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2024 09.06

中科院金属所发明热发射极晶体管

集成电路是现代信息技术的基石，而晶体管则是集成电路的基本单元。随着晶体管尺寸的不断缩小，其进一步发展的挑战日益增多。因此，探索具有新工作原理的晶体管，已成为提升集成电路性能的关键。传统晶体管主要依赖稳态载流子的传输，而热载流子晶体管则通过将载流子调制到高能态来提升器件的速度和功能，展现出突破现有晶体管技术限制的潜力。然而，过去的热载流子晶体管主要依靠隧穿注入和电场加速来生成热载流子，由于界面势垒的影响，所生成的热载流子电流密度不足，严重限制了器件性能的提升。石墨烯等低维材料凭借其原子级厚度、优异的电学和光电性能，以及无表面悬键等特性，易于与其他材料形成异质结，从而产生丰富的能带组合，为热载流子晶体管的发展提供了新思路。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心与北京大学的科研团队合作，采用了一种创新思路，通过可控调制热载流子来提高电流密度，发明了一种由石墨烯和锗等混合维度材料构成的热发射极晶体管，并提出了一种全新的“受激发射”热载流子生成机制。该研究成果于8月15日以题为“A hot-emitter transistor based on stimulated emission of
2024 09.06

中科院金属所在金属中纳米孔弥散强化研究取得进展

磁电多铁材料是一种同时具有铁磁性和铁电性的多功能材料，近年来备受关注。由于其电学性质和磁学性质之间相互耦合，磁电多铁材料可以实现磁场控制电极化或者电场调控磁学性质，在高密度、低能耗、高读写速率器件中有着广阔的应用前景。发展新型轻质高强度材料是航空航天、汽车、消费电子等关键领域的共同迫切需求。当前材料轻量化一般通过添加更轻的合金元素（如轻质钢中的铝、铝合金中的锂）来实现。与之相比，引入孔洞是更为直观有效，且更具普适性的材料减重途径。但一般情况下，少量孔洞的存在即可导致材料的强度、塑韧性、疲劳性能等力学性能急剧降低。因此，在铸造、粉末冶金、3D打印等材料制备加工过程中，孔洞一般被视为严重材料缺陷而需严格控制并极力消除。近期，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心金海军研究员团队提出，如果细化至百纳米以下并弥散分布于材料中，孔洞将从有害材料缺陷转变为有益的“强化相”。该团队以金为模型材料研究发现，添加弥散纳米孔可在不损失、甚至提高塑性的同时，降低材料密度并大幅提升其强度。相关研究结果于8月9日以“Strengthening Gold with Dispersed Nanovoids”为
2024 09.06

中科院金属所发现多铁材料中铁电极化增强的新机制

磁电多铁材料是一种同时具有铁磁性和铁电性的多功能材料，近年来备受关注。由于其电学性质和磁学性质之间相互耦合，磁电多铁材料可以实现磁场控制电极化或者电场调控磁学性质，在高密度、低能耗、高读写速率器件中有着广阔的应用前景。磁电多铁材料的畴壁处存在晶格、自旋、轨道和电荷等多种自由度之间的相互作用，经常表现出体材料中所不具备的新奇物性，对调控材料的铁电性和磁学性能起着重要作用。然而，由于退极化场的不完全屏蔽或梯度能影响，畴壁处的铁电极化强度往往会降低，对材料的性能与应用带来不利影响。畴壁处的铁电极化是否能够实现增强是一个具有重要科学意义与潜在应用的基础科学问题。此外，铁电畴壁对磁电多铁性材料的磁学性能具有重要影响，揭示铁电畴壁处的磁性耦合机制对于深入理解其磁电行为至关重要。为了探索畴壁处的新颖界面现象与物性，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部的相关团队，围绕磁电多铁材料中铁电畴壁处的铁电极化行为和磁性耦合机制开展了系统性的研究工作，发现ε-Fe2O3中畴壁处的铁电极化行为受束缚电荷密度的调控。研究表明，ε-Fe2O3薄膜中存在两种类型的180°尾对尾铁电畴壁。透射
2024 09.06

