科 技 成 果

美科学家开发大脑植入新方法

据科技部网站2018年1月25日报道，美国莱斯大学的研究人员开发出一种新型装置，可利用快速流动的液体将柔韧的导电碳纳米管纤维插入大脑，以帮助记录神经元活动，这种基于微流体的技术有望改进通过电极感知神经元信号的治疗方法，为癫痫病及其他疾病患者带来福音。研究人员认为，基于纳米管的电极最终将帮助科学家发现认知过程背后的机制，并与大脑建立直接互动界面，使得患者能够看到、听到以及控制假肢。碳纳米管纤维能够在各个方向上传导电子，但只能在其尖端与神经元沟通，因此该团队开发出一种涂层技术包覆纳米管使其绝缘，并保持纳米管的直径在15～30 μm之间，远细于人的头发。研究人员认为该技术最终能够实现将密集排列的多个微电极送入大脑，使嵌入式植入物更安全、更容易。

美哈佛大学研发铌酸锂制造新技术

据科技部网站2018年1月24日报道，铌酸锂因其电光特性而闻名，已成为最广泛使用的光学材料之一。日前，哈佛大学的研究人员开发出一种技术，使用铌酸锂制造高性能光学微结构，打开了通往超高效集成光子电路、量子光子学及微波-光转换等领域的大门。该项研究使用传统微制造工艺，制造出具有超低损耗和高度光学限制的高质量铌酸锂器件。此成果是集成光子学和铌酸锂光子学的一个重大突破，将使各种光电功能成为可能，并意味着铌酸锂将解决数据中心光链路的关键应用问题。铌酸锂薄膜(TFLN)非常适用于任何需要调制光线或改变光线频率的功能。在今后几年中，TFLN将为数据中心提供光学模块，以实现类似于今天电信设备的功能，但体积更小、成本更少、功耗更低。研究人员的下一步目标是在该成果基础上，开发铌酸锂平台，应用于光通信、量子计算和通信以及微波光子学等一系列领域。

美科学家发明新型电磁诱导透明光谱仪

据科技部网站2018年1月23日报道，美国国家标准技术研究院(NIST)表示，科学家发明新型电磁诱导透明(EIT)光谱仪，可以高精度测量单光子源的特性，降低通信网络被攻击的可能性。新型光谱仪可以推动量子通信网络成为现实，量子通信网络使用单个离子的光来发送信息。因为每个信息可以嵌入到单个光子的量子属性中，所以量子力学的规律使得对方难以破译未被发现的信息。电讯等行业都希望网络能够保证信息安全。NIST发明的设备通过测量光子的光谱特性克服了现行的主要技术障碍之一，与传统光谱仪相比，其效率大幅提升。NIST科学家利用电磁诱导透明(EIT)技术，即利用原子能力来限定光在特定波长内。同时，该设备可以集合其它工艺，将EIT新型光谱仪的性能扩展到任何其它波长范围，且不影响光谱分辨力、高波长精度和高检测灵敏度。这将为夜间构建有效量子中继器提供可靠的工具。

瑞士研制成功全金属微型光电信号转换器

据科技部网站2018年1月22日报道，瑞士苏黎世联邦理工大学和电子技术研究所成功研制出世界首个全金属微型光电信号转换器，是该领域具有重要意义的创新，相关成果已在《科学》期刊上发表。目前光信号在金属中的最远传输距离为100 μm，所以微电子器件中的光电转换单元需使用玻璃材料。此次研制的转换器是在黄金薄膜材料表面采用蚀刻技术制成，尺度只有3 μm×36 μm。相比目前微电子器件中的光电信号转换器，这种全金属微型光电信号转换器的体积缩小，而信号传输速率增加。据介绍，转换器使用的金属材料不仅限于贵金属，使用普通金属材料如铜也可实现，因此制造工艺简单，成本显著下降。转换器具有广泛的应用前景，研究团队已与工业界开展合作进行产品开发。

韩国研发出新型半导体材料

据科技部网站2018年1月22日报道，韩国科学技术研究院研究小组将钨硒二维纳米膜与一维氧化锌纳米线双重结合，研发出能感知从紫外线到近红外线的下一代光二极管元件。此次研究使用的钨硒二维纳米膜属于硫属元素的一种，是可以在柔软显示屏、传感器、柔软电子元件使用的二维压层结晶纳米P型半导体材料，具有持久耐用、准确性高的特点。而一维氧化锌纳米线，是一款可应用于高性能电子芯片的n型半导体材料，具有极佳的电子移动特性。研究组运用化学气象沉积方法将合成的一维氧化锌纳米线与二维纳米膜混合形成PN型光二极管元件，将其运用到图像传感器像素中。研究组负责人表示，此次研发的新型元件，将进一步推动以纳米半导体像素为基础的下一代图像传感器元件的商业化进程。

