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机械工程学会摩擦学分会 固体润滑国家重点实验室 摩擦学学报
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学科探索

Science：等离子体准晶中的四维守恒拓扑电荷矢量 2025-02-26 一、 【科学背景】;; ; ; ; ; 根据诺特定理，物理系统中的对称性与守恒量密切相关。这些对称性通常决定了系统的拓扑结构，而随着维度的增加，这种拓扑结构变得更加复杂。准晶既没有平移对称性，也没有全局旋转对称性，但它们本质上存在于一个更高维度的空间中，其中对称性重新出现。在这里，以色列理工学院和麻省理工学院-哈佛大学超冷原子研究中心及电子研究实验室的Shai Tsesses和Guy Bartal团队，发现了四维（4D）中的拓扑电荷矢量，这些矢量支配着二维准晶的真实空间拓扑结构，并揭示了它们固有的守恒定律。在五边形等离子体准晶格中展示了对拓扑结构的控制，这些准晶格通过相位分辨和时域近场显微镜进行映射，表明它们的时间演化连续调节了它们不同四维拓扑结构的二维投影。该工作为实验探测准晶的热力学性质以及四维及以上空间中的拓扑物理提供了一种途径。相关研究成果以“Four-dimensional conserved topological charge vectors in plasmonic quasicrystals”为题目发表在国际顶级期刊Science上。 二、【科学贡献】 图1研究准晶中的位错及其产生的拓扑电荷：概念与实现。© 2025 Science 图2五边形等离子体准晶格的相位分辨近场显微镜。© 2025 Science 图3五边形等离子体准晶格中的拓扑电荷守恒。© 2025 Science 图4通过时间相位控制拓扑不同的准晶格的二维投影。© 2025 Science 三、【 创新点】; ; ; ; 1．准晶干涉图样所包含的信息并非局部的；也就是说，对其拓扑电荷的正确表征需要在多个位置测量场。 建立了用于解释准晶材料的力学和热力学性质的干涉电荷密度波模型。这些模型之间的对应关系表明，波干涉的时间依赖相位累积可以直接与给定准晶材料中基态自由能的变化相关联。 实验利用自由能如何补偿材料中位错的存在这一特性，检验准晶在自由能绝热变化下的热力学性质，而这是通过其他手段很难完成。 四、【 科学启迪】 ; ; ; ;本文的研究结果证明了二维准晶的高维空间中存在拓扑电荷矢量。准晶的场分布是从高维空间投影而来的，并且包含了关于高维拓扑的信息。通过构建关于解释准晶材料的力学和热力学性质的干涉电荷密度波模型，监测并获取了以下信息：即金表面上的电磁表面波的干涉。原则上，这些结果可以在其他波系统中重现。因此，准晶波干涉图样是检验物理系统高维拓扑结构的简单而直接的方法。 ; ; ; ;由于本文研究的是五边形对称性，对应的拓扑电荷矢量在四维空间中显现。然而，更高的质数对称性提供了更多的自由度以及更多的非简并拓扑电荷矢量，从而增加了被检验拓扑结构的维度。此外，三维拓扑缺陷，如斯格明子（skyrmions），可能存在于二维准晶波干涉中。 原文详情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt2495
二维材料生长新方法 登上Nature!!! 2025-02-25 过渡金属二硫化物（TMDs）通过化学气相沉积（CVD）在晶体基底上外延生长。然而，这一方法需要将生长后的材料转移到目标基底上，导致厚度控制和可扩展性较难实现。首尔大学Gwan-Hyoung Lee团队提出了一种名为“hypotaxy”（“hypo”意为向下，“taxy”意为排列）的创新方法，旨在解决传统外延生长二维过渡金属硫族化合物（TMDs）在衬底选择、厚度控制及晶圆级单晶合成上的局限性。相较于现有技术（如蓝宝石上外延或金衬底模板法），hypotaxy通过非外延衬底上的模板导向生长，解决了传统方法对单晶衬底的依赖及转移工艺的复杂性，同时结合了低温、高均匀性和可扩展性优势，为TMDs在集成电路和异质结器件中的实际应用提供了新路径。该项研究成果以“Hypotaxy of wafer-scale single-crystal transition metal dichalcogenides”为题发表于Nature。 ;;; 1.突破传统外延的衬底限制 传统方法依赖化学气相沉积（CVD）在单晶衬底（如蓝宝石或金）上外延生长TMDs，需后续转移至目标衬底，导致界面污染和厚度不均。而hypotaxy通过石墨烯作为模板，直接在非晶或晶格失配衬底（如SiO₂/Si）上生长单晶TMDs，无需转移步骤，显著扩展了衬底兼容性，支持单晶薄膜的晶圆级集成。 2.石墨烯模板引导的晶体对齐机制 在石墨烯下方预沉积金属薄膜并通过硫化/硒化处理，形成取向一致的TMD晶核。石墨烯的移除后，晶核合并为单晶薄膜。这一过程利用石墨烯的范德瓦尔斯相互作用和晶格导向作用，实现了跨衬底的晶体一致性，克服了传统外延对衬底晶格匹配的依赖。 3.精确的厚度控制与材料性能优化 该方法可调控MoS₂从单层到数百层的厚度，且生成的4英寸单晶MoS₂表现出高热导率（约120 W·m⁻¹·K⁻¹）和高迁移率（约87 cm²·V⁻¹·s⁻¹），优于多数传统CVD生长的TMDs，接近分子束外延（MBE）的高质量薄膜水平。 4.低温工艺兼容后端集成 通过氧等离子体在石墨烯上制造纳米孔，使MoS₂的生长温度降至400°C，与半导体后端工艺（BEOL）兼容，为三维单片集成提供了可能。 5.普适性与可扩展性 该方法成功拓展至MoSe₂、WS₂、WSe₂等其他TMD材料，展现了在多样化电子器件中的应用潜力，例如高密度忆阻器阵列或神经形态计算器件。 图1: 外延生长和hypotaxy外延生长的机制 图2:;hypotaxy外延生长的逐步过程 图3: MoS2;“hypotaxy外延生长中的层数可控性 图4: 4英寸单晶MoS2的hypotaxy外延生长 图5:;hypotaxy外延生长单晶MoS2的热学和电学特性 论文地址： https://www.nature.com/articles/s41586-024-08492-9
从头计算的量子多体理论：捕捉铜氧化物高温超导趋势 2025-02-24 ; 崔智昊（加州理工学院博士，哥伦比亚大学博士后研究员） ; 一、【导读】 近年来，以铜氧化物为代表的高温超导体持续吸引着学术界和工业界的关注。尽管其超导机理和临界温度（Tc）在过去四十年里受到广泛研究，但要在理论上准确预测甚至定量解释不同结构和外部条件（如压力、层数）对Tc的影响，依然面临巨大挑战。本工作由加州理工学院的Garnet Chan教授课题组及哥伦比亚大学、加州大学伯克利分校等多家单位合作，利用从头计算（ab initio）量子多体方法，仅依据材料晶体结构，即可在理论上成功复现铜氧化物的超导配对行为，并在压力效应与多层数效应等方面和实验结果保持一致。该研究为未来的高温超导材料筛选和设计提供了全新的思路。 ; 二、【成果掠影】 ; 研究团队通过密度矩阵嵌入理论（density matrix embedding theory, DMET）与耦合簇（coupled cluster）方法的结合，为高温超导体提供了多体电子结构的解决方案。 在超导配对序方面，再现了随压力上升而增强的超导趋势，可与实际观测到的临界温度变化相对应。 ; 展示了单层、双层乃至多层铜氧化物体系中最大配对强度的“先增后降”规律，与实验测到的Tc变化相吻合。 ; 通过量子涨落分析，揭示了短程自旋涨落是驱动超导配对凝聚的关键要素，表明超交换（superexchange）对于提升超导强度至关重要。 