纳米器件

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所与德国布伦瑞克理工大学半导体技术研究所合作签约共建纳米器件研究中心。苏州纳米所所长杨辉与德国布伦瑞克理工大学半导体技术研究所所长Prof. /Dr. Andreas Waag代表双方共同签署了合作协议。 　　在此次签约仪式上，Wagg教授阐述了本次合作的意义，杨辉表示高度赞同，并提出希望在GaN方面开展可能的深入合作。双方还就后续合作工作的开展达成共识。 　　根据协议，该中心将在生物纳米园筹建办公场所，主要致力于以下三方面工作：做好半导体研究链从材料生长、器件加工到产品检测的衔接 利用校企各自优势，搭建学生交流平台 推进相关技术转移、推广及知识产权保护。苏州纳米所纳米器件重点实验室也将配合协助该中心的建设。之后，Wagg教授一行参观了纳米器件重点实验室太赫兹实验室。

7月5日上午，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所与苏州大学联合共建的功能纳米材料与器件重点实验室揭牌成立。 　　功能纳米材料与器件重点实验室以苏州纳米所和苏州大学现有的重点实验室为基础，瞄准国家重大需求，开展高水平功能纳米材料与器件的基础研究和应用基础研究，围绕&ldquo 功能纳米材料的设计与可控制备&rdquo 、&ldquo 功能纳米材料与器件的界面调控&rdquo 、&ldquo 功能纳米器件与应用&rdquo 三大研究方向展开合作研究，为解决纳米战略新兴产业的核心技术问题提供科学依据。同时凝聚和培养相关领域科学发展所需的高层次人才，开展高层次国内外科技合作与交流，提升我国在功能纳米材料与器件领域的国际影响力。 　　苏州工业园区科技发展局副局长徐健表示，联合实验室的成立对于形成一加一大于二的合作优势，扩大交流机制，迈向国家重点实验室的发展目标，加速推进园区纳米技术及相关产业发展，具有重要而深远的意义。 　　中科院院士李述汤代表联合实验室作了情况汇报，详细介绍了实验室概况、研究水平与贡献、队伍建设与人才培养、开放交流与运行管理和实验室发展规划的基本情况。 　　苏州大学副校长袁银男希望联合实验室能够为高校与科研机构之间的合作树立新的标杆，为纳米技术人才培养注入新的活力，成为纳米科技合作研究、教育和创新方面的先行者与领导者，并最终建设成为国家重点实验室。 　　苏州纳米所所长杨辉回顾了苏州纳米所自成立以来与苏州大学在纳米技术研究领域的合作历程，期待双方以共建联合实验室为契机，进一步加强合作，共同为构筑纳米技术产业生态圈做出积极贡献。 揭牌仪式现场

心“动”来“电” 多根纤维组成的纳米纤维发电机示意图 　　也许在不久的未来，你一边走路一边就可为装在你口袋里的iPod充电，甚至你那怦怦跳动的心脏还能驱动便捷式血压传感器。美国研究人员在最新一期《自然纳米技术》杂志上报告说，他们创造出了第一种可实际使用的运动发电纳米器件，新的“纳米发电机”在受到挤压、弯曲或摇动的情况下能输出与一节AA电池几乎相同的电压，从而为研发出可自供电的电子器件敞开了大门。 　　先前，研究人员已开发出利用机械能为电子器件供电的器件，但此类运动发电纳米器件原型无法达到理想的电压，因此并不具备应用价值。2008年，研究人员就开发了一个可为手机供电的护腿，但是其尺寸越小，输出的电力也越小，无法实现为电池充电。迄今为止，研究人员一直未能展示出可为任何纳米或非纳米器件供电的基于纳米技术的发电机原型。 　　美国佐治亚理工学院的材料学家王中林和同事表示，他们已克服了输出功率太小的难题。王中林的实验室创造出了两种塑装的新型纳米发电机，每一种都特别薄且可弯曲，长度和厚度与一根回形针相仿。其关键部分是由晶状氧化锌制成的纳米线，氧化锌晶体是一种可将机械压力转化为电能的压电材料。每根纳米线的厚度为几百纳米。 　　其中一种发电器件的纳米线的外形酷似钉床，里面充填着塑料材料以增强其耐用性，这些塑料材料被夹在导电材料层之间。在研究人员轻轻挤压该纳米发电机时，其能产生0.24伏特的电压。这已足以驱动研究人员开发的两种不同的纳米传感器：一种用以测量流体的酸度 另一种用于探测紫外光。 　　另一种供电能力更强器件的纳米线看起来更像铁路枕木，搭在铬和金制成的相对轨道上。研究人员在一张薄片上安排了700个这样的轨道。当研究人员轻轻弯曲该纳米发电机时，其产生了超过1.26伏特的电压，这比先前创建的纳米发电机原型高出60倍，已接近标准碱性电池的1.5伏特。这个电压增加了其实际应用的可能性，譬如可在不用插座的情况下给手机电池充电。 　　与此前的器件相比，新型纳米发电机具有几大优势。首先，研究人员并没有像许多压电材料那样使用有毒的重金属，这使其是环境友好的，在体内使用时也更安全。其次，其可在低于水的沸点的温度条件下制成，这一温度远远低于制作标准电子器件所需的温度。此外，其还具有按比例放大制作的潜力，这将使其更为普及。 　　研究人员表示，器件的小型化是发展趋势，但光是将器件制作得小并不足够，还必须使其获得持续的电力供应以适应移动生活的需要。利用新型的纳米发电机，未来可将这些器件放置在任何环境中，这些器件将在无需电池的情况下独立地、可持续地工作。环境中的各种机械能，如潮汐运动、海波、机械振动、旗帜迎风飘扬、徒步者运动鞋的压力以及衣服的飘动等，在未来都可成为电力的来源。 　　王中林对建立运动发电的传感器网络颇感兴趣。他表示，未来的家中可能会有无数无形的传感器，其担负着探测家中是否着火、淹水或泄露有害气体的重任，一旦发现问题，这些传感器将向计算机发送无线信号，更重要的是，这些传感器根本不需要联至插座上进行充电或更换电池。 　　有关专家评价说，该项工作将会对纳米技术产生广泛影响，其首次为“无所不在”的未来电子世界提供了可能。 　　不过，研究人员也表示，纳米发电器件真正在衣服或手机中展现其魅力之前，还必须缩减尺寸，改善整体电力输出并增强其存储电力的能力，这将成为研究人员接下来需要面对的挑战。 　　该研究得到了美国国家科学基金会、国防部高级研究计划局和能源部的资助。

单分子器件可用于研究电荷传输的微观机制，并可为在纳米尺度研究物质的基本物理化学性质提供理想平台。传统上，单分子器件的构建通常需要在功能分子的末端引入杂原子锚定基团，从而将分子固定在电极之间。然而，长期以来，受限于这一方法，单分子器件的研究对象主要局限于结构相对简单的线性分子体系。 　　在中国科学院院士、中科院化学研究所有机固体院重点实验室研究员朱道本的指导下，臧亚萍课题组与和合作者首次报道了基于碳纳米环带的单分子器件，并发现了其由于独特的环张力效应带来的异于常规线性分子的新奇电子学和化学性质。 　　碳纳米环带是一种通过自下而上合成的新型碳基纳米材料，被视为碳纳米管的最短单元结构，具有高度精确可调的尺寸、边缘和拓扑结构。臧亚萍课题组和合作者发现，无需引入任何杂原子锚定基团，由于独特的环张力作用，碳纳米环分子可以利用弯曲的径向π轨道直接和金电极键合，构筑具有超低接触电阻的碳纳米环单分子器件。研究进一步利用不同尺寸碳纳米环分子张力的变化，可以实现对其电导的高效调控。此外，臧亚萍课题组、化学所陈传峰课题组及中国科学技术大学杜平武课题组合作，探讨了碳纳米环带边缘结构对其导电性质的影响规律，发现了在碳骨架中引入“五元环”边缘能够显著促进电荷传输，因而带来超高电导。 　　近日，臧亚萍课题组发现环张力能够影响分子的电荷输运性质，并使其展现出特殊的化学反应能力。该研究通过对碳纳米环单分子器件施加定向电场，在温和条件下(常温，0.6 V电压)实现了相邻苯环间非极性C-C键的断裂，形成了由Au-C共价键连接的线性寡聚苯单分子器件。对照实验和DFT计算进一步表明，这一独特反应遵循经典芳香亲电取代(EAS)机理，其中静电场发挥了关键的催化作用。该方法对不同尺寸的纳米环具有普适性。利用这一方法，课题组制备了目前最长的八聚苯单分子器件，揭示了电子的隧穿传输距离可以延长至八个苯环单元。该原位反应方法为在表界面精准构筑新型碳纳米结构以及研究其电子学性质提供了新手段。相关研究成果发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。 　　上述成果将单分子器件的研究拓展到复杂环形分子体系，揭示了环张力这一独特结构效应对分子电子学和化学性质的特殊调控作用。这为未来发展具有复杂几何和拓扑结构的新型分子材料和器件提供了新思路。研究工作得到国家自然科学基金和中科院的支持。碳纳米环带单分子器件

中国科学院福建物质结构研究所承担的福建省科技重大专项新颖光电纳米材料及其原型器件研发日前通过了省级验收。 　　据介绍，该项目主要研发应用于显示和发光中的强荧光纳米高聚物材料、低核有机金属电致发光纳米材料、蓝光/紫外激光材料等纳米光电材料与器件。在强荧光纳米高聚物材料研发方面，获得10多种在紫外可见光范围内光致或热致变色、荧光可调等具有良好发光性能的新型高聚物发光材料，高聚物发光材料的粒度分布均匀，热稳定温度大于200℃ 在低核有机金属电致发光纳米材料与器件的研发方面，获得了系列含有机膦配体的低核铜化合物，基于低核铜磷光配合物的器件达到5V以内启亮，最大电流效率超过5cd/A，寿命长达55小时 在蓝光/紫外激光纳米材料与器件的研发方面，获得了在半导体激光泵浦下蓝光/紫外发光肉眼可见的新型纳米复合材料，材料直径和厚度分别超过过30毫米和3毫米。 　　项目申请中国发明专利23件。