中科院紫金山天文台等联合利用LHAASO给出超重暗物质属性的最强限制

近日，高海拔宇宙线观测站（LHAASO）合作组对超重暗物质粒子所产生的高能伽马射线信号进行搜寻并给出暗物质粒子性质最严格的限制。该研究成果以“Constraints on Ultraheavy Dark Matter Properties from Dwarf Spheroidal Galaxies with LHAASO Observations”为题于2024年8月7日在《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表，并被选为编辑推荐论文。暗物质是天文观测发现的存在于宇宙中的一种不发光的神秘物质，占宇宙中物质组成的85%，但暗物质粒子至今还没有被直接探测到。探测暗物质粒子是当前物理学和天文学共同关注的重大课题。在过去的20年间，世界上开展了一系列搜寻暗物质粒子的大型实验，集中搜索质量在0.1太电子伏特（TeV）附近的暗物质。暗物质粒子在密度高的地方可以相互碰撞并湮灭产生出伽马射线，通过研究这些伽马射线就能够发现并确定暗物质粒子的性质。LHAASO实验对高能伽马射线具有极强的探测能力，从而对超重暗物质粒子产生的信号有非常高的灵敏度，并能覆盖从一到一百万太电子伏
2024 09.06

中科院苏州纳米所张其冲等PNAS：低功耗离子人工突触纤维取得新进展

近千亿个神经元通过上百万亿个神经突触连接成的神经网络是人脑强大的低功耗计算能力的基础。突触位于前神经元轴突和后神经元树突/胞体之间，对于神经元之间的信息存储和传递至关重要。仿生神经形态设备如忆阻器、晶体管和人工突触器件可以模拟类似生物的突触可塑性，以实现低功耗信息处理。织物无处不在而且与人体不规则表面兼容，为集成这些架构提供了一个天然平台，有望赋予传统织物信息感知、处理和运动反馈控制等功能。基于纤维的神经形态器件已经有所报道，比如纤维忆阻器，纤维晶体管和光电人工突触纤维等，但它们主要基于模拟控制电子或空穴载流子的电脉冲模式。相比之下，拥有超过1015个突触的生物系统依赖于水基环境中的多离子和分子载体来处理传递信息。因此，利用水环境中的离子载体来模拟神经形态功能的突触装置如离子二极管和纳流体忆阻器为设计神经形态装置提供了新的机会。然而，由于高脉冲功耗、有限的信号感知/处理和复杂运动反馈控制回路的限制，纤维织物基神经形态感觉运动功能的实现仍然面临挑战。除此之外，目前流体人工突触设备或平面结构容易引起泄露的安全问题或不舒适，限制了它们在可穿戴/纺织电子产品中的应用。开发具有优异柔韧性、多向感
2024 09.06

中科院苏州医工所孙敏轩团队在Nature Immunology上发表炎症性肠病及结直肠癌机制研究最新成果

炎症性肠病是一种慢性、复发性的胃肠道疾病，不仅影响患者生活质量，且易进展为结直肠癌，严重危害患者生命健康。然而，炎症性肠病及其相关结直肠癌的确切发病机制尚不明确。骨髓增生异常综合征和急性髓系白血病是造血系统疾病，自1997年首次报道了7名同时患有炎症性肠病和骨髓增生异常综合征的病例以来，已有大量相似病例被记录。流行病学调查也显示，炎症性肠病和骨髓增生异常综合征、急性髓系白血病共患的概率较高，表明两者之间可能存在密切关联。近日，苏州医工所孙敏轩团队研究发现骨髓增生异常综合征和急性髓系白血病中的驱动分子核磷蛋白（NPM1）在炎症性肠病和结直肠癌的发生发展中发挥了关键作用，揭示了NPM1通过调节3型固有淋巴细胞（ILC3）线粒体功能影响其肠道稳态调控作用的分子机制（图1），为炎症性肠病及其相关结直肠癌的发病机制以及炎症性肠病与骨髓增生异常综合征和急性髓系白血病的联系提供了新的理论依据，也为炎症性肠病和结直肠癌患者提供了新的预后标志物和免疫治疗靶点。相关研究成果以“Nucleophosmin 1 promotes mucosal immunity by supporting mitochond
2024 09.06

中科院苏州医工所董文飞团队在声动力治疗脑胶质瘤领域取得进展

脑胶质瘤是最常见且侵袭性极强的原发性恶性脑肿瘤。尽管近年来在手术、放疗和化疗等传统治疗方法上取得了一定进展，但患者的预后仍不理想。由于胶质瘤生长迅速且易于复发，传统治疗方法往往难以彻底清除肿瘤，并且可能对正常脑组织造成严重的副作用。因此，寻找新的、更为有效且副作用较小的治疗方法成为医学研究的重点。声动力治疗作为一种新兴的非侵入性肿瘤治疗方法，具有无创、穿透深度大和副作用小的优点。该治疗通过超声波激活声敏剂，使其在肿瘤部位产生有毒性的活性氧，从而有效杀伤肿瘤细胞。然而，声动力治疗研究面临一个关键难题和热点问题，即如何选择和合成高效且安全的声敏剂。近期，苏州医工所董文飞研究员团队通过制备一种新型碳基纳米声敏剂，在声动力治疗脑胶质瘤领域取得了重要进展。体外研究表明，该声敏剂具有优异的声动力效果，细胞水平实验验证了其出色的肿瘤细胞杀伤能力。除此之外，在小鼠和斑马鱼模型中表现出良好的血脑屏障穿透性，并在小鼠脑胶质瘤模型中展现了优异的抗肿瘤效果，通过血液生化指标以及组织切片染色验证了其具有较高的安全性。该研究为碳基纳米材料在肿瘤治疗领域的应用提供了新的思路和方法。图1用于声动力肿瘤治疗的声敏剂的设
2024 09.06