三、【核心创新点】 ; 完全电子相互作用主导：不显式引入声子及其他辅助模型，从材料电子基态出发模拟超导配对。 DMET量子嵌入打破大体系瓶颈：通过将2×2超胞作为“量子杂质”并与环境相互作用，避免了对整块晶体系统全局求解的高昂成本，又能保留真实的电子关联特征。 强关联+多轨道高精度：使用耦合簇CCSD等量子化学级别方法，处理包含数百轨道的复杂体系；兼顾强关联电子效应与体系规模的可计算性。 四、【数据概览】 ; 图1 不同压力下CaCuO2（CCO）体系的超导序参量随掺杂变化 图2 单层Hg-1201与双层Hg-1212在最佳掺杂附近的最大超导配对强度对比 图3 量子涨落分析表明短程自旋涨落与多轨道电荷涨落在配对形成中的作用 ; 五、【成果启示】 本研究为铜氧化物高温超导特性提供了从头算多体理论下的深入理解： ; 一方面，结果表明超交换主导下的短程自旋涨落和多轨道电荷涨落共同促进了高温超导配对，使得最大配对强度对压力和层数变化都相当敏感。 另一方面，该自洽量子嵌入及耦合簇方法也为基于晶体结构的材料设计与预测提供了全新路径，不仅可用于研究铜氧化物，也适用于其他强关联体系或潜在高温超导材料。 原文详情： Z.-H. Cui, J. Yang, J. Tölle, H.-Z. Ye, S. Yuan, H. Zhai, G. Park, R. Kim, X. Zhang, L. Lin, T. C. Berkelbach, G. K.-L. Chan, Ab initio quantum many-body description of superconducting trends in the cuprates, Nat. Commun., 16, 1845, 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-56883-x ; 本文由崔智昊博士供稿 ; ; ; ; ; ; ; ;
西安交大丁书江Joule：溶剂衍生的富有机SEI有效提升低温锂金属电池容量 2025-02-24 锂金属电池因其超过500 Wh kg⁻¹的高能量密度而备受关注，然而在低温（尤其是低于-20°C）环境下面临显著的性能退化问题，其核心瓶颈主要源于界面动力学迟滞和材料/结构失效。为了提升锂金属电池的低温性能，近年来研究人员主要解决方案以电解液革新和SEI调控为核心，结合电极结构优化与热管理技术，逐步突破低温瓶颈。 西安交通大学化学学院丁书江教授团队针对低温锂金属电池（LT-LMBs）中固体电解质界面（SEI）的传统认知提出了突破性观点，并通过实验验证了溶剂衍生富有机SEI的独特优势。该研究成果以“Solvent-derived organic-rich SEI enables capacity enhancement for low-temperature lithium metal batteries”（溶剂衍生的富有机SEI有效提升低温锂金属电池容量）为题发表在国际能源领域顶级期刊“Joule”（《焦耳》）上，西安交通大学化学学院为第一通讯单位。论文第一作者为西安交大博士生阴祥凯，通讯作者为西安交大化学学院丁书江教授、高国新副教授和于伟副教授。 该研究成果核心创新点可归纳如下： 1. 理论突破：挑战传统SEI设计范式 传统观点颠覆：首次揭示低温条件下阴离子衍生的富无机SEI因界面传输动力学缓慢导致容量衰减，而溶剂衍生的富有机SEI反而表现出更优性能。这一发现打破了“无机SEI更优”的固有认知，为低温电池设计提供了新方向。 低温适配性理论：提出低温环境会放大SEI的动力学差异，强调需针对低温需求定制SEI（而非直接沿用室温优化策略），推动低温电池界面研究的范式转变。 2. 材料与结构创新：有机硅电解液构建稳定SEI 新型电解液设计：开发含Si–O键的有机硅电解液，其溶剂分子参与形成SEI，显著提升有机成分比例（16.51倍增加）。 SEI结构优化：所构建的富有机SEI兼具快速离子传输（弱界面作用力与孔扩散机制）与增强稳定性（Si–O键贡献），解决了传统有机SEI机械性能差的问题。 3. 机制揭示：界面溶剂化结构与SEI性能关联 近界面溶剂化结构调控：发现电解液溶剂化结构与SEI组分间的直接关联，提出通过调控溶剂化环境（如低温循环工艺）定向设计SEI化学组成，为界面工程提供理论依据。 动力学机制阐明：揭示富有机SEI的低界面阻抗源于更快的孔扩散机制，而传统无机SEI的致密结构在低温下阻碍离子迁移。 4. 工艺创新：低温成膜循环技术 开发低温形成循环（LT formation cycling）工艺，利用低温条件促进溶剂分子优先分解，实现SEI中有机组分的定向富集，为低温电池制造提供新方法。 5. 性能突破：创纪录的低温电池表现 极端低温性能：Li||NCM811电池在**-114.05°C**仍保持放电功能，刷新低温工作极限。 高容量与循环稳定性：在**-40°C下放电容量提升22.5%；1.2 Ah软包电池在-20°C**、贫电解液条件（2.5 mL Ah⁻¹）下循环50次后容量保持率达92.1%，展现实际应用潜力。 论文链接：https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(25)00004-2
南京大学余林蔚教授团队：基于纳米线的柔性传感在可穿戴电子、脑机接口与电子皮肤的应用新进展 2025-02-23 【引言】 近日，南京大学余林蔚教授团队在高起点新刊Electron上发表了题为“Nanowire-Based Flexible Sensors for Wearable Electronics, Brain-Computer Interfaces, and Artificial Skins”的文章，南京大学电子科学与工程学院博士后宋晓攀和苏州大学未来科学与工程学院顾洋同学（目前保送到南京大学本课题组继续深造）为共同第一作者。南京大学余林蔚教授和苏州大学王胜老师为共同通讯作者。该综述系统性阐述了纳米线在可穿戴电子、脑机接口与人工皮肤领域的柔性传感应用，从原理、机制和结构的角度详细地介绍了基于纳米线柔性传感在各类新兴领域的优势与发展前景，提出了其在实际应用面临的挑战并展望了未来发展方向。 传感技术在手机、自动驾驶汽车和健康监测等领域广泛应用，但传统刚性材料传感器在柔性和稳定性方面存在局限。为满足柔性电子设备的需求，研究聚焦于纳米材料和新型结构设计，如一维纳米线和二维薄膜，通过几何优化和自下而上生长方法显著提升了材料的机械柔韧性和电学性能。金属纳米线（如银、铜纳米线）和半导体纳米线（如硅纳米线）因其高纵横比、生物相容性和可调光学及电学特性，在柔性传感、脑机接口和医疗诊断中展现出巨大潜力。 【图文导读】 1. 基于纳米线的柔性传感在可穿戴电子、脑机接口与人工皮肤的应用 随着材料尺寸缩小至纳米级别，缺陷的引入和裂纹的形成减少，赋予了纳米线良好的机械柔韧性，使其能够在不造成损害的情况下承受小应变，并与柔性基板集成，成为电子设备中关键但微小的部分，这种特性使得基于纳米线的传感器具备优良的弯曲和拉伸性能。此外，纳米线的一维结构为柔性电子提供了可靠且高效的导电通道，并能以较低的导电材料消耗有效降低导电填料的渗透阈值。相比薄膜，纳米线的高纵横比确保了其网络能够展现出优异的光学性能。纳米线高的表面积体积比使其能更好地与测量目标相互作用，同时其尺寸接近量子尺寸效应，这两个因素共同赋予了纳米线卓越的灵敏度。这些优势使得纳米线在可穿戴电子、脑机接口与人工皮肤等领域具有重要的潜力与前景（图1所示）。 图1. 基于纳米线结构的柔性传感在可穿戴电子、脑机接口与人工皮肤的应用 2. 