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本發(fā)明公開了一種可調(diào)控的空間電磁感應(yīng)透明超材料器件。該 器件包括基板和位于基板上的能產(chǎn)生電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象的金屬單元陣 列；所述金屬單元陣列包括多個(gè)陣列分布的金屬單元，所述金屬單元 包括第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)包括第 一金屬圖形，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)包括第二金屬圖形，所述第一金屬 微結(jié)構(gòu)和/或所述第二金屬微結(jié)構(gòu)還包括半導(dǎo)體元件。本發(fā)明能有效解 決現(xiàn)有技術(shù)中不能簡(jiǎn)單快速地對(duì)電磁感應(yīng)透明超材料的工作

該成果創(chuàng)新性地基于二維半導(dǎo)體的硅基同質(zhì)器件，首次提出了類腦功能的“傳感-計(jì)算-存儲(chǔ)一體化”神經(jīng)形態(tài)芯片架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光電傳感、放大運(yùn)算、信息存儲(chǔ)功能的一體化集成，為突破馮·諾依曼瓶頸和實(shí)現(xiàn)類腦智能提供了一種全新思路。 繆向水教授團(tuán)隊(duì)，長(zhǎng)期從事相變存儲(chǔ)器芯片、存算一體憶阻器芯片技術(shù)研究。2018年出版了國(guó)內(nèi)第一本憶阻器專著《憶阻器導(dǎo)論》，2019年團(tuán)隊(duì)93項(xiàng)三維相變存儲(chǔ)器芯片專利許可給芯片公司并合作開發(fā)產(chǎn)品，并與行業(yè)龍頭企業(yè)合作建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)存儲(chǔ)器芯片技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化以及未來引領(lǐng)技術(shù)的探索。曾榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。 同質(zhì)晶體管-存儲(chǔ)器架構(gòu)的原理及器件結(jié)構(gòu) 繆向水團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事相變存儲(chǔ)器芯片、存算一體憶阻器芯片技術(shù)研究。2018年出版了國(guó)內(nèi)第一本憶阻器專著《憶阻器導(dǎo)論》，2019年團(tuán)隊(duì)93項(xiàng)三維相變存儲(chǔ)器芯片專利許可給芯片公司并合作開發(fā)產(chǎn)品，并與行業(yè)龍頭企業(yè)合作建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)存儲(chǔ)器芯片技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化以及未來引領(lǐng)技術(shù)的探索。曾榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

本發(fā)明公開了一種強(qiáng)穩(wěn)定性樹枝盒狀溴化物鈣鈦礦量子點(diǎn)制備方法，該量子點(diǎn)材料為聚酰胺胺樹狀分子(PAMAM)包裹的CH3NH3PbBr3，結(jié)構(gòu)式為PAMAM?CH3NH3PbBr3。其制備方法包括如下步驟：(1)以官能團(tuán)為羧基的PAMAM和正辛胺作為配體輔助制備PAMAM?CH3NH3PbBr3前驅(qū)體溶液；(2)將前驅(qū)體溶液轉(zhuǎn)換到甲苯中，搖勻形成PAMAM?CH3NH3PbBr3量子點(diǎn)。本發(fā)明使用一鍋法制備鈣鈦礦量子點(diǎn)，簡(jiǎn)單易操作，原料供給方便，在一般實(shí)驗(yàn)室均能完成，易于推廣。

本實(shí)用新型公開了一種石墨烯/銀量子點(diǎn)/氮化鎵雙向發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管是自下而上依次有藍(lán)寶石襯底層或硅襯底層、氮化鎵層、銀量子點(diǎn)層、石墨烯層，在氮化鎵層上還設(shè)有側(cè)面電極，在石墨烯層上設(shè)有正面電極，所述的氮化鎵層厚度為2～10μm；本實(shí)用新型的石墨烯/銀量子點(diǎn)/氮化鎵雙向發(fā)光二極管利用銀量子點(diǎn)表面等離子體增強(qiáng)發(fā)光，同時(shí)結(jié)合石墨烯材料的高透光性、高導(dǎo)電性和氮化鎵優(yōu)異的發(fā)光性能，正反偏壓下均可發(fā)光且波段多樣，亮度高，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。

