研究人员展示了"挤压"红外光的新方法

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法研究人员已经证明，一种特定类型的氧化物膜可以比块体晶体更有效地限制红外光，这对下一代红外成像技术具有重要意义。这些薄膜膜在压缩波长的同时保持所需的红外频率，从而实现更高的图像分辨率。研究人员利用过渡金属钙钛矿材料和先进的同步加速器近场光谱，表明这些膜中的声子极化子可以将红外光限制在其波长的10%以内。这一突破可能带来光子学、传感器和热管理领域的新应用，并可能轻松集成到各种设备中。图片来源：北卡罗来纳州立大学YinLiu“薄膜膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，使成像设备能够以更高的分辨率捕捉图像，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授YinLiu说道。“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的10%以内，同时保持其频率-这意味着波长循环所需的时间相同，但波峰之间的距离要近得多。块状晶体技术将红外光限制在其波长的97%左右。”“这种行为以前只是理论上的，但我们能够通过我们制备薄膜膜的方式和我们对同步加速器近场光谱的新用途首次在实验中证明它，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授RuijuanXu说道。为了这项工作，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长出100纳米厚的钛酸锶(SrTiO3)晶体膜。这种薄膜的晶体结构质量很高，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从生长它们的基底上取下，并放置在硅基底的氧化硅表面上。研究人员随后利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的技术，在钛酸锶薄膜暴露于红外光时对其进行同步近场光谱分析。这使研究人员能够在纳米级捕捉到材料与红外光的相互作用。要了解研究人员学到了什么，我们需要讨论声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。可以把声子看作是声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是准粒子，当红外光子与“光学”声子（即可以发射或吸收光的声子）耦合时就会产生。“理论论文提出了这样一种观点，即过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光，”刘说。“而我们的工作现在表明，声子极化子确实限制了光子，并且还阻止光子超出材料表面。这项工作建立了一类用于控制红外波长光的新型光学材料，在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用，想象一下，能够设计出使用这些材料通过将热量转化为红外光来散热的计算机芯片。”“这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术意味着薄膜可以很容易地与各种各样的基底集成，”徐说。“这应该可以轻松地将这些材料整合到许多不同类型的设备中。”编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434557.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434557.htm

