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三维光电子集成研究上的重要进展
近几年,硅基集成电路的速度遭遇瓶颈、停滞不前,解决的办法之一是引入光子学器件,部分取代电子学集成电路中的信号处理和互联器件,这就要求光子学器件具有像电子学集成那样的小尺度和三维集成能力,同时具有和电子学集成兼容的制备工艺。这些要求使得光电混合集成面临巨大的挑战,是一个世界性的难题。 光学所张家森教授团队与信息科学学院彭练矛教授团队合作,提出了基于表面等离激元和碳纳米管的三维光电混合集成系统,该系统与现有的COMS制备工艺兼容,可以实现光子学和电子学的三维集成和互联,为解决集成电路的速度瓶颈提供了一种方法。他们演示了几种集成回路,包括在片光操控回路、波长和偏振复用回路和具有COMS信号处理电路的集成模块。Fig. 1. Integration of plasmonic-enhanced detector with carbon nanotube (CNT) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) signal processing circuits. a, Schematic of the 3D integrated circuits, consisting of bottom-layer passive WFSAs and metal connection lines, in-between HfO2 dielectrics and Au cross-layer connection lines, and top-layer plasmonic receiver and CNT CMOS signal processing circuits. b, Output characteristics of the plasmonic-enhanced barrier-free-bipolar diode (BFBD) and the normal BFBD under the illumination at "λ" =1200 nm. c, Electric field pattern of the La=320-nm SA. d-e, Transfer (d) and output (e) characteristics of the CMOS. f, VTC curves of the CMOS (blue line) and the 3D integrated circuits (red line). Inset is the corresponding equivalent circuit diagram of the 3D integrated circuits. g-i, Statistical figures of merit of the deep-subwavelength modules, including photocurrent (g) and photovoltage (h) of the BFBD as well as on-state current of the CMOS (i). 这种三维集成系统的优点包括:1. 使用低温COMS兼容制备工艺,可以在单片集成回路中集成光子学模块、电子学信号处理系统和存储系统;2. 利用具有原子厚度的碳纳米管材料以及金属工艺,使得光子学集成和电子学集成在材料上兼容;3. 基于表面等离激元使得光子学器件尺度可以和电子学器件尺度相近,便于集成;4. 碳纳米管的工作波段可以覆盖整个通讯波段,这是硅材料无法做到的;5. 光电探测器工作于光伏模式,可以减小能耗。该工作是首次利用原子厚度材料实现三维光电混合集成,可以实现更小的尺寸、更快的速度和更多的功能,同时,有可能解决电子学集成回路在速度上的瓶颈。 上述实验结果近期发表于最新一期《自然 电子学》杂志。 相关文献:Yang Liu, Jiasen Zhang, and Lian-Mao Peng, Three-dimensional integration of plasmonics and electronics. Nature Electronics 1, 644-651 (2018).Yang Liu, Jiasen Zhang, Huaping Liu, Sheng Wang, and Lian-Mao Peng, Electrically-driven monolithic subwavelength plasmonic interconnect circuits. Science Advances 3, e1701456 (2017).
北京大学 2021-04-11
关于单层FeSe/SrTiO3高温超导机理的研究系列进展
