文章推广

本研究来自中国科学院半导体研究所郑婉华院士团队刘安金课题组。本研究证实了室温连续电注入有源光栅-DBR超结构中存在布洛赫表面波对称模和反对称模，并提出引入异质结构减小模式损耗。 文章介绍 Active resonant modes in the metastructure composed of a surface subwavelength grating and a vertically layered structure Chenxi Hao（郝晨曦）, Jing Zhang（张靖）, Bo Yang（杨波）, Minglu Wang（王鸣禄）, Wanhua Zheng（郑婉华） and Anjin Liu（刘安金） 通讯作者： 刘安金，中国科学院半导体研究所   研究背景： 由亚波长光栅和有限对数分布式布拉格反射镜（DBR）构成的超结构（简称光栅-DBR超结构）具有独特的光学性能。由于平移对称性被打破，有限对数DBR中存在布洛赫表面波（Bloch surface wave，简称BSW）。在有限对数DBR上表面引入一维亚波长光栅，光栅-DBR超结构在Г点形成两个带边模式：对称模式具有高损耗；反对称模式是连续域中的束缚态，具有高品质因子，同时具有表面发射的分量。这种光栅-DBR超结构有望实现基于BSW的单模、高效、大功率、低发散角面发射激光器，且制作简单。本文设计、制作并优化了有源光栅-DBR超结构，测试结果表明，室温连续电注入条件下有源光栅-DBR超结构中存在BSW对称模和反对称模，为实现基于BSW的面发射激光器奠定了基础。   研究内容： 本文研究的有源光栅-DBR超结构由一维亚波长光栅、低折射率层、垂直多层结构、p电极和n电极构成。有限对数DBR的平移对称性被含有量子阱的顶层打破，使垂直多层结构中存在BSW。   图1 有源光栅-DBR超结构、色散、BSW场分布   在图1所示的低折射率层上方引入140 nm厚的表面亚波长光栅。在x方向引入横向周期，BSW色散曲线以kx=K/2为对称轴折叠。光栅-DBR超结构在kx=0处有2个带边模式，如图2所示，其中对称模式频率为320.2 THz (936.9 nm)，反对称模式频率为317.7 THz (944.3 nm)。反对称模式具有高品质因子，在x方向分布反馈形成驻波，且具有垂直衍射分量实现面发射。  ...

特刊详情 客座编辑 Chunjiang An，加拿大康考迪亚大学 Pethie Lyons，澳大利亚联邦科学与工业研究组织 赵珊，山东大学 Rautio Arja，芬兰奥卢大学 Zhang Baiyu，加拿大纽芬兰纪念大学   主题范围 Indigenous communities have cultivated profound and reciprocal relationships with their environments for millennia, fostering sustainable practices rooted in traditional ecological knowledge (TEK). These knowledge systems, deeply embedded in cultural traditions and oral histories, have long guided resource management, conservation, and climate adaptation...

欢迎阅读Journal of Semiconductors（JOS）期刊2024年度亮点文章，深入了解半导体物理、材料、器件、电路等领域的最新研究进展。我们精心挑选了2024年发表的高影响力文章，帮助您全面了解作者们的卓越科研成果。得益于IOP出版社严格的同行评审过程，您可以放心获取高质量、可信赖的研究内容。同时，选择在JOS发表论文，您还将获得以下优势： 🎖️获得学术认可：JOS期刊通过设立奖项，认可作者的辛勤付出与卓越贡献，帮助作者广泛传播研究成果。 🏡 为您的论文找到理想归属：JOS期刊涵盖广泛的研究主题，为您的研究成果提供多样化的发表平台，提升文章被接收的可能性。 🌏 支持全球物理研究、教育与科普事业：作为领先的物理学学术出版机构，IOP出版社将其所有出版收益回馈给英国物理学会（Institute of Physics），以推动全球物理科学的发展。 📢 准备好开启您的文章发表之旅了吗？点击此处链接，查看2024年亮点文章。 亮点文章 Anisotropic etching mechanisms of 4H-SiC: Experimental and first-principles insightsGuang Yang et al 2024 J. Semicond. 45 012502   240 nm AlGaN-based deep ultraviolet micro-LEDs: size effect versus edge effect Shunpeng Lu et al 2024 J. Semicond. 45 012504   Two-step growth of β-Ga2O3 on c-plane sapphire using MOCVD for solar-blind photodetector Peipei Ma et al 2024 J. Semicond. 45 022502  ...