本發(fā)明為一種常溫條件下大批量制備疏水性碳量子點(diǎn)的方法，公開了一種可在室溫、常壓條件下，大規(guī)模制備疏水性碳量子點(diǎn)的方法。此方法以烷基吡啶鹽為碳源和保護(hù)劑，在其溶液中加入強(qiáng)堿，常溫常壓條件下靜置，即可生成具有綠色熒光的疏水性碳量子點(diǎn)。整個(gè)制備過程在室溫及常壓條件下完成，操作簡(jiǎn)單，成本低，且具有較高的產(chǎn)率，可用于大規(guī)模合成疏水性碳量子點(diǎn)。制備的碳量子點(diǎn)具有低毒、較強(qiáng)的熒光和較高的光穩(wěn)定性，因此在制備熒光油漆、熒光涂料及熒光纖維生產(chǎn)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

本項(xiàng)目提出一種基于數(shù)據(jù)總線工作模式可切換的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(發(fā)表于國(guó)際一流期刊PRB，2005)，相比于美國(guó)Google公司、IBM公司、加拿大D-Wave公司的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)芯片而言，具有更強(qiáng)的糾錯(cuò)和避錯(cuò)品質(zhì)，更易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模陣列集成。 一、項(xiàng)目分類 重大科學(xué)前沿創(chuàng)新 二、成果簡(jiǎn)介 提出一種基于數(shù)據(jù)總線工作模式可切換的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(發(fā)表于國(guó)際一流期刊PRB，2005)，相比于美國(guó)Google公司、IBM公司、加拿大D-Wave公司的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)芯片而言，具有更強(qiáng)的糾錯(cuò)和避錯(cuò)品質(zhì)，更易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模陣列集成。技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全國(guó)產(chǎn)設(shè)備工藝線上，芯片電路單元核心器件-約瑟夫森結(jié)和共面波導(dǎo)超導(dǎo)諧振器的自行設(shè)計(jì)制造，在極低溫環(huán)境下完成了單元器件性能的標(biāo)定和檢驗(yàn)。

合成了立方相CsPbBr3量子點(diǎn)，屬于空間群，其結(jié)構(gòu)中心對(duì)稱，不具有鐵電性。當(dāng)溫度降低到低于263 K時(shí)，量子點(diǎn)發(fā)生相轉(zhuǎn)變。該相轉(zhuǎn)變是可逆的，升高溫度超過298 K時(shí)，重新轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较唷Ｍㄟ^X-射線衍射圖譜精修和高分辨透射電鏡分析發(fā)現(xiàn)，低溫處理使鈣鈦礦由立方相轉(zhuǎn)變?yōu)榉侵行膶?duì)稱的正交相，屬于Pna21空間群。結(jié)構(gòu)分析表明，正交相CsPbBr3中，[PbBr6]4-八面體發(fā)生畸變，Cs+偏離中心位置，使得正電荷和負(fù)電荷的中心不重合，預(yù)

徐虎課題組發(fā)現(xiàn)具有量子谷Berry Phase的拓?fù)渎曌討B(tài)在二維六角晶格材料中普適存在。隨著研究的深入，拓?fù)洳牧系姆诸愒絹碓截S富和多樣化。到目前為止，拓?fù)洳牧系难芯恐饕性谫M(fèi)米子相關(guān)的系統(tǒng)。隨著研究水平的進(jìn)一步發(fā)展，拓?fù)涞牟Ｉ酉到y(tǒng)也越來越引起人們的關(guān)注，例如光子晶體、聲子晶體等人工晶體中的拓?fù)洮F(xiàn)象等。但是，固體中的THz頻率段的拓?fù)渎曌拥难芯肯鄬?duì)緩慢。理論研究表明，拓?fù)渎曌訉?duì)研究量子聲子霍爾效應(yīng)、拓?fù)渎曌訜崞骷染哂兄匾饔谩Ｒ虼耍诂F(xiàn)實(shí)材料中尋找拓?fù)渎曌討B(tài)是相關(guān)領(lǐng)域亟待解決的問題。 在研究中，徐虎課題組研究人員采用基于密度泛函理論的晶格動(dòng)力學(xué)計(jì)算，根據(jù)二階力常數(shù)矩陣構(gòu)造類似于電子系統(tǒng)的緊束縛哈密頓量，從而可以獲得聲子系統(tǒng)的Berry 相和拓?fù)溥吘墤B(tài)。在此基礎(chǔ)上，他們結(jié)合高通量計(jì)算，發(fā)現(xiàn)具有量子谷Berry相的Dirac聲子態(tài)在二維六角晶格材料中普適存在(圖3a)。研究結(jié)果對(duì)進(jìn)一步研究拓?fù)渎曌討B(tài)以及其實(shí)際應(yīng)用具有重要作用。 近兩年，徐虎課題組致力于拓?fù)洳牧系睦碚擃A(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)方面的研究工作，以南方科技大學(xué)物理系為第一單位發(fā)表1篇Phys. Rev. Lett.，1篇Nano Lett.和8篇Phys. Rev. (其中5篇為Phys. Rev. B Rapid Communications)。

