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本項目提出并發(fā)展了通用的硅基二維半導體材料范德華外延技術, 實現(xiàn)了多種層狀和非層狀半導體材料的二維薄膜可控生長，解決了傳統(tǒng)外延方法中存在的晶格失配、熱失配等多物理失配技術難題，開辟了非層狀材料在二維電子器件領域的研究新方向。 一、項目分類 重大科學前沿創(chuàng)新 二、成果簡介 基于新材料、新架構的硅基高密度集成信息功能器件的自主發(fā)展是國家重大戰(zhàn)略需求。本項目圍繞新型低維半導體材料的大規(guī)?？煽刂苽?、物性調(diào)控及其電子、光電器件展開系統(tǒng)研究，主要技術創(chuàng)新點有： 一、二維半導體材料及其異質(zhì)結(jié)構的大規(guī)?？煽刂苽洹１卷椖刻岢霾l(fā)展了通用的硅基二維半導體材料范德華外延技術, 實現(xiàn)了多種層狀和非層狀半導體材料的二維薄膜可控生長，解決了傳統(tǒng)外延方法中存在的晶格失配、熱失配等多物理失配技術難題，開辟了非層狀材料在二維電子器件領域的研究新方向。在晶圓級二維半導體材料的基礎上構建出大規(guī)模的二維異質(zhì)結(jié)構，得到了具有高可靠性和穩(wěn)定性的集成器件。相關成果發(fā)表在Science Advances、Advanced Materials等國際知名刊物上，共計40余篇，授權專利16項；與中國電子科技集團公司第十三研究所等合作，成功實現(xiàn)了非層狀GaN在大失配硅基襯底上的高質(zhì)量外延，為第三代半導體的硅基集成提供了新的技術路線。 二、基于低維半導體材料的高靈敏光電器件。本項目通過發(fā)展高質(zhì)量硫族半導體的外延生長新工藝，系統(tǒng)研究了MoTe2、PbS、CdTe等30余種二維半導體材料的光電性質(zhì)，極大地拓展了傳統(tǒng)的半導體光電材料體系；首次提出一種橋接的異質(zhì)結(jié)構筑方式，大大降低了范德華間隙引入的光生載流子注入勢壘，獲得了高性能二維異質(zhì)結(jié)光電器件；發(fā)展了納米線場效應晶體管器件表面修飾方法，調(diào)節(jié)晶體管特性為強增強型，利用這種設計，實現(xiàn)了“鎖鑰”式高選擇性、高靈敏度氣體檢測器件。本項目實現(xiàn)了從深紫外區(qū)到中遠紅外區(qū)的寬波段高靈敏度檢測，相關成果發(fā)表在Science Advances、ACS Nano等國際知名刊物上，共計30余篇，授權專利6項。 三、后摩爾時代新型低維電子信息器件。本項目基于低維半導體材料及其異質(zhì)結(jié)構的物性調(diào)控，首次提出了二維半導體材料中的“增強陷阱效應”物理模型，實現(xiàn)了高性能的亞帶隙紅外探測器和非易失性光電存儲器；利用雙極性溝道中橫向載流子分布的特定電場依賴性，在二維黑磷晶體管中實現(xiàn)了室溫負微分電阻特性；通過構筑亞5 nm溝道二維鐵電負電容晶體管，使得亞閾值擺幅突破玻爾茲曼物理極限，有效降低了器件能耗；創(chuàng)新性的提出多層二維范德華非對稱異質(zhì)結(jié)構，實現(xiàn)了器件高性能與多功能的集成，器件性能為當時最高指標；發(fā)展了新型存算一體架構電子器件技術，首次演示了兼具信息存儲和處理能力的二維單極性憶阻器，有望突破當前算力瓶頸，提供集成電路發(fā)展的新途徑。相關成果發(fā)表在Nature Electronics、Nature Communications等國際知名刊物上，共計60余篇，授權專利7項。

