无缝石墨烯自旋阀的构建：基于范德华磁体Cr₂Ge₂Te₆的邻近效应 研究背景与意义 石墨烯作为一种二维材料，因其优异的电子传输性能和长自旋扩散长度，在自旋电子学中具有重要的潜在应用价值。然而，石墨烯自身的自旋-轨道耦合（Spin-Orbit Coupling, SOC）和磁交换耦合（Magnetic Exchange Coupling, MEC）较弱，这限制了其在自旋信息生成和操控中的功能。而通过邻近效应（Proximity Effects），即利用与相邻材料的短程相互作用，可以在石墨烯中引入额外的物理性质，从而提升其自旋器件的性能。尽管此前研究已分别在石墨烯中实现了SOC和MEC的独立调控，但二者共存的案例尚未被明确验证。此外，完全依赖邻近效应构建一体化自旋电子器件仍是一个技术挑战。 近期...
超量子限域下垂直纳米线异质结隧道晶体管实现高性能低能耗电子器件的新突破 学术背景 集数据密集型计算和人工智能的快速发展对电子器件能效提出了更高的需求。然而，目前传统硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）技术由于受物理极限的制约，已难以通过尺寸进一步缩小实现理想性能和功耗的平衡。这些限制包括短沟道效应和直接源漏隧穿效应所引发的最小栅长限制，以及受费米-狄拉克（Fermi-Dirac）电子统计学制约的60 mV/dec的亚阈值摆幅（subthreshold swing, SS）热极限，亦称为”玻尔兹曼暴政”。因此，为实现下一代高性能计算设备对低能耗、高驱动电流和小占用面积的需求，科学家们正在寻求超越传统MOSFET设计的新型晶体管架构。 其中，隧道场效应晶体管（TFET）因其实现深亚热学开启特性和...
基于二维范德华金属阴极的模拟电阻开关存储器研究 学术背景 随着人工智能（AI）应用的快速发展，传统的冯·诺依曼架构在数据密集型计算任务中面临性能瓶颈。神经形态计算（neuromorphic computing）作为一种新兴的计算范式，能够以更高的速度和效率处理数据密集型任务。在这一领域中，忆阻器（memristor）因其能够实现内存计算和模拟计算而备受关注。特别是具有多级电导状态的模拟忆阻器，能够显著提高神经形态计算的效率。然而，现有的模拟忆阻器通常具有较小的开关比（on/off ratio），这限制了其在高精度权重映射中的应用。 为了解决这一问题，研究人员一直在探索如何提高模拟忆阻器的开关比，同时保持其多级电导状态。传统的忆阻器主要分为两类：基于价态变化机制（valence-change-...
基于插层过渡金属二硫族化合物的高发射率下无效率衰减的发光二极管研究 背景与研究意义 近年来，基于二维（2D）材料的发光二极管（LEDs）在显示技术、光通信和纳米光源等领域的应用前景备受瞩目。然而，由于二维材料的强量子限域效应与减弱的介电屏蔽，二维材料LEDs在高激发生成率下常出现“效率衰减”（Efficiency Roll-Off）的现象。这种现象主要归因于激子-激子湮灭（Exciton-Exciton Annihilation, EEA）过程，该过程是一种类似俄歇复合的非辐射能量耗散机制。具体表现为：一个激子通过能量转移导致另一个激子离子化，同时导致辐射效率急剧降低。 尽管已有研究通过六方氮化硼（hBN）包覆和高κ基底等介电工程手段来减弱EEA，如在单层过渡金属二硫族化合物（TMDs）中实...
CMOS兼容的应变工程在单层半导体晶体管中的应用 学术背景 随着半导体技术的不断发展，二维（2D）材料因其原子级薄层特性在高密度、低功耗电子器件中展现出巨大潜力。特别是过渡金属二硫化物（TMDs），如二硫化钼（MoS₂），因其优异的电学性能，被认为是未来晶体管通道的理想材料。然而，尽管2D材料在实验室中表现出色，如何将其与现有的互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容，仍然是一个巨大的挑战。 应变工程（Strain Engineering）在现代硅基电子器件中已经发挥了重要作用。自20世纪90年代引入以来，应变工程通过改变材料的能带结构，显著提高了晶体管的载流子迁移率。然而，如何在2D材料中实现类似的应变效应，尤其是在CMOS兼容的工艺条件下，仍然是一个未解决的问题。本文的研究正是为了解决这...
