学院新闻

  • 高鸿钧当选德国国家科学院院士 高鸿钧当选德国国家科学院院士

             中国科学院院士高鸿钧近日当选德国国家科学院院士。

            高鸿钧是中国科学院物理研究所研究员/中国科学院大学物理科学学院教授、中国科学院院士和第三世界科学院院士。主要从事低维量子结构和物性调控及其原理性应用的研究,获得了一系列居国际前沿和国际领先水平的成果。

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            德国国家科学院是德国最古老的自然科学和医学方面的联合会,源于1652年成立的利奥波第那科学院(Leopoldina),也是世界上最古老的科学院。Leopoldina根据不同的研究领域共设4个类别学部和28个学科组,拥有1500多位院士,包括自然科学、医学、社会科学和人文科学领域的著名学者。德国国家科学院选举院士时保证其独立性和学术性,院士称号突出学术性和荣誉性,不与任何物质利益挂钩。该院章程规定每年增选院士约60名,选举过程从提名候选人开始,正式提名只能由院士提交,经3轮选举后产生当选院士。该院现有院士来自全球30多个国家,其中四分之三来自德国、奥地利、瑞士3个德语国家,四分之一来自其他国家。

    2021-05-10
  • 物理科学学院联合党委党史知识竞 物理科学学院联合党委党史知识竞赛

            由中国科学院大学物理科学学院联合党委主办,核学院党支部、物理学院301&302党支部、物理学院303&304&305党支部、物理学院306&307党支部、天文学院1501&1502党支部、天文学院1503党支部共同承办的 “百年传承,不忘历史——党史知识竞赛”于2021年5月9日上午10点在雁栖湖校区教一101教室成功举办。

            在本次决赛之前,物理学院、天文学院和核学院从全体学生中通过笔试、支部推荐等方式,选拔了24位进入决赛的选手,三个学院的全体党员以及部分同学均来观看比赛。莅临本次党史知识竞赛的嘉宾老师有:物理科学学院联合党委书记张莉老师、物理科学学院联合党委组织委员王帅老师、物理学院学生主管张银老师和天文学院学生主管何幸老师。

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            决赛赛程一共分为两轮,第一轮以“一站到底”的形式呈现,比赛的题目从建党初期的历史事件到近期发生的时政要闻均有涉猎,使整个比赛集知识性、趣味性于一体,得到了嘉宾、选手和观众的一致好评。二十四名优秀选手组成的八支队伍,经过精彩激烈的两两对决,最后三支队伍共九位选手成功晋级决赛第二轮。

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            在第一轮的比赛过程中,每产生一支晋级队伍,主持人就会将观众也邀请到答题游戏中来,本次比赛为观众设置了听红歌猜歌名的互动环节,每位回答正确的观众都会收到一份精美的礼品。互动环节现场气氛非常活跃,所有的观众同学们都积极抢答题目,将全场气氛推向了高潮。

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            第二轮比赛采用“车轮战”的赛制,九位选手以个人形式比赛,轮流答题,累计答错两题即为淘汰,按照淘汰顺序确定最终名次。第二轮的比赛同样非常精彩,选手们出色的表现引得观众席和老师们热烈鼓掌,时时传来欢呼声,对于比赛中一些非常难的多选题和填空题,选手们也可以自信且快速的正确作答,令人惊叹。

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            全场比赛遵循公平公正的基本原则,经过激烈的角逐,最后由物理学院的闵保森同学摘得桂冠。本次比赛共产生一等奖一名、二等奖三名、三等奖五名、优秀奖十五名,由张莉老师为他们颁奖,在为每位获奖选手颁发荣誉证书的同时,也给他们送上了精美的奖品。

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            在一个多小时的比赛过程中,场上场下气氛活跃,选手们的精彩表现为我们献上了一场异彩纷呈的知识盛宴,此次党史知识竞赛虽已圆满结束,但是我们对党的理论知识的学习永远不会有终点。

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    2021-05-10
  • 20纳秒写入/擦除时间超快非易 20纳秒写入/擦除时间超快非易失存储器的实现

           发展高性能存储器件在现代电子学的革新中扮演着关键角色。在海量数据存储和超快数据处理的需求驱动下,发展超快非易失性存储器件势在必行。当前在存储领域里面临的主要瓶颈问题有:操作速度慢、数据保持时间短、数据维持性差、擦除/写入比低等。特别是,随着器件尺寸的进一步缩微化,为了满足日益增长的存储容量的需求,硅基技术很快就会达到极限。其中的一个关键挑战在于超薄硅体材表面不可避免的存在大量的界面悬挂键,从而造成器件性能的严重退化。因此亟需寻找原子级锐利的界面,并且能将其无缝地集成到器件层级结构中。

           在所有的候选研究体系中,二维原子晶体及其异质结构这个近年来涌现出来的新型材料体系具有理想的原子级平坦的表面,没有表面悬挂键。而且它们对短沟道效应免疫,从而使得高效的静电调控和力学柔性成为了可能。之前,研究者曾经利用二维原子晶体来构筑闪存器件,然而器件性能并不理想。这些闪存器件的编程时间非常长,在数百微秒到数秒量级;擦除/写入比也很低,在10到106的范围。虽然,利用半浮栅的器件结构成功将编程时间缩短至数十纳秒,但是数据保持时间非常短,只有数秒,使得其并不适用于长期存储。理论模拟也表明,基于层状材料的平面结构制作的理想浮栅存储器件,其操作时间可以快至纳秒量级。然而,超快浮栅存储器件至今没有被研制成功。

