科創中國·成果

“熱發射極”晶體管新突破

集成電路是現代信息技術的基石，而晶體管則是集成電路的基本單元。探索具有新工作原理的晶體管，已成為提升集成電路性能的關鍵。過去的熱載流子晶體管主要依靠隧穿注入和電場加速來生成熱載流子，由于界面勢壘的影響，所生成的熱載流子電流密度不足，嚴重限制了器件性能的提升。

石墨烯等低維材料憑借其原子級厚度、優異的電學和光電性能，以及無表面懸鍵等特性，易于與其他材料形成異質結，從而產生豐富的能帶組合，為熱載流子晶體管的發展提供了新思路。中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心與北京大學的科研團隊合作，采用了一種創新思路，通過可控調制熱載流子來提高電流密度，發明了一種由石墨烯和鍺等混合維度材料構成的熱發射極晶體管，并提出了一種全新的“受激發射”熱載流子生成機制。相關研究成果于近日發表在《自然》上。

二維拓撲絕緣體研究獲進展

拓撲絕緣體在表面或邊界處的電子態可以形成無能量耗散的導電通道，在低功耗電子器件領域具有潛在的應用價值。理論研究表明，具有蜂窩狀晶格結構的薄膜是二維拓撲絕緣體的重要平臺，也是實現量子自旋霍爾效應的理想材料。該體系獨特的晶格結構使其在布里淵區的K點處產生狄拉克錐型能帶結構，如石墨烯。由于碳元素的自旋軌道耦合強度低，石墨烯難以在狄拉克點處打開能隙，從而實現量子自旋霍爾效應。相比之下，碲元素因強自旋軌道耦合作用，可在狄拉克點打開足夠大的能隙并產生邊緣態，成為實現室溫量子自旋霍爾效應的理想材料。然而，碲元素復雜的化合價態使得由碲元素構成的蜂窩狀結構生長難度較大，而未被報道。

近期，中國科學院上海高等研究院、上海微系統與信息技術研究所及上海科技大學的科研人員，通過分子束外延法在1T-NiTe2薄膜上合成了高質量的蜂窩狀碲烯，并通過掃描隧道顯微鏡和低能電子衍射揭示了其蜂窩狀晶格結構。相關研究成果發表在《納米快報》上。

研發“火星電池”助力太空探索

中國科學技術大學熱科學和能源工程系特任教授談鵬團隊研發出一種“火星電池”，由火星大氣成分作為電池反應燃料物質，可實現高能量密度和長循環性能。相關成果發表在《科學通報》上。

鋰二氧化碳電池利用金屬鋰和二氧化碳作為反應物，被認為在火星探測中具有潛在的應用價值。然而，現有研究通常忽略了火星的復雜環境，如多種氣體成分及劇烈的溫度波動。針對這一問題，該團隊開發出以火星大氣為Om+AtS1znZ6TqvOvcle+qQ==直接燃料的“火星電池”，并結合溫度波動測試，模擬了火星表面的真實環境，從而實現了可持續輸出電能的“火星電池”系統。相關成果為“火星電池”在實際火星環境中的應用提供了概念驗證，并為未來太空探索中的多能互補能源系統的發展奠定了基礎。

單原子和納米顆粒接力催化收獲新方法

華東理工大學化工學院、化學工程聯合國家重點實驗室教授周興貴、段學志，特聘研究員陳文堯等針對單原子催化劑在反應過程中易中毒失活問題，提出了金屬納米顆粒作為“解藥”的策略，實現了單原子金（Au）與納米顆粒Au（Au NPs）間的接力催化，顯著提升了丙烯氫氧環氧化制環氧丙烷反應性能。相關研究發表于《自然-通訊》。

目前，單原子催化劑（SACs）的研究備受矚目，研究團隊提出了一項概念性的驗證研究。研究結果顯示，微量添加Au納米顆粒可以有效增強和維持丙烯環氧化反應的性能。發現Au SACs在低丙烯覆蓋度下具有顯著的環氧化活性，但在高覆蓋度下則會出現中毒現象。進一步地，研究團隊通過調控Au SACs和Au NPs的空間距離與床層分布，實現了反應物覆蓋度的匹配，從而實現了過氧化氫自由基的形成、轉移和消耗的速率匹配。實驗證明，添加占Au SACs質量0.3%的微量Au NPs解毒劑，即可顯著提升環氧丙烷的生成速率（56倍）、選擇性（3倍）和H2效率（22倍），且這種優異性能能夠持續穩定150小時以上。這一發現為催化領域的研究和應用帶來了新的突破，也為可持續化學工業的發展貢獻了重要的思路和實踐經驗。

超柔性能量收集及儲存系統助力可穿戴技術發展

可穿戴設備的進步高度依賴于柔性能源器件的發展，這些器件需提供高效率、耐用性和持續的電力輸出，同時能夠輕松集成。目前，商業可穿戴設備普遍依賴硬質電池供電，不僅增加了系統剛性，限制了其機械順應性，還需頻繁充電或更換電池。因此，需要研發一種集成能量收集與存儲的柔性系統。

近日，清華大學深圳國際研究生院副教授徐曉敏、周光敏團隊提出了厚度僅90微米的超柔性能量收集—儲存一體化系統（FEHSS），該系統由超柔性高性能有機光伏組件與超薄鋅離子電池集成，為新一代可穿戴綠色能源設備的開發提供了新思路。相關研究成果發表于《自然-通訊》。

迄今銪元素含量最高的恒星被發現

近期，中國科學院國家天文臺研究員施建榮團隊聯合西班牙加納利天體物理研究所、美國圣母大學和美國核天體物理中心的科研人員，在郭守敬望遠鏡（LAMOST）中分辨率光譜中發現了一顆目前人類已知的銪元素含量（[Eu/H]）最高的恒星（LAMOST J020623.21+494127.9）。該恒星銪元素含量約是太陽銪元素含量的6倍。同時，研究經隨后的高分辨率光譜觀測發現，這顆銪元素含量最高的恒星是一顆快中子俘獲過程元素增豐的薄盤恒星。這是天文學家首次在銀河系薄盤中發現此類特殊天體。該成果豐富了科學家對銀河系化學演化的理解，并為探究銀河系形成和演化提供了新視角。相關研究成果發表在《天體物理學報通訊》上。