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近幾年，硅基集成電路的速度遭遇瓶頸、停滯不前，解決的辦法之一是引入光子學器件，部分取代電子學集成電路中的信號處理和互聯器件，這就要求光子學器件具有像電子學集成那樣的小尺度和三維集成能力，同時具有和電子學集成兼容的制備工藝。這些要求使得光電混合集成面臨巨大的挑戰，是一個世界性的難題。 光學所張家森教授團隊與信息科學學院彭練矛教授團隊合作，提出了基于表面等離激元和碳納米管的三維光電混合集成系統，該系統與現有的COMS制備工藝兼容，可以實現光子學和電子學的三維集成和互聯，為解決集成電路的速度瓶頸提供了一種方法。他們演示了幾種集成回路，包括在片光操控回路、波長和偏振復用回路和具有COMS信號處理電路的集成模塊。Fig. 1. Integration of plasmonic-enhanced detector with carbon nanotube (CNT) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) signal processing circuits. a, Schematic of the 3D integrated circuits, consisting of bottom-layer passive WFSAs and metal connection lines, in-between HfO2 dielectrics and Au cross-layer connection lines, and top-layer plasmonic receiver and CNT CMOS signal processing circuits. b, Output characteristics of the plasmonic-enhanced barrier-free-bipolar diode (BFBD) and the normal BFBD under the illumination at "λ" =1200 nm. c, Electric field pattern of the La=320-nm SA. d-e, Transfer (d) and output (e) characteristics of the CMOS. f, VTC curves of the CMOS (blue line) and the 3D integrated circuits (red line). Inset is the corresponding equivalent circuit diagram of the 3D integrated circuits. g-i, Statistical figures of merit of the deep-subwavelength modules, including photocurrent (g) and photovoltage (h) of the BFBD as well as on-state current of the CMOS (i). 這種三維集成系統的優點包括：1. 使用低溫COMS兼容制備工藝，可以在單片集成回路中集成光子學模塊、電子學信號處理系統和存儲系統；2. 利用具有原子厚度的碳納米管材料以及金屬工藝，使得光子學集成和電子學集成在材料上兼容；3. 基于表面等離激元使得光子學器件尺度可以和電子學器件尺度相近，便于集成；4. 碳納米管的工作波段可以覆蓋整個通訊波段，這是硅材料無法做到的；5. 光電探測器工作于光伏模式，可以減小能耗。該工作是首次利用原子厚度材料實現三維光電混合集成，可以實現更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同時，有可能解決電子學集成回路在速度上的瓶頸。 上述實驗結果近期發表于最新一期《自然 電子學》雜志。 相關文獻：Yang Liu, Jiasen Zhang, and Lian-Mao Peng, Three-dimensional integration of plasmonics and electronics. Nature Electronics 1, 644-651 (2018).Yang Liu, Jiasen Zhang, Huaping Liu, Sheng Wang, and Lian-Mao Peng, Electrically-driven monolithic subwavelength plasmonic interconnect circuits. Science Advances 3, e1701456 (2017).

