我国科学家实现大脑神经化学信号与电信号转导模拟
类脑研究一直是学术界的热点，但大部分研究设备只能“捕捉”到大脑发出的电信号，却无法获得化学信号。来自中科院化学所、中国科学院大学、湘潭大学及北京师范大学的研究人员发明了一种聚电解质限域的流体忆阻器，并利用单个器件首次实现了神经化学信号与电信号转导的模拟。
这一研究有望推动人类对大脑“化学语言”的读取和交互，为发展神经智能传感、类脑智能器件和神经感觉假肢等提供新的思路。论文发表在北京时间13日出版的国际学术期刊《科学》上。
大脑的神经功能与化学信号和电信号密切相关。在类脑研究中，大量模拟脑神经结构与机制的器件和模型相继问世。不过，目前的仿突触器件只能实现对电信号的识别，很难直接感知化学信号，制备对于化学信号具有响应的人工突触（即实现类化学突触的功能）成了神经智能传感与模拟等领域的科学难题。
科学家们为了解决这个难题，做出了很多努力。但仍然面临两个关键问题：一是几乎所有的神经形态器件都是固体器件，很难实现与外界信号的化学交互；二是类化学突触的化学信号与电信号间转导的模拟尚未实现。
在这项研究中，研究者充分利用其在脑神经电分析化学和限域离子传输研究领域的长期积累，提出基于限域流体器件发展仿神经突触功能的构思。在构建聚电解质限域流体体系的基础上，他们发现此体系具有忆阻器的特征；利用溶液中对离子在聚电解质刷限域空间内传输可以使得器件具有记忆效应的特性，成功模拟了多种神经电脉冲行为。相比于传统固体器件，所发展的流体器件具有可与生物体系相比拟的工作电压和低功耗。
更重要的是，基于流体体系的特征，此器件可以在生理溶液中模拟神经递质对记忆功能的调控，成功模拟了突触可塑性的化学调控行为。进一步，他们利用聚电解质对不同对离子的识别能力，实现了神经化学信号与电信号之间转导的模拟，在化学突触的模拟研究领域中迈出了关键的一步。
https://t.cn/A69ymahA
类脑研究一直是学术界的热点，但大部分研究设备只能“捕捉”到大脑发出的电信号，却无法获得化学信号。来自中科院化学所、中国科学院大学、湘潭大学及北京师范大学的研究人员发明了一种聚电解质限域的流体忆阻器，并利用单个器件首次实现了神经化学信号与电信号转导的模拟。
这一研究有望推动人类对大脑“化学语言”的读取和交互，为发展神经智能传感、类脑智能器件和神经感觉假肢等提供新的思路。论文发表在北京时间13日出版的国际学术期刊《科学》上。
大脑的神经功能与化学信号和电信号密切相关。在类脑研究中，大量模拟脑神经结构与机制的器件和模型相继问世。不过，目前的仿突触器件只能实现对电信号的识别，很难直接感知化学信号，制备对于化学信号具有响应的人工突触（即实现类化学突触的功能）成了神经智能传感与模拟等领域的科学难题。
科学家们为了解决这个难题，做出了很多努力。但仍然面临两个关键问题：一是几乎所有的神经形态器件都是固体器件，很难实现与外界信号的化学交互；二是类化学突触的化学信号与电信号间转导的模拟尚未实现。
在这项研究中，研究者充分利用其在脑神经电分析化学和限域离子传输研究领域的长期积累，提出基于限域流体器件发展仿神经突触功能的构思。在构建聚电解质限域流体体系的基础上，他们发现此体系具有忆阻器的特征；利用溶液中对离子在聚电解质刷限域空间内传输可以使得器件具有记忆效应的特性，成功模拟了多种神经电脉冲行为。相比于传统固体器件，所发展的流体器件具有可与生物体系相比拟的工作电压和低功耗。
更重要的是，基于流体体系的特征，此器件可以在生理溶液中模拟神经递质对记忆功能的调控，成功模拟了突触可塑性的化学调控行为。进一步，他们利用聚电解质对不同对离子的识别能力，实现了神经化学信号与电信号之间转导的模拟，在化学突触的模拟研究领域中迈出了关键的一步。
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#二氧化碳技术# 【开辟全新的二氧化碳还原路径，科学家提出液相激光还原二氧化碳技术，用激光化学取代催化化学】
打开这篇文章时，你正在呼出#二氧化碳# ——这是一种国民熟悉度极高的化学物质。二氧化碳可谓集“魔鬼&天使”于一身：舞台上的仙气缥缈、被酸雨侵蚀后的光秃森林里，都有它的身影。而随着工业化的发展，人类也从未像今天这样和二氧化碳如此地“相爱相杀”。
作为一名科学家，#中山大学# 材料科学与工程学院杨国伟教授自然比常人拥有更多和二氧化碳相处的技巧。最近，他和团队用激光化学取代催化化学，首次提出一种液相激光还原二氧化碳技术。