近日，受科技部委托，江苏省科技厅组织以南京大学施毅教授为组长的专家组在苏州对江苏省纳米器件重点实验室&mdash &mdash 省部共建国家重点实验室培育基地建设项目进行了验收。江苏省科技厅、苏州工业园区科技局、苏州纳米所等单位有关同志参加了会议。 　　专家组认为，该重点实验室围绕&ldquo 高效高功率半导体蓝绿激光器&rdquo 、&ldquo 高效太阳能电池&rdquo 、&ldquo 高灵敏度太赫兹探测器技术&rdquo 和&ldquo 碳纳米材料与器件物理&rdquo 四个研究方向，开展了纳米材料和纳米器件的基础与应用基础研究，并在项目承担、论文专利产出、人才队伍建设、科研条件建设以及运行制度建设等方面取得了显著的成绩，圆满完成了建设计划任务书规定的任务，实现了建设目标，一致同意通过验收。 　　通过三年多的建设，纳米器件重点实验室面积达3200平方米，通过培养和引进人才，形成了一支由1名973计划首席科学家、5名国家千人计划等专家领衔的优秀创新团队，其中博士学历占70%以上。建设期间，该重点实验室承担国家和中科院、江苏省等科研项目230余项 突破了聚光高效多结电池和绿光激光器的器件关键技术，形成了自主的核心技术，达到国内领先水平 解决了450nm蓝光激光器的工程化关键技术，并实现产业化 突破了基于室温半导体的高灵敏度太赫兹场效应混频器检测器及其应用于高灵敏度接收机的核心科学技术问题，形成0.3-1.0THz的高灵敏度太赫兹探测器芯片与模块。研究成果共发表SCI论文160余篇，申请发明专利180余件，授权60件 获得省部级奖3项。 　　专家组对重点实验室未来的建设提出了宝贵的建议和意见，并希望实验室人员再接再厉，凝练研究方向，加大基础和应用基础领域的研究，进一步提高人才队伍的素质，为申请国家重点实验室做好准备。

日前，中科院合肥研究院智能所研究员刘锦淮和黄行九带领课题组，在纳米间隙电极传感器件的研究中取得重要进展。 　　纳米间隙电极传感器件的突出特点，是可直接将待测物质的某种特性转化为更简洁、更直观的电信号——如电阻、阻抗等，以实现对目标分子的痕量、高灵敏度检测。其中，针对痕量的待测目标分子，如何获得增强、有效的信号一直是研究热点之一。智能所研究人员运用金纳米颗粒构筑了纳米间隙电极，提出了两种检测新思路。 　　首先，他们通过在纳米间隙电极间引入硒化镉量子点，有效提高了有机分子链霉亲和素检测的灵敏度与信号强度。同时，他们采用电化学阻抗谱和循环伏安法，进一步证实了在紫外可见光照下信号显著增强效应 停止光照后，电化学阻抗值恢复到未加光照的水平。这些发现表明硒化镉量子点的信号增强作用是可靠且可逆的。该研究结果近期发表于国际纳米材料杂志《微尺度》，并被选为当期封面。 　　相反，研究人员将环糊精组装到金纳米颗粒表面，利用环糊精分子(CD)空腔对多氯联苯分子(PCBs)的捕获作用，提出了另一种“抑制电荷输运”式检测新方法，即当不良介电性质的多氯联苯分子进入到环糊精分子空腔后，测量的电流信号强度显示出明显下降。采用该方法对多氯联苯的最低检测浓度可达1纳米。此成果发表在美国化学会《分析化学》杂志上。 　　据悉，上述研究工作获得国家“973”计划项目、国家自然科学基金委重大研究计划“纳米制造的基础研究”、中科院“百人计划”等项目的支持。

北京大学郭雪峰研究员在市基金“石墨烯导电材料在纳米/分子器件中的应用基础研究”(项目编号：2112016)等项目的资助下，以纳米/分子电子学中的核心研究——纳米/分子器件为研究方向，重点围绕纳米材料的控制生长、纳米材料的性质和器件功能构筑等方面开展了系统研究工作。在功能化的碳基单分子电子器件方面，发展了一种制备锯齿形石墨烯点电极阵列的普适方法，提高了分子电子器件的制备成功率，并通过光、质子和离子等手段实现了对器件导电性的可逆调控。在功能复合纳米/分子电子器件的设计和构筑方面，瞄准当前原理纳米器件探索的难点，研究纳米材料与纳米器件中的构效关系 利用有机无机半导体材料的特异性质和能带优势，重点发展了若干光响应纳米器件和具有特殊界面的场效应晶体管，有望发展成为新一代的高灵敏度光检测器，为进一步构建多功能复合逻辑器件奠定了基础。　　研究成果在Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等权威期刊发表学术论文25篇，其中影响因子大于7的高影响力论文19篇 申请专利6项，授权专利4项。郭雪峰研究员2012年度获得国家自然科学基金杰出青年基金、王宽诚教育基金，2015年度入选科技部中青年科技创新领军人才 研制出的“稳定可控的单分子电子开关器件”入选2016年度中国科学十大进展。

窄带InSb半导体材料以高电子迁移率、大朗德g因子和强大的Rashba自旋轨道耦合特征而著称，成为自旋电子学、红外探测、热电以及复合半导体-超导器件中的新型量子比特和拓扑量子比特的材料候选者。 　　由InSb制成的低维纳米结构如纳米线或2D InSb纳米结构(或量子阱)，也因丰富的量子现象、优异的可调控性而颇具潜力。然而，InSb量子阱由于大晶格常数，较难在绝缘基板上外延生长。解决这些问题的方法之一是自下而上独立生长出无缺陷的纳米结构。通过气-液-固(VLS)生长出的2D InSb纳米片结构具有非常高的晶体质量，显示出单晶或接近单晶的优异特性，而在以往研究中其生长过程几乎均是起源于单个催化剂种子颗粒，因而位置、产量和方向几乎没有控制。 　　荷兰埃因霍温理工大学与中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心HX-Q02组特聘研究员沈洁等合作，开发出通过金属有机气相外延(MOVPE)在预定位置以预设数量(频率)和固定取向/排列生长2D InSb纳米结构的新方法(可控生长)，并利用低温电输运测量其制备而成的量子器件，观察到不同晶体结构对应的特征结构。 　　在这一方法中，通过在基底上制备V型槽切口，并精确控制成对从倾斜且相对的{111}B面生长的纳米线进行合并来形成纳米片。纳米片状形态和晶体结构由两根纳米线的相对取向决定。TEM等分析表明，存在与不同晶界排列相关的三种不同的纳米片形态——无晶界(I型)、Σ3-晶界(II型)、Σ9-晶界(III型)。后续的器件制备和输运测量表明，I型、II型在输运上表现出良好的性质，有较好的量子霍尔效应，出现了量子化平台，也有较高的场效应迁移率。 　　与之相对，III型纳米线因特殊晶界的存在，出现了明显的迁移率降低和较差的量子霍尔行为，且在偏压谱中被观察到象征势垒的零偏压电导谷。这归因于Σ9晶界带来的势垒对输运性质的影响。 　　研究表明，通过这种方法制备的I型和II型纳米片表现出有潜力的输运特性，适用于各种量子器件。尤其是这种生长方案使得InSb纳米线与InSb纳米片一起生长，具有预定的位置和方向，并可创建复杂的阴影几何形状与纳米线网络形状。 　　这一旦与超导体的定向沉积相结合，便可用最少的制备步骤产生高质量InSb超导体复合量子器件，为拓扑量子比特和新型复合量子比特提供器件平台。此外，与通过分子束外延(MBE)生长的InSb纳米片相比，采用这一方法生长的InSb纳米片更薄，更有助于量子化现象的出现和增加可调控性。 　　2月8日，相关研究成果以Merging Nanowires and Formation Dynamics of Bottom-Up Grown InSb Nanoflakes为题，在线发表在Advanced Functional Materials上。研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、北京市科技新星计划和综合极端条件实验装置的支持。图1.(a)InSb纳米线和纳米片基底的示意图。在InP(100)晶圆上制作v型槽切口(“沟槽”)，暴露出(111)B面。金颗粒在InP(111)B切面预先确定的位置上进行曝光制备，InSb纳米线在其上生长。通过在相反的InP(111)B切面上沉积Au颗粒，InSb纳米线将合并，形成(e)纳米桥和(f)纳米片。图2.三种类型的InSb纳米片的晶体取向与最终形貌的关系图4.三种纳米片的低温电输运测量。(a-c)显示了两端电导作为背门电压Vbg和磁场B的函数，即朗道扇形图。插图中显示的是假彩色SEM图像。纳米薄片被Al电极(蓝色)接触，Σ3和Σ9晶界分别用黄色和红色虚线标记。(d-f)为(a-c)在4T、8T和11T处扇图的截线，显示量子化平台存在与否。(g-i)为三种类型纳米片低磁场下微分电导dI/dV与Vbias和Vbg的函数关系，可以看出(i)中存在与晶界对应的零偏压电导谷。(j)由三种不同类型的纳米片制成的8个器件的场效应迁移率，显示三类纳米线不同的迁移率。

