng)自旋軌道耦合作用，可在狄拉克點(diǎn)打開足夠大的能隙并產(chǎn)生邊緣態(tài)，成為實(shí)現(xiàn)室溫量子自旋霍爾效應(yīng)的理想材料。然而，碲元素復(fù)雜的化合價(jià)態(tài)使得由碲元素構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)難度較大，而未被報(bào)道。

近期，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院、上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所及上?？萍即髮W(xué)的科研人員，通過分子束外延法在1T-NiTe2薄膜上合成了高質(zhì)量的蜂窩狀碲烯，并通過掃描隧道顯微鏡和低能電子衍射揭示了其蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》上。

研發(fā)“火星電池”助力太空探索

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熱科學(xué)和能源工程系特任教授談鵬團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種“火星電池”，由火星大氣成分作為電池反應(yīng)燃料物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)性能。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)通報(bào)》上。

鋰二氧化碳電池利用金屬鋰和二氧化碳作為反應(yīng)物，被認(rèn)為在火星探測(cè)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而，現(xiàn)有研究通常忽略了火星的復(fù)雜環(huán)境，如多種氣體成分及劇烈的溫度波動(dòng)。針對(duì)這一問題，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)出以火星大氣為Om+AtS1znZ6TqvOvcle+qQ==直接燃料的“火星電池”，并結(jié)合溫度波動(dòng)測(cè)試，模擬了火星表面的真實(shí)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)輸出電能的“火星電池”系統(tǒng)。相關(guān)成果為“火星電池”在實(shí)際火星環(huán)境中的應(yīng)用提供了概念驗(yàn)證，并為未來太空探索中的多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

單原子和納米顆粒接力催化收獲新方法

華東理工大學(xué)化工學(xué)院、化學(xué)工程聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授周興貴、段學(xué)志，特聘研究員陳文堯等針對(duì)單原子催化劑在反應(yīng)過程中易中毒失活問題，提出了金屬納米顆粒作為“解藥”的策略，實(shí)現(xiàn)了單原子金（Au）與納米顆粒Au（Au NPs）間的接力催化，顯著提升了丙烯氫氧環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷反應(yīng)性能。相關(guān)研究發(fā)表于《自然-通訊》。

目前，單原子催化劑（SACs）的研究備受矚目，研究團(tuán)隊(duì)提出了一項(xiàng)概念性的驗(yàn)證研究。研究結(jié)果顯示，微量添加Au納米顆?？梢杂行г鰪?qiáng)和維持丙烯環(huán)氧化反應(yīng)的性能。發(fā)現(xiàn)Au SACs在低丙烯覆蓋度下具有顯著的環(huán)氧化活性，但在高覆蓋度下則會(huì)出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控Au SACs和Au NPs的空間距離與床層分布，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)物覆蓋度的匹配，從而實(shí)現(xiàn)了過氧化氫自由基的形成、轉(zhuǎn)移和消耗的速率匹配。實(shí)驗(yàn)證明，添加占Au SACs質(zhì)量0.3%的微量Au NPs解毒劑，即可顯著提升環(huán)氧丙烷的生成速率（56倍）、選擇性（3倍）和H2效率（22倍），且這種優(yōu)異性能能夠持續(xù)穩(wěn)定150小時(shí)以上。這一發(fā)現(xiàn)為催化領(lǐng)域的研究和應(yīng)用帶來了新的突破，也為可持續(xù)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了重要的思路和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

超柔性能量收集及儲(chǔ)存系統(tǒng)助力可穿戴技術(shù)發(fā)展

可穿戴設(shè)備的進(jìn)步高度依賴于柔性能源器件的發(fā)展，這些器件需提供高效率、耐用性和持續(xù)的電力輸出，同時(shí)能夠輕松集成。目前，商業(yè)可穿戴設(shè)備普遍依賴硬質(zhì)電池供電，不僅增加了系統(tǒng)剛性，限制了其機(jī)械順應(yīng)性，還需頻繁充電或更換電池。因此，需要研發(fā)一種集成能量收集與存儲(chǔ)的柔性系統(tǒng)。

近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授徐曉敏、周光敏團(tuán)隊(duì)提出了厚度僅90微米的超柔性能量收集—儲(chǔ)存一體化系統(tǒng)（FEHSS），該系統(tǒng)由超柔性高性能有機(jī)光伏組件與超薄鋅離子電池集成，為新一代可穿戴綠色能源設(shè)備的開發(fā)提供了新思路。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。

迄今銪元素含量最高的恒星被發(fā)現(xiàn)

近期，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員施建榮團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西班牙加納利天體物理研究所、美國(guó)圣母大學(xué)和美國(guó)核天體物理中心的科研人員，在郭守敬望遠(yuǎn)鏡（LAMOST）中分辨率光譜中發(fā)現(xiàn)了一顆目前人類已知的銪元素含量（[Eu/H]）最高的恒星（LAMOST J020623.21+494127.9）。該恒星銪元素含量約是太陽(yáng)銪元素含量的6倍。同時(shí)，研究經(jīng)隨后的高分辨率光譜觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，這顆銪元素含量最高的恒星是一顆快中子俘獲過程元素增豐的薄盤恒星。這是天文學(xué)家首次在銀河系薄盤中發(fā)現(xiàn)此類特殊天體。該成果豐富了科學(xué)家對(duì)銀河系化學(xué)演化的理解，并為探究銀河系形成和演化提供了新視角。相關(guān)研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)報(bào)通訊》上。