基于不同策略的纳米线制备与转移 “自上而下”方法主要通过光刻技术和模板法制备纳米线，光刻技术利用光学原理实现高精度纳米线刻蚀，而模板法则通过硬模板或软模板控制纳米线形貌，适用于大规模生产。“自下而上”方法则通过增材工艺，从原子或分子层面引导纳米线生长，具有成本低、效率高的优势。与经典的的气-液-固（VLS）方法相比，南京大学余林蔚教授团队首先提出并发展的平面固-液-固（IPSLS）机制通过使用非晶硅薄膜作为前驱体而非气态硅烷，不仅避免了垂直生长的限制，还实现了在低温下沉积并促使催化剂沿衬底平面吸收硅原子进行纳米线的横向生长，通过简单的台阶引导，还实现纳米线的精准形貌设计，在柔性电子器件领域具有无限应用潜力。由于固态非晶硅中的硅原子浓度远高于气态硅烷，IPSLS方法显著提高了纳米线的生长速率，可在最优条件下达到VLS方法的一百倍以上，同时相比于“自上而下”策略降低了对高分辨率光刻技术的依赖，可以实现可定位的硅纳米线的生长与集成。“自上而下”方法在精度和定位方面表现优异，但产量低、成本高；自下而上方法适合大规模生产，但在均匀性和精确定位方面存在局限。结合两者的优势，开发兼具高精度和大规模生产能力的技术，将推动纳米线在柔性传感器等领域的广泛应用。 图2. 基于“自上而下”与“自下而上”策略合成纳米线 3. 纳米线柔性传感器在可穿戴电子方面的应用 实时生物特征监测，包括活动追踪、呼吸监测、睡眠监测、心率监测、血压监测以及其他携带生物特征信息的信号检测，在过去几十年中随着医疗技术的进步变得越来越重要。与传统庞大且昂贵的监测设备相比，可穿戴电子设备无疑提供了一种紧凑、便携、低成本且低功耗的替代方案，适合长期佩戴以进行连续信号检测。此外，可穿戴电子设备的应用不仅限于从身体收集信号；传感器作为人类的第三只“电子眼”，可以接收外部信号如压力、温度、湿度等，并进行量化和显示，增强或补偿人们对外部信号的感知能力。纳米线作为柔性传感器重要的材料选择之一，因其良好的机械与电学性能，在穿戴需求背景下展现出良好的应用价值和广阔的发展前景。 图3. 纳米线柔性传感器在可穿戴电子方面的应用 4. 纳米线柔性传感器在脑机接口方面的应用 脑机接口（BCIs）技术作为探索大脑运作机制及思维产生原理的关键工具，通过实时监测和解析脑信号，在高效通信、低延迟控制以及治疗多种脑部疾病等方面展现了巨大的潜力。脑机接口的发展得益于计算机技术和信号处理技术的进步，使得从脑电图（EEGs）中提取有价值信息成为可能。根据其操作方式的不同，脑机接口主要分为侵入式与非侵入式两种类型。在侵入式脑机接口中，纳米线技术的重要性尤为突出，它不仅能够显著减小探针尺寸，从而减少对脑组织的损伤并降低炎症反应的风险，还因其优异的空间分辨率和增强的导电性提高了信号监测的稳定性和精确度，为长期稳定监测提供了可能。对于非侵入式脑机接口而言，干电极结合纳米线的应用解决了传统电极面临的接触不稳定性和导电性问题，通过提高干电极的导电性有效降低了接触阻抗，并改善了信噪比，使得便携式、高性能且适合长期使用的脑机接口系统成为现实。因此，纳米线技术无论是在提升侵入式脑机接口的安全性和稳定性，还是在优化非侵入式脑机接口的性能方面，都起到了至关重要的作用，极大地推动了脑机接口技术的发展及其在外部控制和医疗诊断中的应用。 图4. 纳米线柔性传感器在脑机接口方面的应用 5. 纳米线柔性传感器在人工皮肤方面的应用 皮肤作为人体最大的器官，不仅保护我们免受外部环境因素的影响，调节包括体温在内的体内平衡，还通过触觉帮助检测各种内部和外部干扰，如压力、应变、振动、温度、疼痛和化学物质，对人体执行重要功能。鉴于此，利用电子设备模仿人类皮肤的功能——即所谓的电子皮肤（e-skin），引起了极大的关注。电子皮肤最基本的特点在于其可拉伸性，这对传统的刚性传感器构成了重大挑战。然而，柔性传感器能够有效应对这一挑战，并被集成到电子皮肤中。纳米线在柔性传感中作为出色的功能载体，提供了高灵敏度、良好的机械性能、优异的光学透明性和可定制的形态特征，使得实现诸如触觉感应、能量收集与储存以及同步加热等高精度甚至集成化功能成为可能。可以预见，作为一种新一代传感器，电子皮肤具有广阔的发展和应用前景。纳米线的应用在提升电子皮肤性能方面扮演了至关重要的角色，推动了电子皮肤向着更加灵敏、多功能和实用化的方向发展。 图5. 纳米线柔性传感器在人工皮肤方面的应用 【结论与展望】 这篇综述系统地探讨了基于纳米线的柔性传感器在可穿戴电子设备、脑机接口和人造皮肤领域中的先进制造技术和最新发展，这些进展主要受到智能技术时代对健康监测、工业创新和日常生活便利性日益增长的需求驱动。作为准一维材料，具有高纵横比、优异电性能和卓越机械性能的纳米线是开发高性能柔性电子产品的理想选择。此外，纳米线良好的生物相容性和对组织损伤的最小化对于脑机接口应用中实现长期稳定且高性能的脑电信号监测和刺激至关重要。过去十年间，关于纳米线制造的研究大多集中在“自上而下”的方法上。同时，为了解决精确控制纳米线位置、形态和均匀性的挑战，“自下而上”的生长方法也被探索。这些努力共同促成了一个成熟的理论框架，用于合成、转移和组装纳米线。特别地，通过精确控制生长条件或使用特定的模板辅助技术，可以微调纳米线的形态、成分和排列，从而满足特定应用需求。未来，预计基于纳米线的柔性传感器将找到更广泛的应用，并有望开启一个可扩展、成本效益高且高度生产力的制造平台，极大地推进智能传感技术的发展。然而，进一步发展基于纳米线的柔性传感器需要系统的探索和全面考虑，包括： 1. 材料创新：开发与纳米线兼容的柔性有机/聚合物介电材料和导电材料将是未来研究的重点。 2. 能源供应与存储：高效的能源来源和储能技术对于支持可穿戴、便携式和植入式设备中的柔性传感器至关重要。 3. 生物相容性：改善纳米线材料的生物相容性和优化其与生物组织的界面是重要的发展方向。 4. 多功能集成与智能化：未来的柔性纳米线传感器将整合多种功能，如感知、计算和通信，进入单一复杂系统。 5. 制造工艺与规模化生产：发展低成本、高通量的制造方法对于大规模生产至关重要。 针对工业生产方面，虽然那些对精度要求不高的柔性传感器已被集成到制造过程中，但需要精确放置纳米线的传感器仍然面临阻碍大规模生产的挑战。为了应对这些挑战并促进未来发展，可以采取诸如过程集成、材料创新、自动化和规模化以及标准化等策略。总之，基于纳米线的柔性传感器的未来发展需要一种系统的方法，考虑到材料、集成技术、能源供应、生物相容性、多功能集成和制造工艺等多个方面。通过跨学科合作和技术革新，基于纳米线的柔性传感器有潜力在医疗保健、人机交互及其他高科技领域扮演重要角色，带来变革性变化。 该工作的开展得到了南京大学陈坤基教授，徐骏教授，王军转教授与苏州大学孙斌老师的支持，受到国家重点研发计划、国家自然科学基金杰出青年基金、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省卓越博士后等项目基金的资助，在此一并表示衷心的感谢！ 