為了進一步驗證紅樹植物在全球氣候變化下是否足夠強健，研究人員對現(xiàn)存紅樹物種的歷史群體大小動態(tài)變化分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)紅樹物種在海平面快速變化時期發(fā)生了種群規(guī)模急劇減少和破碎分化。

在傳統(tǒng)貴金屬（金、銀等）之外發(fā)掘出具有高性能等離激元效應的非金屬新材料，是當前等離激元學基礎研究及應用研發(fā)的一個熱點與難點。金屬氧化物半導體材料具有豐富可調(diào)的光、電、熱、磁等性質(zhì)，對其采取氫化處理可有效修飾其電子結(jié)構，從而獲得豐富可調(diào)的等離激元效應；此處的一個關鍵性挑戰(zhàn)在于如何顯著提高金屬氧化物半導體材料內(nèi)稟的低自由載流子濃度。基于該研究團隊新近發(fā)展的、理論模擬計算指導下的電子-質(zhì)子協(xié)同摻氫策略，在本工作中研究人員采用簡便易行的金屬-酸溶液原位聯(lián)合處理方法實現(xiàn)了金屬氧化物MoO3半導體材料在溫和條件下的可控加氫（即實現(xiàn)了“本征半導體→準金屬”的可控相變），從而突破性地大幅提升了該材料中的自由載流子濃度。研究表明，氫化后的MoO3材料中自由電子濃度與貴金屬相當（譬如H1.68MoO3：~1021cm-3；Au/Ag：~1022cm-3），這使得該材料的等離激元共振響應從近紅外區(qū)移至可見光區(qū)，且兼具強增益及可調(diào)性。結(jié)合第一性原理模擬計算和以超快光譜為主的多種物性表征，研究人員進一步揭示出該協(xié)同摻氫所導致的準金屬能帶結(jié)構及相應的等離激元動力學性質(zhì)。作為效果驗證，研究人員在一系列表面增強拉曼光譜（SERS）實驗中證實該材料表面等離激元局域強場可使吸附的羅丹明6G染料分子的SERS增強因子高達1.1×107（相較于一般半導體的104?5和貴金屬的107?8），檢測靈敏限低至納摩量級（1×10-9mol L-1）。 這項工作創(chuàng)新性地發(fā)展出一種調(diào)控非金屬半導體材料系統(tǒng)中自由載流子濃度的一般性策略，不僅低成本地實現(xiàn)了具有強且可調(diào)的等離激元效應的準金屬相材料，而且顯著地拓寬了半導體材料物化性質(zhì)的可變范圍，為新型金屬氧化物功能材料的設計提供了嶄新的思路和指導。

項目成果/簡介:在傳統(tǒng)貴金屬（金、銀等）之外發(fā)掘出具有高性能等離激元效應的非金屬新材料，是當前等離激元學基礎研究及應用研發(fā)的一個熱點與難點。金屬氧化物半導體材料具有豐富可調(diào)的光、電、熱、磁等性質(zhì)，對其采取氫化處理可有效修飾其電子結(jié)構，從而獲得豐富可調(diào)的等離激元效應；此處的一個關鍵性挑戰(zhàn)在于如何顯著提高金屬氧化物半導體材料內(nèi)稟的低自由載流子濃度?；谠撗芯繄F隊新近發(fā)展的、理論模擬計算指導下的電子-質(zhì)子協(xié)同摻氫策略，在本工作中研究人員采用簡便易行的金屬-酸溶液原位聯(lián)合處理方法實現(xiàn)了金屬氧化物MoO3半導體材料在溫和條件下的可控加氫（即實現(xiàn)了“本征半導體→準金屬”的可控相變），從而突破性地大幅提升了該材料中的自由載流子濃度。研究表明，氫化后的MoO3材料中自由電子濃度與貴金屬相當（譬如H1.68MoO3：~1021cm-3；Au/Ag：~1022cm-3），這使得該材料的等離激元共振響應從近紅外區(qū)移至可見光區(qū)，且兼具強增益及可調(diào)性。結(jié)合第一性原理模擬計算和以超快光譜為主的多種物性表征，研究人員進一步揭示出該協(xié)同摻氫所導致的準金屬能帶結(jié)構及相應的等離激元動力學性質(zhì)。作為效果驗證，研究人員在一系列表面增強拉曼光譜（SERS）實驗中證實該材料表面等離激元局域強場可使吸附的羅丹明6G染料分子的SERS增強因子高達1.1×107（相較于一般半導體的104?5和貴金屬的107?8），檢測靈敏限低至納摩量級（1×10-9mol L-1）。 這項工作創(chuàng)新性地發(fā)展出一種調(diào)控非金屬半導體材料系統(tǒng)中自由載流子濃度的一般性策略，不僅低成本地實現(xiàn)了具有強且可調(diào)的等離激元效應的準金屬相材料，而且顯著地拓寬了半導體材料物化性質(zhì)的可變范圍，為新型金屬氧化物功能材料的設計提供了嶄新的思路和指導。

