中國鐵電材料研究獲重大突破，為下一代人工智慧器件奠定了全新物理基礎！中科院物理研究所的最新成果，揭開了螢石結構氧化鋯中原子級“一維帶電疇壁”的神秘面紗，論文登上了最新一期Science。團隊通過原子級成像證實，這些疇壁的寬度和厚度僅為一個晶胞大小，被限制在二維極性層內部，達到了物理尺寸的極限。該發現揭示了氧離子“自我平衡”的電荷遮蔽機制，不僅突破了傳統二維疇壁的儲存密度瓶頸，還發現了這種一維結構具備獨特的“極化-離子”耦合傳輸特性。這種特性的揭示，為建構高能效的類腦計算晶片與人工智慧器件開闢了全新的物理路徑。突破鐵電材料儲存密度極限在瞭解這項成果之前，首先瞭解一下什麼是鐵電材料。鐵電材料是指一類具有自發極化，且極化方向可由外電場翻轉的晶體材料。如果用更通俗的語言來描述，可以將鐵電材料想像成內部充滿了微小的“電學指南針”，它們並不指向地理的南北，而是指示著正負電荷分離的方向。為了維持能量最低的穩定狀態，這些“指南針”通常會成群結隊地指向同一方向，形成鐵電疇（Domain）。如果將鐵電材料比作一個魔方，那麼顏色相同的小方塊區域就是鐵電疇，而分隔不同顏色區域的介面則是疇壁。在經典的凝聚態物理理論中，正如房間的隔斷牆一樣，疇壁一直被定義為一種二維的面狀拓撲缺陷。然而，中國科學院物理研究所的研究團隊在螢石結構氧化鋯（ZrO2）中打破了這一固有認知。他們發現，受限於該材料特殊的亞晶胞層狀結構，這堵原本寬闊的二維“牆”被限制在極性層內部，物理壓縮成了原子級尺度的一維“線”。而且這些一維結構並非普通的“牆”，而是特殊的“頭對頭”（Head-to-Head）和“尾對尾”（Tail-to-Tail）帶電疇壁。所謂“頭對頭”，是指兩側的極化方向像兩列火車迎面相撞一樣匯聚；而“尾對尾”則恰好相反。在傳統認知中，這類結構因為局部聚集了大量電荷，能量極高且極不穩定，很難自然存在。但在氧化鋯中，它們卻被穩穩地壓縮在厚2.55Å（10^-10m）、寬2.7Å的空間內，在物理尺寸上已觸及單個晶胞的極限。這相當於將宏觀的牆壁極限壓縮成了一根只有頭髮絲數十萬分之一粗細的奈米線。並且，這種極度受限的一維結構並非靜止的缺陷，而是具有高度活性的功能單元。電子束誘導實驗證實，在電場驅動下，這些一維疇壁可以像滑塊一樣在晶格中獨立移動。更關鍵的是，這種移動表現為極化-離子的強耦合效應，也就是說，疇壁的位移會伴隨著氧離子的遷移。這種機制使得該材料變身為一條高效的“離子傳輸高速公路”，其室溫下的氧離子電導率甚至優於釔穩定氧化鋯（YSZ）等傳統固體電解質。這一特性為突破算力瓶頸帶來了巨大的想像空間。利用這種原子級的一維疇壁進行資料儲存，其理論密度可達每平方釐米20TB，相當於在一張郵票大小的裝置中儲存1萬部高畫質電影。這種極高的儲存密度，結合其獨特的離子傳輸特性，契合了類腦計算對高能效、多級儲存及突觸行為模擬的需求，為未來人工智慧硬體的物理實現提供了全新的賽道。亞埃級成像揭示穩定存在背後奧秘然而，要將這條“離子高速公路”真正鋪設開來，必須先解決一個橫亙在經典物理學面前的難題——從理論角度來看，這種一維帶電疇壁屬於極高能的靜電不穩定結構，巨大的去極化場本應導致其瞬間解體，根本無法維持穩定。為瞭解開這個“不可能存在”的謎題，研究團隊深入原子世界進行了探究。為此，團隊首先製備了厚度僅為5奈米的懸空薄膜，利用目前最先進的多層電子疊層成像技術（MEP）進行觀測。這項技術突破了傳統透射電鏡難以對氧等輕元素進行高襯度成像的物理瓶頸，將空間解析度提升到了約28皮（10^-12米）。這種亞埃級的成像能力使得研究人員不僅能夠清晰分辨晶格中的氧原子柱，甚至可以通過強度分析定量計算出每個原子柱中的氧含量。通過這種極限尺度的定量表徵，團隊終於揭示了讓一維疇壁“起死回生”的微觀機理，即晶格內部自發的非化學計量比電荷補償機制。簡單來說，這些高能疇壁並非獨自對抗靜電斥力，而是通過在局部引入高濃度的點缺陷作為“電荷膠水”來維持結構平衡。具體而言，在帶正電的“頭對頭”極化交界處，晶格容納了大量過量的間隙氧離子（Interstitial Oxygen）。