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CDEX暗物質(zhì)研究進(jìn)展

清華大學(xué)主導(dǎo)的中國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)（China Dark matter EXperiment, CDEX）合作組利用液氮直冷點(diǎn)電極高純鍺探測器在4～5GeV范圍內(nèi)給出8×10-42cm2的自旋無關(guān)暗物質(zhì)直接探測靈敏度，獲得世界目前最好的結(jié)果，研究論文發(fā)表于Physical Review Letters。中國暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)正式成立于2009年，由清華大學(xué)（工程物理系）主導(dǎo)，聯(lián)合四川大學(xué)、南開大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院、北京師范大學(xué)、雅礱江流域水電開發(fā)有限公司等多家單位組成，使用點(diǎn)電極高純鍺探測器進(jìn)行暗物質(zhì)直接探測研究，計(jì)劃未來使用噸量級的點(diǎn)電極高純鍺探測器陣列進(jìn)行暗物質(zhì)直接探測和無中微子雙貝塔衰變的測量。

CDEX-10實(shí)驗(yàn)裝置與自旋無關(guān)暗物質(zhì)排除曲線（圖片來源于清華大學(xué)）

實(shí)驗(yàn)設(shè)備示意圖（圖片來源于清華大學(xué)）

氮化鎵高壓電力電子器件

中國科學(xué)院微電子研究所高頻高壓中心劉新宇研究團(tuán)隊(duì)在氮化鎵高壓電力電子器件領(lǐng)域取得進(jìn)展，提出了一種低損傷、高性能的新型氮化鎵橫向肖特基二極管結(jié)構(gòu)，有望提升各類電源和無線充電系統(tǒng)的效率和功率密度，研究成果論文被IEEE國際功率半導(dǎo)體器件與功率集成電路會議（ISPSD 2018）收錄。肖特基二極管是各類電源模塊、UPS、光伏發(fā)電、電動汽車、無線充電應(yīng)用中必不可少的原件，主要用于整流、續(xù)流以及防護(hù)用途。對比傳統(tǒng)的硅基肖特基二極管，氮化鎵肖特基二極管更耐壓，適合于300V以上的電路系統(tǒng)，具有非常廣闊的應(yīng)用空間。

狄拉克源晶體管研究進(jìn)展：實(shí)現(xiàn)超低功耗的高性能晶體管

北京大學(xué)電子學(xué)系、納米器件物理與化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張志勇教授、彭練矛教授課題組重新審視了MOS晶體管亞閾值擺幅的物理極限，提出一種新型超低功耗的場效應(yīng)晶體管，采用具有特定摻雜的石墨烯作為一個(gè)“冷”電子源，用半導(dǎo)體碳納米管作為有源溝道，以高效率的頂柵結(jié)構(gòu)構(gòu)建出狄拉克源場效應(yīng)晶體管（Dirac source-FET, DS-FET），在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)室溫下40mV/DEC左右的亞閾值擺幅。研究論文發(fā)表于Science。DS-FET具有優(yōu)秀的可縮減性，當(dāng)器件溝道長度縮至15nm時(shí)，仍可穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)亞60mV/DEC的亞閾值擺幅。這種狄拉克源的器件結(jié)構(gòu)不依賴半導(dǎo)體材料。

磁控電子結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究進(jìn)展

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所鐘志誠研究員團(tuán)隊(duì)和荷蘭特文特大學(xué)廖昭亮博士合作，提出了一種新型的磁控電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)：通過外磁場調(diào)控磁化方向，借助自旋軌道耦合，實(shí)現(xiàn)電子能帶結(jié)構(gòu)的巨大改變，可用于設(shè)計(jì)新型的磁電、磁光器件。研究論文發(fā)表于Nano Letters。通過施加外磁場改變磁化方向，實(shí)現(xiàn)對能帶結(jié)構(gòu)的巨大改變，進(jìn)而調(diào)控一系列相關(guān)的電子特性。利用該效應(yīng)，可以制備出新型的自旋電子器件及磁電、磁光器件。此外，該效應(yīng)需要滿足低對稱性、強(qiáng)自旋軌道耦合、長程鐵磁序三個(gè)條件，基于以上條件進(jìn)行搜尋，有望發(fā)現(xiàn)更多具有磁控電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)的材料體系。