特刊详情 客座编辑 Maria Chiara Braidotti，英国格拉斯哥大学 Kinjalk Lochan，印度科学教育与研究学院 Hendrik Ulbricht，英国南安普顿大学   主题范围 What does the gravity of a mass in superposition look like? The source mass (blue, left-hand side) is put in a quantum superposition. The probe mass (orange, right-hand side) is reacting to the gravity generated by the source mass. Such an experiment has not...

我们很高兴地宣布，IOP出版社全新期刊Environmental Research: Water（ERW）发表了第一期文章，现已可供阅读和下载！ERW的第一期文章充分展示了本刊内容的广度与多样性，期刊旨在传播水资源领域的最新科研成果，推动该领域在社会和政策层面的创新与发展。 我们衷心感谢首批选择在ERW发表研究成果的作者的信任。这是我们迈向建立一个具有深远影响力的新平台的重要一步。 希望您喜欢这期内容，也期待未来收到更多来自您的优秀投稿，继续与我们携手前行！ 第一期文章 EDITORIAL | OPEN ACCESSIntroducing Environmental Research: Water – exploring the dynamics of water systems and sustainable solutions for global water challenges Martina Flörke and Michelle van Vliet   LETTER | OPEN ACCESS Potable water sources in a contaminated temperate peatland resistant to acute impacts but vulnerable to legacy effects...

特刊详情 客座编辑 Tao Ma，哈尔滨工业大学 Xinlu Sun，北京大学 Andrew Sudmant，英国爱丁堡大学 Zhifu Mi，英国伦敦大学学院   主题范围   Image credit: Pixabay Climate leadership is the ability to drive ambitious and effective action on climate change through vision, influence, and commitment. It involves setting bold targets, implementing practical solutions, and inspiring others to act, while promoting equity and long-term sustainability. Climate...

本篇研究来自华南理工大学李云泉课题组和陈烨课题组。开发了一款兼具陆地与水中高效推进的仿生水陆两栖机器狗。首次提出适用于双关节腿部结构的仿犬类划水轨迹，实验验证其推进力性能，并规划两种步态：横向序列划水步态速度较快，对角小跑划水步态稳定性更优，实现水中0.16 m/s（0.54倍体长/秒）与陆地0.35 m/s（1.2倍体长/秒）的稳定运动，为仿生两栖四足机器人设计提供理论与技术支撑。 文章介绍 Amphibious Robotic Dog: Design, Paddling Gait Planning,and Experimental Characterization Jingting Qu（瞿劲挺），Qingqian Cai（蔡清乾），Frank E Fish，Yunquan Li（李云泉），Ye Chen（陈烨），Yong Zhong（钟勇），Jiutian Xia（夏九天），Shiling Fu（傅诗玲），Wenhao Xie（谢雯豪），Haohua Luo（罗浩华），Sengyuan Lin（林森源），Yonghua Chen（陈永华） 通讯作者： 李云泉，华南理工大学吴贤铭智能工程学院 陈烨，华南理工大学吴贤铭智能工程学院   研究背景： 机器狗凭借其出色的环境适应能力，能高效应对野外复杂的陆地地形，已广泛应用于搜救、巡检等领域。然而，现有机器狗通常缺乏水中推进能力，难以实现跨越水域的连续移动，严重限制了其在复杂水陆环境下的应用。目前的两栖机器人设计多以爬行动物或昆虫为原型，其形态与运动模式与机器狗有一定区别。犬类等哺乳动物能够在不改变身体构型的情况下，通过步态切换兼顾高效的陆地运动与快速稳定的水中运动，表现出优异的两栖运动能力，但现有的仿生机器人领域尚未对此进行深入探索。因此，本研究旨在通过仿生犬类的划水步态和结构特征，设计并开发一种兼具高效陆地移动和水中推进能力的仿生水陆两栖机器狗（见图1）。   图1. 水陆两栖机器狗概念图   研究内容： 本研究首次提出并开发了一款受犬类启发的水陆两栖机器狗（ARD），兼具陆地小跑和水中划水的运动能力。研究从以下几方面展开： （1）机械设计与划水步态规划 ARD在结构设计时降低重心位置以增强其在水中运动的稳定性。同时特别考虑机器人的防水性，确保电机、控制板等核心部件不受水的侵蚀。划水步态方面，研究借鉴犬类的自然划水步态，提出了三种划水模式：两种横向序列划水步态（LSPG，分别为25%和33%动力阶段比例）和一种对角慢跑式划水步态（TLPG，动力阶段比例为50%），并在机器人上进行系统性的步态规划与实验验证（见图2）。   图2. (a) 犬类单腿划水轨迹示意图；(b) 犬类LSPG相位时序图；(c) 本研究分析的三种不同步态的推进相（Power Phase）占比；(d) 在水陆两栖机器狗上实现的LSPG步态（包括PP25%和PP33%）；(e) 在ARD上实现的类小跑划水步态（TLPG，PP50%）。   （2）水动力特性与步态稳定性分析 研究采用理论模型与实验方法分析了不同步态的划水性能与稳定性，明确了动力阶段占比对单腿划水力的影响，即动力阶段比例越小，单腿产生的平均推进力越大。在机器人整体水中实验中，LSPG表现出更高的水中推进速度，而TLPG则在运动稳定性方面明显优于LSPG。（见图3a-d）   图3....