垂直纳米环栅晶体管因其在减小标准单元面积、提升性能和改善寄生效应等方面具有天然优势，能满足功耗、性能、面积和成本等设计要求，已成为2nm及以下技术节点芯片的重点研发方向。 微电子所先导中心朱慧珑研究员团队于2019年首次成功研发出p型具有自对准栅极的叠层垂直纳米环栅晶体管（见IEEE Electron Device Letters，DOI: 10.1109/LED.2019.2954537），并对n型器件进行了研究。与p型器件制备工艺不同，n型器件在外延原位掺杂时，沟道和源漏界面处存在严重的杂质分凝与自掺杂问题。为此，团队开发出了适用于垂直器件的替代栅工艺，利用假栅做掩模通过离子注入实现源漏的掺杂，既解决了上述外延原位掺杂难题，又突破了原位掺杂的固溶度极限，更利于对晶体管内部结构的优化和不同类型晶体管之间的集成。为获得可精确控制沟道和栅极尺寸的垂直环栅器件，选择性和各向同性的原子层刻蚀方法是不可或缺的关键工艺。团队对此方法进行了深入分析和研究，提出了相应的氧化—刻蚀模型，应用于实验设计，改进和优化了横向刻蚀工艺；用该刻蚀工艺与假栅工艺结合，首次制备出了具有自对准栅的n型叠层垂直纳米环栅晶体管，器件栅长为48纳米，具有优异的短沟道控制能力和较高的电流开关比（Ion/Ioff），其中纳米线器件的亚阈值摆幅（SS）、漏致势垒降低（DIBL）和开关比为67 mV/dec、14 mV和3×105；纳米片器件的SS、DIBL和开关比为68 mV/dec、38 mV和1.3×106。相关研究成果发表于期刊Nano Letters（DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01033）和ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.0c14018）上，先导中心博士生李晨为文章第一作者，朱慧珑研究员与张永奎高级工程师为共同通讯作者。 该研究得到中科院战略先导专项（先导预研项目“3-1纳米集成电路新器件与先导工艺”）、青年创新促进会和国家自然科学基金等项目资助。 图 (a) 替代栅结构TEM截面，(b) 垂直环栅纳米器件TEM截面的EDX元素分布图，(c)氧化-刻蚀模型，(d) n型垂直环栅纳米线器件的Id-Vg特性及TEM俯视插图，(e) n型垂直环栅纳米片器件的Id-Vg特性与TEM俯视插图

记者近日从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院智能所研究员刘锦淮等带领课题组，创新性地提出了基于分子间隙纳米器件检测重金属离子的新方法，实现了对汞离子的特异性电学敏感响应及检测，并结合理论模拟计算阐明了其敏感机制。相关成果近期发表于《科学报告》杂志。 　　研究人员通过在叉指微电极间组装填充谷胱甘肽分子层包覆的金纳米颗粒，间接实现了分子间隙纳米器件的构筑。该纳米器件对汞离子显示出高灵敏的电学响应，且表现出较低的检测下限。 　　理论模拟研究发现，其敏感机制主要在于：重金属离子桥连相邻的金纳米颗粒间谷胱甘肽分子形成络合物后，改变其前线轨道分布及能量，进而影响到纳米器件的电子输运性能。 　　相关专家认为，该研究可为设计具有特异性敏感响应的纳米器件提供新思路。

近期，中科院合肥物质科学研究院智能所仿生功能材料与传感器件研究中心刘锦淮研究员、黄行九研究员领导的研究团队在持久性有机污染物检测电学纳米器件研究方面取得一系列新成果。 　　持久性有机污染物(POPs)指人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链(网)累积、并对人类健康产生危害的化学物质，它具有毒性高、化学稳定性强等特点。传统检测方法复杂，检测仪器体积大、成本高，因而利用纳米材料独特的物理化学效应，研制具有现场实时检测功能的纳米传感器件，简化检测程序，降低成本，具有重要的学术价值和社会效益。 　　基于纳米传感器件灵敏度与晶粒尺寸的相关效应，智能所研究团队成功研制出了纳米颗粒组装的多层多孔纳米结构二氧化锡(SnO2)空心球、SnO2/多壁碳纳米管纳米复合物和珊瑚状SnO2等纳米结构材料。基于上述独特结构纳米材料的传感器对艾氏剂、滴滴涕等POPs具有高的灵敏度和短的检测时间。 　　这作为一种新的POPs检测方法，引起国内外同行的广泛关注，英国物理学会在其网站对智能所研究团队的工作作了特别报道。 　　为了进一步提高传感器对POPs的选择性，研究人员还将β-环糊精修饰到多壁碳纳米管上制作成电导式传感器，对多氯联苯具有非常好的选择性，相关成果已被英国《材料化学杂志》(Journal of Materials Chemistry)作为底封面文章发表。此外，研究人员利用多孔阳极氧化铝膜的强大负载能力，制作电容传感器对多氯联苯进行检测，发现其具有较高的灵敏度和较强的抗干扰能力。 　　相关的研究工作得到了国家重大科学研究计划(纳米研究计划)、国家自然科学基金和中科院“百人计划”等项目的大力支持。

10月23日，科技部高新司在京组织召开纳米材料与器件技术及产业战略研讨会，新材料技术领域专家组成员，以及相关企业、高校、研究院所的30余位专家出席了会议。科技部高技术中心陈志敏副主任、高新司和高技术中心相关处室同志参加会议。 　　研讨会上，来自相关高效和科研院所的专家代表，分别就纳米加工、表征技术与设备及标准化，纳米器件的设计、功能化应用及信息应用技术等问题进行了汇报，并针对纳米技术在航空航天、能源转换与储能、生物医用、环境保护、节能减排、基础产业等领域的应用进行了专题报告。 　　与会专家围绕纳米材料和器件技术及产业发展进行了深入研讨，并就如何加强“十二五”期间我部纳米技术和产业推进工作，提出了宝贵的意见和建议。

北京大学信息科学技术学院博士研究生杨雷静与王胜副研究员作为共同第一作者所撰写的论文Efficient photovoltage multiplication in carbon nanotubes，于2011年11月1日在《自然》子刊《自然?光子学》(Nature Photonics, 2011, 5, PP.672-676)上发表。该论文报道了碳纳米管光电器件研究的重要突破，也是电子学系彭练矛教授研究组在碳纳米管器件研究领域所取得的最新进展。 　　在地球资源日益匮乏的今天，太阳能作为重要的替代能源具有很多不可超越的优势。基于纳米尺度新材料的太阳能光伏器件研究是当前国际太阳能光伏领域研究的热点。碳纳米管是直接带隙材料，一直被认为可能在构建下一代太阳能电池中发挥重要影响。并且，半导体的单壁碳管具有独特的能带结构，以及很好的紫外到近红外的宽谱光吸收特性，可以充分地吸收利用太阳光。先前的研究已证明，碳管材料构建的光伏器件具有光生载流子倍增效应，利用这种效应构建的太阳能电池可能超越理论上预计的单个太阳能电池效率极限。但是大多数典型半导体碳管器件的光电压一般小于0.2V，对于实际应用而言小得难以满足需要。如何非常高效地级联碳管太阳能电池以获得高的光电压输出，就成为碳管光伏器件领域富有挑战性的工作之一。 　　碳管级联太阳能电池模块示意图 　　彭练矛研究组提出采用虚电极对接触方法，无需传统的掺杂工艺即可有效地使器件的光电压产生倍增，具体说来，在一根10μm长的碳管上级联5个电池单元，就可以获得大于1V的光电压。这项工作是在彭练矛研究组一系列前期研究的基础上实现的。2008年，研究组提出采用非对称接触电极的方法实现无需掺杂制备碳纳米管二极管，研究结果发表在《先进材料》(Advanced Materials, 2008, 20, 3258)上。 在此基础上，采用近乎同样但经过改进的工艺，又于今年实现了第一个真正意义上的碳管红外发光二极管(LED)，其研究论文发表在《纳米快讯》(Nano Letters, 2011, 11, 23)上。 　　这项研究得到了国家重大科学研究计划和国家自然科学基金委员会的资助。

p 　　近日，中国科学院国家纳米科学中心研究员孙向南和西班牙巴斯克纳米科学中心教授Hueso等合作，在分子自旋电子学研究方面取得重要进展，提出并报道了全新的分子自旋光伏器件。相关研究成果于8月18日在《科学》(Science)杂志在线发表，并已申请国家发明专利(申请号:201611011759.5)。 /p p 　　分子半导体材料由于具有丰富的光电性质，被广泛应用于分子电子器件的研究中，如光伏电池、发光二极管和场效应晶体管等。此外，由于分子材料较弱的自旋轨道耦合作用，其自旋弛豫时间可以达到毫秒级，使之成为极具吸引力的自旋输运材料。将分子半导体材料丰富的光电性质与优异的自旋输运性质有效结合，是探索构建全新功能性分子自旋电子器件，并实现分子自旋电子学研究领域突破的新途径。 /p p 　　分子自旋光伏器件(MSP)是基于自旋阀器件结构和富勒烯(C sub 60 /sub )分子材料构建的一种新型器件。该器件可在外部光、磁复合场作用下实现电子自旋和电荷输出信号的相互耦合，进而实现全新的器件功能，包括：磁场调控太阳能电池开路电压，室温下利用特定操控模式实现可控完全自旋极化电流输出、磁控交流电信号输出、磁控电池开关等。 /p p 　　MSP器件在自旋阀工作模式下，一个铁磁电极(Co)用于向C sub 60 /sub 半导体层中注入自旋极化载流子，另外一个铁磁电极(NiFe)用于自旋检出，自旋极化的载流子通过C sub 60 /sub 薄膜实现输运。在恒定偏压下，该器件输出电流随两个铁磁电极的相对磁化方向变化(即自旋阀效应)，受该效应影响的输出电流百分比称为磁电流(MC)。另外，MSP器件在7.5Mw/cm2白光照射下可观察到微弱的光伏效应。在短路的条件下，C sub 60 /sub 层中的光生载流子受内建电场的驱动扩散到两个铁磁电极产生输出电流，这些载流子因为通过磁性电极输出后在极短的时间内完全自旋弛豫，因此并不会产生自旋阀效应。该器件在开路时，外加电压将驱动电子从Co电极输运到NiFe电极实现电荷复合，因为C sub 60 /sub 优异的自旋输运性质，此时复合电流将会受自旋阀效应的影响。如上所述，MSP器件在光、磁复合场作用下，输出电流与复合电流相异的自旋相关性是实现全新自旋器件功能性的关键。 /p p 　　该研究提出的分子自旋光伏器件作为一种新型器件，在高灵敏度光、磁复合场传感器、单器件磁控电流转换器等方面具有潜在的应用价值，并且相较于传统的分子自旋阀，该器件获得相同磁电流响应信号的运行功率降低至1%以下。同时，该器件还可以应用于分子半导体材料自旋输运和自旋光电子学等研究领域的探索中。 /p p 　　孙向南为文章第一作者，Hueso为通讯作者，国家纳米科学中心为第一完成单位。该工作得到了中科院“率先行动”百人计划、国家自然科学基金委面上项目和科技部重点研发计划的资助。 /p p style=" text-align: center " img title=" W020170818634585794445.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/5d19d7fb-2aaa-4c75-80fe-e46866ef0a9f.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 分子自旋光伏器件示意图 /strong /p p br/ /p

