2022年度中国科学十大进展发布祝融号新发现入选(3)

高密度与海量存储是大数据时代信息技术与数字经济发展的关键瓶颈。中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠、朱敏团队发明了一种基于单质碲和氮化钛电极界面效应的新型开关器件，充分发挥纳米尺度二维限定性结构中碲熔融—结晶速度快、功耗低的独特优势，“开态”碲处于熔融状态是类金属，和氮化钛电极形成欧姆接触，提供强大的电流驱动能力，“关态”半导体单质碲和氮化钛电极形成肖特基势垒，彻底夹断电流。该晶—液态转变的新型开关器件，组分简单，可克服双向阈值开关（OTS）复杂组分导致成分偏析问题；工艺与CMOS兼容且可极度微缩，易实现海量三维集成；开关综合性能优异，驱动电流达到11 MA/cm2，疲劳寿命>108次，开关速度~15ns，尤其碲原子不丢失情况下开关寿命可大幅提升。该研究为发展海量存储和近存计算提供了新的技术方案。

新原理开关器件示意图

7. 实现超冷三原子分子的量子相干合成

利用高度可控的超冷分子来模拟复杂的难于计算的化学反应，可以对复杂系统进行精确的全方位的研究。自从2003年美国科罗拉多大学Deborah Jin研究组从超冷原子气中合成了钾双原子分子以来，多种超冷双原子分子先后在其他实验室中被制备出来，并被广泛地应用于超冷化学和量子模拟研究中。三原子分子的能级结构理论上难以计算，实验操控也极其困难，因此制备超冷三原子分子一直是实验上的巨大挑战。中国科学技术大学潘建伟、赵博团队与中国科学院化学研究所白春礼团队合作，在钠钾基态分子和钾原子混合气中，在分子-原子Feshbach共振附近利用射频合成技术首次相干地合成了超冷三原子分子。该研究为超冷化学和量子模拟的研究开辟了新的方向。

从超冷双原子分子和原子混合气中利用射频场合成三原子分子的示意图

8. 温和压力条件下实现乙二醇合成

目前乙二醇的全球年需求量达数千万吨级，主要来源于石油化工。为降低乙二醇的对外依存度，以中国科学院福建物质结构研究所为代表的科研机构与企业合作，在2009年发展了从煤或合成气经过酯加氢转化为乙二醇的万吨级非石油路线全套技术。但在该技术路线中，存在安全隐患和乙二醇产品的纯度质量不够稳定等问题。厦门大学谢素原团队与袁友珠团队，联合中国科学院福建物质结构研究所和厦门福纳新材料科技有限公司的研究人员将富勒烯C60作为“电子缓冲剂”用于改性铜—二氧化硅催化剂，研发了以C60电子缓冲来稳定亚铜的富勒烯—铜—二氧化硅催化剂，实现了富勒烯缓冲的铜催化草酸二甲酯在温和压力条件下数千克规模的乙二醇合成，有望降低对石油技术路线的依赖。

富勒烯改性铜催化煤/合成气常压制乙二醇技术

9. 发现飞秒激光诱导复杂体系微纳结构新机制

当将飞秒激光聚焦到材料内部时，会产生各种高度非线性效应，这种极端条件下光与物质相互作用充满未知和挑战。浙江大学邱建荣团队及其合作者们发现了飞秒激光诱导复杂体系微纳结构形成的新机制。以含氯溴碘离子的氧化物玻璃体系为例，实现了玻璃中具有成分和带隙可控发光可调的钙钛矿纳米晶3D直接光刻，呈现红橙黄绿蓝等不同颜色的发光。形成的纳米晶在紫外线辐照、有机溶液浸泡和250℃高温环境中表现出显著的稳定性。并进一步演示了这种3D微纳结构在超大容量长寿命信息存储、高稳定的最小像素尺寸微米级的Micro-LED列阵，实现了1080p级别动态立体彩色全息显示。该成果揭示了飞秒激光诱导空间选择性介观尺度分相和离子交换的规律，开拓了飞秒激光三维极端制造新技术原理。