论文信息： Xiaopan Song1#, Yang Gu2#, Sheng Wang2*, Junzhuan Wang1, Linwei Yu1*. Nanowire-Based Flexible Sensors for Wearable Electronics, Brain-Computer Interfaces, and Artificial Skins. Corresponding Author: Sheng Wang, Linwei Yu Electron, 2025; 00:e77 https://doi.org/10.1002/elt2.77 【前期相关工作】 1. Scalable Integration of High Sensitivity Strain Sensors Based on Silicon Nanowire Spring Array Directly Grown on Flexible Polyimide Films. Xiaopan Song, Yang Gu, Sheng Wang*, Junyu Fan, Junyang An, Lei Yan, Bin Sun, Junzhuan Wang, Linwei Yu*, Nano Letters, 25, 2290-2297 (2025) 2. Highly Stretchable High-Performance Silicon Nanowire Field Effect Transistors Integrated on Elastomer Substrates. Xiaopan Song, Ting Zhang, Lei Wu, Ruijin Hu, Wentao Qian, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*, Advances. Science, 9, 2105623 (2022). 3. Flexible silicon for high-performance photovoltaics, photodetectors and bio-interfaced electronics. Shuyi Wang, Xiaopan Song*, Jun Xu*, Junzhuan Wang, Linwei Yu*, Materials Horizons, DOI: 10.1039/d4mh01466a (2025). 4. Designable Integration of Silicide Nanowire Springs as Ultra-Compact and Stretchable Electronic Interconnections. Rongrong Yuan, Wentao Qian, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*, Small, 2104690 (2021). 5. Planar Growth, Integration, and Applications of Semiconducting Nanowires. Ying Sun, Taige Dong, Linwei Yu,* Jun Xu,* Kunji Chen, Advanced Materials, 32 1903945 (2020). 6. Highly Sensitive Ammonia Gas Detection at Room Temperature by Integratable Silicon Nanowire Field-Effect Sensors. Xiaopan Song, Ruijin Hu, Shun Xu, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*, ACS Applied Materials & Interfaces, 13 14377-14384 (2021). 7. High-Performance Transparent Silicon Nanowire Thin Film Transistors Integrated on Glass Substrates via a Room Temperature Solution Passivation. Xiaopan Song, Lei Wu, Yifei Liang, Zongguang Liu*, Junzhuan Wang, Jun Xu, Kunji Chen, Linwei Yu*, Advanced Electronic Materials, 9 2201236 (2023). 8. Ultracompact single-nanowire-morphed grippers driven by vectorial Lorentz forces for dexterous robotic manipulations. Jiang Yan, Ying Zhang, Zongguang Liu, Junzhuan Wang, Jun Xu*, Linwei Yu*, Nature Communications, 14 3786 (2023). 课题组简介：https://ese.nju.edu.cn/ylw
一作兼通讯：创纪录弯曲与响应速度的量子点柔性光电探测器 2025-02-22 01 【科学背景】 柔性光电器件，比如柔性太阳能电池，柔性探测器，柔性成像仪在可穿戴器件，电子皮肤以及机器人和生物工程领域正发挥着重要作用。胶体量子点材料因其具有带隙可调、溶液合成，易于加工集成、成本低廉等优点，已经成为柔性光电器件中的明星材料。对于柔性器件而言，在弯曲过程中，活性层会产生应力从而导致结构被破坏以及器件性能衰减，所以高的弯曲稳定性一直是大家研究和追求的重点。在以往的研究中，大家多通过通过增加层与层之间的粘附性，引入聚合物去提高量子点柔性器件的弯曲性能，但是现在的性能依旧停留在万次弯曲水平，这仍然无法满足柔性器件领域日益增长的需求。 02【创新成果】 近日，来自比利时根特大学的邓玉豪（第一作者&通讯作者）等研究人员，发现通过降低量子点活性层的厚度，可以降低弯曲时活性层中的应力，并且薄的活性层在制备过程中也会引入更低的裂缝缺陷，从而可以提高量子点柔性器件的弯曲性能。基于这一发现，作者解决了柔性衬底上集成超薄器件的各种难点，实现了创纪录的十万次弯曲而无明显衰减的优异性能。并且因为超薄的结构，光生载流子的迁移时间被缩短，还在柔性探测器件上实现了创纪录的20纳秒的响应时间和97%的载流子提取效率。另外，针对活性层厚度降低导致光吸收率降低的问题，作者们通过构建F-P微腔，将活性层的吸收率提高了3.4倍，从而也实现了27%的外量子效率和2.1 × 1011 Jones的比探测率。 相关工作以题为“Super Bending-Stable Flexible Colloidal QD Photodetector with Fast Response and Near-Unity Carrier Extraction Efficiency ”的论文发表在国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。 03【数据概况】 图1、超薄结构的制备与优化 图2、柔性光电探测器的结构与性能 图3、微腔增强活性层的吸收与近极限的载流子提取效率 图4、柔性探测器的弯曲性能表征。 04【科学启迪】 本文通过对弯曲时应力产生机理的深入了解，作者另辟蹊径，通过降低活性层的厚度，设计超薄光电探测器的思路，从而实现了创纪录的十万次弯曲性能和20纳秒的响应速度，载流子提取效率也实现了97%的近极限水平。同时对于超薄结构器件制备过程中，配体交换溶液渗透导致掺杂改变的问题，作者引入渐变交换的方法解决这一问题。本工作实现了超弯曲稳定和超快量子点柔性探测器件的制备，为高性能柔性光电领域的发展提供了有益的借鉴。 05【作者简介】 Yu-Hao Deng (邓玉豪) 博士，比利时根特大学BOF博士后研究员，主要研究方向为胶体量子点材料与光电器件以及钙钛矿材料表征与光电器件。邓博士之前已在Nature，Advanced Materials，Matter, Nano Letters，Physical Review Letters，Advanced Science等国际期刊上发表文章数篇。 文献链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.4c21940
