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基于相变材料的片上光电存算一体化器件的研发
现阶段所设计的存算一体器件单元结构如图 1 所示: 器件的基本结构由波导和功能层(由下到上分为加热层、电极层、保护层、相变材料(硫系化合物)层)所构成。拟通过在当前流行的绝缘层上硅(SOI)光子平台上集成四氮化三硅光波导的方式实现器件的光学读取功能,即在非常厚的硅衬底层上生长一层绝缘层二氧化硅和波导层,然后在基片上通过光刻、显影、刻蚀等工艺制备四氮化三硅波导。功能层主要用于实现器件的电学写入功能。加热器层的主要用途是与相变材料层形成电接触,通过较小的接触面积使接触处的热量集中,从而可以在较小的电压或电流下使相变材料发生相变。因此需要加热器层具备较好的导热和导电性能,同时在近 C 波段具有较低的光损耗,可采用石墨烯。电极层可用于提供相变材料器件单元所需要的编程电脉冲。当前拟采用硒掺杂的相变材料合金(如 GSST)作为器件的核心功能层的相变材料。该材料在通信/非通信波段显示了极低的光损耗和更高的品质因数,且相变前后在通信 C 波段具有足够大的光学常数反差,可在更恶劣的高温环境下进行操作,适用于硅基光子器件应用。 采用的主要技术手段包括: ① 依托于相变材料的电致和光致相变特性,通过电学编程、光学读取的方法实现器件的存储、算术运算和逻辑运算功能:  存储功能的实现:拟利用相变材料晶态低透过率和非晶态高透过率分别代表二进制中的‘1’和‘0’,实现数据存储(编程)功能。例如在电极两端施加合适的电脉冲,所产生电流流经加热层时,生成的热量主要集中在加热层和相变材料层接触处,使得接触处的相变材料发生相变,实现存储功能。在完成上述编程操作后,从器件波导输入端输入读取连续光。由于相变材料功能层对光强的吸收能力在编程和非编程区域间存在着显著的差异,因此当输入光经过波导后,其能量会因为相变材料编程区域的吸收而发生改变,进而显著改变输出光强能量。所以通过测量输入输出光强的能量之比(即透过率),可实现对先前编程区域的读取。  算术和逻辑功能的实现:通过调整编程电脉冲的幅度和宽度可以动态调控相变材料的相变程度,使得器件的中间透过率值可用于代表不同的数值,实现多级存储功能。所以拟采用输入脉冲数量对应加数的方法实现标量加法计算。同时由于所设计器件的读取连续光输出功率可视为读取连续光输入功率和器件透过率的乘积,因此可采用将输入功率和透过率作为被乘数和乘数的方法实现基本乘法运算。除此之外还可以将器件功能层的初始状态设置为非晶相,把晶化脉冲幅值和不足以产生晶化的脉冲幅值分别作为输入逻辑‘1’和‘0’;同时设定一个判定阈值并与编程后器件透过率的变化率进行对比,把高于和低于阈值的透过率变化率分别作为输出逻辑 ‘1’和‘0’;通过合理选择编程脉冲有望实现各种逻辑功能输出。 ② 基于器件透射率可调特性验证其实现神经突触的可行性。并依托所设计人工突触构建人工神经网络芯片,实现图像、语音和文本识别功能:  突触可塑性是大脑记忆和学习的神经生物学基础,也是人工类脑器件需要实现的首要功能。为实现突触可塑性,拟把相变材料和波导之间的耦合区域视为仿生神经突触,左右两端电极分别代表突触前和突触后,分别施加在两端电极上的电脉冲则作为突触前和突触后刺激。通过调节从左右两端电极输入耦合区域的电脉冲时间差对耦合区域的光透过率进行连续调控,进而依托于上述存算理论模型和实物器件仿真和实验实现仿生神经突触的脉冲时序依赖可塑性(Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  将不同波长的光脉冲序列输入所设计的突触单元, 经过相变材料的作用,脉冲强度发生变化,对应于乘法器。进而借助于微环结构,将不同波长的脉冲导入进同一波导中,该功能类似加法器。相加后的脉冲光强较小时,读取光与微环发生共振,在输出端口没有光强输出。