量子电子学简介

一、概况 量子电子学是用量子理论来研究电子器件的一门科学.是无线电电子学的一个新的研究前沿.1955年和1960年微波量子放大器和激光器的相继出现,以及光通讯、能源和材料科学研究的需要,量子电子学得到了飞快的发展,著名的美国电气和电子学工程师学会(IEEE)从1965年开始发行量子电子学期刊,苏联科学院也于1971年开始发行量子电子学刊物.到目前为止,已召开了12次国际量子电子学会议(每两年一次).麻省理工学院等知名学府都开设了量子电子学课程,近十年来,一些有名的教授专家撰写了不少教材和专著.在我国,中国科学院物理所、上海技术物理所…     

半导体低维结构及应用

 信息产业是国民经济最主要的支柱之一,驱动信息产业高速发展的两个动力分别是它的器件制造和软件开发,而信息产业中最具有新原理、新功能的器件制造又完全依赖于半导体物理的研究与发展,各个发达国家和地区无不在半导体物理研究领域投入大量人力和物力,以满足社会发展、人们生活和国防安全的需求。随着人类社会对信息量需求的不断增加,微电子技术正向它的“极限”挑战,基于低维材料量子力学效应的纳米电子学、光电子学、量子计算和量子通信等正受到广泛的重视,低维材料已成为当前材料学研究的热点之一。     

点热源触发的超导复合材料低温广义热传导特性分析北大核心CSCD

本文针对超导材料在低温和跨温区环境下的热传导特性,基于广义热传导理论并考虑超导材料低温下的比热、热导率的温度依赖性,建立了一描述超导复合带材在点热源触发下的非线性热传导模型.采用有限元法进一步求解获得了超导复合带材低温和跨温区环境下的温度场演化特征.研究结果表明:低温下超导复合材料的参数温度依赖性对其温度分布与热传导特性有着显著影响,其随初始环境温度的升高而逐渐减弱;热松弛时间对低温下超导材料的热传导具有显著影响.另外,文中还讨论了超导复合材料不同铜超比对其低温热传导的影响等.     

《量子电子学》

量子电子学早在五十年代初就发展起来,但当时只限于研究微波量子放大器及有关的各种磁共振现象和微波的量子过程。六十年代初随着激光器的问世,赋予量子电子学以崭新的内容,从而成为光学和电子学相互渗透的边缘学科,是现代科学技术中较为活跃的领域之一。量子电子学涉及了激光的产生与传播;激光的特性如相干性、统计性等以及激光辐射与物质的相互作用等。它的发展已对物理学、化学、生物学和医学等学科起了重大的促进作用,从而派生出若干新的学科分支如非线性光学、激光光谱学、量子光     

4～20 K温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度,固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差,进而增加制冷机系统冷损.为定量探究4～20 K深低温区固体接触热阻,采用GM作为冷源,设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台.利用感压纸进行接触界面压力校核,并对温度重复性进行验证.实验测试了不同导热介质填充情况下,温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律.基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合,获得4～20 K温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

用于亚开温区的极低温绝热去磁制冷机

随着空间观测、量子技术等前沿科研领域的发展,亚开温区的极低温制冷需求日益增加.本文设计并研制了一台极低温单级绝热去磁制冷机.该制冷机由GM型制冷机提供约3 K热沉,以钆镓石榴石为磁热工质,由超导线圈提供最大为4 T的磁场,通过绝热去磁,实验最低温度可达470 mK.在恒温控制模式下,可在1 K下提供2.7 J冷量,温度波动小于0.5 mK,绝热去磁制冷的第二热力学效率为57%;在0.8 K下,制冷量为1.2 J.该制冷机将作为50 mK温区三级绝热去磁制冷系统中的第一级,在1 K下提供0.7 mW制冷功率.本研究为进一步开展极低温多级连续绝热去磁制冷奠定了基础.     

4~20 K 温区固体界面导热填料接触热阻实验研究

超导量子干涉仪、 超导光子探测器等深空探测器需要液氦温区制冷技术提供极低温温度, 固体界面接触热阻的存在会增大耦合界面温度差, 进而增加制冷机系统冷损. 为定量探究4~20 K 深低温区固体接触热阻, 采用GM 作为冷源, 设计了一台可同时调节压力和低温温度的固体界面接触热阻测试实验台. 利用感压纸进行接触界面压力校核, 并对温度重复性进行验证. 实验测试了不同导热介质填充情况下, 温度和压力变化时固体接触热阻的变化规律. 基于最小二乘法对实验数据进行半经验公式拟合, 获得4 ~20 K 温区不同压力加载条件下的接触热阻的定量参考.     

点热源触发的超导复合材料低温广义热传导特性分析

本文针对超导材料在低温和跨温区环境下的热传导特性,基于广义热传导理论并考虑超导材料低温下的比热、热导率的温度依赖性,建立了一描述超导复合带材在点热源触发下的非线性热传导模型.采用有限元法进一步求解获得了超导复合带材低温和跨温区环境下的温度场演化特征.研究结果表明:低温下超导复合材料的参数温度依赖性对其温度分布与热传导特性有着显著影响,其随初始环境温度的升高而逐渐减弱;热松弛时间对低温下超导材料的热传导具有显著影响.另外,文中还讨论了超导复合材料不同铜超比对其低温热传导的影响等.     

