高技术前沿

曲面上组装复杂三维结构及电子器件的新方法

清华大学航天航空学院张一慧教授课题组提出了一种力学引导的逐级三维组装策略，使得平面薄膜或器件可以在众多三维曲面上变形为复杂的三维结构或器件，包括规则曲面（如半球面、圆柱面、螺旋面和双曲面）和仿生曲面（如缠绕的藤蔓、人脸、类大脑、主动脉和心脏等）。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。在摩擦力传感、微型机器人可控运动、宽视场光学成像和流速测量等众多领域，基于三维立体结构的微电子和光电子器件具有不可或缺的作用。研究者通过理论分析、有限元仿真和实验对逐级组装策略的有效性进行了验证，在十余种不同曲面基底上设计制造了几十种具有不同几何构型的三维结构。

研究成果被选为《科学·进展》当期封面（图片来源于清华大学网站）

曲面上复杂三维结构的逐级组装策略（图片来源于清华大学网站）

实现基于里德堡超原子的多光子纠缠

中国科学技术大学潘建伟、包小辉等科学家将里德堡相互作用与高效单光子接口技术相结合，成功制备基于里德堡超原子的多光子纠缠，为单向量子中继等应用奠定基础。相关成果发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）。多光子纠缠在量子计算、量子通信及量子精密测量中有重要应用。原子系综是量子存储的重要物理体系，通过引入里德堡相互作用，原子系综变为一个超原子，使得确定性的量子态操控成为可能。里德堡超原子同时具有单原子体系与原子系综体系的双重优点，在光子接口、纠缠制备等方面具有优势。研究结果为后续生成更多光子纠缠并应用于单向量子中继及单向量子计算等任务奠定了基础。

新型能动量匹配范德华异质结红外探测器研究

中国科学院上海技术物理研究所胡伟达、苗金水团队与北京大学彭海琳团队合作，提出将动量匹配和能带匹配（能动量匹配）的范德华异质结应用于红外探测。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。窄禁带二维半导体具有层间范德华力任意堆叠成异质结构、无表面悬挂键、暗电流极易被外场操控等优点，为研制室温、高灵敏红外探测器提供了新机遇。然而，二维半导体原子级薄层特性限制了其高量子效率红外探测器的应用。此项研究创新性地将新型能动量匹配范德华异质结应用于红外探测器技术。结果表明，这一器件设计可显著提高二维材料红外探测器量子效率，为研制高量子效率红外探测器提供了新方法。

强激光和物质相互作用研究进展

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室李玉同与合作者证实，对于未来的100PW超强激光与固体靶相互作用，极化正电子将普遍存在。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。正电子和电子的极化可归结为它们产生和脱离激光作用区域时感受到了非对称的激光场。激光场在入射时是对称的，但是由于激光场在高密度靶前表面的等离子体趋肤层附近被强烈地吸收和反射，同时正电子和电子可以自由地通过此趋肤层。因而，正电子和电子只经历部分的激光场就进入高密等离子体内，这导致它们在趋肤层附近经历高度不对称的亚周期激光场，从而获得具有角度依赖的自旋极化。

具有任意初始状态的热弹性本构关系研究

中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室赵亚溥研究团队基于理性力学和黎曼几何，提出了具有任意初始状态的热弹性本构关系。相关成果发表于《国际工程科学杂志》（International Journal of Engineering Science）。初始应力广泛存在于各种固体材料，诸如干酪根的熟化与热解、生物组织的非均匀生长、金属材料的相变、工件的表面改性、土木工程结构的预制，甚至地质运动等。初始应力对固体材料的力学行为产生着重要影响，可维持材料内部的力学平衡，影响生物组织的生长和形貌及在蒸发过程中诱导屈曲等。研究结果体现了本构关系的自洽性，在非等温情况下，新提出的本构关系填补了领域理论空白。

建立具有任意初始状态的热弹性本构关系的理论框架（图片来源于中国科学院力学研究所网站）

与经典等温本构理论的对比（图片来源于中国科学院力学研究所网站）

光学微腔中的耗散型光声相互作用

北京大学纳光电子前沿科学中心肖云峰、龚旗煌在超高灵敏声波传感研究中取得新进展。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。微腔体系中的光声相互作用是诸多前沿与应用科学的物理基础，在量子光力学、精密测量、信息通信和光声成像等领域都具有重要意义。科学家在光学微腔-悬臂梁微光纤耦合体系中构建了一种耗散型光声相互作用，这种耗散型机制对声波的响应比传统色散型机制提高两个数量级，且具有宽频响应特性。将耗散型机制实际用于超高灵敏声波传感，探测极限在140kHz达到0.81Pa，揭示了其传感灵敏度具有不显著依赖光学模式品质因子及光学微腔材料的独特优势。

基于二维半导体的619像素机器视觉增强芯片

复旦大学周鹏和包文中团队利用晶圆级二维原子晶体硫化钼成功制备了大规模机器视觉增强芯片。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。机器视觉广泛应用于工业制造、自动驾驶、医学成像及民用安防等场景。新型二维原子晶体具有原子层厚度、表面无悬挂键、易于集成等特性。此项工作是迄今为止国际上最大集成规模的新型晶圆级二维半导体机器视觉增强芯片，在单片上集成了619个光电“感算一体”像素单元。其中，数模转换器模块可以对任一像素进行动态控制，从而准确调整每个成像单元的光电流，降低外围电路设计复杂度与数据处理的难度，并同时实现成像增强和降噪功能。

环保溶剂制备的高性能室内有机光伏模组应用于各类应用场景

武汉大学高等研究院研究员闵杰课题组在绿色、高效室内有机光伏体系构建及室内光伏应用领域取得新进展。相关成果发表于《焦耳》（Joule）。随着物联网（IoT）生态系统的兴起，数百亿独立的、低功耗的室内电子设备需要大量的离网电源。目前，IoT设备主要由传统的化学电池和商业电力驱动。然而，这类能源需要经常更换或定期维护，使用方式相对烦琐且不环保。室内有机光伏（IOPVs）因其高消光系数、带隙可调性及良好的室内低光强度匹配性，可作为一种将室内光转换为电能的装置，成为IoT生态系统中一种理想的绿色能源。这些工作表明所设计的三元光伏系统在室内多功能集成应用中具有巨大的潜力。