当光强达到一定的阈值后,读取信号不再和微环发生共振,而是传播到输出端口。这一过程类似神经元脉冲信号的激发,实现了非线性激活函数的功能。利用上述的单个神经元结构,验证其监督式机器学习和非监督式机器学习。对于监督式机器学习,权重的数值通过外部管理器设置;对于非监督式机器学习,不再需要外部管理器来设置权重值,而是通过输出光脉冲进行反馈控制,调整权重值。在单个神经元结构的基础上,更复杂的光学脉冲神经网络结构,证明该结构的可扩展性。拟设计的神经网络中的每一层结构包括三个功能单元,即收集器、分发器和神经突触结构。收集器将上一层不同波长的光脉冲信号收集到同一根波导中,分发器将光脉冲分发给多个神经元,神经突触结构则产生光脉冲信号,输入给下一层结构。基于上述结构实现图片、语音和文本的识别。 创新性分析:①首次研究了一款基于“电学编程、光学读取”模式的光电混合存算一体化器件。与传统电学存算一体化器件相比,拟研发的器件可以进行长距离的信息传输,具有传输带宽高、信号间延迟低、损耗低、抗干扰、集成密度高等优点。②采用硒(Se)掺杂的相变材料作为存算一体化器件的核心功能材料。与采用其他相变材料的存算一体器件相比,以硒参杂的相变材料作为功能材料的存算一体器件有望展现出极低的光损耗。③提出了一种基于“电学脉冲刺激、光学权重调节”的人工神经突触。该突触器件有望成为未来通用型人工神经突触,填补了光电混合型人工突触的技术空白。 先进性分析:①所提出的光电混合工作模式使得该存算一体化器件不但具有传统集成电路的高密度特性,且兼具光通信技术的宽频带、低延迟、抗干扰的优越性能。②所采用硒参杂的相变材料不但继承了传统材料具有的快速相变转化速度、低功耗和稳定性强等特性,且本身在通信波段非晶态透明的同时还保持了相变前后足够大的光学性能差异的特点。③所设计的突触继承了人工电子突触和全光突触的优点,具有高集成度、低功耗、超快响应时间、稳定性强等优点。 独占性分析:根据已取得成果正在撰写专利,以获得该关键技术的独有权。 
南京邮电大学 2021-05-11
一种空间多自由度定位装置及其空间位置解算方法
本发明公开了一种空间多自由度定位装置及其空间位置解算方法。所述装置包括底板平台、第一三维转台、第二三维转台、第一转台底座、第二转台底座、伺服电机、丝杠和导轨,导轨铺设在底板平台上,第一三维转台安设在第一转台底座上,第一转台底座固定在底板平台的一端,第二三维转台安设在第二转台底座上,第二转台底座可以沿导轨做靠近或远离第一转台底座的运动,两个目标物体分别固定在第一三维转台和第二三维转台上。所述空间位置解算方法根据本发明装置的机械结构特点,通过固定在夹具上两物体间期望的空间位置姿态关系解算出装置上每个运动部件的运动量。本发明能够实现空间中两个物体之间的复杂相对位置姿态的定位。
东南大学 2021-04-13
用于沥青混凝土施工质量的智能管理方法及系统
本发明涉及一种用于沥青混凝土施工质量的智能质量管理方法,包括以下步骤:采集施工过程中施工材料的实时温度;根据所述施工材料的温度随时间的降幅,建立温度变化模型;利用所述温度变化模型指导施工现场的调度。
东南大学 2021-04-11
一种导热沥青复合材料、其制备方法及应用
本发明公开了一种导热沥青复合材料、其制备方法及应用。该 制备方法包括先将质量份数为 8 份~16 份的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌 段共聚物溶解于 12 份~24 份有机溶剂中,得到粘稠溶液;再将 5 份~ 500 份无机导热填料与得到的粘稠溶液混合均匀,挥发溶剂、研磨均 匀,得到导热填料预混料;将导热填料预混料与 100 份基质沥青充分 混合,获得导热沥青复合材料初级料;最后将导热沥青复合材料铺展、 热压得到导热沥青复
华中科技大学 2021-01-12
130公斤级共轴反桨无人直升机F-120