p 　　比利时校际微电子中心(IMEC)9日发表公报说，该中心成功开发出一种能直接读取单分子DNA(脱氧核糖核酸)碱基的新型光学纳米孔器件，有望用于遗传学研究快捷测序。 /p p 　　据介绍，新型器件结合了表面增强拉曼光谱和纳米孔流体技术，能以超高分辨率，实现无标记检测DNA中的遗传编码以及表观遗传变异。研究近期发表在英国《自然· 通讯》杂志上。 /p p 　　具体来说，这项技术通过纳米流体技术驱动DNA分子穿过一种拉长的纳米孔结构--表面等离子体纳米缝。而拉曼光谱是一种可反映分子特征结构的分子振动光谱。当DNA分子穿过纳米缝时，就会同时激发表面增强拉曼光谱，提供碱基分子的“指纹图”，以达到化学键水平的精准识别。 /p p 　　据介绍，这种新型纳米孔器件不仅可以“读取”DNA编码，还可以“读取”碱基的各种化学修饰产物。这些修饰产物通常携带了与表观遗传变异相关的大量信息，同时它们也影响细胞中的基因表达，对进化研究和分析癌症等疾病的发展具有重要意义。 /p p 　　表观遗传学是遗传学研究中最为前沿的领域之一，研究基因的DNA序列不发生改变的情况下，基因表达发生了可遗传的改变等现象。目前使用的表观遗传测序方法大都繁琐费时且价格昂贵。新型器件“是向开发可用于表观遗传学研究的快捷测序方案迈出的重要一步”，IMEC资深研究员陈昌博士说。 /p p 　　比利时校际微电子中心成立于1984年，是一家在纳米电子、能源和数字技术研究和创新领域领先的独立研究中心，总部位于比利时鲁汶，并在荷兰、美国和中国等地拥有研发小组。 /p

3月17日，国家重大科研仪器研制项目&ldquo 二维电子材料及纳米量子器件的研究和原位分析仪器 &rdquo 启动会在中国科学院微电子研究所召开。国家自然科学基金委相关领导、项目专家组成员、项目科研及管理人员共60余人参加了会议。会议由基金委信息科学部常务副主任秦玉文主持。 　　&ldquo 二维电子材料及纳米量子器件的研究和原位分析仪器 &rdquo 由中科院微电子所牵头，北京大学、中山大学、复旦大学、浙江大学、中科院半导体研究所联合承担。 　　微电子所副所长刘新宇代表研究所对与会领导和专家表示欢迎。微电子所八室主任夏洋等项目及课题负责人从二维电子材料及纳米量子器件的研究和原位分析仪器，二维材料的物理性质及纳米电子器件的理论模拟，二维半导体与绝缘体、金属的界面研究与原位分析，高性能、可器件化的ZnO半导体材料制备，石墨烯生长及原位拉曼表征平台研发，碳基纳米电子器件研究和E-PEALD/SPM/R仪器系统集成七个方面汇报了项目的进展情况、研制内容、研制计划和研制难点。与会专家认真听取汇报，建议项目组在做好科研工作的同时，要注重技术转移转化，提升产品的实用性，并针对项目可能存在的困难和问题提出了宝贵的意见和建议。 　　会后，与会领导、专家实地参观了微电子设备工艺研发实验平台和净化工艺线。 会议现场 参观微电子设备工艺研发实验平台

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子构成蜜蜂窝形式的二维纳米结构，具有大的比表面积和良好的载流子传导性能，预期在高灵敏、低功耗室温生物化学传感器方面将得到广泛应用。然而，由于传感物质与石墨烯之间的吸附、电荷转移和脱附等相互作用，器件的有效制作方法和性能优化等方面还有大量工作需要探索。 　　一氧化氮(NO)气体一方面是有害气体，另一方面却是重要的生物功能信息传递分子。及时监测呼出气体的NO浓度变化，可对哮喘等肺部疾病的发作提前预警。然而，目前NO呼吸气体测试仪器体积偏大、价格昂贵，而且大都集中在大型医疗机构，无法在更大范围内推广使用。 　　近期，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所器件部刘立伟课题组李伟伟等与中科院物理所科研人员合作，在制作基于石墨烯的高灵敏一氧化氮气体传感器方面取得进展。研究人员以微纳加工图形化的石墨烯为电极，利用交流电泳技术制作金属纳米颗粒修饰还原的氧化石墨烯传感通道。气体分子的作用降低了石墨烯与金属颗粒之间Schottky势垒的厚度，实现了1 ppb(10亿分之一)至1 ppm(100万分之一)的高灵敏探测性能，对于低功耗、室温NO高灵敏呼吸和环境探测具有潜在应用价值。器件制作示意图和性能测试如图所示。 　　该项工作成果已经发表在ACS Nano(2011, 5 (9), pp 6955–6961)上。 　　该项研究得到了国家基金委、科技部、苏州市科技发展计划的资助，并得到苏州纳米所加工和测试平台的技术支持。 　　基于石墨烯的高灵敏传感器件结构和性能

