信息科技

CDEX暗物质研究进展

清华大学主导的中国暗物质实验（China Dark matter EXperiment, CDEX）合作组利用液氮直冷点电极高纯锗探测器在4～5GeV范围内给出8×10-42cm2的自旋无关暗物质直接探测灵敏度，获得世界目前最好的结果，研究论文发表于Physical Review Letters。中国暗物质实验研究团队正式成立于2009年，由清华大学（工程物理系）主导，联合四川大学、南开大学、中国原子能科学研究院、北京师范大学、雅砻江流域水电开发有限公司等多家单位组成，使用点电极高纯锗探测器进行暗物质直接探测研究，计划未来使用吨量级的点电极高纯锗探测器阵列进行暗物质直接探测和无中微子双贝塔衰变的测量。

CDEX-10实验装置与自旋无关暗物质排除曲线（图片来源于清华大学）

实验设备示意图（图片来源于清华大学）

氮化镓高压电力电子器件

中国科学院微电子研究所高频高压中心刘新宇研究团队在氮化镓高压电力电子器件领域取得进展，提出了一种低损伤、高性能的新型氮化镓横向肖特基二极管结构，有望提升各类电源和无线充电系统的效率和功率密度，研究成果论文被IEEE国际功率半导体器件与功率集成电路会议（ISPSD 2018）收录。肖特基二极管是各类电源模块、UPS、光伏发电、电动汽车、无线充电应用中必不可少的原件，主要用于整流、续流以及防护用途。对比传统的硅基肖特基二极管，氮化镓肖特基二极管更耐压，适合于300V以上的电路系统，具有非常广阔的应用空间。

狄拉克源晶体管研究进展：实现超低功耗的高性能晶体管

北京大学电子学系、纳米器件物理与化学教育部重点实验室张志勇教授、彭练矛教授课题组重新审视了MOS晶体管亚阈值摆幅的物理极限，提出一种新型超低功耗的场效应晶体管，采用具有特定掺杂的石墨烯作为一个“冷”电子源，用半导体碳纳米管作为有源沟道，以高效率的顶栅结构构建出狄拉克源场效应晶体管（Dirac source-FET, DS-FET），在实验上实现室温下40mV/DEC左右的亚阈值摆幅。研究论文发表于Science。DS-FET具有优秀的可缩减性，当器件沟道长度缩至15nm时，仍可稳定地实现亚60mV/DEC的亚阈值摆幅。这种狄拉克源的器件结构不依赖半导体材料。

磁控电子结构领域研究进展

中国科学院宁波材料技术与工程研究所钟志诚研究员团队和荷兰特文特大学廖昭亮博士合作，提出了一种新型的磁控电子结构效应：通过外磁场调控磁化方向，借助自旋轨道耦合，实现电子能带结构的巨大改变，可用于设计新型的磁电、磁光器件。研究论文发表于Nano Letters。通过施加外磁场改变磁化方向，实现对能带结构的巨大改变，进而调控一系列相关的电子特性。利用该效应，可以制备出新型的自旋电子器件及磁电、磁光器件。此外，该效应需要满足低对称性、强自旋轨道耦合、长程铁磁序三个条件，基于以上条件进行搜寻，有望发现更多具有磁控电子结构效应的材料体系。

人工智能与量子信息技术交叉领域研究进展

上海交通大学金贤敏研究团队与南方科技大学翁文康教授合作，将机器学习技术应用于解决量子信息难题，实验实现了基于人工神经网络的量子态分类器，研究论文发表于Physical Review Letters。量子信息科学与人工智能技术，作为近年来最前沿的研究领域，不断取得改变传统信息科学的进展。量子信息科学以量子物理基本原理作为依托，结合数学、信息科学、光电工程等学科，有望为信息安全和计算机的绝对计算能力带来革命性的提升；另一方面，机器学习作为人工智能研究领域中一个极其重要的研究分支，在大数据时代背景下，能有效地抽取信息，从信息技术到社会科学等多个领域中，展示其解决实际问题的巨大潜力。

经过优化后的贝尔不等式作为纠缠判据的识别度有了明显提高（图片来源于上海交通大学）

实验对比线性优化与非线性优化的量子态识别结果，带有隐藏层的神经网络能正确地预测不同类纠缠的动态边界（图片来源于上海交通大学）

初级视觉皮层中内部连接及反馈连接的功能结构

中国科学院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室蒲慕明研究组建立了一套旨在研究脑区间连接的双色钙成像方法，并利用这种方法对树鼩中投射至初级视觉皮层（V1）的两条输入通路的功能结构进行了探讨。研究论文发表于PNAS。科学家将钙指示蛋白连接到囊泡蛋白上，成功实现了钙指示蛋白的突触前定位，并进一步构造了多种具有不同颜色和反应特性的版本。这样，研究者们就可以将具有不同颜色的钙指示蛋白表达到不同的输入通路上，并通过双色钙成像同时测量这些不同通路的反应特性，进而比较它们的功能结构。

基于微型光电上转换器件的植入式光源

清华大学电子系盛兴研究组通过设计制备新型的半导体光电异质结构，实现了从红外光到可见光的高效、快速的转换。制备的微型光源被植入活体动物体内，实现了对生物神经系统的有效光遗传调控。研究论文发表于PNAS。通过运用新型的光—电转换机制，克服了传统非线性上转换材料的一系列问题，实现了低光照下的线性近红外到可见光的上转换，同时将能量转换的响应时间缩减至纳秒量级。通过特殊的转移和封装方式，实现了可靠性高、生物兼容性好的植入上转换微型光源。这是一种可无线控制和远程激发的上转换微型光源。该研究为低创伤、无线、植入式光电神经接口的实现提供了新的研究思路。

零磁场核磁共振的普适量子控制及其保真度评估

中国科学技术大学杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室、彭新华教授课题组与德国亥姆霍兹研究所、加拿大滑铁卢大学合作，实现了零磁场核自旋体系的普适量子控制和发展了用于评估量子控制和量子态的方法，研究论文发表于Science Advances。利用精心设计的组合脉冲实现了原子核自旋的单比特门和多比特门，首次实现了零磁场核磁共振的普适量子控制，同时发展了评估量子控制保真度的方法，对量子控制的质量进行了评估，操控保真度高达99%。基于该工作发展的量子控制技术，可以实现对不同自旋之间相互作用的选择性测量，而选择出的反对称性自旋相互作用可以用于检验分子的宇称不守恒规律。