这种方法不仅无需催化剂，而且能在常态下使用，具备简单、清洁、高效等优势。采用这种方法，二氧化碳还原一氧化碳的产率可达 12.3 mmol/h，选择性也能接近 100 %。
在归一化的条件下，相比之前报道的电催化二氧化碳还原一氧化碳的最好结果，此次产率高出 3 个数量级。
很显然，对于在催化化学以外的常态条件下，去探索高效、高选择性的二氧化碳还原技术来说，这种激光化学方法打开了一扇大门。同时，也开辟出一条新颖的无催化剂化学合成之路。
该技术的反应液体为纯水，无需复杂昂贵的反应装置，只需简单地通过增加激光频率、减少激光器静默时间等，就能极大提升一氧化碳产率。
其次，作为激光化学的一个新概念，液相激光发泡（laser bubbling in liquids，LBL）将在#清洁能源# 制造、氮的活化与固化、#合成化学# 等领域，带来可观的应用前景
众所周知，急速增长的二氧化碳排放，会打破自然界原有的碳平衡，造成严重的生态危机，这也是导致全球变暖的主要因素之一。为解决这一问题，中国提出“力争 2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和”的目标，同时世界其他国家也正在积极应对。
戳链接查看详情：https://t.cn/A69UER9w
打开这篇文章时，你正在呼出#二氧化碳# ——这是一种国民熟悉度极高的化学物质。二氧化碳可谓集“魔鬼&天使”于一身：舞台上的仙气缥缈、被酸雨侵蚀后的光秃森林里，都有它的身影。而随着工业化的发展，人类也从未像今天这样和二氧化碳如此地“相爱相杀”。
作为一名科学家，#中山大学# 材料科学与工程学院杨国伟教授自然比常人拥有更多和二氧化碳相处的技巧。最近，他和团队用激光化学取代催化化学，首次提出一种液相激光还原二氧化碳技术。
这种方法不仅无需催化剂，而且能在常态下使用，具备简单、清洁、高效等优势。采用这种方法，二氧化碳还原一氧化碳的产率可达 12.3 mmol/h，选择性也能接近 100 %。
在归一化的条件下，相比之前报道的电催化二氧化碳还原一氧化碳的最好结果，此次产率高出 3 个数量级。
很显然，对于在催化化学以外的常态条件下，去探索高效、高选择性的二氧化碳还原技术来说，这种激光化学方法打开了一扇大门。同时，也开辟出一条新颖的无催化剂化学合成之路。
该技术的反应液体为纯水，无需复杂昂贵的反应装置，只需简单地通过增加激光频率、减少激光器静默时间等，就能极大提升一氧化碳产率。
其次，作为激光化学的一个新概念，液相激光发泡（laser bubbling in liquids，LBL）将在#清洁能源# 制造、氮的活化与固化、#合成化学# 等领域，带来可观的应用前景
众所周知，急速增长的二氧化碳排放，会打破自然界原有的碳平衡，造成严重的生态危机，这也是导致全球变暖的主要因素之一。为解决这一问题，中国提出“力争 2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和”的目标，同时世界其他国家也正在积极应对。
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【科学家攻克二维半导体欧姆接触难题】1月11日，南京大学教授王欣然、施毅带领国际合作团队在《自然》上以《二维半导体接触接近量子极限》为题发表研究成果https://t.cn/A69Lqnok 。该科研团队通过增强半金属与二维半导体界面的轨道杂化，将单层二维半导体MoS2的接触电阻降低至42Ω·μm，超越了以化学键结合的硅基晶体管接触电阻，并接近理论量子极限，该成果解决了二维半导体应用于高性能集成电路的关键瓶颈之一。
硅基集成电路在过去60多年一直沿着摩尔定律的预测，朝着更小晶体管尺寸、更高集成度和更高能效的方向发展。然而，由于量子效应和界面效应的限制，硅基器件的微缩化已经接近极限。最新的国际器件与系统路线图预测，在2nm技术节点以下，以MoS2为代表的二维半导体将取代硅成为延续摩尔定律的新沟道材料。
金属—半导体欧姆接触是实现高性能晶体管的关键，特别是在先进工艺节点下。传统硅基器件利用离子注入对接触区域进行高浓度掺杂，通过接触与沟道界面的化学键实现欧姆接触，其接触电阻约为100Ω·μm。由于原子级厚度，二维半导体与高能离子注入工艺不兼容，需要发展全新的欧姆接触技术。与硅相比，二维半导体存在天然的范德华间隙，金属与半导体界面的波函数杂化耦合较弱，因此实现超低接触电阻具有很大的挑战，这也是长期以来限制二维半导体高性能晶体管器件的关键瓶颈之一。
