资讯汇总31期：【科技周报】科学家开发出面向低功耗芯片的绝缘材料

资讯汇总 2024.08.1631期 【科技周报】科学家开发出面向低功耗芯片的绝缘材料 摘要: “太极-Ⅱ”光芯片首次实现大规模光训练。清华大学电子系方璐课题组与自动化系戴琼海课题组首创全前向智能光计算训练架构，研制出“太极-Ⅱ”光芯片，实现了大规模神经网络的原位光训练，为人工智能（AI）大模型探索了光训练的新路径。与现有训练范式不同，团队摒弃了反向传播，另辟蹊径，构建了光神经网络的对称传播模型，仅用光学系统的前向传播即可实现高效高精度光训练。除了加速AI模型训练外，其还在高性能智能成像、高效解析拓扑光子系统等方面表现出卓越性能，为人工智能大模型、通用人工智能、复杂智能系统的高效精准训练开辟了新路径。相关研究成果发表于《Nature》期刊。 【双碳周报】全国碳市场周交易总量有所减少 2024.08.06 【上海产经观察】上海竞逐低空赛道，峰飞获宁德数亿美元战投 2024.08.05 【科技周报】高性能有机热电材料研究取得重要进展 2024.08.03 【双碳周报】全国碳市场周交易总量有所上涨 2024.07.30 【科技周报】世界最轻最小纯自然光供能微型飞行器研制成功 2024.07.26 往期回顾 生物物理所揭示多巴胺再摄取分子机制和低成瘾风险药物作用机制。中国科学院生物物理研究所赵岩团队利用单颗粒冷冻电镜技术解析了人源多巴胺转运蛋白DAT未结合底物、结合底物多巴胺、结合治疗ADHD药物哌醋甲酯、结合GBR12909以及结合苯扎托品的五个高分辨率结构。该研究首次揭示了人源DAT转运过程中的外开、封闭和内开三种构象，鉴定了底物结合位点和离子结合位点，展示了人源DAT在多巴胺再摄取过程中精细的底物识别和构象转换过程。同时，该团队首次阐明了靶向DAT的精神兴奋剂药物和抗精神兴奋剂药物不同的结合模式，为开发治疗DAT相关精神疾病的药物提供了指导信息。相关研究成果发表于《Nature》期刊。 金属所在金属中纳米孔弥散强化研究方面获进展。中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心金海军团队提出，如果细化至百纳米以下并弥散分布于材料中，孔洞将从有害材料缺陷转变为有益的“强化相”。该团队以金为模型材料研究发现，添加弥散纳米孔可在不损失、甚至提高塑性的同时，降低材料密度并大幅提升其强度。相关研究成果发表于《Science》期刊。 科学家开发出面向低功耗芯片的绝缘材料。中国科学院上海微系统与信息技术研究所狄增峰团队研发出面向二维集成电路的单晶氧化铝栅介质材料—人造蓝宝石。团队以单晶氧化铝为栅介质材料，成功制备出了低功耗的晶体管阵列。该晶体管阵列不仅具有良好的性能一致性，且晶体管的击穿场强、栅漏电流、界面态密度等指标均满足国际器件与系统路线图对未来低功耗芯片的要求，有望为业界发展新一代栅介质材料提供借鉴。相关研究成果发表于《Nature》期刊。 均质化正极材料让锂电池化身“劲量小子”。中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊团队开发出一种均质化正极材料—锂钛锗磷硫硒。使用这种新材料的全固态锂电池，能量密度达到每千克390瓦 时，是目前市场上最先进锂离子电池的1.3倍；可以实现大于10000圈的超长循环，在经过5000次充放电循环后，仍可保持80%的初始容量。新材料对开发高能量密度、长使用寿命的储能设备具有重要意义，为全固态锂电池的商业化应用奠定了基础。相关研究成果发表于《NatureEnergy》期刊。 风险提示：前沿科技发展进程在规制边界、演进路径、商业落地、外部环境等方面不及预期。 产品研究中心 赵子健(分析师) 021-38032292 zhaozijian@gtjas.com 登记编号S0880520060003 徐淋(分析师) 021-38677826 xulin028941@gtjas.com 登记编号S0880523090005 目录 1.未来信息领域3 2.