F-120无人直升机是北航技术团队自主研发的多用途无人直升机。该机型最大起飞重量130kg,最大航时2小时,在可靠性连续测试中,其MTBF(连续无故障时间)可达到7小时。该机于2010年完成设计,拥有独创的水冷散热系统、气动与冷却的融合设计、采用体积小,重量轻,振动小的转子发动机等多项先进领先技术。该无人机可以执行海面、湖面、高海拔地区等复杂环境的超视距飞行任务,应用领域广泛,包括对地侦查/观测、电力/管道巡检、数据/中继通信、农业/林业测绘、航空测绘/摄影、警用反恐/防暴等多个领域。 该无人机经试验改进,以其优异的气动效率、重量效率、续航能力及操稳特性受到农业部和航空植保企业的高度重视,在农用无人机领域是目前国内载荷最大、性价比最高的无人直升机。该机喷药40亩农田只需15分钟,是传统小型无人直升机作业效率的3倍以上,符合我国精准农业、规模化经营的发展趋势。
北京航空航天大学 2021-04-10
多段进料式反溶剂喷射结晶器及其喷射结晶方法
本发明是一种多段进料式反溶剂喷射结晶器及其喷射结晶方法,该结晶器为竖直设置的管式结晶器,在所述管式结晶器的上部设有主管入口(1),从上到下沿主管壁的不同高度位置处开有对称分布的小孔或者狭缝(2),相同高度位置的小孔或者狭缝(2)的周围设置有缓冲室(3),每一个缓冲室设置有侧进料口(4),在所述管式结晶器的下部设有主管出口(5)。将杂环类有机药物颗粒、无机盐或者氧化物、硝基类含能材料的颗粒P溶解于良溶剂S配置成一定浓度的溶液体系A,采用管式结晶器对粗品颗粒P进行重结晶,溶液体系A和不良溶剂快速混合,不断形成晶核并继续生长,最终在喷射结晶器的出口得到含有细颗粒P的悬浮液。通过本方法得到的颗粒产品具有粒径大小及分布可控、粒径分布窄等优点。
东南大学 2021-04-11
羟基磺基脂肪酸反选捕收剂生产技术
中试阶段/n该项目技术生产的反选捕收剂,可以在常温下解决低品位胶磷矿的浮选的技术难题。具有反应条件温和、成本低、泡沫流动性好、操作简单的优点,而且生产过程中无环境污染。适用于中低品位胶磷矿(18-23%P2O5)的反浮选。主要技术经济指标如下:。相关概述:(1)特点:水溶性药剂,选择性强;(2)适用矿:中低品位胶磷矿;(3)25%水溶液pH值78;(4)有效成分含量:≥60%,(5)使用方法:配制为25%水溶液使用。。生产条件:带夹套和内置盘管陶瓷反应釜;油水分离釜;水解釜;固化池。25kg包装袋。。支持额度:。500。万元。承接单位:。湖北省。项目进展:。该项目技术生产的反选捕收剂,可以在常温下解决低品位胶磷矿的浮选的技术难题。具有反应条件温和、成本低、泡沫流动性好、操作简单的优点,而且生产过程中无环境污染。适用于中低品位胶磷矿(18-23%P2O5)的反浮选。主要技术经济指标如下:相关概述:(1)特点:水溶性药剂,选择性强;(2)适用矿:中低品位胶磷矿;(3)25%水溶液pH值78;(4)有效成分含量:≥60%,(5)使用方法:配制为25%水溶液使用。生产条件:带夹套和内置盘管陶瓷反应釜;油水分离釜;水解釜;固化池。25kg包装袋。。项目基本内容:。我国能利用的磷矿资源中,需要选矿的资源(品位在12~28%P2O5)为461.37亿吨。本项目产品无毒、易降解,生产过程无“三废”排放;在常温下分散性和选择性好,无需加热;原料来源广、成本低,生产条件温和。满足环保、节能,效益的要求。因此有广泛的市场前景。生产1吨产品原料成本约3000元,市场定价5000元/吨,效益明显。该项目技术生产的反选捕收剂,可以在常温下解决低品位胶磷矿的浮选的技术难题。具有反应条件温和、成本低、泡沫流动性好、操作简单的优点,而且生产过程中无环境污染。适用于中低品位胶磷矿(18-23%P2O5)的反浮选。主要技术经济指标如下:相关概述:(1)特点:水溶性药剂,选择性强;(2)适用矿:中低品位胶磷矿;(3)25%水溶液pH值78;(4)有效成分含量:≥60%,(5)使用方法:配制为25%水溶液使用。生产条件:带夹套和内置盘管陶瓷反应釜;油水分离釜;水解釜;固化池。25kg包装袋。