現(xiàn)階段所設(shè)計(jì)的存算一體器件單元結(jié)構(gòu)如圖 1 所示： 器件的基本結(jié)構(gòu)由波導(dǎo)和功能層（由下到上分為加熱層、電極層、保護(hù)層、相變材料（硫系化合物）層）所構(gòu)成。擬通過在當(dāng)前流行的絕緣層上硅(SOI)光子平臺(tái)上集成四氮化三硅光波導(dǎo)的方式實(shí)現(xiàn)器件的光學(xué)讀取功能，即在非常厚的硅襯底層上生長(zhǎng)一層絕緣層二氧化硅和波導(dǎo)層，然后在基片上通過光刻、顯影、刻蝕等工藝制備四氮化三硅波導(dǎo)。功能層主要用于實(shí)現(xiàn)器件的電學(xué)寫入功能。加熱器層的主要用途是與相變材料層形成電接觸，通過較小的接觸面積使接觸處的熱量集中，從而可以在較小的電壓或電流下使相變材料發(fā)生相變。因此需要加熱器層具備較好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，同時(shí)在近 C 波段具有較低的光損耗，可采用石墨烯。電極層可用于提供相變材料器件單元所需要的編程電脈沖。當(dāng)前擬采用硒摻雜的相變材料合金（如 GSST）作為器件的核心功能層的相變材料。該材料在通信/非通信波段顯示了極低的光損耗和更高的品質(zhì)因數(shù)，且相變前后在通信 C 波段具有足夠大的光學(xué)常數(shù)反差，可在更惡劣的高溫環(huán)境下進(jìn)行操作，適用于硅基光子器件應(yīng)用。 采用的主要技術(shù)手段包括： ① 依托于相變材料的電致和光致相變特性，通過電學(xué)編程、光學(xué)讀取的方法實(shí)現(xiàn)器件的存儲(chǔ)、算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能：  存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)：擬利用相變材料晶態(tài)低透過率和非晶態(tài)高透過率分別代表二進(jìn)制中的‘1’和‘0’，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（編程）功能。例如在電極兩端施加合適的電脈沖，所產(chǎn)生電流流經(jīng)加熱層時(shí)，生成的熱量主要集中在加熱層和相變材料層接觸處，使得接觸處的相變材料發(fā)生相變，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。在完成上述編程操作后，從器件波導(dǎo)輸入端輸入讀取連續(xù)光。由于相變材料功能層對(duì)光強(qiáng)的吸收能力在編程和非編程區(qū)域間存在著顯著的差異，因此當(dāng)輸入光經(jīng)過波導(dǎo)后，其能量會(huì)因?yàn)橄嘧儾牧暇幊虆^(qū)域的吸收而發(fā)生改變，進(jìn)而顯著改變輸出光強(qiáng)能量。所以通過測(cè)量輸入輸出光強(qiáng)的能量之比（即透過率），可實(shí)現(xiàn)對(duì)先前編程區(qū)域的讀取。  算術(shù)和邏輯功能的實(shí)現(xiàn)：通過調(diào)整編程電脈沖的幅度和寬度可以動(dòng)態(tài)調(diào)控相變材料的相變程度，使得器件的中間透過率值可用于代表不同的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)多級(jí)存儲(chǔ)功能。所以擬采用輸入脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)加數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)標(biāo)量加法計(jì)算。同時(shí)由于所設(shè)計(jì)器件的讀取連續(xù)光輸出功率可視為讀取連續(xù)光輸入功率和器件透過率的乘積，因此可采用將輸入功率和透過率作為被乘數(shù)和乘數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)基本乘法運(yùn)算。除此之外還可以將器件功能層的初始狀態(tài)設(shè)置為非晶相，把晶化脈沖幅值和不足以產(chǎn)生晶化的脈沖幅值分別作為輸入邏輯‘1’和‘0’；同時(shí)設(shè)定一個(gè)判定閾值并與編程后器件透過率的變化率進(jìn)行對(duì)比，把高于和低于閾值的透過率變化率分別作為輸出邏輯 ‘1’和‘0’；通過合理選擇編程脈沖有望實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能輸出。 ② 基于器件透射率可調(diào)特性驗(yàn)證其實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸的可行性。并依托所設(shè)計(jì)人工突觸構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片，實(shí)現(xiàn)圖像、語(yǔ)音和文本識(shí)別功能：  突觸可塑性是大腦記憶和學(xué)習(xí)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)，也是人工類腦器件需要實(shí)現(xiàn)的首要功能。為實(shí)現(xiàn)突觸可塑性，擬把相變材料和波導(dǎo)之間的耦合區(qū)域視為仿生神經(jīng)突觸，左右兩端電極分別代表突觸前和突觸后，分別施加在兩端電極上的電脈沖則作為突觸前和突觸后刺激。