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Schematic diagram showing the structure of a carbon nanotube transistor

矽基互補金屬氧化物半導體(CMOS)晶體管已經很難再繼續縮小下去,碳納米管是替代矽的候選納米材料之一,碳納米管晶體管的主要技術挑戰過去幾年已被陸續得到解決。中國北京大學的科學家開發出柵長5納米的碳納米管場效應晶體管,聲稱其性能超過相同尺寸的矽晶體管。他們的研究報告發表在今天出版的《科學》期刊上。

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20161230 diamondoid NT01P1

美國史丹佛線性加速中心(Stanford Linear Accelerator Center;SLAC)最近展示號稱最薄的奈米線,相當於僅3個原子的厚度。SLAC的製程採用被稱為「類鑽石」(diamondoid)的最小鑽石片,作為銅/硫原子自組裝的絕緣外殼。這種號稱世界上最小的‘diamondoid’鑽石結構(周長僅10個原子的金剛烷),能夠讓3原子厚的導電核心自組裝成任何長度。

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儘管全球經濟與產業成長腳步放緩,工程師與研究人員投入先進技術研發的節奏不曾中斷,我們仍身處科技革命的尖端。從先進的半導體製程、新興的石墨烯與奈米材料,到各種提高電池續航力與太陽能電池轉換效率的新技術,2016年的研發投入與創新已經讓整個科技時代向前進展至一個更新的高度了。

為了讓讀者更能掌握改變未來世界的最新技術成果與研發趨勢,《電子工程專輯》(EETimes)整理過去一年來最受歡迎的「科技前瞻」文章,如果你曾經錯過,讓我們一起來回顧其中的精彩內容;或者,你也可以點選內文列表左上角或是文章頁面最下方的「科技前瞻」標籤,全盤掌握「科技前瞻」相關文章(舊版網站「科技前瞻」文章連結請按此):

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典型FIB-SEM雙束設備原理圖

圖1 典型FIB-SEM雙束設備原理圖

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澳洲國立大學(Australian National University;ANU)的研究人員在《奈米通訊》(Nano Letters)期刊中發表製造奈米天線的新方法;透過謂的「二次諧波產生」途徑,研究人員能夠在一般的透明玻璃基板頂部均勻地打造出比人類髮絲更小500倍的奈米天線,從而應用在夜視護目鏡或智慧眼鏡的透鏡上。

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20161212 MIT NT01P1

壓印微結構的SEM影像,25μm x 25μm (左);以及(右)該結構陣列的光學和原子力顯微鏡影像,及其所取得的銀(Ag)印刷油墨圖案 (來源:MIT)

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愛爾蘭丁鐸爾國家研究所(Tyndall National Institute)的研究人員採用可擴展且相容於代工廠的微影技術製程,設計出金字塔形的量子點發光二極體(LED),可望為量子運算產生作用與狀態相關聯的糾纏光子。

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喜歡科學幻想嗎?在《星球大戰》,帝國利用牽引光束捕捉傳奇飛船「千年隼」號(Millennium Falcon)。《星艦迷航記》(Star Trek) 中,「企業號」星艦(USS Enterprise)使用牽引光束脫離困境。 

美國紐約大學(New York University)的物理學家近日驗證了「光束牽引」(也叫「牽引光束」)不是科幻,而是可以製造出來的有用工具! 

紐約大學說,該校的戴維·格里爾(David Grier)教授不僅是物理學家,還是科幻迷,他的研究團隊在實驗室內找到製造光束牽引的方法,因此距離像科幻中那樣的實際應用已經不遠。 

格里爾教授在一個影片中說:「我們的研究組最近感覺有點光芒四射了,因為我們發明一種牽引光束。我們用這種叫法,緣於這種技術和《星艦迷航記》有關。科幻正在變成現實。」 

他解釋,牽引光束實質是一種波,可以和水波相比。很多人都熟悉水波,都知道波浪可以推動物體。 

格里爾教授說:「如果來到海灘,水波會展現力量,將人推走。」 

牽引光速正是利用這一作用力的原理,去推拉物體。格里爾教授表示,目前的牽引光束所能牽拉的物體很小,距離也非常短,僅僅為一毫米的1000分之一而已,但是這已經足夠證實光具有牽引作用。 

光,通常在我們的眼中僅僅是亮的感覺,似乎沒有重量,沒有力量。實際上,光不是我們感覺那樣簡單。光是一種物質,也是一種波動,是非常複雜的。紅光和綠光有微妙的差別;紫外線是肉眼看不見的光;無線電波也是一種光。 

愛因斯坦曾在一百年前認為光同時具有粒子和波動性兩種性質(即「光的波粒二象性」)。當時物理學家們幾乎都不理解,但1919年的光電效應試驗證實了愛因斯坦是正確的,之後他「光的波粒二象性」理論被轉化為電視機等各種產品。 

因此,牽引光速不是無法理解的東西,利用光所含的這種潛在運動能量既可以實現拉動物體。格里爾教授說:「現在我們還不能牽動一艘戰艦,把它從太空中拖來。但是,一旦突破厘米,就會達到米,進而變成千米。這就是我們目前的研究方向。」 

格里爾教授介紹,他們正在與美國太空總署戈達德太空中心合作,開發長距離牽引光束,其有效作用範圍可能達數公里之遠。因為太空中沒有空氣微粒影響光束等因素,所以更容易達到長距離牽引物體如飛船的應用目標。 

「我是《星艦迷航記》的粉絲。急不可耐地想對比一下,看看我們實驗室所做的與科幻中的事情,及那些60年代所夢想的東西之間有什麼差異。」格里爾說:「結果發現《星艦迷航記》所想的事情會在2200年、2300年實現。」 

資料來源:美國紐約大學(New York University)

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矽光子技術主要應用

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Silicon photonics market forecast

BESIDES TECHNICAL CHALLENGES, AN IC-LIKE SUPPLY CHAIN IS BEING CONSOLIDATED

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隨著電子和電路在許多不同的系統和裝置中變得越來越普遍,從蜂巢式手機、平板電腦,以及甚至是電視和網際網路電纜而來的電磁輻射量日益增加,導致電磁污染問題越來越嚴重。Drexel University材料科學與工程系與韓國科學與技術研究院(KIST)的研究人員合作,發現MXene的薄塗層在EMI保護方面比銅或鋁的效果更好。

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Schematic of a transistor with a molybdenum disulfide channel and 1 nanometer carbon nanotube gate. (Credit: Sujay Desai/UC Berkeley)

採用二硫化鉬(molybdenum disulfide)通道與單奈米碳管閘極的1奈米電晶體
(來源:Sujay Desai/UC Berkeley, Lawrence Berkeley National Laboratory)

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20160922 fish NT01P1

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當今的磁感測器應用無所不在。他們可以用於測量車輪的旋轉速度,為汽車實現防鎖死系統;讀取固定磁碟上的資料,以及偵測金屬元件上的細微裂紋。各種可能的應用極其豐富,同時也需要個別的感測器設計,才能為所有的這類應用進行測量。

這種感測器由交變磁層與非磁層的微結構堆疊組成,每一層的厚度僅幾奈米(nm)。在外部磁場的影響下,這些堆疊的電阻值持續發生轉變。儘管巨磁阻效應徹底變了感測器,仍然留下了一個問題:感測器所在的磁場強度正從某種狀態切換至另一個固定值。

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