香港城大研究人员找到开发性能卓越的多功能电子器件的新方法

香港城大研究人员找到开发性能卓越的多功能电子器件的新方法电子元件（包括晶体管）的微型化已经达到了一个瓶颈，给半导体的生产带来了障碍。然而，由香港城市大学（城大）材料科学专家领导的一组研究人员推出了一种新方法，利用由混合维纳米线和纳米薄片制成的晶体管，制造出多功能、高性能的电子元件。这一突破有助于简化芯片电路设计，并促进未来灵活而节能的电子设备的发展。近几十年来，随着晶体管和集成电路的不断扩展，已经开始达到物理和经济上的极限，以可控和具有成本效益的方式制造半导体器件已成为一项挑战。晶体管尺寸的进一步扩大增加了漏电流，从而增加了功率耗散。复杂的布线网络也会对功耗产生不利影响。多值逻辑（MVL）已成为克服日益增长的功耗的一项前景广阔的技术。它超越了传统二进制逻辑系统的限制，大大减少了晶体管元件及其互连的数量，从而实现了更高的信息密度和更低的功耗。人们一直致力于构建各种多值逻辑器件，包括反双极晶体管（AAT）。反双极晶体管的突破性进展反双极器件是一类正（空穴）负（电子）电荷载流子都能在半导通道内同时传输的晶体管。然而，现有的反双极型器件主要使用二维或有机材料，这些材料对于大规模半导体器件集成来说并不稳定。此外，它们的频率特性和能效也很少被探索。针对这些限制，香港城市大学协理副校长（企业）兼材料科学与工程学系副系主任何颂贤教授领导的研究团队着手研究开发信息密度更高、互连更少的反双极器件电路，并探索其频率特性。基于GaAsSb/MoS2异质结的三元逆变器示意图研究小组采用先进的化学气相沉积技术制造出了一种新型的混合维异质晶体管，它结合了高质量砷化镓锑纳米线和MoS2纳米片的独特性能。革命性的混维晶体管新型反双极性晶体管性能卓越。由于混维GaAsSb/MoS2结具有很强的界面耦合和带状结构排列特性，这种异质晶体管具有突出的反双极传输特性，并能实现跨导翻转。与CMOS技术中的传统频率倍增器相比，转导的翻转使频率响应输入的模拟电路信号加倍，从而大大减少了所需器件的数量。何教授说："我们的混维反双极晶体管可以同时实现多值逻辑电路和频率乘法器，这在反双极晶体管应用领域尚属首次。"香港城市大学教授何颂贤多值逻辑特性简化了复杂的布线网络，降低了芯片功耗。器件尺寸的缩小以及结区的缩小使器件既快速又节能，从而实现了高性能的数字和模拟电路。"何教授说："我们的研究结果表明，混合维反双极器件能够实现具有高信息存储密度和信息处理能力的芯片电路设计。迄今为止，半导体行业的大多数研究人员都专注于器件的微型化，以保持摩尔定律的发展。但是，反双极型器件的出现显示了现有基于二进制逻辑的技术的相对优越性。这项研究开发的技术代表着向下一代多功能集成电路和电信技术迈进了一大步。"这项研究还为进一步简化复杂的集成电路设计以提高性能提供了可能。这种混维反双极性器件的跨导翻转功能显示了在数字和模拟信号处理中的广泛应用，包括三元逻辑反相器、先进光电子学和倍频电路。何教授补充说："新的器件结构预示着未来多功能电子技术革命的潜力。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421483.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421483.htm

科学家开发出制造新一代太阳能电池的新方法