通過調(diào)節(jié)從左右兩端電極輸入耦合區(qū)域的電脈沖時(shí)間差對(duì)耦合區(qū)域的光透過率進(jìn)行連續(xù)調(diào)控，進(jìn)而依托于上述存算理論模型和實(shí)物器件仿真和實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)仿生神經(jīng)突觸的脈沖時(shí)序依賴可塑性（Spike-Timing-Dependent-Plasticity, STDP)。  將不同波長(zhǎng)的光脈沖序列輸入所設(shè)計(jì)的突觸單元, 經(jīng)過相變材料的作用，脈沖強(qiáng)度發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)于乘法器。進(jìn)而借助于微環(huán)結(jié)構(gòu)，將不同波長(zhǎng)的脈沖導(dǎo)入進(jìn)同一波導(dǎo)中，該功能類似加法器。相加后的脈沖光強(qiáng)較小時(shí)，讀取光與微環(huán)發(fā)生共振，在輸出端口沒有光強(qiáng)輸出。當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定的閾值后，讀取信號(hào)不再和微環(huán)發(fā)生共振，而是傳播到輸出端口。這一過程類似神經(jīng)元脈沖信號(hào)的激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了非線性激活函數(shù)的功能。利用上述的單個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證其監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)和非監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)。對(duì)于監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)，權(quán)重的數(shù)值通過外部管理器設(shè)置；對(duì)于非監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)，不再需要外部管理器來設(shè)置權(quán)重值，而是通過輸出光脈沖進(jìn)行反饋控制，調(diào)整權(quán)重值。在單個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，更復(fù)雜的光學(xué)脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，證明該結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性。擬設(shè)計(jì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每一層結(jié)構(gòu)包括三個(gè)功能單元，即收集器、分發(fā)器和神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)。收集器將上一層不同波長(zhǎng)的光脈沖信號(hào)收集到同一根波導(dǎo)中，分發(fā)器將光脈沖分發(fā)給多個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)則產(chǎn)生光脈沖信號(hào)，輸入給下一層結(jié)構(gòu)。基于上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圖片、語(yǔ)音和文本的識(shí)別。 創(chuàng)新性分析：①首次研究了一款基于“電學(xué)編程、光學(xué)讀取”模式的光電混合存算一體化器件。與傳統(tǒng)電學(xué)存算一體化器件相比,擬研發(fā)的器件可以進(jìn)行長(zhǎng)距離的信息傳輸，具有傳輸帶寬高、信號(hào)間延遲低、損耗低、抗干擾、集成密度高等優(yōu)點(diǎn)。②采用硒(Se)摻雜的相變材料作為存算一體化器件的核心功能材料。與采用其他相變材料的存算一體器件相比，以硒參雜的相變材料作為功能材料的存算一體器件有望展現(xiàn)出極低的光損耗。③提出了一種基于“電學(xué)脈沖刺激、光學(xué)權(quán)重調(diào)節(jié)”的人工神經(jīng)突觸。該突觸器件有望成為未來通用型人工神經(jīng)突觸，填補(bǔ)了光電混合型人工突觸的技術(shù)空白。 先進(jìn)性分析：①所提出的光電混合工作模式使得該存算一體化器件不但具有傳統(tǒng)集成電路的高密度特性，且兼具光通信技術(shù)的寬頻帶、低延遲、抗干擾的優(yōu)越性能。②所采用硒參雜的相變材料不但繼承了傳統(tǒng)材料具有的快速相變轉(zhuǎn)化速度、低功耗和穩(wěn)定性強(qiáng)等特性，且本身在通信波段非晶態(tài)透明的同時(shí)還保持了相變前后足夠大的光學(xué)性能差異的特點(diǎn)。③所設(shè)計(jì)的突觸繼承了人工電子突觸和全光突觸的優(yōu)點(diǎn)，具有高集成度、低功耗、超快響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 獨(dú)占性分析：根據(jù)已取得成果正在撰寫專利，以獲得該關(guān)鍵技術(shù)的獨(dú)有權(quán)。 