本篇研究来自南京邮电大学晏善成课题组。在这篇综述中，我们详细分析了单层WS₂的合成方法，讨论了每种技术的优点，包括ALD在较低温度下实现的均匀生长，以及CVD生成大面积、高质量单层的能力。此外，我们还回顾了WS₂在场效应晶体管 (FET)、光电探测器和逻辑器件等各种电子和光电应用中的性能。综述表明在薄膜均匀性、与当前半导体工艺的兼容性以及基于WS₂器件的长期稳定性方面的不断改进，为二维WS₂从实验室环境过渡到实际应用指明了一条大有可为的道路。 文章介绍 2D WS2 monolayer preparation method and researchprogress in the field of optoelectronicsadaf2a Zhihan Jin（靳知翰）, Hao Liu（刘昊）, Tianci Huang（黄天赐）, Liping Chen（陈丽萍）, Chee Leong Tan（陈子龙）, Kaili Wang（汪凯丽） and Shancheng Yan（晏善成） 通讯作者： 晏善成，南京邮电大学   研究背景： 二维过渡金属二卤化物（2D TMDs）因其优异的电子和光电特性（如高载流子迁移率和可调带隙）而引起了材料科学领域的极大兴趣。尽管已经对各种 TMD 进行了广泛的研究，但在了解合成方法及其对单层二硫化钨（WS₂）在光电器件中的实际应用的影响方面，仍然存在很大的差距。这一差距至关重要，因为将WS₂有效地应用于商业领域依赖于建立可靠的合成技术，以保证材料的高质量和均匀性。   研究内容： 在概述二维过渡金属硫化物（WS₂）的结构特性、制备方法以及其在光电器件领域的重要性之后，本论文全面梳理了当前 WS₂ 单层制备技术与光电器件的研究成果。文中深入解析了机械剥离、原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD）这三种核心制备手段的原理、优势及应用场景，指出机械剥离法虽操作简便，但在获取大面积均匀单层方面存在局限；ALD 法能够在低温条件下实现均匀生长，但对设备要求苛刻；而 CVD 法由于其出色的可控性和可扩展性，成为研究热点。 随后，论文聚焦 WS₂ 在场效应晶体管（FET）、光探测器以及异质结器件等光电器件中的应用，深入剖析其在提升器件性能和拓展功能方面的独特贡献。此外，论文还阐述了 WS₂ 在新型逻辑器件领域的应用潜力，如助力构建非冯诺依曼架构、推动忆阻器及类脑计算器件的发展等，彰显其在电子与光电子器件创新进程中的关键作用。最后，论文在综合现有研究成果的基础上，明确指出 WS₂ 从实验室迈向工业规模应用所遭遇的瓶颈，如薄膜均匀性与质量的优化、制备成本的削减、与既有半导体工艺的兼容性，以及器件长期稳定性和可靠性的保障等问题，并展望了未来通过跨学科协同，整合材料科学、纳米技术与微电子工程等多领域知识，驱动 WS₂...

Coal-dependent communities and regions are at the frontline of the global energy transition, with net-zero scenarios requiring unprecedented sharp decreases in coal use and production in the next few decades. Rapid decarbonization in these ‘coal-dependent’ regions can result in high disruptiveness and trigger socio-political resistance across both the acceleration of coal phase-outs (decline) and clean...

我们很高兴为您带来最近发表在Journal of Neural Engineering期刊上的亮点文章，展示了该领域令人兴奋和重要的研究成果。希望您希望喜欢阅读本期文章！ 精选文章 PAPER | OPEN ACCESS Noninvasive modulation of essential tremor with focused ultrasonic waves Thomas S Riis et al 2024 J. Neural Eng. 21 016033 This article demonstrates that low-intensity focused ultrasound can robustly modulate deep brain regions in humans with notable effects on overt motor behavior.   NOTE | OPEN ACCESS Safety, tolerability and blinding...