炎症性皮肤病，如银屑病（psoriasis）和玫瑰痤疮（rosacea），是全球范围内常见的慢性皮肤病，严重影响患者的生活质量。传统的局部药物治疗方法虽然简单且无创，但存在皮肤渗透性差和长期副作用的问题。因此，开发一种有效且安全的局部治疗方案成为当前研究的重点。 氧化应激在许多炎症性皮肤病的发病机制中起着关键作用，包括银屑病和玫瑰痤疮。过量的活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累会降低皮肤的生理抗氧化能力，破坏表皮微环境的氧化还原系统。研究表明，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9, MMP9）在炎症性皮肤病的发病和进展中扮演重要角色。因此，靶向SOD和MM...
动态3D超表面全息显示技术：基于级联聚合物分散液晶的创新研究 学术背景 超表面（Metasurface）作为一种二维亚波长结构，能够对光场的相位和振幅进行局部调制，为微型化光学器件设计提供了新的解决方案。然而，现有的超表面全息显示技术大多局限于静态特性，无法实现实时动态调制，这限制了其在智能显示系统中的应用。为了满足动态3D全息显示的需求，研究人员探索了多种主动超表面技术，包括多路复用超表面、结构修改超表面和集成超表面。其中，液晶（Liquid Crystal, LC）作为一种典型的光场调制材料，被广泛应用于主动超表面的设计中。然而，传统的液晶器件通常存在自由度低、信息容量有限、响应速度慢和串扰严重等问题。 为了解决这些问题，Sun等人首次提出了一种基于聚合物分散液晶（Polymer Dis...
基于树根启发的模板限制增材打印技术用于制造高鲁棒性共形电子器件 学术背景 随着智能机器人、智能皮肤和集成传感系统等新兴应用场景的快速发展，共形电子器件在自由曲面上的应用变得至关重要。然而，现有的共形电子器件在机械或热影响下容易发生撕裂、断裂或开裂，限制了其应用可靠性。为了解决这一问题，研究人员从树根系统的力学机制中获得灵感，提出了一种模板限制增材打印（Template-Confined Additive, TCA）技术，用于制造高鲁棒性的共形电子器件。 论文来源 该论文由Guifang Liu、Xiangming Li、Yangfan Qiu等作者共同撰写，作者来自西安交通大学微纳技术研究中心和前沿科学技术研究院。论文于2024年发表在Microsystems & Nanoengineeri...
非线性耦合在原子级薄MoS₂纳米机电谐振器中的研究 学术背景 随着纳米技术的快速发展，纳米机电系统（Nanoelectromechanical Systems, NEMS）在传感器、信号处理和量子计算等领域展现出巨大的应用潜力。特别是二维（2D）材料，如二硫化钼（MoS₂），因其原子级厚度、优异的机械性能和电学特性，成为构建NEMS的理想材料。MoS₂等二维材料在纳米尺度下表现出多模态共振和非线性动力学行为，这些特性为研究新型器件物理提供了独特的平台。 在NEMS谐振器中，非线性模态耦合是一个重要的研究课题。当谐振器被驱动到非线性区域时，不同振动模式之间会发生能量交换，导致共振频率的偏移和其他复杂的动力学现象。理解这些非线性耦合机制对于设计高性能的NEMS器件至关重要。然而，现有的研究大多集...
基于光纤的表面增强拉曼光谱传感器用于快速多重检测生禽中的食源性病原体 学术背景 食源性疾病是全球公共卫生的重大挑战，其中沙门氏菌（Salmonella）是导致食源性疾病的主要病原体之一。仅在美国，每年就有135万例感染、26,500例住院和420例死亡病例。尽管有国家层面的改进目标，但美国的沙门氏菌感染率在过去三十年中几乎没有变化。家禽产品，尤其是鸡肉和火鸡产品，是沙门氏菌感染的主要来源，约占沙门氏菌病病例的23.4%。美国疾病控制与预防中心（CDC）估计，每25个在超市出售的鸡肉包装中就有一个被沙门氏菌污染。沙门氏菌每年给美国带来的经济损失高达41亿美元，包括医疗费用、生产力损失和死亡。 目前，沙门氏菌的检测方法主要依赖于聚合酶链式反应（PCR），该方法至少需要24小时（包括富集、样品准备...