北京大學量子材料中心王健研究組與合作者在鈦酸鍶（SrTiO3）襯底上外延生長的單原胞層厚（0.55 nm）鐵硒（FeSe）薄膜中觀測到了具有磁激發跡象的玻色模式和強非磁性雜質誘導的準粒子束縛態。兩項發現為超導機制備受爭議的單原胞層鐵硒薄膜提供了異號配對的重要實驗證據，表明在該體系中盡管界面電–聲耦合被認為可以增強超導特性，自旋漲落對于庫珀對的配對有著不可忽略的作用，或對鐵基高溫超導機理的統一理解提供重要參考。 提升超導轉變溫度和理解庫珀配對機制是超導領域兩個最重要的研究方向。在以往的鐵基超導研究中，基于電子–空穴費米口袋嵌套的s±波配對被廣泛接受。然而對于AxFe2?ySe2 (A = K, Rb, Cs, Tl)、(Li1?xFex)OHFe1?ySe，尤其是單原胞層 FeSe/SrTiO3等一系列重電子摻雜鐵硒化合物，重電子摻雜會導致費米能級上移，進而導致布里淵區中心Γ點的空穴費米口袋降至費米能級以下，使得電子–空穴費米口袋嵌套理論失效。因而，鐵基超導中的s±配對圖像受到嚴峻挑戰。 鈦酸鍶襯底上外延生長的鐵硒薄膜具有鐵基超導家族最簡單的分子結構和最高的超導轉變溫度（能隙閉合溫度的典型值為65 K），自2012年被清華大學薛其坤團隊發現以來在國際凝聚態物理領域掀起了研究熱潮。前期，北京大學王健研究組與薛其坤研究組合作采用電輸運和抗磁性測量首次報道了單層鐵硒中高溫超導的直接證據（Chin. Phys. Lett. 31, 017401 (2014)，被Science編輯選擇文章Science 343, 230 (2014)報道）。然而，其中的超導配對機制，一直存在爭議，始終懸而未決。 為了揭示單層鐵硒中的超導配對機制，王健研究組開展了一系列系統的實驗。實驗中的單層鐵硒超薄膜采用分子束外延技術生長于鈦酸鍶襯底。通過原位超高真空（~10?10 mbar）原位掃描隧道譜探測，研究組發現超導能隙外存在由電子–玻色子耦合導致的鼓包（hump）結構。系統的掃描隧道譜實驗揭示以該鼓包為特征的玻色模式更接近磁激發信號（圖1），極有可能是充當配對媒介、且連接布里淵區近鄰角落（M點）電子費米口袋的(π,π)自旋漲落。超導序參量作為復數，其在費米面上的分布存在同相位（保號：sign-preserving）與反相位（異號：sign-reversing）兩種情形。雜質散射作為一種相位敏感技術，已廣泛應用于以往超導配對研究。其中非磁性雜質尤為特殊，其選擇性地局域破壞s±波、d波等異號配對，實驗上表現為誘導超導能隙內的束縛態，而對傳統保號s波配對無明顯效應，因此可用于區分異號和保號配對圖像。王健研究組采用沉積于單層鐵硒表面的強非磁性雜質鉛（Pb）吸附原子作為散射中心，實驗中發現相對于正常超導譜形，鉛原子在超導帶隙邊界附近誘導出電子型譜權重增強，同時超導能隙減弱（圖2）。該特征是‘隱’束縛態的典型信號。系統的勢散射強度調節（圖2(d)）等實驗也印證了這一觀點，有力地說明單層鐵硒超導能隙函數存在異號。同時，基于異號配對圖像，如擴展s±波（圖2(e)），南京大學王強華教授與南京師范大學高繹教授理論上定性復現了非磁性雜質誘導的超導譜形重構。上述的玻色模式與非磁雜質散射兩項研究成果一致支持單層鐵硒中存在以自旋漲落為媒介的異號配對，為最終澄清單層鐵硒的界面高溫超導機制奠定了重要基礎，同時也預示具有不同費米面構型的鐵基高溫超導體或存在統一解釋。圖1. 單原胞層 FeSe中具有磁激發跡象的玻色模式。(a) 單原胞層 FeSe的掃描隧穿譜，顯示超導能隙外由電子–玻色子耦合導致的鼓包結構；(b) Ω/2Δ1與Δ1的統計負關聯（Ω：玻色模式能量；Δ1：內超導能隙）。圖2. 單原胞層 FeSe中強非磁性雜質誘導的準粒子束縛態。(a) Pb吸附原子的STM形貌圖；(b) Pb吸附原子和正常單原胞層 FeSe的掃描隧穿譜，顯示9.5 mV處存在‘隱’束縛態；(c) 跨Pb吸附原子的掃描隧穿線譜；(d) 101組Pb吸附原子掃描隧穿譜（黑實線下方）與無吸附原子時的掃描隧穿譜（黑實線上方）對比；(c) 擴展s±波圖像下非磁性雜質的模擬局域態密度譜。 兩項工作分別于2019年5月22日和2019年7月15日發表于Nano Letters（Nano Lett. 19, 3464?3472 (2019)）、Physical Review Letters（Phys. Rev. Lett. 123, 036801 (2019)）。論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00144、https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.036801。 其中Nano Letters文章北京大學博士生劉超飛為第一作者，北京大學王健教授為通訊作者；Physical Review Letters文章，北京大學博士生劉超飛、王子喬和南京師范大學高繹教授為共同第一作者，北京大學王健教授和南京大學王強華教授為共同通訊作者。 以上工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、量子物質科學協同創新中心、中科院卓越創新中心、北京市自然科學基金、江蘇省自然科學基金等經費的支持。王健特別感謝謝心澄、王垡、徐莉梅、任澤峰以及量子物質科學協同創新中心在北大超高真空分子束外延與低溫掃描隧道顯微鏡實驗室搭建過程中給予的支持。