韩国研发出新型镁离子电池元件

据科技部网站2018年1月19日报道，韩国忠南大学成功开发出新型镁-锡合金阴极元件，具有高容量的充放电性能，有望在下一代脱锂二次电池领域广泛应用。研究成果已发表在《电源杂志》。研究组表示，镁-锡合金是新型阴极元件，与以电化学方式氧化的镁金属阴极不同，充放电时，在电解质之间确保稳定性。阴极材料可以与各种阳极材料结合，制作出多种镁离子电池，制作阴极时可以调节电导率、容量和功率，进而提高电池性能。

韩国成功研发出高性能石墨烯电池

据科技部网站2018年1月18日报道，三星电子综合技术院利用石墨烯成功开发出充电速度为现有锂电池5倍的石墨烯电池。研究成果已发表在《自然通讯》。三星电子综合技术院将石墨烯球作为锂电池正极保护膜和负极材料，使锂电池容量增加45%，充电速度增大5倍。目前智能手机电池即使采用高速充电技术仍需1小时才能充满，但石墨烯电池只需12分钟即可。另外，该电池升温至60℃依然能够维持稳定性，因此还可适用于电动汽车。三星电子已在美国和韩国申请了专利。业界预测该技术有望在5年内实现产品商用化。

美国研发出超过50比特的量子模拟器

据科技部网站2018年1月18日报道，美国国家标准与技术研究院和马里兰大学联合成立的联合量子研究所(JQI)科研人员利用离子阱制成53台量子比特的模拟器，用来研究量子磁体的相变。研究成果发表在《自然》杂志。团队利用53台独立的带有电荷的镱金属离子形成模拟系统，这些离子被电极限制在近似真空的电磁场中。通过利用激光操纵这些离子，可以模拟传统计算机所无法计算的复杂量子多体问题。此前，少量单独受控的量子比特已被用于模拟分子等系统，但要扩展量子比特数却非常困难。量子模拟器本质上是一种研究或模拟量子粒子如何交互的量子计算机，用于解决特定问题的专用量子计算。此次突破有望为研究更大规模系统中的量子动力学和量子模拟提供一个前所未有的平台，也为通用型量子计算机的研发打下基础。

中国半导体量子比特高效调控取得重要进展

据科技部网站2018年1月12日报道，开发与现代半导体工艺兼容的电控量子芯片是量子计算机研制的重要方向之一。在国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项项目“半导体量子芯片”的支持下，中国科学技术大学郭国平教授研究组在半导体量子芯片中，创新性地引入第三个量子点作为控制参数，在保证新型杂化量子比特相干性的前提下，成功实现了量子比特能级的连续调节，显著地增强了杂化量子比特的可控性。高效调控量子点系统能级是半导体量子计算领域的一个难点问题，该工作不仅为杂化量子比特的可控性问题提供了一个可能的解决方案，也为半导体量子计算提供了一种新的调控思路。相关研究成果发表在《Physics Review Applied》杂志。

NASA发布新型超弹性轮胎技术

据科技部网站2018年1月4日报道，NASA宣布，NASA格伦研究中心与固特异轮胎与橡胶公司合作开发出一种新型超弹性轮胎。超弹性轮胎技术采用形状记忆合金(主要是镍钛及其衍生物)作为车轮的承重组件，能记住自身初始形状。这些形状记忆合金能够经历显著的可逆应变(可达10%)，使轮胎在经受永久变形之前比其它非充气轮胎承受更多数量级的变形。通常使用的弹塑性材料(如弹簧钢、复合材料等)只能在屈服前承受大约0.3%～0.5%的应变。此外，使用径向加强件形状的形状记忆合金提供了更多的承载能力和改进的设计灵活性。超弹性轮胎的创新技术是为火星探测任务开发的。NASA好奇号探测器的轮胎使用固体铝材料，非常硬、但不够坚固且容易产生裂缝。NASA计划在2020年发射下一个火星探测器，超弹性轮胎技术将可能应用到火星探测任务上。同时，超弹性轮胎技术还能取代气压轮胎应用到越野和载重领域。