CDEX暗物質(zhì)研究進展

清華大學主導的中國暗物質(zhì)實驗（China Dark matter EXperiment, CDEX）合作組利用液氮直冷點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)實驗研究團隊正式成立于2009年，由清華大學（工程物理系）主導，聯(lián)合四川大學、南開大學、中國原子能科學研究院、北京師范大學、雅礱江流域水電開發(fā)有限公司等多家單位組成，使用點電極高純鍺探測器進行暗物質(zhì)直接探測研究，計劃未來使用噸量級的點電極高純鍺探測器陣列進行暗物質(zhì)直接探測和無中微子雙貝塔衰變的測量。

CDEX-10實驗裝置與自旋無關(guān)暗物質(zhì)排除曲線（圖片來源于清華大學）

實驗設(shè)備示意圖（圖片來源于清華大學）

氮化鎵高壓電力電子器件

中國科學院微電子研究所高頻高壓中心劉新宇研究團隊在氮化鎵高壓電力電子器件領(lǐng)域取得進展，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展：實現(xiàn)超低功耗的高性能晶體管

北京大學電子學系、納米器件物理與化學教育部重點實驗室張志勇教授、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“冷”電子源，用半導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），在實驗上實現(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，當器件溝道長度縮至15nm時，仍可穩(wěn)定地實現(xiàn)亞60mV/DEC的亞閾值擺幅。這種狄拉克源的器件結(jié)構(gòu)不依賴半導體材料。

磁控電子結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究進展

中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所鐘志誠研究員團隊和荷蘭特文特大學廖昭亮博士合作，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，實現(xiàn)電子能帶結(jié)構(gòu)的巨大改變，可用于設(shè)計新型的磁電、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，實現(xiàn)對能帶結(jié)構(gòu)的巨大改變，進而調(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、強自旋軌道耦合、長程鐵磁序三個條件，基于以上條件進行搜尋，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)域研究進展

上海交通大學金賢敏研究團隊與南方科技大學翁文康教授合作，將機器學習技術(shù)應(yīng)用于解決量子信息難題，實驗實現(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)信息科學的進展。量子信息科學以量子物理基本原理作為依托，結(jié)合數(shù)學、信息科學、光電工程等學科，有望為信息安全和計算機的絕對計算能力帶來革命性的提升；另一方面，機器學習作為人工智能研究領(lǐng)域中一個極其重要的研究分支，在大數(shù)據(jù)時代背景下，能有效地抽取信息，從信息技術(shù)到社會科學等多個領(lǐng)域中，展示其解決實際問題的巨大潛力。

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）

實驗對比線性優(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）

初級視覺皮層中內(nèi)部連接及反饋連接的功能結(jié)構(gòu)

中國科學院神經(jīng)科學研究所、腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、神經(jīng)科學國家重點實驗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)進行了探討。研究論文發(fā)表于PNAS?？茖W家將鈣指示蛋白連接到囊泡蛋白上，成功實現(xiàn)了鈣指示蛋白的突觸前定位，并進一步構(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到不同的輸入通路上，并通過雙色鈣成像同時測量這些不同通路的反應(yīng)特性，進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

清華大學電子系盛興研究組通過設(shè)計制備新型的半導體光電異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實現(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。通過運用新型的光—電轉(zhuǎn)換機制，克服了傳統(tǒng)非線性上轉(zhuǎn)換材料的一系列問題，實現(xiàn)了低光照下的線性近紅外到可見光的上轉(zhuǎn)換，同時將能量轉(zhuǎn)換的響應(yīng)時間縮減至納秒量級。通過特殊的轉(zhuǎn)移和封裝方式，實現(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

中國科學技術(shù)大學杜江峰院士領(lǐng)導的中國科學院微觀磁共振重點實驗室、彭新華教授課題組與德國亥姆霍茲研究所、加拿大滑鐵盧大學合作，實現(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)計的組合脈沖實現(xiàn)了原子核自旋的單比特門和多比特門，首次實現(xiàn)了零磁場核磁共振的普適量子控制，同時發(fā)展了評估量子控制保真度的方法，對量子控制的質(zhì)量進行了評估，操控保真度高達99%?；谠摴ぷ靼l(fā)展的量子控制技術(shù)，可以實現(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分子的宇稱不守恒規(guī)律。