二维磁性材料专题编者按

正当前,尽管集成电路制造工艺不断提高,但由于器件的不断缩小,受到量子效应的限制,业界遇到了可靠性低、功耗大等瓶颈,微电子行业延续了近50年的"摩尔定律"将难以持续.因此,寻求从材料到系统的各个层面探究突破集成电路性能瓶颈的方案是亟待解决的关键科学问题.自旋电子学有望突破上述瓶颈,已成为后摩尔时代集成电路领域的关键技术之一.     

斯格明子电子学的研究进展

在过去的半个世纪中,微电子技术一直沿着著名的摩尔定律快速发展,当前已经达到单芯片可集成上百亿晶体管.然而随着晶体管尺寸的缩小,因量子效应所产生的漏电流及其所导致的热效应使得这一定律遇到瓶颈.自旋电子技术由于引入了电子自旋这一全新的自由度,将有望大幅度降低器件功耗,突破热效应枷锁.斯格明子是一种具有拓扑保护的类粒子自旋结构,有望成为下一代自旋电子信息载体,引起了从物理到电子领域的广泛关注.由于其特殊的拓扑性质,斯格明子具备尺寸小、结构稳定、驱动阈值电流小等诸多优点,室温下斯格明子的成核、输运及探测进一步验证了其广泛的应用潜力,由此诞生了研究相关器件及应用的斯格明子电子学.本综述从电子学角度首先介绍斯格明子的基础概念及发展现状、理论及实验研究方法,重点阐述斯格明子器件的写入、调控及读取功能,介绍了一系列具有代表性的新型信息器件;最后,结合斯格明子电子学现状分析了目前所面临的发展瓶颈以及未来的应用前景.     

中国超导电子学研究及应用进展

超导体的发现距今已有近110年了,高温超导体的发现也已经有30多年了.超导材料的电子学应用在最近一二十年取得了突破性进展.高温超导微波器件显示了比传统微波器件更优越的性能,已经在移动通信、雷达和一些特殊通信系统中取得了规模化应用.超导量子干涉器件以其磁场和电流测量的超高灵敏度,成为地质勘探、磁共振成像和生物磁成像等领域不可替代的手段.包括超导隧道结混频器、超导热电子混频器、超导转变沿探测器及超导单光子探测器等在内的超导传感器/探测器可以探测全波段的电磁波及各种宇宙辐射,具有接近量子极限的超高灵敏度,在地球物理、天体物理、量子信息技术、材料科学及生物医学等众多前沿领域发挥越来越重要的作用.超导参量放大器已经成为实现超导量子计算的关键器件.超导集成电路技术已被列入国际器件与系统技术路线图,成为后摩尔时代微电子领域的前沿阵地之一.在计量科学中,超导约瑟夫森效应及约瑟夫森结阵器件被广泛应用于量子电压基准和国际单位制基本单位的重新定义中.在当前的量子信息技术热潮中,超导电子学扮演重要角色,同时量子热潮也大力推动了超导电子学的发展.本文主要对近几年我国超导电子学研究和应用的现状与进展进行概括总结.     

石墨烯沟道全自旋逻辑器件开关特性

由于石墨烯的电导率相比典型的金属材料更大,自旋弛豫时间更长,自旋轨道相互作用更弱,从而在相同的注入电流情况下,自旋电流在石墨烯材料中的耗散作用更弱.基于自旋传输和磁化动力学耦合模型,研究了石墨烯沟道全自旋逻辑器件的开关特性.结果显示,在相同的电源电压下和器件尺寸下,石墨烯沟道材料的全自旋逻辑器件磁矩翻转时间比Cu沟道更短,流入输出纳磁体的自旋电流更大.同时,长度越短、宽度越窄的沟道其开关时间更短,功耗更小.在满足磁体磁矩翻转的临界开关电流的情况下,石墨烯沟道的可靠工作长度也显著大于Cu沟道.所以石墨烯材料是相比于金属材料更理想的沟道材料.另外,通过合理选择沟道尺寸,能进一步降低器件开关时间和功耗.上述结论为全自旋逻辑器件的优化设计与应用提供了理论参考.     

