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关于超薄单晶铅膜界面超导的研究
通过使用铅的条状非公度相作为铅膜和硅衬底的界面,用超高真空分子束外延技术成功制备出一种宏观面积的、塞曼保护的新型二维超导体。系统的低温强磁场实验表明,该体系的超导电性可存在于超过40特斯拉的平行强磁场中,这一数值远超过体系的泡利极限,是塞曼保护超导电性的直接证据。第一性原理计算结果也表明,条状非公度相中特殊的晶格畸变会延伸至铅膜中,从而在该体系中引入很强的塞曼自旋轨道耦合。同时,新的微观理论也给出了强杂质情形下各种自旋轨道耦合及散射效应对二维超导临界场的影响并定量地解释了塞曼保护超导电性的物理机制。该工作表明,可以通过界面工程在中心反演对称性保护的二维超导中引入面内中心反演对称性破缺,也即在二维晶体超导体系中人工引入塞曼保护的超导电性机制。这一结果预示出人们有望在二维超导体系中,通过界面调制发现新的非常规超导特性。这种宏观尺度强自旋轨道耦合下的二维超导,也为拓扑超导的探索提供了新的平台,并为未来无耗散或低耗散量子器件的设计与集成奠定了基础。图 (a) 脉冲强磁场实验表明6个原子层厚铅膜的超导电性在高达40 T的水平强场下仍不被破坏。(b) 临界场随温度的关系与理论高度重合,有力地证明了超薄铅膜中的塞曼自旋轨道耦合保护的超导电性。 (c) 对外延生长于条状非公度相(SIC)界面上的超薄铅膜进行磁阻测量的示意图。
北京大学 2021-04-11
新型多门控超导纳米线逻辑器件
为了追求极限性能,越来越多的电子系统需要在低温条件下工作。例如,在量子计算机、高性能传感器、深空观测以及一些经典信息处理系统中,通常使用工作温度为2K甚至是mk温区的低温器件,从而在噪声、速度和灵敏度等方面实现接近量子极限的性能。对于这一类低温系统,信号读取与处理通常采用两种方式:第一种是采用超导数字电路SFQ(单磁通量子技术)来实现高性能计算和处理;第二种是将信号传送至几十K的温区,再采用低温CMOS技术对进行信号处理。然而,不论采用何种技术路径,数字电路的功耗都必须控制在极小范围之内,从而保持极低温的工作环境,维持低温器件的高性能。随着应用需求的提高和低温阵列器件规模的扩大,低温电子系统性能受到信号处理和传输技术的制约,急切需要新的方案进行解决。 图1. (a) 采用超导纳米线结构实现的12门控或逻辑门;(b) 超导纳米线数字编码器芯片照片。针对此问题,南京大学吴培亨院士领导的超导电子学研究所团队,赵清源教授和康琳教授课题组设计出新型多门控超导纳米线逻辑器件(superconducting nanowire cryotron, nTron),并利用此器件搭建经典二进制数字编码器;在1.6K的温度下,成功实现数字信息编码,总功耗小于1微瓦(10-6瓦)。同时,他们还利用此编码器对超导纳米线单光子探测器阵列实现数字化读出,为低温阵列探测器的信号读出和处理提供第三种解决方案。图2. 超导纳米线逻辑芯片实现对单光子探测器阵列的数字化读取。半导体数字电路,经历了从电子管、晶体管、混合集成电路至大规模集成电路的发展过程。每一代技术的升级变革,其核心推力都是基础逻辑器件的更新换代。前沿技术领域对超导电子器件的应用需求,也正将超导电子技术推向数字化的发展时代。南京大学吴培亨院士团队基于超导纳米线技术,开展了新型超导逻辑器件(nTron)的研究工作。nTron为单层平面器件,利用局部超导相变,实现高速低功耗的开关逻辑。
南京大学 2021-04-11
高温超导磁浮系统的关键问题研究
