《自然》《科学》一周（6.26-7.2）材料科学前沿要闻

2017-07-03 09:05:58 作者：本网整理来源：新材料在线分享至：

1. 40 纳米碳纳米管晶体管

原标题：Carbon nanotube transistors scaled to a 40-nanometer footprint

国际半导体技术路线图激励器件研究人员在未来十年内将包含所有部件的晶体管减少到 40 纳米。Cao 等人报导了一个尺寸做到这么小的 p 沟道晶体管。它建立在一个半导体碳纳米管上，占据空间不到先进硅技术所占空间的一半，同时在0.5 V的低电源电压下提供明显更高的倾斜归一化电流密度，其值高于 0.9 毫安/微米，亚阈值摆幅为 85 mV/Dec。Cao 等人还展示了具有相同小尺寸的晶体管，基于这种纳米管的实际高密度阵列，在没有归一化的情况下，能够传输比在相同的超速驱动下最佳硅器件更高的电流。利用低电阻端接触，高纯度半导体碳纳米管源和自组装来将纳米管压制成完整的表面覆盖对齐阵列。（Science DOI: 10.1126/science.aan2476）

2. 用于电化学储能器件的液化气体电解质

原标题：Liquefied gas electrolytes for electrochemical energy storage devices

电化学电容器和锂离子电池的电解质化学性质在商品化方面几乎没有改变，这限制了其在器件性能上的提升。结合优异的物理化学性质和高介电流动性因素，Rustomji等使用基于溶剂体系的电解质，即专门使用在标准条件下通常为气态的组分，使得能够在扩展的温度范围内显示出具有稳定性和优异性能的宽电压窗口。使用二氟甲烷的电化学电容器随着工作电压增加，从 -78 到 +65°C 显示出卓越的性能。对于循环锂金属阳极，使用氟甲烷显示出高约 97％的库仑效率，以及 4 V 锂钴氧化物阴极的良好循环性，并且操作温度低至-60℃时优异的容量保持性。（Science DOI: 10.1126/science.aal4263）

3. 纤维素生物燃料对可持续能源未来的贡献：选择和结果

原标题：Cellulosic biofuel contributions to a sustainable energy future: Choices and outcomes

到本世纪中叶，纤维素作物预计将供应很大比例的运输能源需求。但是，预期的土地需求非常巨大，如果不能很好的理解其中的此消彼长，从而制定适当的规定性政策，那么这就有造成环境损害的潜在危险。最近的实证研究结果表明，与气候变化减缓、生物多样性、活性氮损失和作物用水有关的纤维素生物能源问题可以通过适当的种植、布置和管理选择来解决。特别是，目前还未开垦的边际土地上生长的本地多年生物种对气候变化减缓和其他利益都具有巨大的潜力。（Science DOI: 10.1126/science.aal2324）

4. 高度量子纠缠态在芯片上的产生及其相干控制

原标题：On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control

基于纠缠光子的光学量子态对于解决基础物理学中的问题至关重要，是量子信息科学的核心。具体来说，量子力学的基础研究需要实现高维状态（D-能级量子系统，即 D 能级量子位，其中 D > 2）和对它们的控制，以提高量子成像方案的灵敏度，从而改善量子通信协议的稳健性和关键速率，用以实现更丰富多种的量子模拟，并实现更高效和容错的量子计算。集成光子学近来已成为紧凑、经济高效、稳定地生成和处理非经典光学状态的领先平台。然而，到目前为止，集成纠缠量子源已被限制在量子位（D = 2）。Kues 等人演示了芯片上生成 D 能级量子位纠缠状态，其中光子以多个高纯度频率模式的相干叠加产生。特别是确认了具有至少一百个维度的量子系统的实现，其由具有 D = 10 的两个 D 能级量子位纠缠形成。此外，利用最先进的现成电信元件，引入了一个连贯的操纵平台，用于控制频率纠缠状态，能够执行确定性的高维门控操作。Kues 等人通过测量贝尔不等式的违反情况和执行量子态断层扫描来验证了此平台。这项工作能够在单一空间模式下生成和处理高维量子态。（Nature DOI: 10.1038/nature22986）