超导成果 登上Nature！ 2025-02-22 一、【科学背景】 二维材料中的超导性，尤其是由莫尔超晶格效应引发的平带超导性，近年来引起了广泛关注。扭曲的双层和三层石墨烯由于层间耦合和莫尔超晶格的相互作用，形成了低能平带，展现出强关联电子现象，部分研究已证明石墨烯系统中存在超导性。然而，尽管在莫尔结构的过渡金属二硫化物（TMDs）等其他二维材料中观察到了丰富的关联现象，超导性的强有力实验演示依然缺乏，这仍然是一个亟待解决的问题。在TMDs中，莫尔图案也能引发低能平带，并已成为实现强关联电子态的高度可调系统。尽管理论预测过渡金属二硫化物可能展现超导性，但至今尚未有明确的实验观察，表明二维平带系统中是否普遍具备超导性，或是石墨烯等结构中某些独特特性在超导性形成中发挥着关键作用。因此，如何明确二维TMDs材料中的超导机制，并确定其与平带结构的关系，成为了当前急需解决的科学问题。 ; 二、【创新成果】 近日，哥伦比亚大学Cory R. Dean团队在Nature上发表了题为“Superconductivity in 5.0° twisted bilayer WSe2”的论文，本文本论文首次在5.0°扭曲双层WSe₂中观测到超导性，发现其超导性与反铁磁（AFM）相的费米面重构共存，推测自旋涨落可能是配对机制的关键。研究表明，施加位移场后，莫尔带范霍夫奇点（VHs）附近的态密度增加及磁化率提升触发了AFM相，从而促进了超导态的形成，为探索二维材料中超导性与磁序的关系提供了重要线索。 图1 电子能带结构与超导口袋 © 2024 Springer Nature 图2 tWSe2的超导性 © 2024 Springer Nature 图3 磁性和相位图 © 2024 Springer Nature 图4 超导边界的温度依赖性 © 2024 Springer Nature ; 三、【科学启迪】 该项成果为理解二维材料中超导性的机制提供了新的思路，特别是过渡金属二硫化物（TMDs）系统中的超导性。研究发现，WSe₂的超导性与反铁磁相的相互作用密切相关，超导配对可能由自旋涨落介导，提供了不同于常规声子介导机制的可能性。该研究揭示了超导性与Fermi表面重构、磁性有序之间的关系，进而推动了对二维材料中强关联电子态的理解，为量子材料、磁性材料以及自旋电子学领域的应用提供了宝贵的理论依据。未来，进一步研究磁性和超导态之间的相互作用以及旋转角度对相图演化的影响，将为开发新型量子材料和超导技术奠定基础。 ; 原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08381-1
苏州大学王胜《JMCA》：低温固态金属电池失效机理与设计策略研究 2025-02-21 文章标题：Failure Mechanisms and Design Strategies for Low-Temperature Solid-State Metal Batteries 第一作者：徐华健 通讯作者：王胜、宋晓攀 ;;;;;;;; 研究背景 固态金属电池（SSMBs）凭借高能量密度和安全性优势，被认为是下一代储能技术的理想选择。研究表明，这类电池在常温或高温条件下表现出优异的电化学性能，但在低温环境下却暴露出一系列关键问题：缓慢的动力学过程、电化学稳定性差、不可控的锂枝晶生长和机械失效，这些都严重影响了电池的效率和寿命。尽管存在低温挑战，这类电池在极端环境的应用潜力不可忽视——无论是太空低温区域、地球极寒地带，还是传统电池难以运行的寒冷环境，固态金属电池都能提供更可靠的保障。近日，苏州大学王胜老师联合南京大学宋晓攀老师在期刊Journal of Materials Chemistry A;上发表了题为“Failure Mechanisms and Design Strategies for Low-Temperature Solid-State Metal Batteries”的重要综述。研究团队深入探讨了低温条件下运行的SSMBs的失效机制，特别关注电化学失效、界面相关问题、动力学过程和机械失效并提出了旨在改进SSMBs低温性能的未来研究方向。 ; ; 图文解读 低温固态金属电池的优点、应用、挑战及设计策略 ; 固态金属电池（SSMBs）因其高理论能量密度和内在的安全优势，被视为下一代储能系统的最终选择。大量的实验和理论研究表明，SSMBs在中温和高温条件下表现出卓越的电化学性能。传统的锂离子电池在超低温（低于-40℃）下表现出显著的容量和功率输出下降，这大大限制了它们在新能源汽车、国防安全、太空探索和深海作业等高科技领域的应用。利用电解质材料的结构设计灵活性和优异的低温性能，低温固态金属电池成为极端条件下储能的有希望的替代方案。然而，向实际应用过渡的过程中，低温环境下出现的关键问题显著阻碍了其发展。这些问题包括电化学稳定性不足、锂枝晶的不受控形成、固体电解质界面的机械退化以及缓慢的动力学过程，这些都限制了电池系统的整体效率和耐久性。为应对这些挑战，创新性的设计策略应运而生(图1所示)。 ; 图1. 低温固态金属电池的优点、应用、挑战及设计策略 低温下固态金属电池的失效机制 ; 固态金属电池（SSMBs）在低温环境下存在几大关键问题，必须攻克这些难题才能保证其稳定工作:;电化学失效：固体电解质在低温下的离子导电能力较差，导致界面极化加剧，整体电池效率降低。具体来说，低温使得电解质的离子导电率显著下降，增加了界面阻抗，从而影响电池的电化学稳定性。锂枝晶生长：低温条件下，锂枝晶的问题更为严重。由于局部电流密度增加的可能性更高，锂沉积变得不均匀，锂枝晶更容易穿透固体电解质，造成电池短路，并迅速恶化电池性能。缓慢的动力学过程：低温会使反应速率减慢，影响活性材料的有效利用，损害电池的能量输出和循环稳定性。特别是在固体电解质和电极材料中，离子传输速度变慢，尤其在SEI层（固体电解质界面层），这限制了电池的充放电效率。机械失效：由于电极与固体电解质之间的热膨胀系数不匹配，在温度变化时会产生应力，可能导致分层或界面接触损失。这种不匹配会导致材料开裂或界面脱离，最终引起机械失效。这些问题共同作用，严重影响了固态金属电池在低温环境下的性能和可靠性。 图2. 低温下固态金属电池（SSMBs）失效机制的示意图。(a) 电化学稳定性差 (b) 不可控的锂生长 (c) 缓慢的动力学过程 (d) 机械失效 ; 低温固态金属电池（SSMBs）的设计策略示意图 ; 要实现固态金属电池（SSMBs）在低温环境下的高效稳定运行，需要从多个方面入手，重点解决以下四个关键问题：材料选择：开发适合低温环境的新型材料是核心。例如，使用离子电导率高、热稳定性好的固体电解质（如硫化物、氧化物或聚合物基电解质），同时优化电极材料，确保其在低温下仍能保持高效的电化学性能。界面优化：固体电解质与电极之间的界面问题是影响性能的关键。通过引入缓冲层、表面涂层或原位形成稳定的固体电解质中间相（SEI），可以减少界面阻抗，抑制副反应，提升锂离子传输效率。电池结构优化：优化电池结构有助于提升低温性能。例如，设计更好的热管理系统，确保电池在极端温度下保持内部温度稳定；同时改进电极和电解质的微观结构，增强接触紧密性，降低界面电阻，提高能量密度和循环寿命。制造工艺改进：先进的制造工艺是高性能电池的保障。开发新的材料合成技术，确保固体电解质和电极的高质量；同时改进组装工艺，使各组件之间接触更紧密，内阻更小。通过以上多方面的协同创新，固态金属电池的低温性能将得到显著提升，为新能源汽车、极地装备等领域的应用提供更可靠的能源支持。 