中國科大在6g濾波器領(lǐng)域取得重要進展

隨著無線通信從5g向beyond 5g（b5g）和6g發(fā)展，對于6 ghz以上電磁波頻譜的使用國際上還存在爭論，有些國家已經(jīng)將6 ghz全頻段授權(quán)用于wi-fi 6e，而更多的國家在考慮把此頻段部分用于蜂窩無線通信（6g）。因此，源于對不同制式和頻段間信號的隔離需求，工作于6 ghz的高品質(zhì)因數(shù)（q值）聲波諧振器以及高性能濾波器將會成為下一階段無線通信發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，也是我國6g技術(shù)發(fā)展必須要自主可控的基礎(chǔ)射頻元器件與芯片。

近日，中國科學技術(shù)大學微電子學院左成杰教授研究團隊在鈮酸鋰（linbo3）壓電薄膜上設(shè)計并實現(xiàn)了q值超過100000的高頻（6.5 ghz）微機電系統(tǒng)（mems）諧振器，與文獻中現(xiàn)有的工作相比，把q值提升了2個數(shù)量級。相關(guān)成果以“ultra highqlithium niobate resonator at 15-degree three-dimensional euler angle”為題于5月16日在線發(fā)表在電子器件領(lǐng)域知名期刊ieee electron device letters上。

研究人員提出了一種基于三維歐拉角α在x-cut單晶鈮酸鋰壓電薄膜上設(shè)計并制備高頻mems諧振器的方法。通過設(shè)計諧振器的電極結(jié)構(gòu)，工作于6.5 ghz的s1振動模態(tài)被激發(fā)，并且當聲波傳播方向（α）位于15°時，諧振器并聯(lián)諧振頻率（fp）處的品質(zhì)因數(shù)（qp）高達131540，對應的諧振器優(yōu)值k2·qp和fp·qp分別達到6300和8.6×1014hz（圖1）。

圖1.新型mems諧振器結(jié)構(gòu)設(shè)計及性能測試：(a)三維歐拉角的定義；(b)制備的諧振器sem照片；(c)15°諧振器導納曲線測試結(jié)果

如圖2所示，與近10年其它的工作在類似頻段的諧振器比較，該新型mems諧振器把q值提升了2個數(shù)量級，并且首次突破了諧振頻率與q值乘積（f·q）這一難以同步提升的諧振器優(yōu)值極限。更重要的是，相關(guān)工作成功發(fā)現(xiàn)了利用三維歐拉角可以對鈮酸鋰薄膜介電損耗和聲學損耗進行調(diào)控的新機理，為未來微納器件在高頻無線通信、醫(yī)學超聲成像、智能信息處理和物聯(lián)網(wǎng)傳感器等應用領(lǐng)域打開了更多的可能性。

圖2.新型mems諧振器與近10年其它鈮酸鋰諧振器q值的比較

中國科學技術(shù)大學微電子學院左成杰教授為論文通訊作者，微電子學院博士生戴忠斌為論文第一作者。此項研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃和中央高?；究蒲谢鸬馁Y助，也得到了中國科大微電子學院、中國科大微納研究與制造中心、中國科大先進技術(shù)研究院和中國科學院無線光電通信重點實驗室的支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1109/led.2022.3175572

（中國科學技術(shù)大學微電子學院、信息科學技術(shù)學院、科研部）

中國科學技術(shù)大學高能核物理課題組與美國勞倫斯伯克利國家實驗室（lbnl）、布魯克海文國家實驗室等單位合作，在rhic-star 質(zhì)心能量3 gev和7.2 gev的重離子打靶實驗中實現(xiàn)了超氚核（h3l）與超氫-4核（h4l）壽命目前最精確的測量，并首次測量了3 gev能量下這兩種超核的產(chǎn)額。以題為《measurements of h3l and h4l lifetimes and yields in au+au collisions in the high baryon density region》，于5月17日發(fā)表在《物理評論快報》phys. rev. lett. 128, 202301 (2022)上。

組成原子核的基本單元是核子，即中子和質(zhì)子。然而，人們發(fā)現(xiàn)一些原子核內(nèi)部還有超子，超子不同于普通核子，是含有奇異數(shù)的重子。超子與核子形成的束縛態(tài)即超核。核子與超子之間是如何通過相互作用形成束縛態(tài)的，這一直是核物理領(lǐng)域的前沿基本問題。在天文學上，中子星致密核心內(nèi)部是否也有超子存在，以及在極端致密的環(huán)境，超子與核子相互作用、與中子星狀態(tài)方程之間的聯(lián)系，都是核物理與天體物理交叉領(lǐng)域的熱點問題。超核被視作一個研究超子-核子相互作用的天然“實驗室”，是我們研究的主要對象。理論上認為超子與核子組成的超核是弱束縛系統(tǒng)，輕超核的壽命應接近自由lambda重子的壽命。