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 2019年8月5-6日，由天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心(TICNN)主办的津京冀纳米科学青年科学家论坛(NSSC 2019)在天津大学如期召开。会议邀请到多名石墨烯、器件相关领域世界顶尖科学家与国内青年科学家，大家齐聚一堂，不分国界，共同探讨石墨烯等二维材料合成、制备以及相关电子学器件的研发、物理机制及纳米技术的前沿科学问题和未来发展方向。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/5b33c1a6-65eb-4d26-a575-5a2d387ea125.jpg" title=" IMG_8727.jpg" alt=" IMG_8727.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 论坛现场 /span /p p 　　天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心的本次论坛活动，得到多位顶尖科学家参加，包括美国佐治亚理工学院董事教授、美国国家工程院院士、中国工程院外籍院士、香港科学院创院院士，被业界广泛誉为“现代半导体封装之父”的汪正平教授 美国佐治亚理工学院董事会教授、石墨烯电子学的开拓者和奠基人Walter A. de Heer教授等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/edf8c346-2a20-4ef0-9db0-7bdf8ae961a8.jpg" title=" IMG_8655.jpg" alt=" IMG_8655.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学纳米中心执行主任马雷教授主持会议 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/2038f83e-febb-49a1-b5ac-13afde7180c3.jpg" title=" IMG_8677.jpg" alt=" IMG_8677.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 美国佐治亚理工学院董事教授汪正平 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Composition Tuned Hybrid Perovskites: From Materials Engineering & amp Device Design for Efficient,Stable Perovskite Solar Cells /span /p p 　　钙钛矿太阳能电池组成包括钙钛矿结构化合物等。钙钛矿材料如甲基铵卤化铅和全无机铯铅卤化物，生产成本低，制造简单。 /p p 　　(1)在传统的顺序沉积中，致密的PbI2薄膜可能阻碍MAI溶液在整个PbI2薄膜上的扩散，从而导致钙钛矿和TiO2之间界面中未反应的PbI2残留。为解决PbI2残留问题，汪正平团队开发了一种合成多孔PbI2薄膜的新方法。从PbAc2和MAI的前体开始，摩尔比1：2，在加热条件下释放热不稳定的CH3NH3(CH3COO)，从而由于体积收缩而在PbI2膜中产生孔隙。加载MAI溶液后，p-PbI2将改善PbI2向钙钛矿的转化。 /p p 　　(2)另外，spiro会引起不稳定，也是这种器件结构中最昂贵的材料。研究人员已经做出一些努力来开发新的HTL来代替spiro，它主要分为两类：合成更新的有机材料和开发低成本的无机材料。然而，复杂的合成过程可能阻碍有机材料的大规模生产。另一方面，含有PbS和CuI HTL的PSC存在低效率的问题，并且CuSCN可以与钙钛矿反应。在这方面，汪正平团队提出一种替代的p型材料：NiO。低温溶液处理的NiOx HTL可以显着提高整个器件的稳定性。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/9cece423-7f33-4e23-ac99-6311b8c8bdb0.jpg" title=" IMG_8739.jpg" alt=" IMG_8739.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心、美国佐治亚理工学院董事会教授Walter A. de Heer& nbsp /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Epigraphene for Graphene Based Nanoelectronics /span /p p 　　外延石墨烯，其研究的主要原因是外延石墨烯有望在一些关键领域(速度、能源效率和器件密度)成功替代硅电子技术。高目标的定位向世界上最先进的技术提出了挑战，显然需要很长的时间才能实现。从一开始，佐治亚理工学院的石墨烯项目(在石墨烯剥离之前的几年)的开拓性工作就专注于这一目标，并取得了系列成功。它是唯一符合可行纳米电子平台最基本要求的石墨烯电子平台：它必须基于单晶衬底，并且工艺必须是可扩展的。这些条件是超高规模集成和再现性所必需的，正如过去70年硅电子产品奇迹般的发展所表明的那样。 /p p 　　事实上，外延的缺乏最终导致剥落的纳米图案器件是绝缘体，而外延石墨烯纳米结构可以在微米尺度上弹射，即使边缘在结晶学上不完美。报告中，佐治亚理工学院Walter A. de Heer团队，与天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心马雷团队合作，在SiC的非极性面上的外延石墨烯的发展，其具有与在碳化硅中蚀刻的沟槽的侧壁上生长的石墨烯纳米带非常类似的边缘状态传输特性。电子传输由单通道边缘状态支配，平均自由程超过15μm，是石墨烯层的约1000倍。观察到涉及边缘态的异常量子霍尔效应。同时，天津大学颗粒与纳米系统国际研究中心的石墨烯小组，在近期已经实现了从碳化硅晶柱到300微米晶体的全套工艺流程。 /p p 　　非极性外延石墨烯平台允许相互连接的纳米结构按照传统模式形成一维网络。在低温下，法布里 - 珀罗振荡明显，表明在很大距离上的相位相干性可以用于未来互连的相位相干器件。尽管传输的物理性质尚未完全了解，但很明显，这一发现为非传统石墨烯纳米电子技术提供了一条独特而可行的途径。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/36636a53-aa4b-4aa6-a8b5-35827505efd6.jpg" title=" IMG_8817.jpg" alt=" IMG_8817.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学李小英教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：SU(1,1) nonlinear interferometer and its Application /span /p p 　　近年来，一种新型的非线性干涉仪(NLI)引起了人们的广泛关注。与传统干涉仪不同，NLI利用光参量放大器进行波的分裂和组合。结果表明，NLIs在许多方面都优于传统干涉仪。特别地，非线性光学过程对波混合的参与允许不同类型的波的相干叠加。这种混合方式是传统干涉仪无法实现的，传统干涉仪的相干组合依赖于线性分束器。李小英介绍NLIs在原子自旋波、光波、声波等各种波中的性质，以及在量子计量、量子信息和量子态工程中的应用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/00da5e33-3a36-40ae-ac81-f74a784a4b40.jpg" title=" IMG_8842.jpg" alt=" IMG_8842.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 奥地利约翰开普勒大学孙立东副教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Real Time Monitoring of the Growth of Nano-Structures /span /p p 　　差示光谱学是一种用于探测表面和界面结构的通用技术。相比传统表面分析技术，这种技术具有表面敏感、非破坏性、不受真空条件的限制等优势。因此，这些方法非常适合于各种环境条件下的地表过程的原位研究。报告中，孙立东讨论了差示光谱学技术在监测和精确控制包括金属团簇、有机薄膜和二维过渡金属双卤代烷在内的纳米结构中的应用。最后，还介绍了荧光显微镜作为实时监测有机薄膜生长的原位探针的新应用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/88aa35d8-e3e0-4892-a470-84f322f99463.jpg" title=" IMG_8870.jpg" alt=" IMG_8870.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 韩国帕克原子力显微镜副总裁Sang-Joon Cho& nbsp /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Non-contact AFM with Self-Optimizing and Pinpoint Scan Control for Quantitative Nano-Metrology /span /p p 　　与光镜、电镜等显微镜相比，原子力显微镜(AFM)测量绝对尺寸时缺乏准确性和重复性、操作参数设置的复杂等限制了其被广泛采用。然而，由于研究和表征创新纳米材料的强烈需求，AFM分析的重要性日益增加。非接触模式AFM，采用前馈算法、Hann函数和双伺服系统，提高了x-y扫描的精度，保持了尖锐的尖端，针对非接触模式的扫描参数，帕克原子力显微镜开发了自优化算法，很大限度地减小了用户技能变化和用户对AFM测量的影响。此外，精确扫描控制可最大限度地减少磁性和电气测量的地形影响，并有助于定量表征纳米材料。Sang-Joon Cho在报告中演示了生物材料的定量纳米力学映射，以及半导体和光伏材料的纳米电子映射。表明，AFM的定量分析为控制材料各方面的发展开辟了新的途径，有助于提高效率、降低失效和成本。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/d412c221-a204-47ae-8121-57a8dfe36db5.jpg" title=" IMG_8936.jpg" alt=" IMG_8936.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 复旦大学包文中教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Wafer-Scale Devices and Circuits Based on 2D Transition Metal Dichalcogenides /span /p p 　　广泛研究的TMDs材料，如MoS2和WSe2，由于其二维特性和良好的电子输运特性，可通过大规模的合成方法获得，非常稳定，并具有优越的门控性能，显示了数字和射频电子的光明前景。报告中，包文中首先介绍了大规模控制合成MoS2, MoTe2和PtSe2的各种方法，以及为实际电子应用实现晶片级，均匀和高质量连续薄膜必须克服的主要障碍。并重点讨论了晶圆级TMD薄膜的兼容器件制造工艺，主要是关于场效应晶体管的电接触层和介电层的形成。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/fefcee17-c922-4f24-9a5d-45779b564a82.jpg" title=" IMG_8995.jpg" alt=" IMG_8995.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 日本产业技术综合研究所前副所长Kiyoshi Yokogawa& nbsp /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Application of SPM for Surface Science /span /p p 　　由于利用扫描探针显微技术(SPM)在原子尺度上表征表面结构的创新工作，Bennig和Rohrer于1986年获得诺贝尔物理学奖。该方法为纳米技术的建立奠定了基础。Kiyoshi Yokogawa介绍了其实验室利用SPM在表面科学中的应用：1)新碳——利用STM方法在大气中发现了由六边形和五边形组成的热处理富勒烯碳五边形，并发现了碳的新表面相石墨的环状上层结构 2)特高压下金属表面清洁——通过UHV-STM观察到Nb的1x1结构，即干净的表面，只有这样才能制造出干净的表面，因为Nb是非常活跃的氧或氢的金属。在清洁表面后，喷射氢气，观察气体对表面的影响 3) MFM的金属相——应变诱发的马氏体是HE形成的原因，但在电镜下不易识别，因此使用MFM对该相进行观察，发现双晶界处形成了马氏体，从而引起HE。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/8121f556-9a42-479d-94a1-de689ddd3486.jpg" title=" IMG_9020.jpg" alt=" IMG_9020.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 日本丰田工业大学Masamichi Yoshimura教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Alcohol Assisted Thermal Reduction of Graphene Oxide /span /p p 　　通过还原氧化石墨烯(GO)制备石墨烯是一个快速发展的研究领域，因为它能够大量生产石墨烯以用于广泛的应用。然而，由于GO的固有缺陷，利用GO制备原始石墨烯类材料仍然有许多挑战。到目前为止，有很多相关克服挑战的研究工作，如在非常高的温度下退火(约1800摄氏度)，或在外部碳源存在下还原等。Masamichi Yoshimura介绍了在醇存在下GO(通过改进的Hummers方法合成)的退火导致石墨烯，或更精确地恢复还原的氧化石墨烯(RGO)，具有改善的电性质。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/aced3828-3c52-4aab-a352-a1b5c36ccd0e.jpg" title=" IMG_9070.jpg" alt=" IMG_9070.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 南开大学何明教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：High Temperature Superconducting Microwave Devices and Systems /span /p p 　　高温超导器件和系统具有插入损耗低、噪声低、选择性高等优点，具有较高的灵敏度和抗干扰性能。它们在无线通信、国家安全、医学、材料科学、卫星通信等诸多领域有着广泛的应用。目前，高温超导微波接收机前端子系统已成功应用于深空探测、卫星通信、雷达系统等领域。何明介绍了薄层超导薄膜、高温超导滤波器及其在微波系统中的应用进展。还分享了高温超导微波系统的小型化及单芯片集成技术等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/192d46de-602e-4594-9c8b-97f09f20c3b4.jpg" title=" IMG_9095.jpg" alt=" IMG_9095.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 云南大学杨鹏教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Few Layered PtS 2 and its Properties /span /p p 　　近年来，MoS2和WS2(Group 6)等层状过渡金属二卤代烃(TMDs)的研究取得了很大的进展。然而，对于属于其他TMDs的研究却很少。杨鹏报告中介绍到，采用化学气相沉积法制备了大面积少层析的pt2(Group 10)。然后分别用原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、极化拉曼光谱(偏振拉曼光谱)、光致发光(PL)、场效应晶体管(FET)和范德堡(van der Pauw)等方法对这些层数较少的PtS 2进行了表征。结果表明，pt2具有很高的载流子迁移率和温度依赖性拉曼光谱，在先进的光电器件中具有潜在的应用前景。（实验过程，得到天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心相关表征设备的协助） /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/ac55ffa7-f88d-4c48-a46a-de222078b300.jpg" title=" IMG_9132.jpg" alt=" IMG_9132.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 天津大学孙志祥副教授 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 　　演讲题目：Nanoscale Defect Effects in Sr2IrO4 Probed by Low-Temperature Scanning Tunneling Microscopy /span /p p 　　Sr2IrO4作为莫特绝缘体与铜酸盐的母体化合物具有许多相似之处。有许多预测认为适当掺杂可能会产生高温超导相。然而，缺陷/掺杂诱导绝缘子向金属过渡(IMT)的机理还有待进一步研究。报告中，孙志祥介绍了利用低温扫描隧道显微镜针对Sr2IrO4的相关研究，利用原子分辨表面形貌，识别出不同类型的内在表面缺陷。在隧穿光谱中还观察到电荷转移行为。同时，通过比较其他类似化合物的结果，也讨论了IMT的一般机理。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/450413ff-6b99-4794-9125-a0f08497d060.jpg" title=" IMG_9143.jpg" alt=" IMG_9143.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 首都师范大学王贺 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 演讲题目：Ferromagnetic Tip Induced Unconventional Superconductivity in Weyl Semimetal /span /p p 　　王贺于2016年在北京大学获得博士学位，随后在天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心马雷教授团队进行博士后工作，2018年加入首都师范大学。本次报告内容主要介绍了其博士和博士后期间的相关研究内容。外尔半金属表面诱导超导性为研究拓扑超导性提供了一个很有前途的平台，这是目前凝聚态物理研究的一个热点。通过实验发现，在TaAs单晶中，铁磁尖的硬点接触法可以诱导非常规的超导性。铁磁尖诱导超导态的磁输运测量显示出量子振荡，揭示了点接触的拓扑性质，并显示出铁磁与诱导超导态的相容性。进一步证明显示，铁磁尖诱导的超导态隧穿输运的点接触谱可以用拓扑超导机制来解释。考虑到新型超导电性外尔半金属材料在实验中难以实现，研究结果为通过硬点接触法将拓扑半金属材料与铁磁性材料结合起来研究非常规超导电性提供了一条新的途径。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/240b5740-d2ed-4849-9d5a-8f359ac78f66.jpg" title=" IMG_9168.jpg" alt=" IMG_9168.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 帕克原子力显微镜美国分部总裁Keibock Lee& nbsp /span /p p 　　Keibock Lee简单分享了帕克原子力显微镜公司“Enable nanoscle advances for the betterment of our world”的愿景，公益基金方面，除了Park AFM Scholarships奖学金，还透露即将面向年轻教授推出Startup Professorship Award。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/8bf0a2fc-2d53-49c1-a481-70dc3c2342a2.jpg" title=" 讨论.png" alt=" 讨论.png" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 会上讨论 /span /p p 　　继会议首日13个精彩报告后，会议第二日，接着进行了16个主题报告，继续就石墨烯等二维材料合成、制备以及相关电子学器件等纳米科学问题进行了进一步讨论。 /p p 　　本次会议，由于正值天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心(以下简称：TICNN)全面运行一周年之际。于是，会议间隙，在马雷老师的讲解下，与会者共同参观了纳米中心，切身体会到纳米中心一年来的建设成果。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 822px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/44f794aa-c5ff-4ef6-861f-558da1525215.jpg" title=" 参观1.png" alt=" 参观1.png" width=" 600" height=" 822" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 纳米中心参观花絮一 /span /p p 　　天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心由天津大学于2015年10月批准建立，次年，马雷教授回国全身心投入到中心的建设。2018 年 7 月 22 日，TICNN正式全面运行。与传统研究中心不同，天津大学纳米中心在整个创建过程中，实现了诸多原创性仪器设备的搭建，并形成一系列自主知识产权。中心目标为力求建设成为世界一流的石墨烯电子学、团簇物理学和柔性电子学的国际化研究平台。三个主要研究方向分别为外延石墨烯电子学，团簇物理学，先进功能性碳材料及柔性可穿戴电子学。 /p p 　　在短短一年时间里，在马雷老师的带领及其团队的共同努力下，纳米中心现已建设成为功能日益完善的国际化研究中心，纳米中心各类大型实验设备的调试安装已经进入尾声，在为校内外科研同行提供了丰富便捷的公共测试服务的同时，实现了设备仪器与技术工艺的全面共享。其次，纳米中心自主设计并建造了 3 套自由团簇研究系统用以深入系统地研究自由团簇的电子结构、高激发态寿命及其内壳层的电子结构...... /p p 　　更多关于“天津大学天津纳米颗粒与纳米系统国际研究中心”的建立背景、快速发展现状，请点击以下视频全面了解： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=854F7B100766EDD09C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=5B1BAFA93D12E3DE& playertype=2" type=" text/javascript" /script p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 822px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/c88bf30e-a610-4964-8f9f-7faee747c703.jpg" title=" 参观2.png" alt=" 参观2.png" width=" 600" height=" 822" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 纳米中心参观花絮二 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/39b22286-1a43-4a58-b370-5eaa00fc8ab4.jpg" title=" IMG_8811.jpg" alt=" IMG_8811.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Coffee Break& nbsp /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201908/uepic/007c9911-d592-48d7-8625-3fb05e07fe4f.jpg" title=" IMG_9190_副本.jpg" alt=" IMG_9190_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 合影留念 /span /p

