科学新发现：半导体纳米晶体的分子光化学效应

电子材料一周纵览第025期

20160120-20160126

电子材料是指以电子为载体、用于制造各种电子元器件和半导体集成电路的材料，包括介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料以及其他相关材料。电子材料是现代电子工业和科学技术发展的物质基础。电子材料的质量决定了电子元器件和半导体集成电路的性能好坏，一代电子新材料的出现将促进新一代电子产品的诞生，电子材料的发展一直受到人们的关注和重视。为此，我们推出电子材料周报，为大家呈现电子材料领域最新的研究进展。

1、在过渡金属氧化物的原子层中创建磁状态

Physicists create magnetic state in atomic layers of transition metal oxide

在几个原子层的人工合成过渡金属氧化物中创建的磁状态

来自阿肯色大学的物理学家和其合作者在人工合成的过渡金属氧化物层中建立了新的磁化状态。

“下一代电子产品的关键是制造多功能的晶体管，这意味着单一的电脉冲必须能够触发多个操作。例如，它们可以在电子态和磁状态之间转换。”A.U人工量子材料实验室的物理学教授Jak Chakhalian说，“这项工作打开了制造拥有突破性性能的电子材料大门。”

相关研究成果已发表在Nature Communications上，论文链接：

http://www.nature.com/ncomms/2016/160121/ncomms10418/full/ncomms10418.html

2、“两性”材料助力新内存芯片

Switchable material could enable new memory chips

施加电压改变辉砷钴矿相和结构的氧浓度示意图

近日，两位来自麻省理工学院的研究人员开发出一种通过改变施加的电压就可在金属和半导体性能之间转换的薄膜材料。

通常情况下，SrCoOx的薄膜材料是一种由其组成、温度和压力控制结构相的材料。研究人员通过改变SrCoOx中的氧含量可使其具有完全不同的性质。当存在足够多氧气时，它形成紧紧封闭的笼状钙钛矿晶体结构；氧气较低浓度时则产生更加开放的钙铁铝石结构。这两种结构具有完全不同的化学、物理及电磁特性。通过施加电压，材料的结构发生转换，从而性能也大大改变。这一材料可以应用于开发新型计算机芯片以及能量转换或催化领域。

相关研究成果已发表在Nano Letters上，论文地址：

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5b04492

3、观察电子冷却的新方法

Watching electrons cool in 30 quadrillionths of a second

单层石墨烯与薄层绝缘氮化硼复合成的夹层结构

在二维材料石墨烯中激发的电子冷却得非常快，只需要30飞秒。最近，两位加州大学河滨分校的研究人员使用了一种前所未有的的方法来观察这一过程。

研究人员将单层石墨烯与薄层绝缘氮化硼复合成夹层结构。这种范德华异质结构让电子要么留在石墨烯中通过电子彼此反弹冷却，要么在穿过周围的氮化硼层后冷却。通过调节电压或光脉冲能量等可以控制电子移动方位和冷却时间，这项工作提供了在极短的时间尺度观察电子冷却的新方法。这一发现有助于显示器件、新型太阳能电池以及用于光通信的光电探测器制造。

相关研究成果已经发表于Nature Physics。论文链接：http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3620.html

4、燃料电池电解质再升级

Fuel cell electrolyte developed to offer cleaner, more efficient energy

 燃料电池

剑桥大学的研究人员最近研发出了一种新的薄膜电解质材料，使得固体氧化物燃料电池能够以相较于由传统材料制作时更高的效率和更低的成本来运行。

这种新材料制作的电极除了拥有显著提高的导电性，还具有热量损失少、短路危险小、热循环的应力开裂小、燃油泄漏风险低和制造简单的优点。该材料有望用于制造电子产品或医疗器械的便携式电源，或者军事或娱乐车辆的不间断电源。

相关论文发表于Nature Communications和Advanced Functional Materials。论文链接：

http://www.nature.com/ncomms/2015/151008/ncomms9588/full/ncomms9588.htmlt

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201404420/abstract

5、科学新发现：半导体纳米晶体的分子光化学效应

Molecular-like photochemistry from semiconductor nanocrystals

 半导体纳米晶体到分子的三重态能量传递和后续反应

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员证实：将三重态激子能量由半导体纳米晶体传递到分子表面的受体上，能够将原来的激发态的寿命提高6个数量级。

研究者们通过将处于激发态的纳米晶体的能量转移到分子表面的受体上,由此产生的分子三重激发态可以有足够长的时间来促进化学反应。这意味着半导体纳米晶体展现了类似于分子一样的特性。这一发现改进了半导体纳米晶体作为光致敏剂寿命短的问题，在太阳能转换、光化学合成和癌症光诊疗等领域有重要意义。

相关研究成果已经发表在science上，论文地址：

http://science.sciencemag.org/content/351/6271/369

6、芯片制造新技术

Polymer nanowires that assemble in perpendicular layers could offer route to tinier chip components

PDMS柱体的双层纳米网

来自麻省理工大学的研究人员提出了堆叠嵌段共聚物线层制备芯片的技术，每一层中的嵌段共聚物能够自发定向垂直于下一层面，从而能够制备出网状结构。

研究人员使用第一层嵌段共聚物作为模板从而使上一层的嵌段共聚物进行自组装，避免了传统电子束光刻技术耗时长的缺点。嵌段共聚物之间彼此排斥的特性使它们能够实现自组装，由此制备的网状结构对于制备记忆芯片、光学芯片，甚至是新一代的计算机处理器有着重要意义。

相关研究成果发表在Nature Communications上，论文地址：

http://www.nature.com/ncomms/2016/160122/ncomms10518/full/ncomms10518.html

本期电子周报作者：洪扬   高香灵   刘玲   兀松