利用地表水為低位冷熱源實現冬夏空調的地表水源熱泵系統應用前景廣闊， 目前在國內得到了迅速發展。但是，對于含沙量較大的水體，水質處理上占用了 很大的增量成本。降低水處理措施，讓地表水直接進入機組是降低能耗，降低系 統投資的有效途徑。針對目前傳統熱泵的蒸發器、冷凝器無法接受非工業標準冷 卻水進入換熱器的不足，發明了 一種全新兩器結構，實現地表水直接進入。在冬 夏季利用地表水換熱管束兩端由管板固定于殼體上，兩端的管板和封頭分別圍成 兩個管箱，換熱管束的兩端分別與管箱相通；兩個管箱上分別設有被冷卻或加熱 介質的入口和出口；殼體兩側上部設有冷卻介質入口和出口；換熱管束橫向布置 在殼體內的中上部，殼體下部設有具有錐度的集沙斗，其下部接排沙管，實現換 熱與泥沙分離。當含有固體雜質的液體在殼體內流動時，由于水流沖擊和重量作 用泥沙落入集沙斗，解決了換熱器易堵塞，管箱內沉淀淤積、清洗不便、復雜的 水處理過程等問題，可明顯減少初投資和運行成本，適合于以江河水和污水等含 固體雜質多的液體為冷卻介質的換熱器。目前適合國家可再生能源利用的地表水 源熱泵最大的障礙是水處理工藝。而該成果可以實現免水處理，發展應用前景巨 大。

本系統針對絡筒機車間的特點，提供一個運行在局域網的數字通信網絡軟硬件系統，將各分散的絡筒機設備有機結合在一起，并從絡筒機生產過程與全車間等不同層面進行實時的數據采集、統計、處理分析、故障檢測與狀態估計及預測。系統功能： 對絡筒機進行實時故障檢測；采集絡筒機的生產數據：紗織、批號、長度、班產量速度等；質量監控：清紗器切除次數、機械效率＼錠、最低效率；提供報表自動生成系統，顯示供紗管情況：供應管數、失誤數；結合外部市場和本地運行狀態實現動態成本監控；根據生產情況進行資源狀態計量管理；絡筒機的性能分析。將實際制造過程測定的結果與過去的歷史記錄和企業制定的目標以及客戶要求進行比較。

制備在宏觀尺度上具備二維單片石墨烯的獨特本征性質的石墨烯三維體相材料是材料學研究中兼具學術價值和實用意義的重大挑戰。本項目制備得到了一種三維石墨烯宏觀體相材料，其由大量獨立且懸空的二維石墨烯單元通過片層邊緣的化學鍵構筑而成。該材料具有良好的機械性能，在常溫可見光下作用下具有電子發射能力，在瓦特功率級別的可見波段激光或聚焦的太陽光照射下，厘米尺寸的此石墨烯材料樣品可以在真空條件下實現有效的直接光驅動，此現象為國內外所首次觀察及報道，為石墨烯帶來了一種激動人心的潛在應用價值。上述材料的制備及相關性能研究還可為石墨烯在催化，能源轉換與存儲等領域的應用提供材料支持與相關理論支撐。