北京大学量子材料中心王健研究组与合作者在钛酸锶(SrTiO3)衬底上外延生长的单原胞层厚(0.55 nm)铁硒(FeSe)薄膜中观测到了具有磁激发迹象的玻色模式和强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。两项发现为超导机制备受争议的单原胞层铁硒薄膜提供了异号配对的重要实验证据,表明在该体系中尽管界面电–声耦合被认为可以增强超导特性,自旋涨落对于库珀对的配对有着不可忽略的作用,或对铁基高温超导机理的统一理解提供重要参考。 提升超导转变温度和理解库珀配对机制是超导领域两个最重要的研究方向。在以往的铁基超导研究中,基于电子–空穴费米口袋嵌套的s±波配对被广泛接受。然而对于AxFe2−ySe2 (A = K, Rb, Cs, Tl)、(Li1−xFex)OHFe1−ySe,尤其是单原胞层 FeSe/SrTiO3等一系列重电子掺杂铁硒化合物,重电子掺杂会导致费米能级上移,进而导致布里渊区中心Γ点的空穴费米口袋降至费米能级以下,使得电子–空穴费米口袋嵌套理论失效。因而,铁基超导中的s±配对图像受到严峻挑战。 钛酸锶衬底上外延生长的铁硒薄膜具有铁基超导家族最简单的分子结构和最高的超导转变温度(能隙闭合温度的典型值为65 K),自2012年被清华大学薛其坤团队发现以来在国际凝聚态物理领域掀起了研究热潮。前期,北京大学王健研究组与薛其坤研究组合作采用电输运和抗磁性测量首次报道了单层铁硒中高温超导的直接证据(Chin. Phys. Lett. 31, 017401 (2014),被Science编辑选择文章Science 343, 230 (2014)报道)。然而,其中的超导配对机制,一直存在争议,始终悬而未决。 为了揭示单层铁硒中的超导配对机制,王健研究组开展了一系列系统的实验。实验中的单层铁硒超薄膜采用分子束外延技术生长于钛酸锶衬底。通过原位超高真空(~10−10 mbar)原位扫描隧道谱探测,研究组发现超导能隙外存在由电子–玻色子耦合导致的鼓包(hump)结构。系统的扫描隧道谱实验揭示以该鼓包为特征的玻色模式更接近磁激发信号(图1),极有可能是充当配对媒介、且连接布里渊区近邻角落(M点)电子费米口袋的(π,π)自旋涨落。超导序参量作为复数,其在费米面上的分布存在同相位(保号:sign-preserving)与反相位(异号:sign-reversing)两种情形。杂质散射作为一种相位敏感技术,已广泛应用于以往超导配对研究。其中非磁性杂质尤为特殊,其选择性地局域破坏s±波、d波等异号配对,实验上表现为诱导超导能隙内的束缚态,而对传统保号s波配对无明显效应,因此可用于区分异号和保号配对图像。王健研究组采用沉积于单层铁硒表面的强非磁性杂质铅(Pb)吸附原子作为散射中心,实验中发现相对于正常超导谱形,铅原子在超导带隙边界附近诱导出电子型谱权重增强,同时超导能隙减弱(图2)。该特征是‘隐’束缚态的典型信号。系统的势散射强度调节(图2(d))等实验也印证了这一观点,有力地说明单层铁硒超导能隙函数存在异号。同时,基于异号配对图像,如扩展s±波(图2(e)),南京大学王强华教授与南京师范大学高绎教授理论上定性复现了非磁性杂质诱导的超导谱形重构。上述的玻色模式与非磁杂质散射两项研究成果一致支持单层铁硒中存在以自旋涨落为媒介的异号配对,为最终澄清单层铁硒的界面高温超导机制奠定了重要基础,同时也预示具有不同费米面构型的铁基高温超导体或存在统一解释。图1. 单原胞层 FeSe中具有磁激发迹象的玻色模式。(a) 单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱,显示超导能隙外由电子–玻色子耦合导致的鼓包结构;(b) Ω/2Δ1与Δ1的统计负关联(Ω:玻色模式能量;Δ1:内超导能隙)。图2. 单原胞层 FeSe中强非磁性杂质诱导的准粒子束缚态。(a) Pb吸附原子的STM形貌图;(b) Pb吸附原子和正常单原胞层 FeSe的扫描隧穿谱,显示9.5 mV处存在‘隐’束缚态;(c) 跨Pb吸附原子的扫描隧穿线谱;(d) 101组Pb吸附原子扫描隧穿谱(黑实线下方)与无吸附原子时的扫描隧穿谱(黑实线上方)对比;(c) 扩展s±波图像下非磁性杂质的模拟局域态密度谱。 两项工作分别于2019年5月22日和2019年7月15日发表于Nano Letters(Nano Lett. 19, 3464−3472 (2019))、Physical Review Letters(Phys. Rev. Lett. 123, 036801 (2019))。论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00144、https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.036801。 其中Nano Letters文章北京大学博士生刘超飞为第一作者,北京大学王健教授为通讯作者;Physical Review Letters文章,北京大学博士生刘超飞、王子乔和南京师范大学高绎教授为共同第一作者,北京大学王健教授和南京大学王强华教授为共同通讯作者。 以上工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、量子物质科学协同创新中心、中科院卓越创新中心、北京市自然科学基金、江苏省自然科学基金等经费的支持。王健特别感谢谢心澄、王垡、徐莉梅、任泽峰以及量子物质科学协同创新中心在北大超高真空分子束外延与低温扫描隧道显微镜实验室搭建过程中给予的支持。
