2016年度“中國高等學校十大科技進展”入選項目介紹
一、世界首例真實穩定可控的單分子電子開關器件
利用單分子構建電子器件對突破目前半導體器件微小化發展的瓶頸意義重大。實現可控的單分子電子開關功能是驗證分子能否作為核心組件應用到電子器件中的關鍵。自上個世紀70年代以來,設計構筑穩定可控的單分子器件,探索其與微電子工藝的兼容性,并獲得真正意義上的分子電子開關,在當代納米電子學研究中具有重大的科學意義。
郭雪峰團隊圍繞單分子光電子學領域開展了長達9年的潛心鉆研和持續攻關。他們原創性地發展了以石墨烯為電極、通過共價鍵連接的穩定單分子器件的關鍵制備方法,解決了單分子器件制備難、穩定性差的難題。在此基礎上,通過功能導向的分子工程學成功地克服了二芳烯分子與石墨烯電極間強耦合作用的核心挑戰性問題,從而突破性地構建了一類全可逆的光誘導和電場誘導的雙模式單分子光電子器件。這項研究工作使得在中國誕生了世界首例真實穩定可控的單分子電子開關器件。這也是幾十年來我國在分子電子學領域的科學研究第一次發表在《Science》雜志上。
論文于2016年6月17日發表在《Science》上,申請了發明專利。這項研究證明功能分子可以作為核心組件來構建電子回路,為將功能分子應用到實用電子器件中邁出了關鍵的一步?!禨cience》同期配發了長篇正面評述,得到了國內外同行的廣泛認可和各種媒體的亮點報道。
二、發現原子核手征對稱性和空間反射對稱性的聯立自發破缺
對稱性及其破缺是基本的科學問題。手征對稱性(又稱手性)在自然界中廣泛存在,如左右手、海螺殼、某些化學和藥物分子等都有手性。原子核層次的手征對稱性由孟杰及其合作者于1997年預言,后來得到證實,引起廣泛關注。探索原子核的手征對稱性,可以獲得原子核形狀及其運動模式等信息,具有重要的科學意義。
北京大學孟杰教授領導的研究團隊長期致力于原子核手征對稱性研究且持續取得進展:2006年預言原子核的多重手征對稱性,激發國際相關研究,推動實驗驗證并得到證實;2011年發現手性原子核Br-80,將原子核手征對稱性研究擴展到新的核區。2016年,通過重離子熔合蒸發反應,利用在束伽瑪符合、帶電粒子符合、線性極化等實驗測量手段,在原子核Br-78中發現了宇稱相反的兩對手征雙重帶,以及表征它們之間八極關聯的電偶極躍遷,給出了手征對稱性和空間反射對稱性聯立自發破缺的證據。
研究結果于2016年3月發表在《物理評論快報》,并被遴選為封面文章。這是核物理領域,中國學者在該刊發表的首篇封面文章。該工作發現了目前最輕的手性原子核Br-78,以及手征對稱性和空間反射對稱性聯立自發破缺的證據,深化了對原子核復雜結構及其表現形式的認識。
三、高效率高比沖磁聚焦霍爾推進技術
2016年11月3日我國空間電推進技術取得重大進展,由哈爾濱工業大學于達仁、賈德昌教授團隊和中國航天科技集團公司第五研究院第五〇二研究所聯合研制的磁聚焦霍爾推力器HEP-100MF成功搭載長征五號運載火箭在實踐十七號衛星上進行了飛行驗證,這是世界首次磁聚焦霍爾推力器實現空間應用。
目前,該磁聚焦霍爾推力器已完成了包括點火、性能標定、長穩態測試及衛星系統兼容性等所有在軌考核,各項參數均滿足指標要求,其中磁聚焦與羽流發散角控制技術達到國際領先水平。
該團隊歷經14年,充分發揮學科交叉的創新優勢,先后突破了寬范圍磁聚焦、熱/電/磁耦合設計、放電低頻振蕩控制、低功耗高可靠空心陰極穩定放電、耐離子濺射氮化硼基特種陶瓷材料等關鍵技術,研制的磁聚焦霍爾推力器比沖比國際著名同類產品SPT-100提高20%,羽流發散角減小了60%,大幅降低了推力器燃料消耗,并顯著降低了羽流對航天器的影響,為我國新一代長壽命航天平臺提供了具有自主知識產權的新型電推進技術。該成果將為我國新一代通訊衛星、遙感衛星、空間站及深空探測提供技術支撐,是國際電推進技術發展史上的一個重要里程碑。