量子点阵列几何构型对电子跃迁输运的调控

摘要：硅基纳米结构中杂质原子量子点阵列因其在量子计算、量子模拟等领域的巨大应用潜力而备受关注. 基于线形、环形和网状等不同几何结构排列的量子点阵列因拓扑特性的差异以及长程库仑相互作用的影响, 展现出各异的电子输运特性. 同时, 通过调控电子隧穿和波函数相位相干性, 可以深刻影响电子的跃迁输运行为. 本文致力于构建硅基纳米结构中杂质原子量子点阵列的通用Fermi-Hubbard 模型, 探讨量子点分布的几何构型对电子的跃迁输运行为的调控机制. 特别以环形量子点阵列为例, 深入分析了不同几何结构和电子跃迁模式下的电子添加能谱与电导特性, 揭示了在位电子库仑排斥能、位间电子库仑排斥能、电子-离子实长程库仑吸引能与量子点耦合对电子跃迁行为的影响, 为理解量子点阵列几何分布对跳跃电子输运特性的调控机制提供了基本理论框架.

交叉 2026年04月01日 1 点赞 0 评论 100 浏览

与硅基技术兼容的二维过渡金属硫族化合物电子器件

摘要：作为现代信息社会的物理基石, 以硅基材料为核心的集成电路极大推动了人类现代文明的进程. 但是, 随着晶体管特征尺寸微缩逐渐接近物理极限, 传统硅基材料出现了电学性能衰退、异质界面失稳等挑战, 导致集成电路数据处理能力提升难、功耗急剧增加等问题产生. 超薄二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDCs)具有表面平整无悬挂键、电输运性能优异、静电控制力强、化学性质稳定等优势, 可有效解决上述问题, 被认为是后摩尔时代集成电路的最具潜力候选材料之一. 目前, 二维TMDCs集成电路研究在多个关键领域均取得了突破性成果, 但距离产业化应用仍需要克服一些挑战. 本文着重介绍了二维TMDCs材料与电子器件在集成电路应用的各方面优势, 系统阐明了二维TMDCs集成电路在材料控制生长、范德华界面优化以及器件设计构筑等方面的关键科学问题, 提出了相应解决办法和应对措施, 分析了二维TMDCs集成电路产业化进程中的综合性挑战, 明确了“与硅基技术兼容”二维TMDCs集成电路发展路线的优势、可行性与突破方向.

交叉 2024年11月04日 1 点赞 0 评论 427 浏览

三端晶体管的人工突触器件: 材料、结构与系统

摘要：神经形态工程学旨在从硬件层面上构建人工仿生神经系统, 模拟人脑独特高效的运行机制, 进而实现神经形态感知和类脑计算功能. 生物突触是人脑学习和记忆的基本结构与功能单元. 因此, 构建类生物突触结构、功能的电子器件是实现神经形态感知与计算的关键. 相较于两端的阻变器件, 三端突触晶体管在实现多态调控和降低能量消耗上都具有优势. 此外, 三端突触晶体管还可以将压力、温度等外界物理刺激转化为电信号, 在采集视觉、听觉、嗅觉等信号来工作的人造感知神经系统方面有广阔的应用前景. 本文综述了三端突触晶体管的材料选择、器件结构以及功能应用, 并重点介绍了基于三端突触晶体管的人造视觉、听觉和嗅觉三种感知系统的最新进展. 最后, 总结了三端突触晶体管及其构建的人造感知系统面临的挑战, 并对其未来发展进行了展望.

交叉 2024年11月04日 1 点赞 0 评论 598 浏览

新型电化学传感器在生物分子检测中的研究进展

摘要：随着“提高全民健康素养”的号召深入人心，自主健康监测的需求也逐渐扩大，代谢物分析在健康管理过程中占据不可替代的重要作用。与质谱法、色谱法和光谱法等传统分析技术相比，电化学传感器因其选择性强、灵敏度高和检测范围宽，在生物医学、环境科学、材料科学等领域均显示出巨大的应用潜力。目前，科研工作者已经开发出多种面向生物代谢物检测的电化学传感器，用于确定离体体液中疾病标志物的水平或进行在体实时动态监测。以生物分子检测为切入点，综述了便携式、植入式和可穿戴式新型电化学传感器在疾病相关代谢物分析中的应用进展，并对这些传感装置进行总结和比较，以期为生物传感器的创新及临床应用拓展提供参考。

交叉 2024年11月05日 1 点赞 0 评论 329 浏览

基于石墨烯超材料的太赫兹五频段折射率传感器

摘要： 针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题，提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真，确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比，通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明，该折射率传感器在频率为4.535、6.3681、8.253、10.395和11.321THz时达到折射率吸收峰值， 吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%，且5个波段中最高折射率灵敏度为436GHz/RIU。与其他折射率传感器相比，该折射率传感器波段多且灵敏度高，具有良好的传感性能，可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。