未来生物领域3 3.新一代制造领域6 4.新能源与环保领域7 导读： 本报告汇编了2024年08月04日到2024年08月10日期间前瞻产业的重要动态，主要涉及未来信息、未来生物、新一代制造、新能源与环保领域中的前沿赛道。 1.未来信息领域 技术资讯 新型纳米光子电路显示量子网络潜力 近日，美国普渡大学团队将碱金属原子（铯）捕获在集成光子电路中，可充当光子（光的最小能量单位）的晶体管。这些被“捉”到的原子，首次展示了冷原子集成纳米光子电路构建量子网络的潜力。新开发的技术利用激光冷却并捕获了集成纳米光子电路中的原子。利用最先进的纳米制造仪器，团队将光子波导设计成直径约为30微米的圆形结构，形成所谓的微环谐振器。光将在微环谐振器内循环，并与被捕获的原子相互作用。这种原子耦合微环谐振器就像光子的晶体管。人们可使用这些被“捉”到的原子来控制光通过电路的流动。如果原子处于正确的状态，光子就可通过电路传输。如果原子处于另一种状态，光子就会被完全阻挡。原子与光子的相互作用越强，这个通过和阻挡的“门”就越有效。团队捕获了多达70个原子，让它们全部耦合到光子并在集成光子芯片上控制它们的传输，这些原子实现了“集体”高强度与光相互作用。这一研究结果可为未来基于中性原子的分布式量子计算提供光子链路。还可作为研究光物质相互作用或超冷分子的新实验平台。在这一成果基础上，科学家将构建出第一个纳米光子平台，以实现近年来理论家提出的所谓“选择性辐射”，提高量子系统中光子存储的保真度，为量子网络的进一步实用铺路。相关研究成果发表于《PhysicalReviewX》期刊。（科技日报，08/05） “太极-Ⅱ”光芯片首次实现大规模光训练 近日，清华大学电子系方璐课题组与自动化系戴琼海课题组在智能光芯片领域取得重大进展。他们首创全前向智能光计算训练架构，研制出“太极-Ⅱ”光芯片，实现了大规模神经网络的原位光训练，为人工智能（AI）大模型探索了光训练的新路径。AI大模型的迅猛发展和广泛应用，使算力成为关键的战略资源。智能光计算凭借高算力、低能耗的优势，在后摩尔时代展现出巨大潜力。训练和推理，是AI大模型核心能力的两大基石。此前，智能光芯片“太极”的问世，为大规模复杂任务的“推理”带来了曙光，但未能释放光计算的“训练之能”。现有光神经网络的训练严重依赖GPU离线建模，并要求高度匹配的前向-反向传播模型。这对光计算系统的精准对齐提出苛刻要求，致使梯度计算难、训练规模小，禁锢了光计算的优势。与现有训练范式不同，团队摒弃了反向传播，另辟蹊径，构建了光神经网络的对称传播模型，仅用光学系统的前向传播即可实现高效高精度光训练。“太极-Ⅱ”的面世，填补了智能光计算在大规模神经网络训练这一核心领域的空白。除了加速AI模型训练外，其还在高性能智能成像、高效解析拓扑光子系统等方面表现出卓越性能，为人工智能大模型、通用人工智能、复杂智能系统的高效精准训练开辟了新路径。相关研究成果发表于《Nature》期刊。（科技日报，08/08） X射线以创纪录精度洞察微芯片“内心” 近日，瑞士保罗谢勒研究所、洛桑联邦理工学院、苏黎世联邦理工大学和美国南加州大学科学家合作，首次使用X射线，以4纳米超高精度观测了先进计算机微芯片的“内心”，创造了新的世界纪录。研究团队制作的高分辨率三维图像，有望推动信息技术和生命科学等领域取得显著进展。X射线能更深入地穿透材料，利用X射线断层扫描技术可在不破坏芯片的情况下，生成三维图像。然而，现有的X射线技术难以对微芯片这类微型结构进行精确成像。为克服这一难题，研究团队使用叠层相干衍射成像技术作为解决方案。这项技术使X射线光束不是聚焦于样品的某个纳米点，而是让样品在纳米尺度移动，使照射在其上的X射线光束的移动路径形成一个精密网格，网格上的每个点都会记录样品的衍射图案。由于单个网格点间距离小于光束直径，成像区域存在重叠，因此可提供足够多的信息，算法据此能以高分辨率重建样本图像。研究团队指出，这项技术不限于洞察微芯片的“内心”，还能为生命科学等领域的样品内部精确成像，从而推动相关领域的进一步发展。