电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用

电子束光刻是微电子技术领域重要的光刻技术之一,它可以制备特征尺寸10nm甚至更小的图形。随着电子束曝光机越来越多地进入科研领域,它在微纳加工、纳米结构的特性研究和纳米器件的制备等方面都呈现出重要的应用价值。本文以几种常见的电子束曝光机为例,说明电子束光刻的工作原理和关键技术,并给出一些它在纳米器件和微纳加工方面的应用实例。

对撞机之争:价值、目标和图景 让对撞机之争撞出科学界与社会、科学界内部的良性互动

2016年以来,中国是否要建设大型对撞机的争论浮出水面,愈演愈烈。最近丘成桐（1982年菲尔兹奖获得者）、杨振宁（1957年诺贝尔物理学奖获得者）、王贻芳（中国科学院高能物理研究所所长）等人纷纷表态,科学界内部和关心科学的人们对这个话题的关注急剧升温,＂挺撞＂和＂反撞＂两派轮番发文,甚至公开面对面辩论。一场科学争论占据了舆论场的中心,这是中国前所未见的景象。我们应该如何看待这场鏖战呢？

中国煤中微量元素锡(Sn)的研究进展

锡(Sn)被认为是具有环境负效应的元素。近年来,不同地区的沉积物样品显示近几十年来地壳中的Sn明显快速上升,并认为煤炭的燃烧可能是导致环境中Sn含量增加的重要途径。锡在中国煤中的平均含量约为3.38μg/g,略高于世界煤中Sn的均值,与上地壳的含量基本持平。由于煤中Sn的含量在10^(-6)量级,因此,在测试过程中可以考虑选择利用ICP-MS和高精度AAS结合微波消解技术对Sn进行测定。因为该元素本身在煤中含量微少,几乎不以独立的矿物相存在,因此鲜少有文献报道。但在本文中,还是提出了几种Sn在煤中的可能存在方式:锡石态、硫化物态、钽铌矿物中的类质同象、有机结合态、硅酸盐矿物中的类质同象,以及非紧密结合的可交换离子态。并以中国典型的高Sn煤层为例,分析了高Sn煤出现的可能原因。此外,当煤中Sn的赋存状态为可交换离子态与有机质结合态时,部分Sn可以在煤的开采和燃烧中迁移并进入环境,应当予以关注。

基于直接数字合成技术的电子自旋-核自旋双共振实验射频信号源设计

为了满足脉冲式电子顺磁共振谱仪中电子自旋-核自旋双共振模块的需要,利用直接数字合成器设计并制作了射频信号源.该部件产生的射频脉冲具备对频率、幅度和相位快速精确调制的能力,对原子核自旋有较强操控能力.

NK细胞肿瘤免疫治疗技术的挑战

自然杀伤(NK)细胞具有以MHC I非依赖识别机制和快速杀伤病变细胞能力、低移植物抗宿主反应(GVHD)风险、可采用异体细胞回输、体内存活周期短和无细胞因子风暴等长期和不可预期风险较低等特点和优势,使其在肿瘤免疫治疗中展现出巨大的应用潜力。虽然外周血单个核细胞(PBMC)来源NK细胞相比干细胞来源NK和NK细胞系在安全性和肿瘤杀伤能力上相对更好,但细胞制备技术的效率、稳定性和安全性仍有待完善;NK细胞被认为是较理想的嵌合抗原受体(chimeric antigen receptor,CAR)载体,但外周血来源NK细胞转染效率较低,影响了CAR-NK的研发进程。由于NK细胞来源和培养技术的多样性,使细胞制品的活性不一,虽然NK细胞在抗血液肿瘤治疗中表现相对突出,但对实体瘤的治疗效果仍有待验证。总之,NK细胞应用开发近年已取得显著进步,但仍面临生产技术和临床疗效等诸多挑战。

微波辅助提取贯叶连翘总黄酮的工艺研究

[目的]探讨贯叶连翘中总黄酮的微波辅助提取优化工艺条件。[方法]采用正交试验方法,考察微波功率、提取溶剂浓度、液固比、提取时间对总黄酮含量的影响,确定微波辅助提取贯叶连翘总黄酮的最佳工艺条件,并与超声波提取法、索氏提取法进行比较。[结果]微波辅助提取贯叶连翘总黄酮的最佳条件为乙醇溶液的体积浓度为70%、液固比为30∶1、微波功率450 W、微波提取时间5 min,在该条件下贯叶连翘总黄酮得率为6.02%。微波辅助提取5 m in与索氏法提取4 h、超声波法提取1 h得率相当。[结论]微波辅助提取法具有快速、高效、节能、选择性好等特点。