图3.;低温固态金属电池（SSMBs）的设计策略示意图;(a) 材料选择 (b) 界面工程 (c) 电池结构优化 (d) 制造工艺改进 ; 通过研发新型固态电解质提升低温环境下的离子电导率与电池性能 ; 保持高离子电导率是支持电池低温操作的前提条件。与在零度以下温度会冻结的有机液体电解质不同，固体电解质在广泛的温度范围内保持固态，并且不会完全失去其离子传导功能。通过研发新型固态电解质(如硫化物基和石榴石型电解质，在提高离子电导率和缓解枝晶形成方面展现出了潜力。)可以提升低温环境下的离子电导率与电池性能。 图4.;通过研发新型固态电解质提升低温环境下的离子电导率与电池性能 ; 通过优化固态电池的界面设计，可以减少界面电阻、增强界面稳定性并促进离子传导，从而显著提升电池性能。 ; 在固态电池中，电极与电解质间的高界面电阻会限制电子和离子传输，影响电池性能。通过特殊涂层或界面改性等优化设计，可降低界面电阻，提升性能。界面的化学和机械稳定性对防止副反应、保持长期循环稳定非常重要。理想的界面能促进锂离子传导，避免阻碍离子移动，确保结构完整并延长电池寿命。 图5.;通过优化固态电池的界面设计，可以减少界面电阻、增强界面稳定性并促进离子传导，从而显著提升电池性能。 通过等离子体增强工艺实现的太阳能光热转换技术和提升热管理性能对电池结构进行优化 ; 优化固态金属电池（SSMBs）的结构对于解决在低温环境下观察到的性能限制至关重要。在低温条件下，传统电池设计往往由于离子电导率降低、界面电阻增加以及固体电解质中间相（SEI）不稳定等因素，无法维持最佳的电化学性能。等离子体增强工艺能够在电池表面形成特殊的纳米结构或涂层，这些结构可以显著增加光吸收率，减少反射损失，从而提高太阳能到热能或电能的转换效率。通过精确控制纳米结构的设计，可以优化热量分布和散热路径，防止局部过热现象，保持电池工作在最佳温度范围内，从而提高整体系统效率。 图6.通过等离子体增强工艺实现的太阳能光热转换技术和提升热管理性能对电池结构进行优化 ; 电池制造工艺的持续改进推动固态金属电池在低温条件下的性能提升 ; 为了提升固态电池在低温条件下的性能，持续进行制造工艺的创新至关重要。先进工艺能优化界面设计，减少界面电阻并增强电极与电解质的稳定性，从而提高低温性能。新工艺还支持开发具有高离子导电率和良好低温稳定性的固态电解质，如通过纳米结构化或复合材料技术。此外，优化电极和电解质的微观结构可减少充放电过程中的应力损伤，确保长期循环稳定性。这些改进共同推动了固态电池在低温环境下的性能提升。 图7.;电池制造工艺的持续改进推动固态金属电池在低温条件下的性能提升 ; 文章总结 尽管全固态电池（SSMBs）的研发取得了显著进展，但在低温下实现可靠性能仍然是一项艰巨的挑战。本综述全面分析了阻碍全固态电池在低温环境下运行的多方面失效机制，重点聚焦于四个关键领域：电化学失效、锂枝晶生长、机械失效以及缓慢的动力学过程。固态电解质在低温下较差的离子电导率加剧了界面极化，而锂枝晶由于不均匀沉积，对电池的安全性和使用寿命构成严重威胁。电极与电解质之间的热膨胀失配会导致机械失效，例如界面处的分层和接触不良。此外，低温下固有的缓慢动力学特性损害了电池的整体能量输出和循环稳定性。为应对这些挑战，创新性的设计策略应运而生，这些策略强调了优化电解质材料和界面的重要性。新型电解质成分，如硫化物基和石榴石型电解质，在提高离子电导率和缓解枝晶形成方面展现出了潜力。界面工程方法，包括使用人工固体电解质界面（SEI）和涂层技术，旨在稳定电解质/电极界面并防止机械性能退化。通过等离子体增强工艺实现的太阳能光热转换技术对电池结构进行优化，可将太阳光直接转化为热能，从而帮助电池在低温条件下保持稳定运行。此外，增材制造技术的整合为定制微观结构几何形状提供了途径，改善了热管理并增强了锂沉积/剥离的均匀性。 该文章由苏州大学未来科学与工程学院王胜老师团队完成，以“Failure Mechanisms and Design Strategies for Low-Temperature Solid-State Metal Batteries.”为题发表在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A;上。苏州大学电子信息学院研究生徐华健为论文第一作者，苏州大学本科生顾洋、范俊宇以及研究生刘锦成同学也对本工作提出了建议，苏州大学未来科学与工程学院王胜老师和南京大学宋晓攀老师为共同通讯作者。该工作的开展得到了南京大学陈坤基教授、徐骏教授、余林蔚教授、南京航空航天大学宋虎成教授、苏州大学孙斌老师的支持，受到江苏省青年基金、江苏省省卓越博士后项目基金的资助，在此一并表示衷心的感谢！ ; 文章链接 Failure Mechanisms and Design Strategies for Low-Temperature Solid-State Metal Batteries. Huajian Xu1, Xiaopan Song2*, Yang Gu3, Junyu Fan3, Jincheng Liu3, Sheng Wang1,3* Corresponding Author: Sheng Wang,;Xiaopan Song Journal of Materials Chemistry A, DOI:;10.1039/D4TA07644C(2025) ; 前期相关工作： Xiaopan Song1, Yang Gu2, Sheng Wang2*, Junyu Fan2, Junyang An1, Lei Yan1, Bin Sun2, Junzhuan Wang1, Linwei Yu1*. Scalable integration of high sensitivity strain sensors based on silicon nanowire spring array directly grown on flexible polyimide films. Nano Letters, DO1: Nano letters. 10.1021/acs.nanolett.4c05553 (2025). Xiaopan Song1, Yang Gu2, Sheng Wang2*, Junzhuan Wang1, Linwei Yu1*. Nanowire - Based Flexible Sensors for Wearable Electronics, Brain-Computer Interfaces, and Artificia Skins. Electron, Article DOI:10.1002/elt2.77 (2025). Sheng Wang, Ke Xu, Hucheng Song*, Ting Zhu, Zhiqian Yu, Xiaopan Song, Dongke Li, Linwei Yu, Jun Xu*, Kunji Chen. A High-Energy Long-Cycling Solid-State Lithium Metal Battery Operating at High Temperatures, Advanced Energy Materials, 2022, 12(38): 2201866. ; Sheng Wang, Hucheng Song*, Xiaoying Song, Ting Zhu, Yipeng Ye, Jiaming Chen, Guozhi Hou, Linwei Yu, Jun Xu*, Kunji Chen. An extra-wide temperature all-solid-state ;;;;lithium-metal battery operating from -73 ℃ to 120 ℃, Energy Storage Materials,2021, 39, 139-145. Sheng Wang, Hucheng Song*, Ting Zhu, Jiaming Chen, Zhiqian Yu, Pengfei Wang, Linwei Yu, Jun Xu*, Haoshen Zhou, Kunji Chen. An ultra-low-charge-overpotential and long-cyclelife solid-state Li-CO2;battery enabled by plasmon-enhanced solar photothermal catalysis, Nano Energy, 2022, 107521. Sheng Wang, Jue Wang, Jingjing Liu, Hucheng Song*, Yijie Liu, Pengfei Wang, Ping He*, Jun Xu, Haoshen Zhou*. Ultra-fine surface solid-state electrolytes for long cycle life all-solid-state lithium–air batteries. J. Mater. Chem. A,2018, 6, 21248. Hucheng Song, Sheng Wang, Xiaoying Song, Jue Wang, Kezhu Jiang, Shihua Huang, Min Han, Jun Xu*, Ping He*, Kunji Chen, Haoshen Zhou*. Solar-driven all-solid-sate lithium-air batteries operating at extreme low temperatures. Energy Environ. Sci.,2020, 13, 1205-1211. ; 作者简介： ; 宋晓攀 南京大学电子科学与工程学院博士后，2023年在南京大学取得博士学位，师从国家杰青余林蔚教授，毕业后留校从事博士后研究。主持江苏省卓越博士后基金（2024ZB427）、南京大学优秀博士创新博士研究生创新能力提升计划A项目（202201A004）等。参与国家自然科学基金“杰出青年基金”、“后摩尔时代重大研发计划”重点项目等。博士期间作为项目组长参与并验收导师与华为终端 “可拉伸 FET元件开发”重大项目。目前研究领域：1）一维晶硅纳米线精控生长及柔性传感、显示等新型电子器件集成应用；2）可精准定位的纳米线电池器件集成及机制研究，以第一作者/通讯作者在Nano Letters、Advances Science、Materials Horizons、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces、Advanced Electronic Materials、Sensors and Actuators B: Chemical等学科群一流期刊发表SCI论文10篇，SCI引用率超600次。 王胜 苏州大学未来科学与工程学院集成电路讲师、优秀青年学者、硕士生导师。2022年于南京大学取得博士学位，师从国家杰青徐骏教授、长江学者周豪慎教授和国家优青何平教授。在超宽温域固态电池和硅纳米线器件应用领域，以第一或通讯作者在Advanced Energy Materials、Nano Letters、Nano Energy、Energy Storage Materials、Journal of Materials Chemistry A等国际一流学术期刊上发表论文7篇，SCI引用率超400次。主持江苏省自然科学基金青年项目（BK20230498）并指导5名研究生开展工作。 ;; ; ; ;
南京大学余林蔚教授团队新突破：基于可生长集成纳米线沟道的高性能GAA-FET器件问世 2025-02-21 ; 随着半导体技术的不断发展，芯片制造工艺逐渐逼近物理极限。为了满足未来高性能计算和3D集成的需求，科学家们正在积极探索新型晶体管架构。近日，南京大学余林蔚教授团队在《Nano-Micro Letters》上发表了一篇重要论文，报道了他们在高性能环绕栅极场效应晶体管（Gate-All-Around Field-Effect Transistors, GAA-FETs）领域的突破性进展。这项研究首次实现了基于催化生长硅纳米线（SiNW）沟道的高性能GAA-FET器件，为下一代半导体技术开辟了全新路径。 创新技术：催化生长硅纳米线与GAA架构的完美结合 传统的GAA-FET通常依赖于昂贵且复杂的EUV（极紫外光刻）或EBL（电子束光刻）技术来定义超细硅通道。然而，这些方法不仅成本高昂，还对制造工艺提出了极高的要求。相比之下，催化生长硅纳米线技术以其低温度、高产量和易于集成的特点，成为一种极具潜力的替代方案。 ; 在这项研究中，南京大学团队采用了一种自主创新的“平面固液固”（In-Plane Solid-Liquid-Solid, IPSLS）生长机制，在绝缘衬底上直接生长有序排列的超细硅纳米线阵列。这些纳米线具有直径均匀（DNW;= 22.4 ±;2.4 nm）和紧密间距（90 nm）的特点，非常适合用于构建高性能GAA-FET器件。 ; 研究人员开发了一种特殊的悬空接触策略，成功固定并释放了这些超细硅纳米线作为准一维沟道材料。通过优化源/漏金属接触工艺，他们最终制备出高性能GAA-FET器件，其开关比（Ion/Ioff）达到了10⁷，亚阈值摆幅（SS）仅为66 mV/dec，接近理论极限值（60 mV/dec）。这一成果标志着催化生长硅纳米线首次在GAA-FET领域展现出与先进自上而下制造工艺相当的性能水平。 ; 技术亮点：解决关键挑战 此次研究解决了催化生长硅纳米线应用于GAA-FET的几个核心难题： ; **精确控制纳米线尺寸与位置** ; 研究团队利用原始创新的IPSLS纳米线生长机制，通过调整催化剂厚度和沉积条件，实现了对硅纳米线直径的高度可控性。这种精准控制使得纳米线能够适应制备GAA-FET器件严格的形貌控制需求。 ; **可靠悬空释放技术** ; 团队开发了一种温和的化学蚀刻方法，成功将硅纳米线从牺牲层上释放出来，形成稳定的悬空结构。这种方法避免了传统超临界释放技术的复杂性和潜在损伤。 ; **优化源/漏接触** ; 在选择合适的源/漏接触金属时，研究团队发现铂（Pt）/金（Au）电极组合显著优于钛（Ti）/金（Au），可大幅降低接触电阻并提高驱动电流。实验表明，Pt/Au接触的GAA-FET表现出接近欧姆接触的行为，从而提升了整体器件性能。 ; 应用前景：推动3D集成与高性能计算 催化生长硅纳米线GAA-FET的成功实现，不仅填补了高性能FET领域的技术空白，也为未来的单片3D集成电子学提供了强有力的支持。由于该技术无需依赖预先存在的单晶硅晶圆，且可在低温条件下完成，因此特别适合于堆叠式3D集成电路的设计与制造。此外，其优异的电学性能使其成为构建高效能计算系统的关键组件之一。 ; 这项技术的优势在于，它能够在降低成本的同时保持高性能，这对于大规模量产至关重要。相比传统工艺，催化生长硅纳米线GAA-FET具有更高的灵活性和兼容性，能够更好地融入现有制造流程。 ; 总结 南京大学团队的这一研究成果展示了催化生长硅纳米线在高性能GAA-FET领域的巨大潜力，为下一代半导体技术的发展奠定了坚实基础。