北京大学 2021-04-11
小脑皮层对感觉信息传递机制的研究再获新的进展
延边大学细胞功能研究中心主任、生理学与病理生理学教研部学科带头人邱德来教授带领的团队在哺乳动物小脑皮层感觉信息传递与整合机制研究方面又取得了新进展, 小脑皮层由分子层、浦肯野细胞层和颗粒细胞层组成,主要参与运动学习与运动调节功能。分子层内主要存在二类中间神经元即篮状细胞和星型细胞,它们分别与浦肯野细胞的胞体和树突形成突触联系,通过释放抑制性神经递质(GABA)对浦肯野细胞产生环胞体抑制和树突抑制。由于分子层中间神经元和浦肯野细胞都同时接受由平行纤维传来的信息,因此,传统理论认为外部信息传入小脑皮层引起浦肯野细胞先兴奋后抑制。本团队前期研究发现感觉刺激导致浦肯野细胞抑制并伴有动作电位停顿现象,只有在阻断GABAA受体活性后感觉刺激才可以诱发浦肯野细胞兴奋(PLoS ONE, 6(7): e22752, 2011)。近期研究表明感觉刺激诱发浦肯野细胞完全抑制的原因是:分子层中间神经元对感觉刺激的反应速度比浦肯野细胞快而敏感,因此,在浦肯野细胞没有达到兴奋阈值之前,中间神经元首先兴奋,产生动作电位,导致浦肯野细胞产生环胞体和树突抑制,说明传统理论存在严重缺陷。本研究成果在世界上首次证明并阐述了中间神经元(尤其是篮状细胞)在感觉信息传递中的重要地位,必将引起学术界对小脑皮层分子层中间神经元在小脑运动学习与运动调节功能中的作用产生一个全新的认识,对今后有关小脑皮层中间神经元的研究产生深远的影响,使我国在小脑皮层感觉信息突触传递与运动调节理论方面的研究走在了世界的前列,也使我们的在体膜片钳技术得到了世界学术界的进一步认可。
延边大学 2021-02-01
超级稻新进展:耐高温 超高产 高抗病
8月18日,记者从湖南长沙浏阳经开区获悉,我国耐高温超级稻研究获新进展:由园区湖南袁创超级稻技术有限公司自主创新,分别以两系法、三系法研发并通过国家审定的耐热超级稻品种吨两优818和万丰优818,日前在河南省信阳市固始县开展了农户粗放管理示范田种植现场观摩会,湖南杂交水稻研究中心栽培室主任李建武表示,预计大面积平均亩产有望突破800公斤。
科技日报 2023-08-21
在基于功能核酸的纳米药物开发方面取得研究进展
从研究核酸的高分子特性以及化学改性方法入手,成功研究出若干有实际应用价值的新型生物医用核酸材料 癌症的早期诊断和靶向性治疗一直是最重要的科学问题之一。近年来,生物相容、能
南方科技大学 2021-04-14
遥测院硕士生利用GNSS监测台风获新进展
近日,我校遥感与测绘工程学院2018级硕士研究生文一朵利用全球卫星导航系统(GNSS)监测台风获得新进展,以第一作者在国际重要二区遥感期刊《Remote Sensing》上发表论文,其导师金双根教授为通讯作者。
南京信息工程大学 2020-02-27
大视场巡天望远镜主焦相机研制取得进展
中国科学技术大学核探测与核电子学国家重点实验室王坚研究员带领的相机研制团队,对大靶面拼接主焦CCD相机的主要关键技术进行了攻关,完成科学成像CCD芯片的超低噪声读出,在500Kpix/s读出速率下读出噪声小于5个电子。
中国科学技术大学 2022-06-02
东北师范大学动物学研究取得重要进展
近日,我校生命科学学院武永华教授与环境学院冯江教授、江廷磊教授的最新合作研究成果 “Ambush predation and the origin of euprimates”在Science Advances《科学•进展》在线发表。
东北师范大学 2022-09-27
东南大学科研团队在纳米光学领域取得重要进展
近日,东南大学电子科学与工程学院研究团队在国际顶级期刊《NanoLetters》上发表了题为“NanoscaleValleyModulationbySurfacePlasmonInterference”(利用表面等离激元干涉实现纳米尺度的能谷调制)的研究论文。
东南大学 2022-09-27
在自由基不对称化学领域重要研究进展
刘心元课题组巧妙地设计开发了一种由一价铜与金鸡纳生物碱衍生的多齿阴离子配体组成的催化体系。此多齿阴离子配体不仅有效的提供了手性环境,更显著增强了铜中心的还原性。因此,课题组可以直接将简单易得的外消旋卤代烷烃单电子还原成非手性烷基自由基中间体,并进一步成功实现了立体汇聚式的Sonogashira碳(
南方科技大学 2021-04-14
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