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《自然》《科學》一周（6.26-7.2）材料科學前沿要聞

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

1. 40 納米碳納米管晶體管

原標題：Carbon nanotube transistors scaled to a 40-nanometer footprint

國際半導體技術路線圖激勵器件研究人員在未來十年內將包含所有部件的晶體管減少到 40 納米。Cao 等人報導了一個尺寸做到這么小的 p 溝道晶體管。它建立在一個半導體碳納米管上，占據空間不到先進硅技術所占空間的一半，同時在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動下最佳硅器件更高的電流。利用低電阻端接觸，高純度半導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齊陣列。（Science DOI: 10.1126/science.aan2476）

2. 用于電化學儲能器件的液化氣體電解質

原標題：Liquefied gas electrolytes for electrochemical energy storage devices

電化學電容器和鋰離子電池的電解質化學性質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。結合優異的物理化學性質和高介電流動性因素，Rustomji等使用基于溶劑體系的電解質，即專門使用在標準條件下通常為氣態的組分，使得能夠在擴展的溫度范圍內顯示出具有穩定性和優異性能的寬電壓窗口。使用二氟甲烷的電化學電容器隨著工作電壓增加，從 -78 到 +65°C 顯示出卓越的性能。對于循環鋰金屬陽極，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性，并且操作溫度低至-60℃時優異的容量保持性。（Science DOI: 10.1126/science.aal4263）

3. 纖維素生物燃料對可持續能源未來的貢獻：選擇和結果

原標題：Cellulosic biofuel contributions to a sustainable energy future: Choices and outcomes

到本世紀中葉，纖維素作物預計將供應很大比例的運輸能源需求。但是，預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，從而制定適當的規定性政策，那么這就有造成環境損害的潛在危險。最近的實證研究結果表明，與氣候變化減緩、生物多樣性、活性氮損失和作物用水有關的纖維素生物能源問題可以通過適當的種植、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. 高度量子糾纏態在芯片上的產生及其相干控制

原標題：On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control

基于糾纏光子的光學量子態對于解決基礎物理學中的問題至關重要，是量子信息科學的核心。具體來說，量子力學的基礎研究需要實現高維狀態（D-能級量子系統，即 D 能級量子位，其中 D > 2）和對它們的控制，以提高量子成像方案的靈敏度，從而改善量子通信協議的穩健性和關鍵速率，用以實現更豐富多種的量子模擬，并實現更高效和容錯的量子計算。集成光子學近來已成為緊湊、經濟高效、穩定地生成和處理非經典光學狀態的領先平臺。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 能級量子位糾纏狀態，其中光子以多個高純度頻率模式的相干疊加產生。特別是確認了具有至少一百個維度的量子系統的實現，其由具有 D = 10 的兩個 D 能級量子位糾纏形成。此外，利用最先進的現成電信元件，引入了一個連貫的操縱平臺，用于控制頻率糾纏狀態，能夠執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行量子態斷層掃描來驗證了此平臺。這項工作能夠在單一空間模式下生成和處理高維量子態。（Nature DOI: 10.1038/nature22986）