面对上述挑战，合作团队提出了轨道杂化增强的新策略，在单层MoS2晶体管中实现了目前最低的接触电阻42Ω·μm，首次低于硅基器件并接近理论量子极限。团队首先通过第一性原理计算，在半金属Sb中发现了一个特殊的(0112)面，具有较强的z方向原子轨道分布，即使存在范德华间隙仍然与MoS2具有较强的原子轨道重叠，导致金属-半导体能带杂化，大幅提升电荷转移和载流子注入效率。进一步计算发现，该策略对于其他过渡金属硫族化合物半导体（如WS2、MoSe2、WSe2）具有普适性。在实验上，团队发展出高温蒸镀工艺在MoS2上实现了Sb(0112)薄膜的制备，通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜验证了Sb薄膜的取向，以及与MoS2之间的理想界面。
基于该工艺，团队制备了MoS2晶体管器件，发现Sb(0112)面与MoS2的平均接触电阻比Sb(0001)面低3.47倍，平均电流密度提升38%，充分证明了Sb(0112)接触对器件性能的显著提升作用。大规模晶体管阵列的统计结果表明Sb (0112)接触的各类性能参数呈现优异的均一特性，有望应用于二维半导体的集成规模化制造。由于接触电阻的降低，20nm沟道长度的MoS2晶体管在1V源漏电压下呈现电流饱和特性，开态电流高达1.23mA/μm，比之前的记录提高近45%，超过了相同节点的硅基CMOS器件，并满足IRDS对1nm节点逻辑器件的性能需求。Sb(0112)接触展现出来的优异电学性能、稳定性和后端兼容性证明该技术有望成为二维电子器件的核心技术。https://t.cn/A69LqnKP
硅基集成电路在过去60多年一直沿着摩尔定律的预测，朝着更小晶体管尺寸、更高集成度和更高能效的方向发展。然而，由于量子效应和界面效应的限制，硅基器件的微缩化已经接近极限。最新的国际器件与系统路线图预测，在2nm技术节点以下，以MoS2为代表的二维半导体将取代硅成为延续摩尔定律的新沟道材料。
金属—半导体欧姆接触是实现高性能晶体管的关键，特别是在先进工艺节点下。传统硅基器件利用离子注入对接触区域进行高浓度掺杂，通过接触与沟道界面的化学键实现欧姆接触，其接触电阻约为100Ω·μm。由于原子级厚度，二维半导体与高能离子注入工艺不兼容，需要发展全新的欧姆接触技术。与硅相比，二维半导体存在天然的范德华间隙，金属与半导体界面的波函数杂化耦合较弱，因此实现超低接触电阻具有很大的挑战，这也是长期以来限制二维半导体高性能晶体管器件的关键瓶颈之一。
面对上述挑战，合作团队提出了轨道杂化增强的新策略，在单层MoS2晶体管中实现了目前最低的接触电阻42Ω·μm，首次低于硅基器件并接近理论量子极限。团队首先通过第一性原理计算，在半金属Sb中发现了一个特殊的(0112)面，具有较强的z方向原子轨道分布，即使存在范德华间隙仍然与MoS2具有较强的原子轨道重叠，导致金属-半导体能带杂化，大幅提升电荷转移和载流子注入效率。进一步计算发现，该策略对于其他过渡金属硫族化合物半导体（如WS2、MoSe2、WSe2）具有普适性。在实验上，团队发展出高温蒸镀工艺在MoS2上实现了Sb(0112)薄膜的制备，通过X射线衍射和扫描透射电子显微镜验证了Sb薄膜的取向，以及与MoS2之间的理想界面。
基于该工艺，团队制备了MoS2晶体管器件，发现Sb(0112)面与MoS2的平均接触电阻比Sb(0001)面低3.47倍，平均电流密度提升38%，充分证明了Sb(0112)接触对器件性能的显著提升作用。大规模晶体管阵列的统计结果表明Sb (0112)接触的各类性能参数呈现优异的均一特性，有望应用于二维半导体的集成规模化制造。由于接触电阻的降低，20nm沟道长度的MoS2晶体管在1V源漏电压下呈现电流饱和特性，开态电流高达1.23mA/μm，比之前的记录提高近45%，超过了相同节点的硅基CMOS器件，并满足IRDS对1nm节点逻辑器件的性能需求。Sb(0112)接触展现出来的优异电学性能、稳定性和后端兼容性证明该技术有望成为二维电子器件的核心技术。https://t.cn/A69LqnKP
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