武汉工程大学 2021-04-11
在反铁磁材料中观测到拓扑自旋波的研究
李源和合作者所关注的材料是Cu3TeO6,在这个材料中,每个原胞内有12个具有磁性的Cu2+离子。在61K以下,Cu3TeO6成为反铁磁体,原胞中6个Cu2+离子磁矩方向大致平行,而另外6个Cu2+离子与它们反向。利用线性自旋波理论,李源和合作者发现,Cu3TeO6中的自旋波具有线性的能带交叠,而进一步的分析表明这种能带交叠具有拓扑性质:具有纯数形式的拓扑电荷,它们不依赖于模型的细节,而只和体系的对称性有关。李源和合作者证明了,只要材料中具有PT对称性(时间反演和空间反演),那么,自旋波的线性能带交叠总是存在。如果同时也存在整体的自旋旋转对称性U(1),这种拓扑能带交叠具有狄拉克点的形式(图1a),而将U(1)对称性移除,则狄拉克点将拓展为结线(图1b)。狄拉克点和结线都是在特定材料新预言的拓扑能带交叠类型。Cu3TeO6具有很高的晶体对称性(第206号空间群,图1c),由此保证了在U(1)对称性存在的前提下,布里渊区P点位置的自旋波总是狄拉克点。图1:(a)基于J1-J2模型的自旋波色散(b)布里渊区以及布里渊区中的狄拉克点,同时展示了U(1)对称性移除后狄拉克点演化为结线的过程(c)材料中Cu2+离子J1-J2交换网络。 为了在实验上研究上述自旋波的拓扑能带,李源和合作者又对Cu3TeO6晶体阵列样品进行了非弹性中子散射实验。在实验中,李源和合作者观测到了四维空间中清晰的自旋波信号。为了将实验结果和理论计算进行对照,李源和合作者在模拟材料中磁交换作用方面做了大量工作,他们认为:Cu2+离子之间最主要的磁交换作用是最近邻和第九近邻的交换作用,前者由于距离最近,后者由于离子之间相对笔直的交换路径。从图2a和b可以看到实验和计算结果符合得相当好:数据不仅表明在布里渊区的P点存在狄拉克锥型的色散(图2c),而且散射信号的强度与计算也几乎是一致的(图2d和e)。散射信号的强度反映了动力学结构因子S(Q,w),其中包含了自旋波波函数的重要信息,所以实验和理论的一致性可以认为是材料中自旋波拓扑属性的直接验证。图2:(a和b)沿着图1(b)高对称路径的实验和计算的自旋波信号强度图,布里渊区中心是(1, 1, 2)(c)布里渊区P点的狄拉克锥型色散(d和e)a和b虚线框中自旋波的细节,虚线包络表明了P点的狄拉克锥型色散。
北京大学 2021-04-11
多铁BiFeO3薄膜反铁磁序应变调控机制
BiFeO3薄膜反铁磁序的研究是理解磁电耦合效应和实现电场控制磁性的前提,然而观测反铁磁结构实验手段有限,薄膜中多个铁弹畴的存在进一步使其分析更为困难。因此,BiFeO3薄膜反铁磁结构及其应变调控的物理机制一直还存在争议。 研究发现应变可大幅度调控反铁磁磁矩朝向,且在大的拉应变作用下反铁磁磁矩朝向与铁电极化的垂直关系被打破,结合第一性原理揭示应变对反铁磁序的调控是由Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用和单离子各向异性间相互竞争导致;该工作打破了之前一般认为的Bi
哈尔滨工业大学 2021-04-14
高模量低收缩聚酰亚胺薄膜的产业化关键制备技术研究
本项目针对目前国内挠性印制线路板及材料在生产及应用中存在的问题,在研究团队前期开发的高模 低缩聚酰亚胺薄膜配方体系的基础上,从市场需求及产业化的角度,优选具有显著分子间相互作用力的体 系,开展聚合物前驱体聚酰胺酸胶液的实验室小试、中试及产业化规模制备、胶液流延和薄膜制备过程中 的关键技术研究,获得一套稳定可靠的产业化工艺参数,制备具有自主知识产权的新型高模低缩聚酰亚胺 薄膜产品,打破该产品国外垄断的局面。
中山大学 2021-04-10
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