該成果提出了變壓器局部放電檢測的系統的、全面的外部干擾排除方法；提出了變壓器局部放電超寬帶天線陣列定位新技術；提出了變壓器內部局部放電缺陷嚴重程度的特征參數，進而提出了局部放電缺陷的類型和嚴重程度的診斷方法，并且設計并實現了相應的自動診斷軟件。 研究成果通過了實驗室試驗驗證，并在上海市電力檢修公司和福建省十余座變電站得到應用。該成果抗干擾技術的在線檢測結果的準確性與過去相比提高了3倍，準確率提高到95%；定位技術誤差一般不超過30cm；總體運算時間在秒級，Y型優化陣列準確定位區域比現有的矩形陣列大18倍。 該成果在局部放電缺陷嚴重程度的診斷方法和預警預測方法方面填補了國內外空白，對放電類型的嚴重程度識別的準確度達到了93.3%以上。

本研究使用疫情期間對334所高校在線教育的調查數據,將數字技術分為技術環境、技術知識和技術技能三類,采用多元排序Logit模型檢驗數字技術對大學生在線學習效果的影響。實證分析發現:(1)三類在線學習的教學技術均顯著促進學生有效學習;(2)技術環境、技術知識和技術技能三者具有顯著的依存關系;(3)大學生在線學習的技術支持存在"數字鴻溝"和"數字代溝"問題,而"數字學溝"問題并不明顯;(4)在線教學互動中存在數字"反哺"行為,即在線教學情境下的學生對教師、高技術對低技術學生群體存在帶動作用。最后,本文提出要實現"三個轉變",即提升學生在線學習數字化生存素養、加強對弱勢院校學生在線學習保障,以及促進師生和生生在線教學互動互助。

該項目在國家863計劃和國家自然科學基金等資助下，創新性地引入了測量平差技術，突破了InSAR大氣誤差抑制、去相干噪聲濾波、復雜形變建模及三維形變測量等關鍵技術，建立了一套具有自主知識產權的InSAR毫米級形變測量數據處理的成套技術和軟件體系。 主要創新點      （1）建立了考慮高程和融合多源資料的高精度 InSAR 大氣改正理論與技術體系。突破了常規技術難以融入多源水汽資料、難以控制大范圍復雜地形下的大氣噪聲問題，與國際經典大氣水汽插值技術相比，精度提高 50%以上。      （2）提出了基于最小二乘平差的 InSAR 失相關噪聲最優濾波的理論與技術體系。兼顧了噪聲濾除和條紋信息保持，建立了量化的綜合目標函數，形成了一套 InSAR 失 相關噪聲抑制技術，與國際經典濾波技術相比，改善 20%以上。      （3）建立了附加約束的 InSAR 地表形變平差理論與技術體系，發明了角反射器約 束的 PSInSAR 技術，解決了傳統方法無起算數據的問題；在國際上率先引入物理力學 約束，突破了傳統方法地表勻速運動假設的限制，精度顯著提高。      （4）提出了融合多源異質 InSAR 的三維形變估計理論與技術體系，構建了 InSAR 方差后驗估計技術，解決了 InSAR 觀測定權難題；發明了基于卡爾曼濾波的三維形變 序貫平差技術，在國際上率先實現 InSAR 三維形變序列實時估計。

相關專利提出了一種用于實驗動物固定及實驗動物圖像融合于一體的輔助設備，用于實驗動物的固定及 PET、CT 及 MR 圖像融合。該系統在保障了實驗動物和工作人員的安全的同時，為圖像融合方式方法的研究提供依據，為科研及其臨床轉化提供更有效、精確、直觀的幫助

相關專利提出了一種新型的指引導管，用于冠脈介入治療時方便更換介入導管。