相关研究成果发表于 《Nature》期刊。（科技日报，08/09） 技术资讯 2.未来生物领域 遗传发育所揭示脊髓损伤纤维瘢痕细胞的起源 近日，中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武团队将单细胞测序和谱系示踪相结合，分析脊髓损伤纤维瘢痕的细胞组成、分布、来源和功能。该团队利用单细胞测序对细胞进行分析，确定了周细胞/血管平滑肌细胞、血管成纤维细胞、脊膜成纤维细胞特异表达的基因。进而，该团队利用谱系示踪与单细胞测序结果联合分析发现，无论穿透性还是非穿透性脊髓损伤，周细胞/平滑肌细胞均不是纤维性瘢痕的主要来源，而脊膜成纤维和血管周围成纤维细胞则是瘢痕的主要来源；脊髓损伤后，来源于蛛网膜和硬膜的成纤维细胞主要分布在脊髓损伤中心，而血管周围成纤维和软膜成纤维细胞主要分布在损伤两端；脊膜来源的成纤维激活后表达高水平的胆固醇合成以及I型胶原和纤连蛋白等外基质基因，而血管周围成纤维细胞和软膜成纤维细胞高表达IV型胶原和层粘连蛋白等外基质基因，并参与脂质转运和血管生成。上述研究解析了脊髓损伤纤维瘢痕的细胞组成和来源异质性，回答了领域内长期争论的科学问题，并进一步阐明了不同来源纤维性瘢痕的分布和功能的差异，为针对不同纤维瘢痕特征进行特异性调控奠定了理论基础。相关研究成果发表于《NatureCommunications》期刊。（中国科学院遗传与发育生物 学研究所，08/05） 上呼吸道免疫细胞最详细分析出炉 近日，美国科学家对上呼吸道免疫细胞开展了迄今最详细研究，他们在免疫反应较弱的人的上呼吸道内，检测到了能够抵抗呼吸道感染的免疫细胞库。厘清这些免疫参与者的详细特征，可能有助于开发出通过鼻子或喉咙接种的疫苗。之前对免疫系统的研究主要集中于血液和下呼吸道内的免疫细胞，因为通过抽血、活检和器官捐献等方式，可以相对容易地获得样本。在此次研究中，拉霍亚免疫学研究所科学家借助鼻咽拭子采样方法，在样本中发现了数百万个免疫细胞。研究表明，上呼吸道是免疫细胞“记忆”入侵病原体的关键场所，这些记忆使免疫细胞能够抵御入侵病原体的攻击。科学家还对鼻子后部难以触及的免疫器官—腺样体进行了深入研究。该器官包含生发中心，可充当“训练营”，B细胞免疫因子在这里学习制造有效的抗体。在所有年龄段的试验参与者腺样体中，科学家都发现了活跃的生发中心。此前认为，生发中心通常只在急性感染或免疫接种期间和之后不久才活跃。但此次研究发现，即使参与者没有报告生病，生发中心也很活跃。相关研究成果发表于《Nature》期刊。 （科技日报，08/05） 世卫组织更新最危险病原体清单 近日，世界卫生组织（WHO）更新了“优先病原体”清单。清单显示，可能引发下一次大流行的病原体数量已增至30多种，包括甲型流感病毒、登革热病毒和猴痘病毒等。研究人员指出，这份新清单将帮助WHO决定重点针对哪些病原体开发相关疗法、疫苗和诊断方法。200多名科学家历经约两年时间，评估了与1652种病原体相关的证据，以决定将哪些病原体列入新清单。新清单上的病原体具有高传染性和毒性，可能引发全球公共卫生紧急状况，且目前患者获得相关疫苗和治疗手段的机会有限。新清单囊括了整个沙贝冠状病毒和梅贝冠状病毒亚属，其中新冠病毒属于沙贝冠状病毒，引起中东呼吸综合征（MERS）的病毒属于梅贝冠状病毒。之前的清单虽然也包括了引起严重急性呼吸综合征（SARS）和MERS的病毒，但并未涵盖它们所属的整个亚属。清单上的新增病原体还有猴痘病毒。该病毒在2022年引发了全球性的疫情，并持续在中非部分地区传播。两种啮齿动物病毒也被加入新清单，因为它们已经传播到人身上，且出现了零星的人际传播病例。报告显示，气候变化和城市化进程的加快可能会增加这些病毒传播给人类的风险。新清单还包括6种甲型流感病毒，其中H5亚型病毒已在美国奶牛群体引发疫情。另外5种分别引起霍乱、瘟疫、痢疾、腹泻和肺炎的病原体也首次被列入该清单。除“优先病原体”清单外，科学家还编制了一份“原型病原体”清单。这些病原体可供他们用于基础科学研究，以及用于治疗和疫