CuS亚微米空心结构γ辐照制备及表征

在常温常压下,利用γ射线辐照CuCl2、Na2S2O3和SDS水溶液,制备出CuS亚微米空心球结构。利用XRD、FESEM、TEM对其进行了表征。分析结果表明,CuS空心球结构外径约为600nm,内径约为400nm,壁厚约100nm。初步研究了辐照吸收剂量率及表面活性剂对产物形貌的影响,并探讨了CuS空心球结构可能的形成机制。

逐步走近构建和创造全新物质——通过单分子选键化学控制单个分子磁性

利用低温超高真空扫描隧道显微镜,对吸附于金表面的单个钴酞菁分子进行单分子选键化学“手术”,成功“剪裁”了分子外围的氢原子,并使其与金属表面形成稳定的化学键。该成果发表在Science上,审稿人给予高度评价,并邀请美国专家撰写专文介绍和评述该成果。

日本真的成功进行超小型卫星量子通信实验了吗？

2016年8月16日,中国发射了世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”,引爆了公众对量子科学的兴趣。许多人都知道了,中国的量子通信走在世界最前列——尽管对于量子通信究竟是什么,大多数人还是一知半解。

X波段脉冲电子顺磁共振谱仪的矩形腔与微型平面腔的设计

为了满足脉冲式电子顺磁共振谱仪的需要,设计并制作了连续波谐振腔和脉冲谐振腔.连续波谐振腔采用矩形谐振腔的设计,而脉冲谐振腔采用了微型平面腔的设计.在设计阶段,使用Ansoft-HFSS三维电磁仿真软件对2种谐振腔进行模拟计算.微型平面腔的加工采用了微纳加工技术.制作完成的谐振腔的参数指标由网络分析仪测定.实验测得2种谐振腔的参数指标符合理论模拟值,并满足脉冲式电子顺磁共振谱仪的要求.

平板式SOFC封接的实验研究

为了解决平板式固体氧化物燃料电池(planarSOFC)的密封问题,在大气中采用Ag-8CuO+2YSZ新型复合钎料对平板式SOFC单电池进行了封接实验,研究了YSZ((Y2O3)0.08(ZrO2)0.92)陶瓷颗粒的加入对钎缝显微组织的影响,通过多次热循环实验,以及单电池开路电压的测试对钎焊质量进行了评价.结果表明:YSZ与Ag-CuO组织结合紧密,陶瓷颗粒均匀分布在钎料基体中,有利于改善接头性能,降低接头的热膨胀不均匀性,抑制钎缝内孔洞的生成.经过15次热循环实验(200～750℃),单电池的开路电压稳定在1.02～1.09V之间,证明该钎料适用于750℃工作的平板式SOFC的密封.

光纤量子隐形传态技术最新进展

量子隐形传态自1993年被提出后,在理论和实验领域均获得了长足发展.量子隐形传态不仅可以帮助探究量子力学的奥秘,也是量子技术的基石,可被应用于量子中继和分布式量子计算等量子网络的重要组成元素中.在实际运用于量子网络前,量子隐形传态尚有许多亟待解决的技术难题,其中包括独立源的量子干涉.解决独立源的干涉问题,意味着要将来自不同光源的光子在各个自由度上都不可区分.如果光子还需要通过被外界环境影响而性质随时变化的光纤,难度又会极大提高.最近,合肥和卡尔加里的2个实验组解决了独立源的干涉问题,同时完成了拥有独立源的量子隐形传态的外场实验,为实现全球化实用量子网络迈出了关键一步.

基于BB84协议的量子保密通信实验

基于BB84量子保密通信协议,利用光子的偏振态传输信息.发送方和接收方通过量子信道来传输量子态,同时双方通过一条经典信道进行基矢比对和其他信息交互,进而两边同时安全地获得和共享一份相同的密钥.

光量子计算的实验研究进展

自从进入大数据时代,人们对于数据处理速度的需求越来越大,但是经典计算的发展却逐渐达到瓶颈,越来越难以满足这种需求.由于并行性,量子计算在诸多问题的处理上可以达到指数加速效果,有巨大的信息处理潜力,正好能满足人类对于数据处理速度的需求,被公认为是下一代信息技术的核心技术.围绕量子计算,最近实验演示了2种具有指数加速效果的量子算法：求解线性方程组量子算法和机器学习量子算法;其次介绍了最新实现的多自由度量子隐形传态.量子隐形传态是可扩展的线性光学KLM方案的重要组成部分.多自由度量子隐形传态实验打破了国际学术界从1997年以来只能传输粒子单一自由度的局限,为发展可扩展的量子计算奠定了基础.