氮化镓（GaN）器件具有更高耐压，更快的开关频率，更小导通电阻等诸多优异的特性，在功率电子器件领域有着广泛的应用前景：从低功率段的消费电子领域，到中功率段的汽车电子领域，以及高功率段的工业电子领域。相比于横向器件，GaN纵向功率器件能提供更高的功率密度、更好的动态特性、更佳的热管理及更高的晶圆利用率，近些年已取得了重要的进展。而大尺寸、低成本的硅衬底GaN纵向功率器件更是吸引了国内外众多科研团队的目光。中科院苏州纳米所孙钱研究团队在读博士研究生郭小路及其他团队成员的合作攻关下，经过近三年时间的不懈努力，先后在高质量异质外延材料生长及掺杂精确调控、器件关态电子输运机制及高压击穿机制、高性能离子注入保护环的终端开发等核心技术上取得突破，该系列研究工作先后发表于电子器件领域国际专业学术期刊IEEE Electron Device Letters, vol. 42, no. 4, pp. 473-476, Apr 2021. Applied Physics Letters, vol. 118, no. 24, 2021, Art. no. 243501. IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 68, no. 11, pp. 5682-5686, 2021。团队成功研制出的高性能硅衬底GaN基垂直肖特基二极管，具有优异的正向导通性能（Ron=1.0 mΩcm2），开关比高达1011，理想因子低至1.06，正向输出电流1660A/cm2。器件的关态耐压达603V，器件的Baliga优值（衡量器件正反向电学性能的综合指标）为0.26GW/cm2。器件在175oC的高温及380V反向偏压下，开关性能仍未发生失效，综合实现了耐高温、耐高压等优异特性。硅衬底GaN基纵向功率二极管器件性能目前处于国际前列。上述系列工作的主要作者为中科院苏州纳米所在读博士研究生郭小路，团队特别研究助理钟耀宗博士和已毕业博士生何俊蕾等为相关工作作出了重要贡献，通讯作者为孙钱研究员和周宇副研究员。上述工作得到了国家自然科学重点基金项目、国家重点研发计划课题、中国科学院重点前沿科学研究计划、江苏省重点研发计划项目等资助。图1. GaN 水平器件与垂直器件的特点比较图2. GaN基纵向功率二极管的关态击穿电压与开态导通电阻（Ron,sp）的评价体系。国内外相关研究团队的自支撑衬底和硅衬底GaN基肖特基势垒二极管（SBD）,结势垒肖特基二极管（JBS），凹槽MOS型肖特基二极管（TMBS）器件性能的比较。图3.（a）硅基GaN纵向功率二极管的外延结构（b）外延材料的CLmapping（c）器件的结构示意图（d）制备器件的离子注入保护环。图4.（a）线性坐标下与（b）对数坐标下有、无离子注入保护环(GR)终端的硅基GaN纵向SBD的正向IV曲线（c）不同温度下硅基GaN纵向SBD的开态导通电阻（d）离子注入保护环个数对反向击穿耐压的影响。(e)有、无离子注入保护环对硅基GaN纵向SBD温度特性的影响。

据美国物理学家组织网4月3日报道，近日，美国伊利诺伊大学研究人员宣布，他们用原子力显微镜探针检测了与富勒烯(石墨单原子层)接触点的热电效应，首次发现富勒烯晶体管在纳米尺度具有自行制冷效应，能降低自身温度。该研究成果发表在4月3日网络版的《自然纳米技术》杂志上。 　　计算机芯片的速度和尺寸大小受制于散热效果。电流通过设备材料由于碰撞而产生热，这种现象称为电阻热，这种热大大超过了给设备局部制冷的电效应，因此绝大部分电子设备都需要散热。使用硅芯片的计算机要用风扇或流水给晶体管制冷，这一过程消耗了大量的电能。 　　未来由富勒烯制造的计算机芯片，比硅芯片速度更快更省电。但由于富勒烯太薄，人们对它的发热散热机制一直不太了解。由伊利诺伊大学机械科学与工程教授威廉姆金和该校微尺度与纳米技术实验室电学与计算机工程教授埃里克波普共同领导的研究小组，用一种原子力显微镜探针(AFM tip)作为温度计，扫描了一个富勒烯—金属接头，首次测量了富勒烯晶体管在工作过程中的温度。他们发现，在富勒烯晶体管和金属接触点，热电制冷效应比电阻发热效应更强，晶体管的温度更低。 　　“在硅和大部分材料中，电热效应比它们的制冷效应要强得多。”金解释说，“但我们发现在富勒烯晶体管中，存在一个制冷效果比电阻热更强的区域，让它们能自行冷却。以前从未发现过富勒烯设备有这种自行制冷效应。”而这种自行制冷效应意味着，富勒烯电子设备不需要制冷，或只要很少的制冷，将带来更高的能效，进一步加大了富勒烯作为硅替代品的吸引力。 　　波谱表示，富勒烯电子设备还处在初级阶段，这一新发现将使它在热电方面的应用得到加强。下一步，他们打算用AFM温度探针来研究碳纳米管及其他材料的冷热效应。

