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.
脑机接口研究态势分析
摘要：[目的/意义]脑机接口（brain-computer interface, BCI）作为实现脑信号与外部设备直接交互的前沿技术，近年来在神经康复、辅助控制及智能交互等领域取得快速发展。分析BCI国际发展态势可为我国BCI科学研究和科技布局提供参考。[方法/过程]基于Web of Science 核心合集数据库，检索了2016—2025 年的11237篇BCI相关论文，采用科学计量、网络可视化和BERTopic主题模型等分析方法，对BCI领域的研究产出、学科结构、国际合作、科研机构及研究热点进行了系统分析。[结果/结论]全球BCI研究呈现多学科融合趋势，工程学、计算机科学与神经科学为核心学科；中国在发文量和高被引论文数量上均位居全球首位，并与美国、英国等主要科研大国保持紧密合作；科研机构集中在少数高校和研究所，呈现显著集聚效应。在研究主题方面，当前研究热点主要集中在脑电图运动想象分类、中风后运动功能与脑重塑、神经电极与信号记录技术、功能性近红外光谱技术，以及想象语音解码等领域，这些方向共同涵盖了BCI技术的硬件层、算法层及应用层3个关键层次。综合上述分析，本研究系统揭示了BCI领域的发展脉络与前沿热点，以期为未来研究、技术应用及产业化探索提供参考。
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.
电离辐射诱导金属有机框架的合成和功能化研究进展
摘要：金属有机框架（MOFs）主要由水热/溶剂热法合成，其反应过程涉及高温、高压、长时间和高能耗。尽管传统水热/溶剂热合成的MOFs具有高结晶性，但其内部的孔结构单一，且具有有限的或缺乏特异性的功能结构，极大限制其本征性能的提升和应用领域的拓展。因此，高效绿色合成具有高性能的功能MOFs仍具有挑战性。电离辐射技术凭借其独特的活化机制与刻蚀效应，在晶态多孔材料的高效合成和功能化方面展现出重要作用。本文概述了近年来基于电离辐射技术的MOFs合成与功能化的研究进展，重点涵盖伽马射线与电子束辅助的原位合成策略，包括富缺陷MOFs及其异质结构的构建；同时介绍基于伽马射线与电子束的后辐射改性方法，用于制备功能化MOFs并探讨其应用。
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.
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。
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。
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。
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.