基于全氟酞菁铜和碗烯双分子体系在银和石墨表面自组装行为的低温扫描隧道显微镜研究（英文）

由于其独特的分子构型和电子结构,碗烯被认为是组成有机分子电子器件的一种重要的结构单元。在不同金属表面上单一组分的碗烯或其衍生物进行自组装的行为,及其所形成自组装薄膜的电子结构已经被广泛研究。这里我们利用低温扫描隧道显微镜(LT-STM),对全氟酞菁铜和碗烯两种组分在高定向热解石墨和银(111)两种不同衬底上的自组装结构进行了报道。在石墨衬底上,全氟酞菁铜和碗烯分子间形成的氢键成为双分子网络结构能够形成的关键;同时,由于这种分子间氢键的存在,碗烯分子大多采取"开口朝下"的空间构型,以保证分子间氢键最大限度的形成。但在银衬底上观察到的碗烯分子则随机采取"开口向上"或"开口向下"两种构型,并没有一种优势构型的存在。我们认为此时银(111)衬底和有机分子间强烈的相互作用限制了碗烯两种构型之间的翻转,使得碗烯分子一旦被吸附就只能保持其原本的构型,从而导致了在结果上两种构型的随机分布。

一种高稳定低电压扫描隧道显微镜镜体结构

本文报告了一种高稳定的扫描隧道显微镜镜体结构。该镜体结构融入了多项提高稳定性和成像精度的考虑(:1)镜体被设计成了高中心对称结构;(2)粗逼近马达(竖直安置的压电惯性马达)和扫描结构被设计成互相独立,使得粗逼近马达的不稳定性不会传递到扫描结构中去(;3)粗逼近马达的向上步进被设计成了由压电体更有力的伸长形变(而非驱动力较小的收缩形变)来驱动,以降低控制电压(从而改善电子学噪声与精度),实现了首个<18V低电压竖直步进STM;(4)扫描结构被设计成小型,且由热膨胀系数较小且相近的蓝宝石和高纯钛按热膨胀并行相消来设计(;5)粗逼近马达的步进由高抛光的蓝宝石珠在高抛光的蓝宝石棒导轨上的滑动实现,从而在不增加摩擦力阻力的条件下(利于实现低电压STM)可大大增加镜体刚性,减少漂移。该扫描隧道显微镜的性能测试由其所成的清晰原子分辨率图像(室温大气环境中的石墨样品成像)得到展示。

利用X光无损检测SOFC金属封接的实验研究

为了解决管板式(平板式)固体氧化物燃料电池的密封问题,在大气中使用95AgCu焊料片对单电池片和金属连接体进行了封接实验.利用X光无损检测技术对比分析了95AgCu焊料片和粉状焊膏的区别,并通过单电池的寿命测试对焊接质量进行了评价.结果表明:利用X光无损检测结果,可以优化焊接工艺,实现用成型焊片形成高质量、无孔隙的焊缝;在750℃下,测量了120h内开路电压和单电池功率,它们基本没有变化,说明本钎焊材料和工艺适合SOFC堆的密封.

光镊技术在生命科学研究中的应用

激光光镊自从1986年发明以来,作为一种无直接接触、无损伤、可产生和检测微小力以及精确测量微小位移的物理学工具,在生命科学领域得到了广泛的应用。阐释了光镊的基本原理及其在生命科学研究应用中所涉及的关键技术细节,总结了近年来光镊技术的新进展。

扫描隧道显微镜在单分子科学中的应用

单分子科学是一门新兴的交叉科学,在当前的科技发展中具有重要意义.扫描隧道显微镜是研究单分子的一种强有力而独特的工具.文章以作者所在研究组近年来在单分子表征、操控和原型器件设计等方面的研究工作进展为例,概述了扫描隧道显微镜在单分子科学中的应用,重点介绍了以下成果:在硫醇分子自组装单层膜上观测到C60分子的本征笼状结构,并发现了一种新颖的由C60分子取向产生的拓扑序;结合实验图像和理论模拟,确定了单个C60分子在Si(111)-7×7表面的吸附取向;通过对金属富勒烯分子Dy@C82进行空间和能量分辨成像及相关理论模拟,确定了金属原子相对碳笼的位置及分子的取向;利用扫描隧道显微镜针尖对吸附在Au(111)表面的单个CoPc分子操作"分子手术",以实现其吸附态和自旋态的量子调控;发现了一种由单电子隧穿和C59N分子的特殊能级结构产生的新的整流机制;发现了一种由针尖电子态和CoPc分子中Co原子轨道的空间对称性匹配产生的负微分电阻效应.

苯乳酸的快速检测研究

苯乳酸是一种新型生物防腐剂。文中研究了苯乳酸的薄层层析快速检测方法、反相高效液相色谱分析检测法,并利用手性柱高效液相色谱分析检测D-型和L-型苯乳酸。