自西南交通大学在2000年底成功开发出世界首辆高温超导磁浮试验车以来,国际上有关高温超导磁浮车的研究取得了显著的进展。继我们之后,俄罗斯莫斯科航天研究所在2003年底开发出可以乘载两人的高温超导磁浮车。尽管该车没有装备驱动系统,但其高度的稳定悬浮、较大的悬浮气隙(-40cm)、简洁的轨道设计展示了人们在高温超导磁浮技术的应用开发上又取得了显著的进步。2004年中期,德国的德累斯顿固体物理研究所开发出低速高温超导磁浮车。该车采用短定异步感应电机驱动、实现了车载控制驱动一体化,展示了便捷的、个性化的超导磁浮交通系统的美好前景。尽管如此,西南交通大学的高温超导磁浮车的研究仍然在整体上处于领先地位。为了不断推进和深化高温超导磁浮车的基础研究和技术开发,西南交通大学超导研究开发中心将在近期开展以下几个方面研究,为其工程化奠定基础:1)超导磁浮车的岔道技术研究 高温超导磁浮车要走向应用,岔道技术是关键技术之一。由于高温超导车将主要用于高速交通,安全、高效的岔道和转轨技术不仅显得尤为重要,并有着高温超导磁浮系统的独特性。我们将采用水磁、电磁相结合的方法,探索和开发出新型的、经济的、高效率的高温超导磁浮车的岔道技术。2)高温超导磁浮车的导向纠偏技术 高温超导磁浮车与常民电磁悬浮车的一大区别是高温超导磁浮车具有自稳定和自导向性,从而有可能省略复杂的控制系统。然而,在某些运行条件下,磁浮车的导向一旦出现偏离自稳定的范围,将产生严重后果。开发出适合高温超导磁浮车的导向纠偏技术,实现高温超导磁浮车工程应用的重要技术。3) 导磁浮系统动力学 在过去的三年多时间里,高温超导磁浮车在低速下的稳定运行已经得到了充分的检验。然而,在高速和超高速状态下的运行稳定性却缺乏充分的理论基础和实验依据。为此,我们将采用理论研究和实验模拟相结合的方法,研究高温超导磁浮系统在高速运动和强冲击下动力学稳定性,为开展高温超导磁浮车的中试试验提供理论和技术指导。4) 导磁浮系统中超导材料的电磁动力学特性 高温超导磁浮车的性能主要取决于高温超导大块材料的性能,提高超导材料的性能是提高高温超导磁浮车的安全性、降低制造和运行成本、提高其效能最为关键的问是。此外,研究在高速运动、高强度冲击下高温超导磁浮系统中超导材料的电磁稳定性也是实现其工程化的关键头号是。在改善材料性能的同时,我们将研究高温超导磁浮材料的交流损耗、钉扎稳定性和热稳定性,为高温超导磁浮车的工程设计提供可靠依据。
西南交通大学 2021-04-13
超导MRI全身人体成像有源屏蔽梯度线圈
本项目属于MRI核心部件研发。梯度线圈为MRI仪器的三大核心部件之一,其作用是在一定范围内产生一个交变的梯度磁场,其性能对成像质量与成像速度起着至关重要的作用。该项目具备以下优点: 涡流小:涡流是梯度线圈最重要的指标之一,影响图像的质量,而且很难校正。我们的梯度线圈涡流比Tesla公司同款产品的小很多,经MRI系统厂家测试,成像更清新。 载流能力强:两款线圈载流能力达到850A以上,能匹配更高性能的功放。 耐压强度高:匹配梯度功放的电压可达到1400V以上
河海大学 2021-04-14
一种超导饼拆装更换装置
本发明公开了一种超导饼拆装更换装置,该装置包括下底板、 上盖板、铜环导体和定位支撑杆,多个定位支撑杆安装在下底板上, 上盖板穿装在定位支撑杆上;铜环导体的数量为多个并且这些铜环导 体均位于下底板和上盖板之间,相邻的两个铜环导体之间存在间距; 每个铜环导体上均设置有多个定位孔,每个定位孔均竖直设置,每个 定位支撑杆分别从对应位置处的一定位孔穿过所述的铜环导体;所述 铜环导体上开设有多个引线孔。本装置将多个饼式子线圈通过铜环导 体联接在一起,可以实现并联或串联,而没有直接将接头焊接在一起, 提高了故障饼
华中科技大学 2021-04-14
二硼化镁超导线材的制备及应用
该项目采用连续管线成型及填充技术,将纳米掺杂和连续管线成型(CTFF)加工工艺结合在一起。/line应用领域:超导磁体;超导电机;超导储能器;超导限流器等强电领域及国防军工。
东南大学 2021-04-10
一种超导电机的力矩传导结构
本发明公开了一种超导电机的力矩传导结构,其特征在于,该 力矩传导结构设置于低温转子与常温电机轴之间,且其为圆筒状的支 架状刚性结构,由此在所述低温转子与所述常温电机轴之间形成延长 的热传导路径。按照本发明实现的多层力矩传导结构,能够通过法兰 与梁结构配合使用,在结构部件中合理开孔以增加热传导路径,从而 显著减小力矩传导结构的漏热;从低温转子的内部支撑转子系统,充 分利用了转子与电机主轴之间的空间,不会占用额外的轴向空间,不 会增加电机的轴向长度;该多层力矩传导结构加工方案灵活,尤其适用于大型超导电机