           针对这一重大挑战,中国科学院大学物理科学学院高鸿钧院士研究团队的博士生吴良妹和鲍丽宏副研究员等利用二维范德瓦尔斯异质结的原子级锐利界面及增强的界面耦合特性,无需修改商用的器件结构,首次成功构筑了超快、非易失浮栅存储器件,成功实现了其纳秒级(~20 ns)的读写时间(商用闪存器件为百微秒),极高的擦除/写入比(~1010)和极长的存储时间(10年以上)。

           图1a和1b是器件的结构示意图及光学显微照片,其中InSe是沟道、hBN是隧穿势垒层、MLG是浮栅、SiO2是控制栅介电层、重掺硅是控制栅。高分辨扫描透射电子显微镜表征显示InSe/hBN/MLG异质结具有原子级锐利的界面特性(图1 c-e)。基本的存储特性表征显示浮栅场效应晶体管具有大的存储窗口(图2)。通过在控制栅上施加一个幅值为+17.7/-17.7 V、半峰宽为160ns的脉冲电压对浮栅存储器进行编程/擦除操作,浮栅存储器表现出极高的擦除/写入比(擦除态/编程态电流比为~1010)、极长的存储时间(大于10年)和优异的耐久性(可重读擦写次数大于2000)(图3)。进一步利用自主搭建的超短脉冲电源(半峰宽为21ns,幅值为+20.2/-20.8V)来对器件进行写入/擦除操作,仍然能成功实现高的擦除/写入比(1010),及超快读取(图4 a-d);此外,将InSe沟道替换成MoS2,同样能实现超快的编程/擦除操作,表明了具有原子级锐利界面的范德瓦尔斯异质结构实现超快浮栅存储器的普适性。更进一步受益于极高的擦除/写入比,他们通过优化hBN的厚度,实现了浮栅存储器的多值存储(图4 e)。

           基于原子级锐利界面的范德瓦尔斯异质结超快浮栅存储器具有和动态随机存取存储器(10ns)相当的编程速度,同时具备非易失、大容量的存储特性。对于发展未来高性能非易失存储器具有重要意义,也为进一步开发基于范德瓦尔斯异质结构的高性能电子器件提供了一种创新思路。未来在应用上的挑战主要是高质量、大面积hBN和二维原子晶体沟道材料的外延生长及其集成器件的构筑。

           相关结果以“Atomically sharp interface enabled ultrahigh-speed, nonvolatile memory device”为题在5月3日的Nature Nanotechnology (2021)在线发表。吴良妹(物理所、已毕业)、王爱伟(物理所、已毕业)、时金安(中国科学院大学物理科学学院)和严佳浩(物理所、已毕业)为共同第一作者,鲍丽宏副研究员、欧阳敏教授和高鸿钧院士为共同联系作者。中国科学院大学物理科学学院周武教授等参与了该项研究。该工作得到了基金委(61888102)、科技部(2016YFA0202300、2018YFA0305800)以及中国科学院(XDB30000000、XDB28000000、Y201902)的资助。

    相关文章链接:

    https://www.nature.com/articles/s41565-021-00904-5

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    图1. 基于InSe/hBN/MLG范德瓦尔斯异质结的浮栅场效应晶体管的器件结构及原子级锐利的界面特性。

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    图2. 基于范德瓦尔斯异质结的浮栅场效应晶体管的基本存储特性表征显示其具有大存储窗口。

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    图3. 基于范德瓦尔斯异质结的浮栅存储器的擦除/写入操作,超高擦除/写入比,数据存储的非易失性及耐久性。a. 基于范德瓦尔斯异质结的浮栅存储器的编程、擦除及相应的读取操作原理。b. 在控制栅上施加幅值为+17.7/-17.7 V、半峰宽为160 ns的脉冲电压成功实现浮栅存储器的编程/擦除操作,擦除/写入比高达~1010。c. 对浮栅存储器进行编程/擦除操作后,编程态和擦除态的阈值电压随时间的变化关系表明浮栅存储器具有非易失的数据保持能力(十年以上)。d. 对浮栅存储器反复进行2000次以上的擦除/写入操作,其擦除态和编程态电流几乎没有任何变化,表明浮栅存储器的优异耐久性能。

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    图4. 基于范德瓦尔斯异质结的浮栅存储器的超快写入/擦除操作及其多值存储特性。a. 在控制栅上施加幅值为+20.2/-20.8 V、半峰宽为21 ns的脉冲电压成功实现浮栅存储器的编程/擦除操作,擦除/写入比高达~1010。b-c. 浮栅存储器在经过编程(b)和擦除(c)脉冲后的超快响应。d. 对浮栅存储器进行间隔为~100 ns的连续擦除、编程操作后的电流特性。e. 浮栅存储器的多值(2-bit)存储特性。

    2021-05-08
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