中科院广州能源所在海上风电技术经济评估和物质流研究方面取得系列进展

近期，中国科学院广州能源研究所能源战略与低碳发展研究室蔡国田研究员团队在海上风电物质流和技术经济评估研究方面取得系列进展。科研团队通过建立高时空分辨率的技术经济和物质流评估模型，充分讨论了海上风电制氢等消纳路径的经济性和技术潜力，揭示了中国海上风电扩张过程中对关键材料（如铜、永磁体）的需求量与新型海上废弃物产生量的变化过程。研究建立了考虑技术经济参数演变和海底三维地形的高分辨率（0.25经度* 0.25纬度）技术经济评估模型，揭示了2025-2050年中国海上风电制氢的成本演变过程与深水海上风电场的最优布局方案。研究指出，中国海上氢的平准化成本将从2025年的50.28 CNY/kgH2下降至2050年的26.60 CNY/kgH2，2050年海上风电制氢的总潜力为434-493Mt，其中漂浮式风电制氢占54%。多种技术情景下的分析结果表明，中国海上风电制氢将于2030年在局部地区（福建省、辽宁省等）内与陆地可再生能源制氢相比具有成本竞争力，并在2050年具备广泛的经济可行性。研究表明汇集输电的方式可以有效减少用海面积，使投资成本最多可下降65%，其中海底地形是深水风电场并网不可忽略的
2024 07.22

中国科学院紫金山天文台等共同发现高红移极端星暴星系中的旋转盘结构和长期演化模式

中国科学院紫金山天文台与德国马克斯普朗克地外物理所（MPE）、欧洲南方天文台（ESO）等单位的研究人员对宇宙一百亿年前的一个“超-极亮红外星系”（或“超亮红外星系”，hyper-luminous infrared galaxy,HyLIRG）进行了从近红外到亚毫米波的详细观测研究，发现该星系中的旋转盘结构和长期演化模式，挑战了以往对星暴起源的认知。该研究成果于2024年7月15日以“Detailed study of a rare hyperluminous rotating disk in an Einstein ring 10 billion years ago”为题在线发表在《自然•天文学》（Nature Astronomy）上。HyLIRG是宇宙中红外最亮的一类星系，其本征红外光度大于十万亿倍（1013）太阳光度，即约超过银河系的500–1000倍，之前的研究普遍认为HyLIRG中的极端星暴都是通过星系主并合机制形成的。此类星系非常稀少，其中有极少数更是被强引力透镜效应进一步放大数倍至数十倍，导致红外光度超过数百万亿倍（1014）太阳光度。本论文作者所在的“普朗克全天巡天分析引
2024 07.22

中国科学院广州能源所海上多能互补综合发电技术获多国发明专利授权

日前，广州能源所“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”获欧盟发明专利授权。该技术此前已获得中国、美国、日本发明专利授权，完成在多个国家和地区的专利布局，为国际化应用奠定了知识产权基础。该技术充分利用海洋中蕴藏丰富的波浪能、风能、太阳能等可再生能源，将多种能量转换系统创新集成在一个半潜漂浮式基础上，共享平台、共享锚泊、共享电缆，是集约化用海、降低浮式能源平台成本、弥补单一能种发电不稳定的有效路径。广州能源所为解决海洋开发过程中绿色能源供给难题，45年来持续开展海洋能利用研究，研发出系列化大型波浪能发电装置、半潜式波浪能养殖平台、海洋仪器原位波浪能供电装备。针对目前深远海单一能种发电平台输出功率波动大、度电成本高等问题，广州能源所在前期波光互补发电平台的基础上，进一步开展海上波风光储一体化多能互补发电平台的关键技术研究，利用波浪能、漂浮式风电、漂浮式光伏等可再生能源之间的互补特性和储能系统调控，保障海上平台绿色电力的稳定输出。广州能源所持续深化海洋可再生能源与海上生产结合的重要知识产权布局，“深海多能互补发电生产生活探测综合平台”技术获得多国和地区发明专利授权，为打造海上多能源多产业融合

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