自旋激光器的动力学特性及应用研究进展

在半导体激光器中引入自旋极化载流子是实现室温自旋电子应用的新途径,其超越了常规的磁阻效应。自旋极化载流子的注入导致自旋激光器具有丰富的动力学行为并展示出包括高频偏振振荡和偏振混沌动力学等特性,使其在保密光通信、量子计算、光信息处理和数据存储、可重构光互联以及生物医学传感等领域具有巨大的应用潜力。梳理了近年来自旋激光器的动力学特性及其应用研究进展。介绍了自旋激光器丰富的动力学行为及混沌演变机制;随后分析了自旋激光器的高频振荡特性;归纳了基于自旋激光器动力学特性的最新应用研究进展。在此基础上,展望了自旋激光器的发展趋势和面临的挑战,为相关领域的研究和工程应用提供参考。     

Review of flexible and transparent thin-film transistors based on zinc oxide and related materials

Flexible and transparent electronics enters into a new era of electronic technologies.Ubiquitous applications involve wearable electronics,biosensors,flexible transparent displays,radio-frequency identifications(RFIDs),etc.Zinc oxide(ZnO) and relevant materials are the most commonly used inorganic semiconductors in flexible and transparent devices,owing to their high electrical performances,together with low processing temperatures and good optical transparencies.In this paper,we review recent advances in flexible and transparent thin-film transistors(TFTs) based on ZnO and relevant materials.After a brief introduction,the main progress of the preparation of each component(substrate,electrodes,channel and dielectrics) is summarized and discussed.Then,the effect of mechanical bending on electrical performance is highlighted.Finally,we suggest the challenges and opportunities in future investigations.     

Control of qubits encoded in decoherence-free subspaces

Decoherence-free subspaces protect quantum information from the effects of noise that is correlated across the physical qubits used to implement them. Given the ability to impose suitable Hamiltonians upon such a multi-qubit system, one can also implement a set of logical gates which enables universal computation on this information without compromising this protection. Real physical systems, however, seldom come with the correct Hamiltonians built-in, let alone the ability to turn them off and on at will. In the course of our development of quantum information processing devices based on liquid-state NMR, we have found the task of operating on quantum information encoded in decoherence-free subspaces rather more challenging than is commonly assumed. This contribution presents an overview of these challenges and the methods we have developed for overcoming them in practice. These methods promise to be broadly applicable to many of the physical systems proposed for the implementation of quantum information processing devices.     

有机功能材料的进展

介绍了新学科－－有机功能材料的发展动态，分析了此学科兴起的原因，具体说明了下述7个方面的进展：（1）有机发光；（2）有机场效应管；（3）塑料电子学；（4）有机激光；（5）量子霍尔效应；（6）有机超导；（7）有机光生伏打效应。最后指出该学科存在的问题。     

CERNOX CX-SD低温温度计使用方法

随着超导技术的飞速发展,超导装置运行过程中极低温测量技术成为一个重要的研究课题.国际上发展了许多特殊的温度测量方法,以精确测量绝对零度附近mK甚至μK量级的温度,同时对于需要具有较大温度变化范围的温度测量,例如从室温到绝对零度附近的温度测量也开发出了性能优越的温度计.在超导托卡马克核聚变实验装置的设计运行过程中,美国L...     

热成像系统图像处理电路的新进展

国外一流热成像厂商均研制了适宜其产品应用的新型高性能图像处理电路。选取了5套具有代表性的国外高性能处理电路,对其硬件设计构架、实现功能、以及对外接口三方面进行了对比分析。这些高性能处理电路的主要特点有:电路功能分模拟转换和数字处理两部分;数字处理电路以大规模FPGA为处理核心,并配以大量存储器,且广泛应用FPGA中的嵌入式核;在具备基本使用功能的基础上,继续在非均匀校正以及图像增强两个方向,应用效果更佳的算法;处理电路通常具备扩展能力;处理图像分辨率大于等于640×512像素;模拟视频采用VGA接口等。     

Si基IV族异质结构发光器件的研究进展

Si基光互连具有高速度、高带宽、低功耗、可集成等特点, 有望解决集成电路的集成度在日益提高时电互连带来的问题. 在Si基光互连的关键器件中, 除了Si基光源尚未得到解决, 其他器件都已经实现, 因此Si基可集成高效光源具有十分重要的研究意义. 同为IV族元素的Ge 和GeSn因其与Si的可集成性及其独特的能带结构有望成为Si基光电集成回路中的光源. 虽然Ge是间接带隙材料, 但通过引入张应变、n型重掺杂, 或者引入Sn形成GeSn合金等能带工程手段来提高发光效率. 近年来, Si 基IV族发光材料和发光器件有许多重要进展, 本文就Si基Ge, GeSn材料发光研究中的几个关键技术节点——应变工程、掺杂技术、理论模型和器件研究——回顾了近几年国际和国内的研究进展, 并展望了Si基IV族激光器的发展趋势.     

An overview of healthcare monitoring by flexible electronics

Flexible electronics integrated with stretchable/bendable structures and various microsensors that monitor the temperature,pressure, sweat, bioelectricity, body hydration, etc., have a wide range of applications in the human healthcare sector. The science underlying this technology draws from many research areas, such as information technology, materials science, and structural mechanics, to efficiently and accurately monitor technology for various signals. In this paper, we make a classification and comb to the designs, materials, structures and functions of numerous flexible electronics for signal monitoring in the human healthcare sector. Some perspectives in this field are discussed in the concluding remarks.