二维材料半导体量子晶体管研究获重要进展

□记者 陈尚营 合肥报道

中国科技大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室，近期在半导体门控量子点的研究中取得重要进展。该实验室的郭国平教授研究组与其合作者深入探索二维层状过渡金属硫族化合物应用于半导体量子芯片的可能性，实验上首次在半导体柔性二维材料体系中实现了全电学调控的量子点器件。

经过几十年的发展，半导体门控量子点作为一种量子晶体管已经成为量子芯片的热门候选体系之一。以石墨烯为代表的二维材料体系因为其天然的单原子层厚度、优异的电学性能、易于集成等优点，成为柔性电子学、量子电子学的重点研究对象。然而自石墨烯被发现之后的十几年里，科学家们经过大量的实验尝试，发现石墨烯中能带结构、界面缺陷杂质等因素对量子点器件的性能有很大的影响。直到目前，二维材料中的量子点还无法实现有效的电学调控。

针对这种情况，郭国平研究组与日本国立材料研究所Takashi Taniguchi和Kenji Watanabe研究员以及理化研究所的Franco Nori教授合作，选择新型二维材料二硫化钼进行深入研究。该材料具有合适的带隙、较强的自旋轨道耦合强度以及丰富的自旋－能谷相关的物理现象，因此在量子电子学，尤其是自旋电子学和能谷电子学中具有广阔的应用前景。

经过大量的尝试，研究组利用微纳加工、低温LED辐照等一系列现代半导体工艺手段，结合当前二维材料体系研究中广泛采用的氮化硼封装技术，有效减少了量子点结构中的杂质、缺陷等，首次在这类材料中实现了全电学可控的双量子点结构。

科学家实现用激光驱动水流

□记者 吴晓颖 李书简 成都报道

中外科学家携手解决了一项困扰科学界多年的难题——用激光驱动宏观物质运动。科学家在现实条件下，首次实现了用脉冲激光在纯水中驱动水流持续高速运动。

这一研究成果近日发表在《Science》（科学）杂志的子刊《Science Advances》（科学进展）上。

自1960年激光发明以来，其被广泛应用于光纤通信中。但如何将光子的能量或动量转化为宏观作用力驱动物体运动，一直困扰着科学家们。因光子直接能量或动量传输作用力极为微弱，所以难以提供宏观推动力。而光热效应或光化学反应产生的间接推动力，对流体属性有极高的要求，特别是水这样的透明液体，对激发光吸收极少。

由电子科技大学、河南工程学院、美国休斯敦大学等中外高校组成的联合科研团队在普通的金纳米颗粒非线性光学性质实验中，意外发现了一种奇特的光声流体效应。在玻璃容器中，经过一段时间纳秒激光的照射，金纳米颗粒水分散液会形成高速流动的流场。该流场方向与激光传播方向一致，长度可贯穿整个10毫米玻璃器皿，在120毫瓦激光照射下，流速可达4厘米/秒，流场可持续近一小时之久。

这篇论文的主要作者，电子科技大学基础与前沿研究院执行院长王志明解释说，光声流体效应现象，其实是光声效应和声波驱动效应的结合，其“奥秘”在于“金纳米颗粒”。进一步研究发现，玻璃器皿内壁激光聚焦处产生了形如火山口并附着有大量金纳米颗粒的微腔。金纳米颗粒在脉冲激光的照射下会经历快速的、周期性的体积膨胀和收缩，产生超声波。而在金纳米颗粒和腔体的共同作用下，定向的高频超声波通过声波驱动效应，驱动分散液产生高速流动。

“金纳米颗粒附着的微腔，是连接光声效应和声波驱动效应的关键。一旦微腔形成，将金纳米颗粒分散液替换为纯水或其他溶液，激光亦可驱动其他液体流动。”王志明说。

这一研究，为微流体芯片和激光远程驱动等实现提供了可能。与传统利用机械装置产生超声波来推动液体流动的方式不同，激光驱动流体技术可实现微米级别到厘米级别的流体控制，在微流体系统乃至可穿戴便携式医疗设备中得到广泛应用。据悉，研究团队计划下一步将对微腔形成过程展开深入研究。