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《自然》《科學(xué)》一周（6.26-7.2）材料科學(xué)前沿要聞

2017-07-03 09:05:58 作者：本網(wǎng)整理來源：新材料在線分享至：

1. 40 納米碳納米管晶體管

原標(biāo)題：Carbon nanotube transistors scaled to a 40-nanometer footprint

國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖激勵(lì)器件研究人員在未來十年內(nèi)將包含所有部件的晶體管減少到 40 納米。Cao 等人報(bào)導(dǎo)了一個(gè)尺寸做到這么小的 p 溝道晶體管。它建立在一個(gè)半導(dǎo)體碳納米管上，占據(jù)空間不到先進(jìn)硅技術(shù)所占空間的一半，同時(shí)在0.5 V的低電源電壓下提供明顯更高的傾斜歸一化電流密度，其值高于 0.9 毫安/微米，亞閾值擺幅為 85 mV/Dec。Cao 等人還展示了具有相同小尺寸的晶體管，基于這種納米管的實(shí)際高密度陣列，在沒有歸一化的情況下，能夠傳輸比在相同的超速驅(qū)動(dòng)下最佳硅器件更高的電流。利用低電阻端接觸，高純度半導(dǎo)體碳納米管源和自組裝來將納米管壓制成完整的表面覆蓋對(duì)齊陣列。（Science DOI: 10.1126/science.aan2476）

2. 用于電化學(xué)儲(chǔ)能器件的液化氣體電解質(zhì)

原標(biāo)題：Liquefied gas electrolytes for electrochemical energy storage devices

電化學(xué)電容器和鋰離子電池的電解質(zhì)化學(xué)性質(zhì)在商品化方面幾乎沒有改變，這限制了其在器件性能上的提升。結(jié)合優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)和高介電流動(dòng)性因素，Rustomji等使用基于溶劑體系的電解質(zhì)，即專門使用在標(biāo)準(zhǔn)條件下通常為氣態(tài)的組分，使得能夠在擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)顯示出具有穩(wěn)定性和優(yōu)異性能的寬電壓窗口。使用二氟甲烷的電化學(xué)電容器隨著工作電壓增加，從 -78 到 +65°C 顯示出卓越的性能。對(duì)于循環(huán)鋰金屬陽極，使用氟甲烷顯示出高約 97％的庫侖效率，以及 4 V 鋰鈷氧化物陰極的良好循環(huán)性，并且操作溫度低至-60℃時(shí)優(yōu)異的容量保持性。（Science DOI: 10.1126/science.aal4263）

3. 纖維素生物燃料對(duì)可持續(xù)能源未來的貢獻(xiàn)：選擇和結(jié)果

原標(biāo)題：Cellulosic biofuel contributions to a sustainable energy future: Choices and outcomes

到本世紀(jì)中葉，纖維素作物預(yù)計(jì)將供應(yīng)很大比例的運(yùn)輸能源需求。但是，預(yù)期的土地需求非常巨大，如果不能很好的理解其中的此消彼長，從而制定適當(dāng)?shù)囊?guī)定性政策，那么這就有造成環(huán)境損害的潛在危險(xiǎn)。最近的實(shí)證研究結(jié)果表明，與氣候變化減緩、生物多樣性、活性氮損失和作物用水有關(guān)的纖維素生物能源問題可以通過適當(dāng)?shù)姆N植、布置和管理選擇來解決。特別是，目前還未開墾的邊際土地上生長的本地多年生物種對(duì)氣候變化減緩和其他利益都具有巨大的潛力。（Science DOI: 10.1126/science.aal2324）

4. 高度量子糾纏態(tài)在芯片上的產(chǎn)生及其相干控制

原標(biāo)題：On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control

基于糾纏光子的光學(xué)量子態(tài)對(duì)于解決基礎(chǔ)物理學(xué)中的問題至關(guān)重要，是量子信息科學(xué)的核心。具體來說，量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究需要實(shí)現(xiàn)高維狀態(tài)（D-能級(jí)量子系統(tǒng)，即 D 能級(jí)量子位，其中 D > 2）和對(duì)它們的控制，以提高量子成像方案的靈敏度，從而改善量子通信協(xié)議的穩(wěn)健性和關(guān)鍵速率，用以實(shí)現(xiàn)更豐富多種的量子模擬，并實(shí)現(xiàn)更高效和容錯(cuò)的量子計(jì)算。集成光子學(xué)近來已成為緊湊、經(jīng)濟(jì)高效、穩(wěn)定地生成和處理非經(jīng)典光學(xué)狀態(tài)的領(lǐng)先平臺(tái)。然而，到目前為止，集成糾纏量子源已被限制在量子位（D = 2）。Kues 等人演示了芯片上生成 D 能級(jí)量子位糾纏狀態(tài)，其中光子以多個(gè)高純度頻率模式的相干疊加產(chǎn)生。特別是確認(rèn)了具有至少一百個(gè)維度的量子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，其由具有 D = 10 的兩個(gè) D 能級(jí)量子位糾纏形成。此外，利用最先進(jìn)的現(xiàn)成電信元件，引入了一個(gè)連貫的操縱平臺(tái)，用于控制頻率糾纏狀態(tài)，能夠執(zhí)行確定性的高維門控操作。Kues 等人通過測量貝爾不等式的違反情況和執(zhí)行量子態(tài)斷層掃描來驗(yàn)證了此平臺(tái)。這項(xiàng)工作能夠在單一空間模式下生成和處理高維量子態(tài)。（Nature DOI: 10.1038/nature22986）