人工智能與量子信息技術(shù)交叉領(lǐng)域研究進(jìn)展

上海交通大學(xué)金賢敏研究團(tuán)隊(duì)與南方科技大學(xué)翁文康教授合作，將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于解決量子信息難題，實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的量子態(tài)分類器，研究論文發(fā)表于Physical Review Letters。量子信息科學(xué)與人工智能技術(shù)，作為近年來最前沿的研究領(lǐng)域，不斷取得改變傳統(tǒng)信息科學(xué)的進(jìn)展。量子信息科學(xué)以量子物理基本原理作為依托，結(jié)合數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、光電工程等學(xué)科，有望為信息安全和計(jì)算機(jī)的絕對計(jì)算能力帶來革命性的提升；另一方面，機(jī)器學(xué)習(xí)作為人工智能研究領(lǐng)域中一個(gè)極其重要的研究分支，在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，能有效地抽取信息，從信息技術(shù)到社會科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域中，展示其解決實(shí)際問題的巨大潛力。

經(jīng)過優(yōu)化后的貝爾不等式作為糾纏判據(jù)的識別度有了明顯提高（圖片來源于上海交通大學(xué)）

實(shí)驗(yàn)對比線性優(yōu)化與非線性優(yōu)化的量子態(tài)識別結(jié)果，帶有隱藏層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能正確地預(yù)測不同類糾纏的動態(tài)邊界（圖片來源于上海交通大學(xué)）

初級視覺皮層中內(nèi)部連接及反饋連接的功能結(jié)構(gòu)

中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蒲慕明研究組建立了一套旨在研究腦區(qū)間連接的雙色鈣成像方法，并利用這種方法對樹鼩中投射至初級視覺皮層（V1）的兩條輸入通路的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討。研究論文發(fā)表于PNAS。科學(xué)家將鈣指示蛋白連接到囊泡蛋白上，成功實(shí)現(xiàn)了鈣指示蛋白的突觸前定位，并進(jìn)一步構(gòu)造了多種具有不同顏色和反應(yīng)特性的版本。這樣，研究者們就可以將具有不同顏色的鈣指示蛋白表達(dá)到不同的輸入通路上，并通過雙色鈣成像同時(shí)測量這些不同通路的反應(yīng)特性，進(jìn)而比較它們的功能結(jié)構(gòu)。

基于微型光電上轉(zhuǎn)換器件的植入式光源

清華大學(xué)電子系盛興研究組通過設(shè)計(jì)制備新型的半導(dǎo)體光電異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從紅外光到可見光的高效、快速的轉(zhuǎn)換。制備的微型光源被植入活體動物體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了對生物神經(jīng)系統(tǒng)的有效光遺傳調(diào)控。研究論文發(fā)表于PNAS。通過運(yùn)用新型的光—電轉(zhuǎn)換機(jī)制，克服了傳統(tǒng)非線性上轉(zhuǎn)換材料的一系列問題，實(shí)現(xiàn)了低光照下的線性近紅外到可見光的上轉(zhuǎn)換，同時(shí)將能量轉(zhuǎn)換的響應(yīng)時(shí)間縮減至納秒量級。通過特殊的轉(zhuǎn)移和封裝方式，實(shí)現(xiàn)了可靠性高、生物兼容性好的植入上轉(zhuǎn)換微型光源。這是一種可無線控制和遠(yuǎn)程激發(fā)的上轉(zhuǎn)換微型光源。該研究為低創(chuàng)傷、無線、植入式光電神經(jīng)接口的實(shí)現(xiàn)提供了新的研究思路。

零磁場核磁共振的普適量子控制及其保真度評估

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰院士領(lǐng)導(dǎo)的中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、彭新華教授課題組與德國亥姆霍茲研究所、加拿大滑鐵盧大學(xué)合作，實(shí)現(xiàn)了零磁場核自旋體系的普適量子控制和發(fā)展了用于評估量子控制和量子態(tài)的方法，研究論文發(fā)表于Science Advances。利用精心設(shè)計(jì)的組合脈沖實(shí)現(xiàn)了原子核自旋的單比特門和多比特門，首次實(shí)現(xiàn)了零磁場核磁共振的普適量子控制，同時(shí)發(fā)展了評估量子控制保真度的方法，對量子控制的質(zhì)量進(jìn)行了評估，操控保真度高達(dá)99%。基于該工作發(fā)展的量子控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對不同自旋之間相互作用的選擇性測量，而選擇出的反對稱性自旋相互作用可以用于檢驗(yàn)分子的宇稱不守恒規(guī)律。