本項目已成功開發(fā)多種植物甾醇生物轉(zhuǎn)化制造多種甾藥中間體的高效基因工程菌，分別以 雄甾-4-烯-3,17-二酮 (AD) 、雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮 (ADD) 和9羥-雄甾烯酮 (9OHAD) 為主要目 標物，9羥-雄甾烯酮可用于制造腎上腺皮質(zhì)激素，目前國內(nèi)還尚未開發(fā)成功。

成果描述：通過對QCM（石英晶體微天平）技術和檢測標的物的化學特性的研究，課題組成功研制出一種基于石英晶體微天平（QCM）的生物醫(yī)學農(nóng)業(yè)等多領域快速低成本檢測技術新型自動檢測系統(tǒng)。課題組與中國農(nóng)業(yè)科學院和四川大學生物治療國家重點實驗室建立了良好的長期合作關系。所研制的系統(tǒng)已經(jīng)在中國農(nóng)業(yè)科學院和四川大學生物治療國家重點實驗室的配合下完成了測試和實驗，拿到了大量實驗數(shù)據(jù)資料，完成了系統(tǒng)效能評估。經(jīng)過實驗得到數(shù)據(jù)說明了課題組研制的測試系統(tǒng)具有實時性好、分辨率高、成本低、體積小、操作方便等優(yōu)點。該測試系統(tǒng)的檢測精度可以達到納克級別。 以在重金屬檢測領域中的應用為例，國外目前對重金屬離子的定量檢測主要有紫外可分光光度法（UV）、原子吸收法（AAS）、原子熒光法（AFS）、電感耦合等離子體法（ICP）、Ｘ熒光光譜（XRF）和電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）等。我國對重金屬污染十分重視，目前國內(nèi)對重金屬離子的定量檢測主要還是借鑒國外一些常用的檢測方法。但是這些檢測方法價格普遍昂貴、操作相對繁瑣且檢測限僅可達納克（ng）級。國家每年都要花費大量的財力、人力和物力來檢測各種領域里的重金屬。該測試系統(tǒng)的研制成功將會提供一種全新的、低成本的、簡單有效的檢測重金屬的方法。該成果不僅可以應用于農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬離子檢測，其在環(huán)保和生化領域同樣擁有極大的應用前景。

本發(fā)明公開一種基于人工表面等離激元的微波渦旋波發(fā)生器。該結(jié)構工作在微波頻段，由雙層人工表面等離激元波導實現(xiàn)對于電磁波的傳輸，上層波導和下層波導之間的連接通過一個金屬過孔實現(xiàn)。該微波渦旋波發(fā)生器的輻射部分主要由一系列放置在人工表面等離激元波導旁邊的圓形貼片實現(xiàn)，同時這些圓形貼片作為諧振器也提供了產(chǎn)生不同的渦旋波所需的相位。這種微波渦旋波發(fā)生器可以在不同頻率處實現(xiàn)具有不同軌道角動量模式的渦旋波，而不需要在結(jié)構上做出任何改變。

化工、高分子材料等領域，技術、研發(fā)等方面的人才。