科学家开发出制造新一代太阳能电池的新方法包括宾夕法尼亚州立大学教师NelsonDzade在内的一个国际研究小组报告了一种新方法，这种方法可以制造出更耐用的太阳能电池，同时还能高效地将太阳光转化为电能。资料来源：NelsonDzade包括宾夕法尼亚州立大学教师NelsonDzade在内的科学家们在《自然-能源》杂志上报告了他们的新方法，该方法可制造出更耐用的过氧化物太阳能电池，并仍能实现21.59%的高效率将太阳光转化为电能。约翰和威利-莱昂家族能源与矿产工程系能源与矿产工程助理教授、本研究的合著者德扎德说，透辉石是一种很有前途的太阳能技术，因为与传统的硅材料相比，这种电池可以在室温下用更少的能量制造，使其生产成本更低，更具可持续性。科学家们说，但用于制造这些设备的主要候选材料--有机-无机混合金属卤化物，含有易受潮、氧和热影响的有机成分，暴露在真实世界的条件下会导致性能迅速下降。一种解决方案是转而使用碘化铯铅等全无机包晶材料，这种材料具有良好的电气性能和对环境因素的超强耐受性。不过，这种材料是多晶体的，也就是说，它有多个具有不同晶体结构的相。科学家们说，其中两种光活性相对于太阳能电池来说是好的，但它们在室温下很容易转化为不良的非光活性相，从而引入缺陷，降低太阳能电池的效率。突破性的相异质结技术科学家们将碘化铯铅的两种光活性多晶体结合起来，形成了一种相异质结--它可以抑制向不良相的转变。异质结是通过堆叠具有不同光电特性的不同半导体材料形成的，就像太阳能电池中的层一样。太阳能设备中的这些结可以进行定制，以帮助从太阳中吸收更多能量，并更高效地将其转化为电能。Dzade说："这项工作的美妙之处在于，它表明利用同一种材料的两种多晶体来制造相异质结太阳能电池是一种可行的方法。它提高了材料的稳定性，防止了两相之间的相互转换。两相之间形成的相干界面可使电子轻松流过设备，从而提高功率转换效率。这就是我们在这项工作中所展示的。"研究人员制造出的器件实现了21.59%的功率转换效率，属于此类方法中的最高水平，而且稳定性极佳。不仅如此，该装置在环境条件下储存200小时后，仍能保持90%以上的初始效率。Dzade说："当从实验室扩展到实际太阳能模块时，我们的设计在太阳能电池面积超过7平方英寸（18.08平方厘米）的情况下，功率转换效率达到了18.43%。这些初步结果凸显了我们的方法在开发超大型过氧化物太阳能电池模块和可靠评估其稳定性方面的潜力。"研究人员对在原子尺度上对异质结的结构和电子特性进行了建模，并发现将两种光活性相结合在一起可以形成稳定而连贯的界面结构，从而促进高效的电荷分离和转移--这是实现高效太阳能设备的理想特性。Dzade在韩国全南大学的同事开发出了制造该设备的独特双沉积方法--一种相用热风技术沉积，另一种相用三源热蒸发技术沉积。韩国全南大学研究教授、论文第一作者SawantaS.Mali说，在沉积过程中添加少量分子和有机添加剂，进一步提高了器件的电性能、效率和稳定性。约翰和威利-莱昂家族能源与矿物工程系能源与矿物工程助理教授、该研究的共同作者尼尔森-德扎德（NelsonDzade）说："我们相信，我们在这项工作中开发的双沉积技术将对制造高效、稳定的过氧化物太阳能电池产生重要影响。"研究人员说，这种双重沉积技术可以为开发更多基于全无机包晶或其他卤化物包晶成分的太阳能电池铺平道路。研究人员说，除了将该技术扩展到不同的成分外，未来的工作还包括使目前的相位异质结电池在实际条件下更加耐用，并将其扩展到传统太阳能电池板的尺寸。Dzade说："有了这种方法，我们相信在不久的将来，这种材料的效率应该可以超过25%。一旦我们做到了这一点，商业化就指日可待了。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392487.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392487.htm