相對論重離子加速器rhic上的star實驗，在低能區(qū)產(chǎn)生的核物質(zhì)系統(tǒng)有較高的重子密度，有利于產(chǎn)生超核。star實驗在質(zhì)心能量3 gev和7.2 gev下進行了超核壽命的測量，得到了目前最為精確的實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)比自由lambda重子的壽命要小約20%，這對進一步理解超核相互作用提供了精確的實驗數(shù)據(jù)。同時star還首次測量了3 gev下超核的產(chǎn)額，發(fā)現(xiàn)顯著高于高能區(qū)（2.76 tev）測量的結(jié)果，說明低能高重子密度區(qū)對研究奇異核的確更有優(yōu)勢。實驗結(jié)果與強子輸運模型相符，對理解低能區(qū)超核產(chǎn)生機制提供了重要的實驗依據(jù)。

超氚核與超氫-4核的結(jié)構(gòu)組成示意圖

超氚核與超氫-4核的壽命測量結(jié)果

中國科大高能物理組博士生李秀君與張一飛教授為這篇合作組文章的主要作者，在實驗和物理分析工作中做出了主要貢獻。rhic-star是基于美國布魯克海文國家實驗室相對論重離子對撞機（rhic）上star實驗的大型國際合作組，由來自14個國家70個單位的753位科研人員組成。該項研究受到了國家自然科學基金委、科技部等單位的經(jīng)費資助。

相關(guān)鏈接：

（物理學院、核探測與核電子學國家重點實驗室、科研部）

一氧化氮 (no)、一氧化碳(co)和硫化氫(h2s)是生物體內(nèi)源性氣體遞質(zhì)(gasotransmitter)，具有重要的生理/病理功能，同時也具有優(yōu)異的抗炎和抗菌活性。鑒于氣體遞質(zhì)在治療心腦血管疾病(人類死亡的“頭號殺手”)和呼吸系統(tǒng)疾病(如當前全球爆發(fā)的新冠肺炎)方面的獨特優(yōu)勢和明確療效，發(fā)展氣體遞質(zhì)藥物受到了廣泛關(guān)注。不同于傳統(tǒng)的固體和液體藥物，氣體遞質(zhì)不能通過口服、注射、透皮等方式給藥；在生理條件下易代謝、半衰期極短，吸入給藥后主要作用于肺部，難以到達其它病灶部位。針對上述問題，中國科學技術(shù)大學化學與材料科學學院胡進明課題組在氣體遞質(zhì)的可控遞送方面開展了系列工作，初步探索了氣體遞質(zhì)高分子材料在治療炎癥和感染類疾病方面的潛在應用。

圖1、構(gòu)建耐氧性光氧化還原催化驅(qū)動的一氧化氮遞送體系。

近期，胡進明課題組與劉世勇教授課題組、肖石燕課題組開展合作，報道了一種耐氧型光氧化還原催化調(diào)控no釋放的策略，并成功用于細菌感染治療。以紫外光吸收n,n′-二亞硝基-1,4-苯二胺類光響應no釋放分子(bnn-no2和bnn)作為研究對象；研究表明，bnn-no2和bnn在可見光(500 nm)輻照下被光催化劑三(2-苯基吡啶)合銥(fac-ir(ppy)3)激活并釋放no。有趣的是，no釋放后bnn-no2和bnn可自發(fā)轉(zhuǎn)化為相應的醌二亞胺(qdi)結(jié)構(gòu)，原位清除產(chǎn)生的活性氧(ros)，實現(xiàn)了獨特的氧氣耐受性能。雖然光氧化還原催化已廣泛用于有機合成中，但在生理環(huán)境下利用光氧化還原催化反應激活生物活性分子仍然面臨巨大挑戰(zhàn)——由于生理環(huán)境的復雜性，光氧化還原催化反應往往受到周圍生物分子的影響 (如氧氣會嚴重淬滅光催化劑的激發(fā)態(tài))。

圖2、光氧化還原催化觸發(fā)一氧化氮釋放實現(xiàn)細胞膜超極化和菌膜滲透性增強，有效殺滅耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(mrsa)。

