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《华盛顿大学开发新技术：激光制冷半导体材料》

  • 来源专题：装备制造监测服务
  • 编译者： zhouyang
  • 发布时间：2020-07-02

  • 一般来说激光是用来加热物体的，但近日华盛顿大学一组研究团队通过实验展示了激光冷冻材料的潜力，有望颠覆从生物成像到量子通信等领域。

    早在2015年该团队就已经宣布可以利用激光将水和其他液体冷却至室温以下，近日该团队又用类似的方法来冷却固体半导体。该论文发表在《自然通讯》上，他们可以使用红外激光将固体半导体冷却到比室温低至少20摄氏度。

    研究人员使用的装置是一个悬臂，类似于跳水板。就像游泳者跳入水中后的跳板一样，悬臂可以以特定的频率振动。但这个悬臂不需要潜水员来震动。在室温下，它会因热能而振荡。这样的设备可以成为理想的光学机械传感器，激光可以探测到它们的振动。但是激光也会加热悬臂，从而降低了它的性能。

    华盛顿大学材料科学与工程教授彼得·鲍佐斯基（Peter Pauzauskie）说：“在历史上，纳米级设备的激光加热是一个被掩盖的主要问题。我们使用红外光冷却谐振器，以减少系统中的干扰或‘噪音’。这种固态制冷方法可以显著提高光学机械谐振器的灵敏度，扩大其在消费电子、激光器和科学仪器中的应用，并为光子电路等新应用铺平道路。”

    研究人员表示他们是第一个展示“纳米传感器固态激光制冷”技术的团队。

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    • 来源专题：重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者：魏韧
    • 发布时间：2019-11-10
    • 研究人员使用先进光源（ALS）证明可以用激光重复改变材料中的耦合电子和磁性质。这一研究结果表明，利用激光束擦除和重写随机存取存储器和数据存储材料中的信息是可能的。 许多半导体器件使用电流控制和操作编码信息实现信息存储。然而，这种方法已经达到热稳定特征尺寸的物理极限，科学家们正在积极寻找下一代材料和工艺，来生产更小、更快、更强大的器件。可以按照理论规格进行逐层设计的材料为解决以上问题开辟了道路。多铁性是一种可以将材料设计成由外场控制的特殊性质，但很少有研究探索利用激光调谐这类材料中的电磁排列。 铁酸铋（BiFeO3）是一种很有前景的室温多铁性材料。在薄膜中，铁酸铋表现出明显的自发极化（铁电性），与材料的反铁磁有序共存并与之强耦合。此外，当受到面内压缩应变时，铁酸铋经历了从四方相（T-BFO）到菱形相（R-BFO）的晶体对称性转变。这种位移导致功能性质的调制，包括导电性、压电性和折射率。在特定的条件下，铁酸铋的“混合相”样品可能处于四方相（T-BFO）和菱形相（R-BFO）相之间的转变边缘。 在用压电响应力显微镜（PFM）获得的混合相铁酸铋的图像中，这些相呈现为暗区[菱形相（R-BFO）]和亮区[四方相（T-BFO）]。用532纳米绿光激光照射样品后，压电响应力显微镜（PFM）图像显示了清晰的相位重分布。拉曼光谱证实了激光局部加热是导致这些变化的原因，并且用相场仿真准确地模拟了结果。 为了探测激光照射下铁酸铋的铁电和反铁磁有序的相互关系，研究人员在先进光源（ALS）束线11.0.1上使用光发射电子显微镜（PEEM）开展研究。高亮度、软X射线束线可以在铁L边的线偏振光和圆偏振光之间直接切换，使研究人员能够利用线和圆二向色性绘制特定区域的铁电和反铁磁顺序。测量结果表明，激光调谐铁酸铋的畴结构可以同时控制相关的铁电性、反铁磁性和剩余磁化强度。 只要移动激光光斑，畴结构就可以重复擦除和重写。移动光斑照射后的压电响应力显微镜（PFM）图像显示了从纯四方相（T-BFO）到混合相再到纯四方相（T-BFO）的演变过程。该研究证明了在室温条件下通过激光对多铁性材料的非挥发性、确定性和局域控制。这种控制同时影响功能性质，如铁电性和反铁磁性，并可以以热辅助磁记录。它不仅是在复杂材料中裁剪铁磁有序的有效方法，还有助于非易失性随机存取存储器和数据存储设备等技术在微电子领域应用。
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  • 《日科学家开发节能半导体材料　用于电动汽车》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2018-05-21
    • 《日本经济新闻》5月14日报道，名古屋大学教授天野浩利用为他赢得诺贝尔奖的研究成果——蓝色发光二极管（LED）成功研发出节能效果出众的半导体材料。目前已经找到了将这一材料应用于空调等家电产品的办法。天野教授还与丰田汽车工业公司和电装公司等民间企业合作，力争在两年内降低成本并投入实际使用。 　　报道称，2014年，天野教授与名城大学的赤崎勇博士、美国加州大学的中村修二博士共同获得了诺贝尔物理学奖。天野的研究成果——利用氮化镓制成的蓝色LED也广受赞誉。他这一次同样是以氮化镓为原料，研发出了能够操控电力的“功率半导体”。 　　报道介绍，研究人员制造出了约1毫米见方的一小块半导体，它能够稳定传输家电使用过程中所需的10安培电流。如果用在存储大量数据的服务器或者空调等电器上的话，将可以节省近10%的耗电量。 　　报道称，氮化镓在加工成半导体的过程中原本容易出现缺陷，产生热量，导致材料劣化。天野教授等研究人员提高了材料的耐久性，即便有缺陷出现也难以导致材料劣化。找到了解决耐久性问题的办法后，新材料也就达到了商用水平。通过与民间企业合作，预计两年后成本将降至此前的百分之一。 　　报道称，据悉，一旦制造成本降至百分之一以下，这种新产品就有望替代使用矽和碳化矽制造的现有功率半导体。 　　报道称，功率半导体材料不仅可以用于家电，在研发竞争激烈的电动汽车领域也备受期待。天野教授的目标是在未来进一步推动此次研发出的新材料在电动汽车上的应用。 　　报道介绍，该研究项目是由文部科学省发起，以天野教授为核心，联合丰田汽车等约40家企业共同开展的。企业和大学带来了各自的实验数据，攻克了在实用化方面存在的问题。原本阻碍氮化镓半导体元件在家电产品上使用的大电流问题也找到了解决的办法，技术难题被全部扫清。
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