天大团队新方法制备耐 500℃超强铝合金

天大团队新方法制备耐500℃超强铝合金最近，天津大学材料学院教授何春年团队研发出新型氧化物弥散强化铝合金，将铝合金的服役温度从350℃提高至500℃，攻克了铝合金难以在400℃以上高温环境应用的难题。相关研究成果以“超分散氧化物强化的耐热铝合金”为题发表于《自然材料》期刊上。何春年说：“这一新工艺过程简单、物料成本低廉、易于规模化生产，因而具有显著的工业应用价值。我们正在与行业领军企业与科研院所合作开展面向航空发动机与航天重要部件用耐热铝合金的制备研究，大力推进该材料的产业落地。”（新华社）

一种将光转化为电能的令人惊讶的新方法

一种将光转化为电能的令人惊讶的新方法波士顿学院的一个研究小组发现，光电流沿着Weyl半金属的一条晶轴流入（蓝色图示），并沿着垂直轴流出（黄色/橙色图示），这里表示的是该小组利用量子磁场传感器开发的一种新技术来观察电流的流动情况。资料来源：波士顿学院Zhou实验室许多当代技术，如照相机、光纤系统和太阳能电池板都依赖于将光转换为电信号。然而，在大多数材料中，简单地将光照在其表面并不能产生电，因为没有特定的电的流动方向。为了克服这些限制并创造新的光电子装置，研究人员正在研究韦尔半金属中电子的独特特性。"大多数光电设备需要两种不同的材料来创造空间上的不对称性，"Zhou说，他与不列颠哥伦比亚省的八位同事和新加坡南洋理工大学的两位研究人员合作。"研究表明，单一材料内的空间不对称性，特别是其热电传输特性的不对称性可以引起自发的光电流。"该团队研究了二碲化钨和四碲化钽材料，这两种材料都属于Weyl半金属的范畴。研究人员怀疑这些材料将是产生光电流的良好候选材料，因为它们的晶体结构是固有的反转不对称的；也就是说，晶体不会通过围绕一个点的反转方向映射到自身。Zhou的研究小组着手了解为什么Weyl半金属能有效地将光转化为电能。以前的测量只能确定从一个设备出来的电量，就像测量有多少水从水槽流进排水管一样。为了更好地了解光电流的来源，团队试图将设备内的电流可视化--类似于制作水槽中的水流漩涡图。"作为项目的一部分，我们开发了一种新技术，使用称为钻石中的氮空穴中心的量子磁场传感器，对光电流产生的局部磁场进行成像，并重建光电流流动的全部流线，"手稿的主要作者，研究生WangYuxuan说。研究小组发现，电流在光照到材料的地方以四倍的涡流模式流动。研究小组进一步观察了循环流动模式如何被材料的边缘所改变，并发现边缘的精确角度决定了流出设备的总光电流是正的、负的还是零。Zhou说："这些从未见过的流动图像使我们能够解释，光电流的产生机制竟然是由于各向异性的光热电效应--也就是说，沿着Weyl半金属的不同面内方向，热量如何转化为电流的差异。"各向异性热电的出现并不一定与Weyl半金属所显示的反转不对称性有关，因此，可能存在于其他类别的材料。这一发现为寻找其他高光敏性材料开辟了一个新的方向，它展示了量子化传感器对材料科学中开放问题的颠覆性影响。未来的项目将使用独特的光电流流动显微镜来了解其他奇异材料中光电流的起源，并推动检测灵敏度和空间分辨率的极限。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347419.htm

光伏电池大突破：新型铁电无铅材料有望使制造更简便、成本更低

光伏电池大突破：新型铁电无铅材料有望使制造更简便、成本更低美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室（LawrenceBerkeleyNationalLaboratory）的科学家开发了一种钙钛矿结构的铁电化合物，它可能适合于生产无铅钙钛矿光伏电池。据悉，这种材料是一种晶体太阳能材料，具有内置电场，也称为“铁电性”。由于这一发现，制造太阳能电池设备将会变得更简单、也更便宜，而且效率也会更高。太阳能电池板需要将太阳能转化为电能，而其中就需要电场来将正电荷与负电荷分开。有鉴于此，制造商们通常会花费大量资金在太阳能电池的每一层上掺杂相关化学物质。劳伦斯伯克利国家实验室的新研究则提供了一种全新的简便方法。据称，这种新型铁电材料在实验室中由三溴化铯锗（CsGeBr3或CGB）制成，为制造太阳能电池器件提供了一种更简单且成本更低的方法。这项研究结果已于近期发表在了《科学进展》杂志上。研究人员表示，“这种新的铁电材料为制造太阳能电池设备打开了一扇更方便的大门。与传统的太阳能材料不同，CGB晶体本身就是极化的，这意味着晶体的一侧自然会产生正电荷，而另一侧会产生负电荷。所以不需要掺杂任何化学物质。”不仅如此，这种材料还是一种无铅“卤化物钙钛矿”，这是一种新兴的经济实惠且易于制造的太阳能材料。通常，性能最好的卤化物钙钛矿都含有铅，而铅会污染环境并引起公众健康问题。但上述新材料不含铅，性能也未受影响。“想象一下，有这样一种无铅太阳能材料，它不仅可以从太阳中获取能量，而且还具有自然、自发形成的电场，太阳能和电子行业的前景非常令人兴奋，”研究人员们表示。还值得一提的是，研究人员发现CGB的光吸收是可调的——跨越可见光到紫外光的光谱，这是太阳能电池高能量转换效率的理想范围。他们指出，在传统的铁电体中很少发现这种可调性。研究人员还指出，CGB不仅可以降低太阳能电池的制造成本，还可以用于推进新一代传感器和对光做出响应的超稳定存储设备。“我们预计这项研究将为进一步探索这类半导体铁电材料开辟一条道路，并挖掘出多功能材料（如光铁电材料）的新可能性。”他们总结道。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312569.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312569.htm