讲座时间：北京时间10月31日（周四）下午15:00-16:00 导电原子力显微镜（C-AFM）是一种非常有用的扫描探针显微镜（SPA）纳米表征技术，它不仅可以对样品的形貌进行表征，更重要的是可以探测许多介质材料和电子器件的局部电学性质。C-AFM技术已经成功表征了介质薄膜的许多重要的纳米级现象，比如：局部缺陷、电荷捕获和释放、应力诱导漏电流、负偏置温度不稳定性等。 目前，随着电子器件尺寸和介电材料厚度的不断缩减，纳米级电学性质表征技术手段的应用和发展变得日益重要。本讲座首先简要介绍C-AFM技术的发展历程、工作原理、工作特点及方式；其次重点介绍C-AFM技术在二维材料和忆阻器中的电学表征应用。 具体内容是利用C-AFM技术：1.研究化学气相沉积法制备的六方氮化硼（h-BN）的电学性质：介质击穿特性和厚度及电学性质均一性；2.在不同环境（大气和真空）下探测h-BN基忆阻器的阻变特性及导电细丝的形态表征；3.通过与其它电学设备相结合，实现更高性能的技术表征。最后，探讨未来多探针SPA技术的发展概念，有望实现在真空环境下对材料或器件的原位制备和表征。主讲人介绍： 惠飞博士，现以色列理工学院博士后，2018年7月获得巴塞罗那大学和苏州大学双博士学位。在攻读博士期间，她曾先后到世界顶级名校美国麻省理工学院和英国剑桥大学进行为期12个月和6个月的访学。在科研方面，5年时间内，她共参与发表SCI期刊学术论文38篇，其中，一作论文11篇，包括顶级期刊Nature Electronics, AdvancedFunctional Materials, ACS Applied Materials & Interfaces, 2D Materials, Nanoscale等。另外，她还参与德国Wiley出版的专著篇章一部，获批国家发明专利一项，申请国际专利两项，参与申请国际间/国家自然科学基金项目等8项。曾获得2019 ParkAFM博后奖学金、英国皇家化学会学者奖学金等。她的主要研究领域是化学气相沉积法制备二维材料及其在电子器件领域内的应用。请扫码免费申请网络讲座

据报道，2016年7月4日，英国牛津仪器公司利用其纳米实验室纳米级生长系统，启动了二硫化钼生长工艺研究。　　单层硫化钼是一种直接带隙半导体材料，在光电领域具有广泛的应用，如发光二级光、光伏电池、光探测器、生物传感器等，而多层二硫化钼是一种非直接带隙半导体，有望用于未来的数字电子技术。　　牛津仪器公司表示，该公司已经开展了广泛的研究，对化学气相淀积工艺进行了优化，开发了纳米实验室系统，这一系统能够处理广泛领域的液态/固态/金属-有机材料，适用于二维材料生长。该系统能够提供在蓝宝石、原子层淀积铝(氧化铝和氧化硅)等各种衬底上生长的能力，也能够淀积硫化钨、二硫化钼等二维过渡金属硫化物。　　该工艺的开发及其已经经过验证的成果极度令人振奋，因为纳米实验室等离子处理系统的二维材料处理能力进入到了一个新阶段。拉曼分析表明了单层材料的高品质，原子力显微镜表明了薄膜的平滑和一致性。该公司期待二维材料生长工艺的开发，将推动下一代纳米电子器件的开发。

近日，大连化学物理研究所生物技术研究部生物分离与界面分子机制研究组(1824组)卿光焱研究员团队和生物分子高效分离与表征研究组(1810组)张丽华研究员团队合作，在蛋白质SUMO化研究方面取得新进展，开发了一种基于噬菌体表面展示技术筛选出的环肽修饰的金属纳米离子通道器件，实现了SUMO1蛋白的实时感知与测量，并在监测去SUMO化反应和细胞成像中展现出很好的应用潜力。蛋白质SUMO化是一种重要的细胞活动调节机制，异常的SUMO化与多种癌症和神经退行性疾病密切相关，其中去SUMO化作为整个SUMO化循环过程的一部分，也发挥着非常重要的作用。目前，针对去SUMO化的药物“TAK-981”已进入临床试验阶段。为了理解SUMO化在疾病进展中的作用，首先需要对SUMO化蛋白进行精准测量。 　　SUMO蛋白主要分为3种类型，分别为SUMO1/2/3，SUMO2/3具有97%的同源性，而与SUMO1的同源性仅为47%。商业化的SUMO2/3抗体具有很高的识别精度，而SUMO1由于缺乏识别的抗体，目前不能被有效地检测。因此，开发一种精确、高效、低成本、无标记检测SUMO化蛋白，以及能用于监测去SUMO化反应的方法十分重要。 　　本工作中，合作团队通过噬菌体展示筛选技术得到SUMO1蛋白的亲和环肽，并将其修饰到镀金的锥形纳米孔道中，制备出一种功能离子通道器件，通过法拉第电流和跨膜离子电流，将环肽和SUMO1蛋白的结合通过电信号可视化呈现。 　　借助于对SUMO1蛋白的识别，该离子通道器件能够监测SENP1酶催化的蛋白去SUMO化反应，并且在细胞成像中进一步证实了环肽优于商业化SUMO1抗体。未来，环肽有望用于开发SUMO1探针、SUMO1靶向药物释放系统和药物设计，以及有助于开发富集材料，推进SUMO1蛋白质组学发展，从而提高对SUMO蛋白，特别是SUMO1在疾病和生理作用中的认识。 　　相关成果以“A highly sensitive nanochannel device for the detection of SUMO1 peptides”为题，发表在《化学科学》(Chemical Science)上。该工作的第一作者是我所1824组联合培养硕士研究生秦玥和博士后张晓雨。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划、大连化学物理研究所创新特区组启动基金等项目的支持。

这个装置表明的金纳米粒子改变检测仪器中光线的颜色。检测到的颜色反映了血液中药物的浓度。图片：蒙特利尔大学 　　中国科技网10月27日报道(张微)甲氨蝶呤是一个常用但有潜在毒性的抗癌药物，蒙特利尔大学开发的一个小型设备可以在不到一分钟的时间里测量病人血液中的甲氨蝶呤。该设备与目前医院里正在使用的设备一样精确，但成本却是目前设备的十分之一。 　　这个纳米设备有一个光学系统，可以迅速判断病人使用甲氨蝶呤的最佳剂量，同时尽量减少药物的副作用。这项研究在蒙特利尔大学化学系的Jean-Franç ois Masson 和Joelle Pelletier领导下完成。 　　甲氨蝶呤多年来一直用于治疗某些癌症及其他疾病，因为它能够阻止酶二氢叶酸还原酶(DHFR)。这种酶活跃在DNA的合成前体，从而促进肿瘤细胞的繁殖。&ldquo 虽然在治疗癌症方面有效，但甲氨蝶呤也有剧毒，会损害患者的健康细胞，因此需要密切监控患者血清中的药物浓度并及时调整用药剂量。&rdquo Jean-Franç ois解释道。 　　&ldquo 直到现在，医院一直使用的监控装置是一个笨重，昂贵的平台，需要有经验的人员，因为需要操作许多样品&rdquo ，Masson说。 　　精度相同但比当前医院使用的设备便宜10倍的这个装置，包含了一个光学系统，使它能够迅速识别治疗癌症所需剂量的甲氨蝶呤，将药物副作用最小化。图片：蒙特利尔大学 　　&ldquo 新设备的测量精度与在蒙特利尔Maisonneuve Rosemont医院应用的设备进行了对比。测试结果是准确的，不仅测量准确，而且我们的设备，花了不到60秒就产生了结果，而现有设备用时30分钟。&rdquo Masson说。 　　除了实时产生结果，由Masson设计的设备小巧便携，只需要小样本的就可以进行检测化验。&ldquo 在不久的将来，我们可以预见该设备放置在医生的办公室甚至在病人的床边，给病人最佳剂量的药物，使病人获得个性化的治疗，同时尽量减少并发症的风险。&rdquo Masson说。另一个非常大的好处是，&ldquo 传统设备需要投资约10万美元，新的移动设备可能会少十倍，成本约1万美元。&rdquo

中新网兰州9月5日电 (朱世强)今天上午，中德纳米技术及纳米标准化前沿论坛在兰州大学举行，“这次论坛将对中国纳米技术和纳米的重要应用，以及中德科研领域的交流与合作起到推动作用” 此次论坛主席、原兰州大学校长李发伸教授说。 　　这次论坛由中德科学基金研究交流中心、兰州大学、北京大学联合主办。其间，将就纳米科技发展现状、新型纳米材料、纳米磁性、纳米器件、纳米加工、纳米光学、纳米技术应用、纳米技术标准化等专题进行研讨，同时将有39场报告，报告内容将围绕纳米技术的最新进展、解读中国纳米科技发展现状、探讨纳米标准和纳米量衡等热点和前沿问题。 　　据介绍，纳米技术是21世纪最重要的技术领域之一，它的迅猛发展将促进几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技的支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。 　　中国科研在纳米材料学、纳米机械学、纳米显微学、纳米测量学以及纳米电子学和纳米生物学、纳米技术等研究和应用方面进展迅速。在纳米材料制备与合成、纳米材料计量、测量和表征技术及纳米材料的基础研究、应用研究和开发研究均取得重要成果。 　　李发伸说，这次论坛在中国的举办，不仅为推进纳米科学、纳米标准研究，建立和加强中德及其他国家科学家在相关领域的合作与交流提供了良好的机遇和平台，也为推进和提高中德两国纳米科学与技术及相关领域的进一步发展起到了积极作用。 　　中德科学家在2000年到2004年已在两国举办五次以上双边论坛，它是纳米技术和纳米标准化的国际高级论坛。本次会议其间，有纳米材料国际委员会前主席H. Hahn教授、俄罗斯科学院院士伊万诺夫、美国化学学会《ACS NANO》主编Paul Weiss、法国科研中心光子与纳米结构实验室主任研究员王肇中、中科院物理所解思深院士、清华大学薛其坤院士等来自德国、中国、美国、俄罗斯、法国、新加坡六个国家的专家、教授、代表100余人参加。