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:作為一種新的太陽(yáng)能電池電池技術(shù)，有機(jī)太陽(yáng)能電池具有低成本、柔性、半透明、可大面積溶液印刷等優(yōu)點(diǎn)；在應(yīng)用方面，可與當(dāng)前基于硅等的無機(jī)太陽(yáng)能電池形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。特別指出的是，與鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，有機(jī)太陽(yáng)能電池還具有環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，在使用過程中以及使用后處理方面不會(huì)產(chǎn)生重金屬污染，其所使用的少量有機(jī)材料都是可降解的有機(jī)染料類化合物。效率、成本和穩(wěn)定性是所以太陽(yáng)能電池能否應(yīng)用的關(guān)鍵要素。有機(jī)太陽(yáng)能的效率目前和其它最好的太陽(yáng)能電池之間的差距正在迅速縮小，目前我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)獲得超過 1515%的效率，是有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域世界最高效率；成本方面，OPV具有巨大優(yōu)勢(shì)，有機(jī)材料分子結(jié)構(gòu)多樣性，成本低廉；壽命方面，因成本低廉，產(chǎn)業(yè)界對(duì)有機(jī)太陽(yáng)能電池壽命的要求不如無機(jī)太陽(yáng)能電池，10 年左右的壽命可以完全滿足商業(yè)化應(yīng)用，已有研究表明，OPV 壽命達(dá)到 5-7 年沒有問題，隨著研究深入，提高的 10 年以上會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。 本項(xiàng)目圍繞有機(jī)太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料開展系統(tǒng)研究，1）提出了新的材料設(shè)計(jì)理念，發(fā)展了系列具有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的活性層材料；2）發(fā)展了成熟的高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝技術(shù)，制備了系列高效率有機(jī)太陽(yáng)能電池光伏器件，不斷刷新領(lǐng)域內(nèi)最高太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率；3）制備了低成本、可溶液印刷柔性的透明電極，應(yīng)用于有機(jī)太陽(yáng)能電池，獲得了與目前常規(guī)透明電極，如 ITO，完全相當(dāng)性能。應(yīng)用范圍:目前有機(jī)太陽(yáng)能電池正處在從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的黎明階段，因其優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備、建筑一體化等領(lǐng)域?qū)?huì)產(chǎn)生巨大的需求市場(chǎng)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外多家實(shí)驗(yàn)室已開展完全面向?qū)嶋H應(yīng)用的研究開發(fā)，隨著研究的不斷深入，有機(jī)太陽(yáng)能電池的商品化生產(chǎn)應(yīng)用將會(huì)很快實(shí)現(xiàn)。效益分析:1. 具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效有機(jī)太陽(yáng)能電池活性層材料，且合成簡(jiǎn)單，成本低； 2. 具有成熟的高效有機(jī)太陽(yáng)能電池制備工藝； 3. 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低成本、高性能柔性透明電極，不僅完全適用有機(jī)太陽(yáng)能電池，亦可廣泛應(yīng)用了其它相關(guān)領(lǐng)域。