IOP出版社每月从年度重点期刊中精选两个主题的研究文章供大家阅读，本月的主题为Energy Storage和Planetary Health。这些文章体现了IOP期刊的高质量和创新性，并呈现了一些受关注的研究工作。欢迎大家阅读下载！您可以扫描下方二维码，查看IOP出版社环境与能源领域的最新资讯；还可以点击此处链接，订阅该领域的最新研究进展以及相关期刊的最新信息。 环境与能源： 精选文章 Energy Storage JPhys Energy 2024 roadmap for sustainable batteries Magda Titirici, Patrik Johansson, Maria Crespo Ribadeneyra, Heather Au, Alessandro Innocenti, Stefano Passerini, Evi Petavratzi, Paul Lusty, Annika Ahlberg Tidblad, Andrew J Naylor   Impact of vibrations on lithium-ion batteries in electric vehicles: sources, degradation mechanisms, and testing standards Umar Awan,...

本篇研究来自天津大学庞慰、牛鹏飞和北京化工大学王茁晨课题组。在本研究中，我们利用解析方程，有限元仿真及实验论证，系统地构建了PMUT匹配层设计策略，揭示了PMUT灵敏度与带宽之间的调制效应：即匹配层无法同步改善PMUT的灵敏度和带宽。本研究明确提出了PMUT匹配层的材料属性选择标准及结构参数优化方法，为高性能PMUT的设计以及应用提供了理论和实验依据。 文章介绍 Acoustic matching strategy of piezoelectric micromachined ultrasound transducer towards medical imaging applicationXingli Xu(徐兴利), Wei Wei(魏唯), Yuewu Gong(龚跃武), Zhuochen Wang(王茁晨), Wanli Yang(杨万里), Pengfei Niu(牛鹏飞) and Wei Pang(庞慰)   通讯作者： 王茁晨，北京化工大学 牛鹏飞，天津大学 庞慰，天津大学   研究背景： 随着便携式和可穿戴超声成像设备的快速发展，压电微机械超声换能器（PMUT）因其低功耗、小尺寸和与CMOS电路高度集成等优势而备受关注。声学匹配层是超声换能器的重要组成部分，具有保护器件、优化性能的功能。传统压电陶瓷换能器的匹配层设计理论已较成熟，其声波在陶瓷内部产生，通过匹配层高效传递至人体组织，只需根据陶瓷与人体组织的声阻抗即可设计出最优匹配层。然而，PMUT依靠薄膜弯曲振动产生声波，声波直接产生于器件表面，因此传统设计理论无法适用。此外，匹配层材料的密度、压缩波速及剪切波速对PMUT的振动特性有重要影响，使得PMUT匹配层设计的复杂性显著增加。目前尚缺乏针对PMUT的系统化匹配层设计方法，严重制约了PMUT性能的提升。 为解决这一问题，本研究深入探索了PMUT匹配层材料选择与尺寸优化的规律，首次提出了针对PMUT的系统化匹配层设计框架，以有效提升PMUT性能，推动其在医疗超声成像等领域的应用。   研究内容： 本研究中，我们建立了PMUT匹配层的机械-声耦合模型，推导出匹配层声波穿透效率的解析公式，并利用有限元仿真方法验证了理论的正确性。图1展示的结果揭示了PMUT灵敏度与带宽的内在权衡机制——匹配层难以同时优化这两项性能。 图1   进一步研究发现，匹配层不仅影响声波传递效率，也显著影响PMUT薄膜自身的振动特性（如位移、谐振频率等）。我们系统分析了匹配层密度、压缩波速和剪切波速对PMUT性能的影响（图2）。结果显示，剪切波速越高，匹配层材料硬度越大，导致PMUT性能严重下降，因此适合PMUT的匹配层应选择剪切波速接近0的软质材料（如橡胶类材料）。此外，匹配层密度增加会降低PMUT的频率与性能，而压缩波速对性能没有负面影响，且性能随压缩波速提高而提升。因此，低密度、高压缩波速的匹配层更有利于获得高灵敏度PMUT。 图2   具体材料分析（图3）表明，硅橡胶类材料作为匹配层时可显著提升带宽（2X），更适合高带宽应用场景；而Polybutadiene因具有较高声阻抗和较低声衰减，更适用于高灵敏度应用场景。我们以厚度为1/4波长的PDMS匹配层为例，通过实验验证了PMUT匹配层设计方法的有效性。   图3   我们利用超声相控阵成像检验匹配层对实际应用的影响（图4）。实验表明，高带宽的匹配层使PMUT的成像分辨率显著提升，使其能更清晰地展现复杂目标的细节。 图4   本研究首次明确了PMUT匹配层设计的材料选择与尺寸设计准则，为实现高性能PMUT提供了关键的设计依据，对PMUT技术的产业化应用具有重要指导意义。 作者介绍 牛鹏飞...