基于二维材料的场效应晶体管在超大规模集成技术方面具有非常大的应用潜力，因此开发高性能的短沟道二维半导体场效应晶体管是构建超大规模集成的必经之路。对于二维材料，获得10 nm以下沟道长度的二维半导体晶体管难度较大，目前很少有稳定制备亚10 nm二维半导体晶体管的方法。本文使用石墨烯作为接触材料，氮化硼作为间隔，可以稳定制备垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管。基于此方法，制备了8 nm氮化硼间隔的垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管。该器件展现出良好的开关特性，在不同的源漏电压下其开关比大于10⁷；同时关态电流小于100 fA/μm，对源漏直接隧穿效应有很好的抑制作用。此外，该方法同样适用于其他二维半导体短沟道晶体管的制备，为快速筛选出可适用于超大规模集成的二维材料提供了一种有效途径。

图2  8nm垂直短沟道MoS₂-FET结构  (a) 垂直短沟道晶体管的结构示意图，红色虚线方框部分为晶体管垂直沟道区域；(b) 短沟道器件光学显微镜图；(c) 间隙BN-A的原子力显微镜测量图，间隙BN厚度约为8 nm；(d) 刻蚀后氮化硼斜面截面透射电子显微镜图，顶切角度为38°

论文系统地研究了一种垂直短沟道二硫化钼场效应晶体管，这种晶体管展现出了大于10⁷的开关比，由于很好地抑制了源漏直接隧穿效应，因此其关态电流小于100 fA/μm，这为发展超大规模集成技术提供了新的前景。

近年来，人工智能的发展对计算和存储的需求不断提升。但是，摩尔定律的放缓以及传统冯·诺依曼架构中计算与存储单元的分离，导致了大量数据在搬运过程中功耗增加和时间延迟，致使集成电路以及芯片设计面临越来越多的挑战，迫切需要开发新型计算范式来应对这种挑战。而基于存算一体架构的神经形态器件，可利用欧姆定律和基尔霍夫定律实现原位计算，从而有望克服传统冯·诺依曼架构瓶颈。通过调节具有“记忆”功能的忆阻器阻值，实现类似生物大脑的人工神经网络，并对复杂网络信号进行处理，例如图像识别、模式分类和决策执行等。二维材料由于其层状超薄特性和新奇的物理效应，为进一步缩小器件尺寸并实现感存算一体提供了方案。本文综述了基于二维材料的神经形态器件中的物理效应和忆阻特性，并详细阐述了神经形态器件对LIF (leaky integrate and fire)模型、Hodgkin-Huxley模型等神经元模型以及长期可塑性、短期可塑性、放电时间依赖可塑性和尖峰频率依赖可塑性的模拟。在此基础上，进一步介绍了基于二维材料的神经形态器件在视觉、听觉以及触觉等领域的探索性应用。最后本文总结了当前研究领域面临的问题以及对未来应用前景的展望。

图2  相变效应 (a) Au/MoS₂/Au器件结构示意图以及在电场作用下Li⁺调控MoS₂发生可逆相变过程的示意图^[40]；(b) Au/MoS₂/Au器件的I-V特性曲线^[40]；(c) 通过脉冲编程电压改变电导增量^[40]；(d) MoTe₂在电场作用下的相变过程以及MoTe₂在2H (左下)和2H_d (右下)态下的STEM图像^[41]；(e) 电形成过程前后的I-V扫描曲线^[41]

[40] Zhu X, Li D, Liang X, Lu W D 2019 Nat. Mater. 18 141

[41] Zhang F, Zhang H, Krylyuk S, Milligan C A, Zhu Y, Zemlyanov D Y, Bendersky L A, Burton B P, Davydov A V, Appenzeller J 2019 Nat. Mater. 18 55

本文首先以忆阻器为例介绍了神经形态器件工作的物理机制，并进一步阐述了基于神经元模型和突触可塑性的神经形态计算在视觉、听觉等人工感知方面的应用。最后，总结了当前在神经形态计算领域，存在的问题和对未来前景的展望。文章结构合理，表达清楚，是该领域不可多得的一篇综述。