正如论文作者所言：“我们的工作证明，即使不依赖尖端的EUV或EBL光刻技术，催化生长硅纳米线也能实现与之媲美的高性能GAA-FET。” ;; 图1 硅纳米线GAA-FET制备流程图及悬空纳米线SEM图片。 ; 图2 GAA-FET结构表征。 图3 GAA-FET电学性能。 该工作近期以“High-performance gate-all-around field effect transistors based on orderly arrays of catalytic Si nanowire channels”为题发表在Nano-Micro Letters《纳微快报》期刊上。文章通讯作者为南京大学电子科学与工程学院余林蔚教授，第一作者为博士生廖巍。该工作的开展得到了南京大学陈坤基教授、徐骏教授、施毅教授、王军转教授的支持和指导，受到国家重点研发计划、国家自然科学基金杰出青年学者项目以及国家自然科学基金重点项目的资助。 ; 论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01674-8. ; 课题组近期相关工作： Step-necking growth of silicon nanowire channels for high performance field effect transistors, Lei Wu, Zhiyan Hu, Lei Liang, Ruijin Hu⁎, Junzhuan Wang⁎,;Linwei Yu⁎, Nature Communications, 2025, 16(1): 965. Channel-bias-controlled reconfigurable silicon nanowire transistors via an asymmetric electrode contact strategy. Wentao Qian, Junzhuan Wang⁎, Jun Xu, Linwei Yu⁎.;Chip. 2024, 3(3), 100098. 3. Lorentz Force-Actuated Bidirectional Nanoelectromechanical Switch with an Ultralow Operation Voltage, Dianlun Li, Jiang Yan, Ying Zhang, Junzhuan Wang⁎, Linwei Yu⁎, Nano Letters,2024, 24(37): 11403-11410. 4. Ultracompact single-nanowire-morphed grippers driven by vectorial Lorentz forces for dexterous robotic manipulations, Jiang Yan, Ying Zhang, Zongguang Liu⁎, Junzhuan Wang, Jun Xu and Linwei Yu⁎,;Nature Communications14, 3786 (2023). 5. Unprecedented Uniform 3D Growth Integration of 10-Layer Stacked Si Nanowires on Tightly Confined Sidewall Grooves. Ruijin Hu, Shun Xu, Junzhuan Wang⁎, Yi Shi, Jun Xu, Kunji Chen, and Linwei Yu⁎, Nano Letters, 2020, 20 (10), 7489-7497. ; 课题组简介：https://ese.nju.edu.cn/ylw ;
南开大学最新Nature！高性能红光LED 2025-02-21 一、【科学背景】 钙钛矿发光二极管（PeLED）已成为下一代超高清显示器的有前景的候选者。目前已经在外部量子效率（EQE）超过20%的绿色和红外发射PeLED方面取得了巨大进展。然而，迄今为止，纯红色PeLED（<640 nm）的器件性能和相应的颜色稳定性仍然不理想。开发高效稳定的窄线宽纯红色PeLED，特别是其电致发光峰值集中在630 nm以获得更宽的色域，仍然是一个巨大的挑战。CsPbI3量子点表现出尺寸依赖的光学特性，因此被认为是实现高效、稳定的纯红色包晶发光二极管（PeLEDs）的最有希望的候选材料。然而，超小CsPbI3 QDs 在组装成导电薄膜时要保持其溶液相特性具有挑战性，这极大地阻碍了它们在器件中的应用。 二、【创新成果】 近期，南开大学袁明鉴教授、陈军院士、章炜研究员等人在Nature上发表了题为“Perovskite heteroepitaxy for high-efficiency and stable pure-red LEDs”的论文，报告了一种原位沉积稳定超小CsPbI3 QD导电固体的方法，即构建CsPbI3 QD/准二维（quasi-2D）包晶异质外延。异质界面上排列整齐的周期性边缘配体阵列在CsPbI3 QD的临界层厚度上引发了大量的八面体倾斜，从而提高了倾斜CsPbI3和δ-CsPbI3之间的吉布斯自由能差，导致CsPbI3 QD的热力学稳定。通过这种方法，研究人员制造出稳定的CsPbI3 QD导电薄膜，其发射光线可调，覆盖从600 nm到710 nm的整个红色光谱区域。本研究报道的纯红色PeLED得电致发光窄峰值集中在630 nm，符合超高清显示冠军器件的认证外部量子效率为24.6%，半衰期为6330分钟，是迄今为止报道的最高效、最稳定的纯红色PeLED之一。此外，该方法还与大面积制造兼容，使1 cm2的PeLED在630 nm波长下表现出20.5%的最佳外部量子效率。 ; 图1; CsPbI3量子点单边外延的合成 © 2025 Springer Nature 图2; 去外延薄膜中的准2D/CsPbI3 QD/准二维钙钛矿异质外延 © 2025 Springer Nature 图3; 八面体倾斜 © 2025 Springer Nature 图4; 基于CsPbI3 QD去外延薄膜的纯红色PeLED性能和操作稳定性 © 2025 Springer Nature ; 三、【科学启迪】 综上，本研究开发了一种原位沉积稳定超小CsPbI3 QD导电固体的方法，即构建CsPbI3 QD/准二维（quasi-2D）包晶异质外延。异质界面上排列整齐的周期性边缘配体阵列在CsPbI3 QD的临界层厚度上引发了大量的八面体倾斜，从而提高了倾斜CsPbI3和δ-CsPbI3之间的吉布斯自由能差，导致CsPbI3 QD的热力学稳定。由此产生的冠军器件的峰值波长为630 nm（符合Rec.2100色彩标准），经认证的EQE为24.6-25.6%，亮度高达~11689 cdm-2。在~100 cdm-2下，器件的半衰期（T50）达到~6330分钟（超过100小时）。此外，该方法还与大面积制造兼容，使1 cm2的PeLED在630 nm波长下表现出20.5%的最佳外部量子效率。 原文详情：Perovskite heteroepitaxy for high-efficiency and stable pure-red LEDs (Nature 2025, DOI: 10.1038/s41586-024-08503-9) 本文由赛恩斯供稿。 ;
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成果名称：低表面能涂层

合作方式：技术开发

联 系 人：周老师

联系电话：13321314106

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