研究人員通過共聚將bnn-no2或bnn引入兩親性嵌段聚合物中，負載光催化劑fac-ir(ppy)3后可得到均勻膠束納米粒子。在可見光輻照下，在無需額外添加氧氣清除劑的條件下成功實現(xiàn)了no的觸發(fā)釋放，同時伴隨著水中溶解氧含量的自發(fā)下降。體外抗菌實驗結(jié)果表明：該no釋放膠束可使細菌膜電位超極化，并增加細菌膜滲透性從而達到殺滅細菌的效果。在小鼠全皮層細菌感染創(chuàng)傷模型中，光氧化還原催化觸發(fā)no釋放可有效治療耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(mrsa)傷口感染并促進傷口愈合。

本工作為探索光氧化還原催化的生物醫(yī)學應用提供了有益參考，其獨特的氧氣耐受性有效避免了生理環(huán)境下氧對光氧化還原催化的不利影響。

上述研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部重點研發(fā)計劃和中國科學技術(shù)大學培育基金等資助。

相關(guān)論文鏈接：

(hot paper)

(hot paper)

(hot paper)

(vip)

甲烷作為一種重要的碳基小分子，在自然界分布廣泛，是天然氣、頁巖氣、可燃冰、沼氣等的主要成分。迄今為止，甲烷的使用仍以燃燒為主，導致排放出大量的二氧化碳。甲烷作為化工原料主要用于合成氨、甲醇及其衍生物，但其用量僅占天然氣消耗量的5%-7%。雖然甲烷儲量遠遠超過石油儲量，但作為化工原料其開發(fā)程度遠無法與石油相比。如何將儲量巨大的甲烷資源轉(zhuǎn)化為具有更高經(jīng)濟附加值的燃料或化工產(chǎn)品，具有重要的科學意義和應用前景。太陽能作為最為豐富和清潔的能源，可通過光催化方式在溫和條件下驅(qū)動甲烷轉(zhuǎn)化為多碳燃料或化學品。近年來，中國科學技術(shù)大學熊宇杰教授和龍冉教授研究團隊發(fā)展了一系列光/光電催化方法，實現(xiàn)了甲烷高選擇性轉(zhuǎn)化制乙烷、乙烯和乙二醇（j. am. chem. soc.2021, 143, 269；angew. chem. int. ed.2021, 60, 9357）。

近日，熊宇杰教授和龍冉教授研究團隊與中國科學技術(shù)大學楊金龍院士團隊付岑峰副研究員、南京大學鄒志剛院士團隊姚穎方教授合作，發(fā)展了光催化甲烷無氧偶聯(lián)（nocm）方法，實現(xiàn)了高選擇性制備乙烷和氫氣，效率達到中溫熱催化nocm水平，發(fā)表在《自然×通訊》期刊（nat. commun.doi: 10.1038/s41467-022-30532-z）。

光催化nocm可以在溫和條件下同時獲取多碳烴類和氫氣，是一條極具吸引力的途徑。氧化物半導體憑借其良好的光利用率和優(yōu)秀的氧化能力，被廣泛應用于光催化nocm的研究。然而，用于活化甲烷的光生空穴主要聚集在氧化物半導體的晶格氧位點，使得甲烷極易被晶格氧原子過度氧化產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等副產(chǎn)物。在該工作中，熊宇杰和龍冉團隊提出通過單原子配位負載的方法來調(diào)控光催化劑的價帶電子結(jié)構(gòu)，以得到具有高活性、選擇性和穩(wěn)定性的nocm光催化劑。以最常見的二氧化鈦為例，在其表面構(gòu)建的“鈀-氧”配位結(jié)構(gòu)，可以將光生空穴聚集在“鈀-氧”配位結(jié)構(gòu)單元上，從而在提高光催化nocm性能的同時降低甲烷的過度氧化程度?；谠摬呗?，實現(xiàn)了94.3%乙烷選擇性、0.91 mmol g-1h-1乙烷產(chǎn)率以及等化學計量比的氫氣產(chǎn)物。進一步地，通過元素摻雜的方法，提高了催化劑中晶格氧的穩(wěn)定性，進而延長催化性能的穩(wěn)定性。該工作為發(fā)展高效光催化nocm催化劑提供了新的思路。

該工作的同步輻射近常壓光電子能譜和紅外光譜原位表征分別得到上海光源劉志教授和合肥光源戚澤明研究員、劉恒劼工程師的合作支持。研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家杰出青年科學基金、國家優(yōu)秀青年科學基金、中國科學院b類先導科技專項培育項目等項目的資助。

論文鏈接：

（化學與材料科學學院、國家同步輻射實驗室、科研部）