神经形态芯片是一种新兴的AI芯片。神经形态芯片基于非冯·诺依曼架构，模拟人脑的结构和工作方式，相比冯·诺依曼架构的AI芯片，神经形态芯片在效率和能耗上有显著的优势。3D-NAND闪存工艺成熟并且存储密度极高，基于3D-NAND的神经形态芯片受到许多研究者的关注。然而由于该技术的专利性质，少有基于3D-NAND神经形态计算的硬件实现。本文综述了用3D-NAND实现神经形态计算的工作，介绍了其中前向传播和反向传播的机制，并提出了目前3D NAND在器件、结构和架构上需要的改进以适用于未来的神经形态计算。

图5  各种存储器的性能参数对比(数据来源于表 1)

本文综述了利用3D-NAND闪存实现神经形态计算的研究现状，并从突触特性、神经形态计算等方面给出了研究进展，最后进行了总结和展望。文章内容全面详实，对于开展基于NAND的神经形态计算研究具有重要的参考意义。

传统热氧化方式制备约瑟夫森结中AlO_X势垒层是将高纯度氧气扩散到Al表面进行，但该方式制备的势垒层氧化不完全，厚度难以精准控制。本文采用原子层沉积方式在金属Ti表面逐层生长Al₂O₃势垒层，并制备出三明治结构的Ti/Al₂O₃/Ti约瑟夫森结。通过调节Al₂O₃势垒层的沉积厚度和约瑟夫森结的面积研究了其相应的微观结构及电学性质。实验结果表明，原子层沉积方式生长的单层Al₂O₃薄膜厚度约为1.17 Å(1 Å = 10^–10 m)，达到原子级控制势垒层厚度，通过调节势垒层厚度实现了对结室温电阻值的控制，并通过优化结面积获得了室温电阻均匀性良好的约瑟夫森结。

图3  (a) 势垒层厚度为12层Al₂O₃薄膜的约瑟夫森结断面结构TEM图像；(b) 隧道电阻R_nA，计算得到的J_C与ALD 循环次数的关系

作者研究了采用原子层淀积方式生长的Al₂O₃势垒层优异的原子级厚度控制的特点，在约瑟夫森结中，通过调节该Al₂O₃势垒层的厚度实现了对结室温电阻的控制，并通过结面积优化了约瑟夫森结电阻的均匀性。该工作对约瑟夫森结的制备技术有重要的参考价值。

近年来，量化开放量子系统中的非马尔科夫效应已经成为了量子消相干控制领域研究中的一个重要科学问题。本文对于单个开放的两能级系统，将基于量子Fisher信息的非马尔科夫度量从系统初态为纯态的情况推广到系统初态为任意态的情况。作为该非马尔科夫度量的应用，分别研究了利用量子Fisher信息在检测一个两能级系统受到零温度振幅耗散通道、相位衰减通道和随机幺正通道作用时对应非马尔可夫过程发生满足的条件。研究结果显示：一个相位参数的量子Fisher信息对这三种衰减通道的非马尔科夫过程发生所满足的条件与系统初态的选择是无关的。进一步，对于振幅耗散通道和相位衰减通道，非马尔科夫过程发生的条件同基于迹距离、映射的可分性、量子互信息和量子Fisher信息矩阵等给出的条件是等价的。如预期的一样，对于振幅耗散通道情况且选择系统初态为最优化纯态时，相应的结果正是Lu等获得的结果(Lu X M, Wang X G, Sun C P 2010 Phys. Rev. A 82 042103)；而对于随机幺正通道，其马尔可夫过程发生的条件同基于迹距离、映射的可分性、量子互信息和量子Fisher信息矩阵等给出的条件是不完全等价的。另外，得到了一个有趣的关系：在这三种耗散通道模型中系统演化态的量子l1l1范数相干性的平方正好等于相位参数的量子Fisher信息。总之，本文得到的结果不仅完善了用量子Fisher信息来检测开放系统中非马尔科夫效应的应用范围，同时也进一步彰显了量子Fisher信息在量子信息处理中独特的作用。

图1  在不同系统初态(这里用不同初态对应的非对角元值|ρ_eg(0)|来表示)下N_QFI随参数λ的变化

本文将基于量子 Fisher 信息的非马尔科夫度量从系统初态为纯态的情况推广到系统初态为任意混态的情况，这是一个有意义的结论，比较了非马尔科夫随机幺正通道下几种流行的非马尔科夫度量对应不同参数值的马尔科夫条件， 这对于完善了用量子 Fisher 信息来检测开放系统中非马尔科夫效应的应用范围具有一定意义。