交叉 2024年11月06日 1 点赞 0 评论 356 浏览

面向集成电路先进制程的二维信息材料与器件

摘要：随着集成电路技术的发展至3 nm 节点,摩尔定律接近其物理极限,传统芯片制程面临材料到器件的理论和技术瓶颈。二维信息材料凭借原子层厚度、低功耗等特性被产业界认为是1nm 及以下节点的核心材料,将助力芯片制程延续摩尔定律以及平面到三维的发展,与我国集成电路先进制程长期规划紧密相关。基于国家自然科学基金委员会第343期双清论坛,本文从材料—器件—异质集成多层次回顾了二维信息材料与器件的发展历史,总结了领域内所面临挑战,凝炼了未来5~10年的重大关键科学以及亟需布局的研究方向,进一步提出顶层设计的前沿研究方向和科学基金资助战略。

交叉 2026年01月21日 1 点赞 0 评论 176 浏览

物理生物医学——原创交叉研究的新领域

摘要：物理生物医学是物理学与生物医学深度融合的新兴交叉研究领域, 融入了材料学、化学、信息科学、机械工程等多个领域物质科学的知识和技术. 它的科学内涵在于揭示生命现象的物理规律, 并利用物理的方法和技术实现对生命过程的调控. 因此, 物理生物医学既要解析伴随生命活动所产生的内源性物理信号的奥秘, 同时还要探索外源性物理场对细胞、组织、器官、个体的调节作用并揭示其背后的机制.通过机制创新和前瞻性布局, 物理生物医学在未来有望成为中国引领、世界一流的优势学科.

交叉 2025年01月10日 1 点赞 0 评论 412 浏览

低空无人机技术研究现状与展望

摘要：低空经济是新质生产力的典型代表，发展前景广阔的战略性新兴产业；低空无人机是多样化技术设备的优良载体，高性能、智能化的低空无人机将成为支撑低空经济发展的中坚力量。本文将低空无人机的模态、飞行、自主能力对应其结构材料与飞行控制、定位导航、自主智能技术，并从这3 个方面深入分析了低空无人机技术的发展现状和研究趋势，提出了低空无人机仿生构型与复合材料、多源融合定位、混合智能算法等低空无人机技术发展方向。为推动低空无人机技术的创新发展，研究建议，加强政策引导与基础建设、推动技术创新与产业布局、拓展应用场景与实施示范工程、构建全面安全的防护体系，实现我国无人机产业和低空经济的高质量发展。

交叉 2026年01月28日 1 点赞 0 评论 203 浏览

WO3基电致变色智能窗中电解质的研究进展

摘要：作为三氧化钨（WO3）基电致变色智能窗的重要组成部分，电解质层在阻隔电极直接接触和促进离子传导方面发挥着不可替代的作用。然而，电解质对智能窗电致变色性能的影响机制尚未完全阐明，严重制约了高性能电致变色智能窗的开发。本文系统分析了不同电解质类型及其各组分对智能窗电致变色性能的影响，从电解质-电极界面反应动力学角度分析性能衰退机制，并重点阐明了材料溶解和“离子捕获”效应的微观过程。基于这些理论认识，本文进一步总结归纳了电解液添加剂、“盐包水”体系和离子液体等电解液改性策略的性能提升机制，为研制下一代高性能WO3 基电致变色智能窗指明了创新方向。

交叉 2026年04月21日 1 点赞 0 评论 52 浏览

基于金属衬底的石墨烯温度传感器仿真

摘要:针对动力设备实时温度测量的需求,研究了一种快响应、宽温区的石墨烯温度传感器。传感器芯片由金属衬底、绝缘层、金属电极层、石墨烯传感层、保护层和金属抗氧化涂层组成。以热导率高的金属为衬底,另外在传统的陶瓷保护层的基础上增加四元金属抗氧化涂层,能够有效阻挡高温下氧气的渗透。利用有限元软件进行分析,当温度由室温升高到1 200 ℃时,采用硬质合金、氧化铝、氮化硅为衬底的芯片响应时间分别为55、660、75 ms,衬底热导率越高,响应速度越快。传感器芯片各层厚度的变化对热应力的影响极大,当金属衬底厚1 000 μm、绝缘层厚0.1 μm、保护层厚0.5 μm、氮化钛打底层厚0.04 μm、氮铝化钛过渡层厚0.3 μm、钛铝硅氮功能层厚0.7 μm、氮化钛硅着色层厚0.5 μm 时,最大热应力较小,为24 966 MPa。该研究为拓展石墨烯温度传感器的耐温范围提供新的思路,为石墨烯传感器应用于高温瞬态测量提供可行性方案。

交叉 2025年09月11日 1 点赞 0 评论 219 浏览