华中科技大学 2021-04-14
一种超导磁体磁场分布测量装置
本发明公开了一种超导磁体磁场分布测量装置。其中,大齿轮 的中心开孔,通过轴承安装在工作台上;第一支架固定在工作台上, 小齿轮的两端分别通过轴承与工作台和第一支架固定;第一手轮与小 齿轮连接;导轨固定在大齿轮上,滑块安装在导轨上;第二支架固定 在滑块上;螺杆穿过驱动板与驱动板通过螺纹连接,螺杆垂直于工作 台,其两端分别通过轴承与滑块和第二支架固定;固定杆穿过大齿轮 的中心开孔和工作台,垂直于工作台,其一端固定在驱动板上;高斯 计安装在固定杆的另一端;通过转动第一手轮和移动滑块,能使固定 杆的移动轨迹遍
华中科技大学 2021-04-14
高性能n-型有机半导体
在梯形双噻吩酰亚胺小分子的基础上,设计并成功合成了一系列具有半梯形结构的全受体类型均聚物PBTIn(n = 1-5),并深入研究了这些材料的构性关系。实验表明,均聚物的聚合方法选择至关重要,通过Stille和Yamamoto偶联方法对比发现,Stille聚合能够得到高分子量、低缺陷态、高性能的高分子半导体;采用全受体结构能够有效拉低前沿轨道能级,基于这些均聚物材料的有机薄膜晶体管都表现出良好的单极性n-型性能,晶体管器件的关电流仅为10 −9 -10 −10 A,电流开关比高达10 6 ;晶体管迁移率性能与构建单元长度反向关联,PBTI1的最高电子迁移率为3.71 cm 2  V -1  s -1 ,该迁移率是全受体均聚物材料中的最高纪录,比PBTI5的电子迁移率高出两个数量级。 通过深入表征发现,这一系列全受体类型均聚物表现出来的晶体管迁移率趋势与其半导体薄膜结构有序度直接相关。拉曼光谱表明,梯形构建单元共轭长度的增加带来较大的单体间扭转角,影响聚合物骨架的平面性。同步辐射X射线衍射表明,梯形构建单元的增长使得聚合物薄膜中π-π堆积方向的结晶性降低,不利于电子的分子间传输。这些结果表示,较长的单体结构会对聚合物薄膜形貌和载流子传输造成负面影响,因此发展更长的梯形构建单元对全受体类型均聚物迁移率的提升不会带来帮助。该研究表明全受体结构是实现高性能单极性n-型聚合物材料的有效途径,同时为n-型梯形小分子和聚合物的结构设计和发展提供重要参考依据。
南方科技大学 2021-04-13
高压大功率半导体器件IGCT
1. 痛点问题 功率半导体是支撑能源领域发展的核心部件。为实现3060双碳目标,我国正在超常规推动新能源发电、大容量输配电和电气化交通等领域,对电压等级4.5kV以上的功率器件需求急速增长。提高器件电压和容量可以减少器件串并联数量、缩减装备体积和成本,是解决城市用地紧张、降低海上风电平台建设成本的关键。然而,受工作机理和制备工艺限制,IGBT器件最大功率等级为4.5kV/3kA和6.5kV/0.75kA,已接近瓶颈,无法满足能源发展需求。因此,亟需更高电压、更大容量、更高可靠性和更低制造成本的功率半导体器件解决方案。 2020年,中国功率半导体市场规模达2000亿元,但90%以上依赖进口,尤其是4.5kV以上器件,近乎全部进口。亟需寻求自主可控的功率半导体器件国产替代方案。 2. 解决方案 本技术面向新能源发电和输配电领域大容量、高可靠的需求,提出了自主化IGCT器件(集成门极换流晶闸管)的设计、制备和驱动控制方案,可以提高阻断电压和关断电流能力、降低器件运行损耗,且可以结合应用工况开展定制优化,如改善器件防爆特性、解决高压装置中的驱动供电问题等,从而实现大容量、高可靠、低成本、高效率的能量管理和功率变换。 目前团队已研制出4.5kV/5kA和6.5kV/4kA的IGCT器件,功率等级全面覆盖IGBT,且具有向更大容量发展的潜力。与IGBT、MOSFET等晶体管器件相比,本技术提出的IGCT具有通态损耗低、耐受电压高、可靠性高、抗干扰能力强等突出优势,符合能源发展趋势,且制造工艺沿用基本沿用传统的晶闸管路线,制造成本低,国内工艺基础好。
清华大学 2021-10-26
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