本文研究了在周期驱动拉曼耦合下的可调自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的能带结构、非线性朗道-齐纳隧穿动力学以及隧穿率。利用高频近似得到了与时间无关的Floquet哈密顿量，发现周期驱动可以有效地调控自旋-轨道耦合和非线性相互作用。与两能级模型对比，解析地得到了能带出现loop的临界条件以及loop的宽度。研究发现，当种内原子间相互作用等于种间原子间相互作用时，不出现loop结构。而当种内原子间相互作用小于(大于)种间原子间相互作用时，loop出现在下(上)能带。此时，自旋-轨道耦合和拉曼耦合都会抑制loop的出现。特别地，通过调节外部驱动能控制能带出现loop结构的临界条件。还研究了可调自旋-轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的隧穿动力学。通过调节周期驱动强度可以调控系统的隧穿动力学，控制在动量空间发生非线性朗道-齐纳隧穿的位置，并使系统的自旋组分发生翻转。最后计算了系统的朗道-齐纳隧穿率，研究表明周期驱动能够有效调控系统的隧穿率。

图5  (a1)—(e1)存在loop结构时的能带结构，原子最初制备在系统的上 (下) 能带用正方形(圆)标记；(a2)—(e2)原子初始制备在上能带中时对应的非线性朗道-齐纳隧穿动力学；(a3)—(e3)原子初始制备在下能带中时对应的非线性朗道-齐纳隧穿动力学。第一行至第四行分别取χ = 0, 1, 2, 3, 4。k₀=1, Ω₀=0.3, g=1.5, g₁₂=0.7,  α=0.0001

论文主要讨论了周期驱动导致的可调自旋轨道耦合对于玻色-爱因斯坦凝聚体的作用，主要涉及能带结构loop的影响以及隧穿动力学和遂川率，该文结果详实，主要结论丰富了自旋轨道耦合的研究。

仿真设计了一种高灵敏度太赫兹(THz)导模共振生化传感结构，该结构由硅棱镜、介质薄膜和多孔金膜组成，多孔金膜同时作为THz导波层和生化分子富集层，能够增强THz导模与生化分子间的相互作用，从而提高探测灵敏度。当采用棱镜全反射方法激励THz横电(TE)或横磁(TM)导模后，多孔金膜的吸收使得THz反射频谱出现尖锐的共振吸收峰，由此可确定THz导模的共振频率及其对液体折射率和生化分子吸附量的灵敏度。调节介质层的厚度和折射率可进一步提高上述THz传感结构的灵敏度和品质因数。在45°入射角下的仿真结果指出，TE和TM导模的共振频率随着液体折射率或生化分子吸附量的增大而线性变化，TM导模的折射率灵敏度可高达13.42 THz/RIU，品质因数达到167.70/RIU，TE导模对液体折射率的灵敏度小于TM导模，但对分子吸附量的灵敏度大于TM导模，究其原因是TE导模透出多孔金膜的消逝场比TM导模弱。

图8  (a) TM模式下，在不同体积分数(f_c)酪氨酸情况下的频率-反射率曲线；(b) TE模式下，在不同体积分数(f_c)酪氨酸情况下的频率-反射率曲线；(c) TM和TE情况下，在不同体积分数(f_c)酪氨酸情况下，体积分数(f_c)与共振频率(f_r)的线性拟合图

窄带光电探测系统在荧光检测、人工视觉等领域具有广泛应用，为了实现对特殊波段的窄带光谱探测，传统上需要将宽带探测器和光学滤波片集成。但是，随着检测技术的发展，人们对探测系统的功耗、尺寸、成本等方面也提出了更高要求，结构复杂、成本高的传统窄带光电探测器应用受到限制。于是，本文展示了一种基于多孔GaN/CuZnS异质结的无滤波、窄带近紫外光电探测器。通过光电化学刻蚀和水浴生长方法，分别制备了具有低缺陷密度的多孔GaN薄膜和高空穴电导率的CuZnS薄膜，并构建了多孔GaN/CuZnS异质结近紫外光电探测器。得益于GaN的多孔结构和CuZnS的光学滤波作用，器件在–2 V偏压、370 nm紫外光照下，光暗电流比超过4个数量级；更重要的是，器件具有超窄带近紫外光响应(半峰宽<8 nm，峰值为370 nm)。此外，该探测器的峰值响应度、外量子效率和比探测率分别达到了0.41 A/W，138.6%和9.8×10¹² Jones。这些优异的器件性能显示了基于多孔GaN/CuZnS异质结的近紫外探测器在窄光谱紫外检测领域具有广阔的应用前景。