11月24日，国家纳米科学中心携手《科学》杂志向全球发布了十大前沿纳米科技难题，分别是：1.是否可以构建涵盖量子和宏观物理特性的纳米理论，进而能可靠地预测材料在纳米尺度的特性？2.纳米材料的安全性与哪些特性有关？在不同的环境中如何实现对其安全性的有效调节？3.纳米科学如何助力生物学发展？4.纳米技术将为医疗技术带来怎样的变革？5.如何借助可视化技术研究纳米材料的表面和界面？6.纳米技术如何影响不同类型催化剂的制备？7.如何实现原子精度制造的大尺寸化？8.纳米技术将如何提升算力进而助推光电器件的发展？9.纳米技术会对电子行业发展产生哪些影响，未来电子器件的能耗极限在哪里？10. 纳米技术如何助力全球可持续发展？十大前沿纳米科技难题旨在为全球纳米科技领域的科学研究提供指引，为探索纳米科技的知识边界、挖掘纳米科技潜能带来新的启迪；涵盖了从基础理论到前沿应用的纳米理论、纳米安全性、纳米催化、纳米生物、纳米医药、原子精准制造、极限测量及纳米科技对光电技术、电子器件和全球可持续发展的支撑与推动作用等十个纳米科技研究领域。 2023年4月底，国家纳米中心联合《科学》杂志开启了前沿纳米科技难题的全球征集工作。该项工作的目的是深入研究和分析目前纳米科技发展面对的关键问题，国内外纳米科技的发展现状及其在学科支撑、科技进步、社会发展和人类生活改善等方面产生的影响，进一步推动纳米科技的发展，得到了来自中国、美国、加拿大、德国、澳大利亚、新加坡、韩国等二十多个国家从事纳米科技研究的知名科学家和青年学者的积极反馈与响应。本次发布的十大前沿纳米科技问题结合当前国际前沿研究、未来科技发展和人类共同需求，对进一步激发纳米科技工作者的好奇心和自由探索的热情，引领未来纳米科技创新发展新趋势，集中力量攻克纳米科技难题，推动人类进步与社会的可持续发展具有重要意义。《科学》杂志曾于2005年和2021年两次面向全球发布“125个科学问题”，激发了全球科研工作者对未来科技发展的热烈讨论与思考。2022年，“纳米科学与工程”被国务院学位委员会和教育部列为一级学科，人才培养体系和职业教育体系更加完善。纳米科技已成为集交叉性、引领性和支撑性为一体的前沿研究领域。

目前，纳米材料已经被日益广泛地应用在电子、光电、生物电子、传感以及能源等领域的各种器件中。因此，理解和表征纳米材料的电学性能不仅是基础科学研究的兴趣所在，也是实现其广泛实用化的迫切需求。但是，传统的场效应晶体管(field-effect transistor, FET)方法在纳米材料电学性能的表征中遭遇到器件制备过程复杂、材料-电极欧姆接触不易实现以及检测通量较低等问题。　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅课题组与合作者共同发展了一种名为介电力显微术(dielectric force microscopy, DFM)的新型功能成像技术来解决上述难题。相关综述发表于近期的Accounts of Chemical Research 期刊(Accounts of Chemical Research 48:1788 (2015) )。　　半导体和金属材料对于外部电场介电响应的主要贡献来自于载流子迁移引起的宏观极化。因此，材料中的载流子浓度及其迁移率既决定了该材料的介电响应也决定了它的电导率。借助于扫描探针技术对微小作用力的超灵敏检测(~pN)，DFM通过测量材料的诱导偶极与针尖上的电荷之间的相互作用力来表征纳米材料的介电响应。此成像模式无需电极接触即可“看”到纳米材料中的载流子(图a)。以单壁碳纳米管(直径~1nm)和氧化锌纳米线(直径~30-50nm)作为研究模型，DFM成功地实现了对纳米材料介电常数的测量(Nano Letters 7:2729 (2007))、半导体与金属导电性的分辨(Nano Letters 9:1668 (2009))以及半导体材料中载流子类型的判定(Journal of Physical Chemistry C 116:7158 (2012))(图e-g)。更为有趣的是，DFM展现出传统FET方法无法实现的~20nm 的空间分辨率。　　此外，陈立桅与合作者通过比对同一单壁碳管的DFM与FET测量结果，证实了DFM与FET互为平行测量手段(Nano Research 7:1623 (2014))。相关研究结果揭示了DFM信号的门控调制比(DFM信号在不同门电压下的比值)正比于FET器件开关比的对数(图b)。这个半对数关系得到微观层面的Drude模型的解释和证实(图c)。这一模型将对未来DFM技术在不同材料与器件体系中的应用提供一个理论框架。　　在纳米材料电学性质测量领域中，由斯坦福大学教授沈志勋(Zhi-Xun Shen)开发的扫描近场微波显微术(scanning near-field microwave microscopy)具有与DFM类似的特性与功能(Review of Scientific Instruments 79:063703 (2008))。扫描近场微波显微术与DFM均具有无接触测量和纳米尺度空间分辨率等特性。不同的是，扫描近场微波显微术和DFM分别测量材料的高频和低频介电性质。DFM无需昂贵的高频网络分析器和特制的扫描探针，因而便于应用在多种复杂成像环境中。DFM这一成像模式可能在未来的基础研究与工业在线监测领域获得广泛应用。　　相关系列工作由国家自然科学基金、中科院先导专项计划、江苏省自然科学基金、美国化学会石油研究基金会和苏州纳米科技协同创新中心提供资助。　　图：(a)DFM二次扫描模式示意图。(b)DFM门控比与FET器件开关比之间的半对数关联性。(c)DFM信号与载流子浓度和迁移率依赖性的数值模拟结果。DFM纳米尺度空间分辨率展示：内部具有金属-半导体结的单壁碳管的形貌像(d)和介电响应像(e-g)。

复旦大学材料科学系武利民课题组研究设计开发了一种新的纳米粒子组装方法——纳米固流体法，首次实现了将高折射率的二氧化钛纳米粒子组装成能工作于可见光波段的超材料光学器件。相关研究成果已发表于《科学进展》。　　目前，绝大多数超材料采用金属材料来制备，这些金属超材料可较好地工作于微波和太赫兹波段。但在更高频率的近红外，特别是可见光波段，金属会吸收过多的光线并造成显著的能量损耗，从而限制了金属超材料在近红外和可见光波段的应用。因此，低损耗的非金属超材料的制备与应用是国际超材料研究领域的热点之一。　　据悉，武利民课题组通过将15纳米的锐钛矿二氧化钛纳米粒子组装成半球形和超半球形固体浸没超透镜，在常规的光学显微镜下实现了45纳米的超分辨率显微成像，大大突破了光学显微镜的极限分辨率200纳米，并揭示了二氧化钛纳米粒子间的近场耦合效应在该可见光超材料中的重要作用。　　这项研究提供了一种在纳米尺度操纵可见光的途径，未来将该组装方法与纳米印迹、微纳流体等技术结合，有望制备出紧凑、低成本的超材料光学器件，应用于隐身、光子计算机、近场光学检测及太阳能利用等领域。

导体材料是信息交互、电能传输和力、热、光、电、磁等能量转换的基础性材料，在航空航天、新能源汽车、电力线路等领域具有重要应用价值。随着大功率器件的发展，对轻量化、大载流、高导电性材料的需求越来越迫切。单根单壁碳纳米管（SWCNT）拥有极高的载流能力和电导率，载流能力比传统金属铜高出2~3个数量级，电导率更是银的1000倍以上。然而，当SWCNT组装成宏观薄膜的时候，由于碳管间电子/声子散射的影响，载流能力和电导率会显著降低，从而制约SWCNT薄膜在大功率器件领域的应用。 针对上述问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员康黎星等提出并研制了新型大载流、高导电碳纳米管复合薄膜材料。研究团队采用化学气相输运法将CuI均匀高效地填充到SWCNT管腔中，制备出CuI@SWCNT一维同轴异质结。SWCNT对CuI具有保护作用，保持了CuI的电化学活性，使其能够在恶劣的酸性环境和长期电化学循环下保持稳定性。研究通过电学测量发现，CuI@SWCNT薄膜相较于SWCNT薄膜具有更优的电导率和更强的载流能力，其载流能力提升4倍，达到2.04×107 A/cm2，电导率提升8倍，达31.67 kS/m。  SWCNT填充CuI后，SWCNT中电子流向CuI，导致SWCNT的费米能级降低；同时，CuI@SWCNT一维范德华异质结中SWCNT的结构未被破坏，载流子依然保持高效的传递速率，进而使得CuI@SWCNT薄膜具有更高的导电性和载流能力。CuI@SWCNT复合薄膜在未来高功率电子器件、大电流传输等应用中具有潜力。 相关研究成果以CuI Encapsulated within Single-Walled Carbon Nanotube Networks with High Current Carrying Capacity and Excellent Conductivity为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。