图3  (a)多孔GaN/CuZnS异质结器件的I-V特性曲线(插图为多孔GaN/CuZnS异质结器件结构示意图)；(b) CuZnS器件和(c)多孔GaN器件的I-V特性曲线，(b)和(c)中的插图分别显示了器件在370 nm光开关周期下的I-t曲线和相应的器件结构

本文报道了一种通过光电化学蚀刻方法制备的多孔GaN，并与CuZnS薄膜形成的异质结，该探测器响应谱带宽非常窄，半峰宽小于8 nm。这项工作提出了一种窄带紫外光探测器范例，论文逻辑严谨，有较好的创新性。

高效钙钛矿太阳电池中通常采用有机p型半导体材料作为空穴传输层。有机材料在湿度、温度、紫外照射等环境因素下会出现严重的性能衰退，加速钙钛矿太阳电池的老化，成为实现其实际应用的主要障碍之一。本文提出采用无机硫氢酸亚铜(CuSCN)作为空穴传输材料，并通过锂掺杂提高其空穴传输特性；在此基础上采用聚[双(4苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]修饰CuSCN表面，避免CuSCN和碘化铅(PbI₂)间的相互作用，实现了大晶粒、致密钙钛矿薄膜的制备，最终实现了钙钛矿太阳电池性能的有效提升。本工作为稳定、高效钙钛矿太阳电池的制备提供了可借鉴的策略。

图2  掺锂前后CuSCN TFT器件V_g-I_d转移曲线图以及基于CuSCN的典型底部栅极、顶部接触TFT结构示意图( V_ds是漏极-源极电压，L是TFT器件的长度，W是TFT器件的宽度)

本文提出了一种基于锂掺杂提高硫氰酸亚铜电学特性的方案，在钙钛矿器件中进一步采用采用聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]修饰 CuSCN 表面，改善了碘化铅和CuSCN之间的作用，实现了大晶粒、致密薄膜的制备，提升了电池的性能，该工作具有一定创新和意义。

通过两步固相反应烧结法制备了

(1–x)Pb_0.99Nb_0.02[(Zr_0.57Sn_0.43)_0.94Ti_0.06]_0.98O₃:xAlN((1–x)PNZST:xAlN，x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4))复合陶瓷，系统研究了复合陶瓷晶体结构、微观形貌、畴结构演变以及铁电、介电和热释电性能等。实验结果表明：基于两相之间热膨胀系数失配产生的局域应力场有效调控了畴结构组态和相结构演变，在室温附近构建了铁电/反铁电相界，继而在温度场作用下表现出优异的热释电性能；当x = 0.1时，在近人体温度37℃时其热释电系数p达到最大值3.30×10^–3 C/(m²⋅K)，电流响应优值F_i = 3.16 × 10^–9 m/V，电压响应优值F_v=0.613 m²/C，探测率优值F_d=4.40×10^–4 Pa^–1/2，且其半峰宽为16.3 ℃，在室温宽温域内表现出优异的热释电性能；随着AlN含量的增多，该复合陶瓷的热释电峰值温度在37—73 ℃宽温域内可调，表现出良好的温度稳定性。

图8  不同组分(1–x)PNZST:xAlN(x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4)陶瓷样品随温度变化的热释电系数值

利用两相之间热膨胀系数失配产生的局域应力场调控了畴结构组态和相结构演变，并在室温附近构建了铁电/反铁电相界，研制出了室温附近具有优异热释电性能的PNZST:AlN 复合陶瓷。研究结果对于深入理解相界奇特铁电性能起源机理具有重要的科学价值，重要的是为研制高性能热释电红外探测器提供了核心材料基础。