以實驗觀測到的典型區域（CDW2）為例，每個亞晶胞中額外“擠”入的氧原子數量達到了0.771個。這意味晶格強行將過量的帶負電氧離子“塞”進了原本狹小的間隙中，利用這些額外的負電荷精準中和了疇壁聚集的正束縛電荷。反之，在帶負電的“尾對尾”交界處，晶格則表現為氧空位（Oxygen Vacancies）的聚集。資料表明該區域的氧訊號強度顯著降低，每個亞晶胞中的氧空位數量高達0.8個左右（如CDW1區域為0.851個） 。這說明晶格主動“剔除”了部分氧原子，留下了大量帶正電的空位缺陷，這些正電中心有效地遮蔽了疇壁的負束縛電荷，從而大幅降低了體系的靜電能。這種原子層面的“多退少補”機制極其精準，在僅僅幾個埃米的範圍內，氧離子的佔據率發生了劇烈的突變。正是這種高濃度的缺陷聚集，不僅遮蔽了極化產生的束縛電荷，使一維結構得以穩定存在，同時也解釋了為何該材料能成為優異的離子導體——因為那些為了維持平衡而大量富集的間隙氧和氧空位，恰恰就是可以在晶格中自由流動的電荷載體，它們將原本阻礙傳導的“牆”，徹底改造為了離子高速流通的“管”。作者簡介這項研究由北京凝聚態物理國家研究中心主導，有兩名共同一作，包括中科院物理所出站博士後、魯東大學副教授鐘海，以及中科院物理所博士生王詩雨。通訊作者則由金奎娟院士、葛琛研究員和張慶華副研究員共同擔任。金奎娟院士1995年在中國科學院物理所獲理學博士學位，師從楊國楨院士，1995年留所工作，隨後分別在美國橡樹嶺國家實驗室和田納西大學、瑞典LUND大學作從事博士後研究，2003年回所工作，2023年當選為中國科學院數理學部院士。葛琛2007年於山東大學物理學院獲得學士學位，2012年中國科學院物理研究所師從楊國楨院士和金奎娟院士碩博連讀畢業，同年留在物理所光物理實驗室任助理研究員，2018年起任博士生導師，2022年晉陞為研究員。張慶華2013年於中科院物理研究所獲得博士學位，2014-2017年在清華大學材料學院開展博士後研究，2017年5月加入中科院物理研究所，任副研究員、博士生導師。另外，還有北京凝聚態物理國家研究中心的更多人員，以及來自清華大學的研究人員也參與了該項研究。(量子位)

近日，中科院物理所黃學傑團隊聯合多所機構，開發出陰離子調控技術，解決了全固態金屬鋰電池電解質和電極緊密接觸難題，相關成果發表於《自然-可持續發展》期刊。該技術引入碘離子形成富碘介面，讓電極和電解質緊密貼合。目前，固態電池仍需跨越多重“工程化量產”的鴻溝，對產業鏈而言既是挑戰，更是機遇。繼上個月清華大學張強團隊在《自然》雜誌發表關於固態電池領域的研究進展後，國內固態電池研究又取得新突破。近日，中國科學院物理研究所黃學傑團隊聯合華中科技大學、中國科學院寧波材料技術與工程研究所等組成的研究團隊開發出一種陰離子調控技術，解決了全固態金屬鋰電池中電解質和鋰電極之間難以緊密接觸的難題，為其走向實用化提供了關鍵技術支撐。據瞭解，相關研究成果已於10月7日發表在國際學術期刊《自然-可持續發展》上。固固介面問題一直是全固態電池兩大難以攻克的問題之一。專注於新能源鋰電領域的投研平台真鋰研究認為，這一成果為全固態金屬鋰電池走向實用化提供了關鍵技術支撐。解決全固態電池金屬鋰介面問題在行業內，上述研究成果引發高度關注。不少電池企業高管都在朋友圈轉發了中國科學院物理研究所官網文章，並向黃學傑表示祝賀。黃學傑是中國科學院物理研究所研究員、博士生導師，也是中國最早研究固態電池技術路線的學者之一陳立泉的學生。黃學傑曾在9月向《每日經濟新聞》記者提到固態電池“固-固介面”施加壓力的問題。對於最新的研究成果，記者也多次致電黃學傑並行去採訪提綱，暫未獲得有效回覆。固態電池中，最核心的當屬固態電解質和負極材料。固態電解質很大程度上可以解決安全性問題，負極材料則能大幅提升能量密度。頭豹研究院工業行業分析師文上告訴《每日經濟新聞》記者，與傳統的液態鋰電池相比，固態電池在固態電解質、負極材料及正極復合結構這三個方面均存在革新。其中，固態電解質的更換是核心，其材料體系、製備工藝和性能突破均與液態電池形成根本性差異，直接引發負極材料和正極與電解質介面結構的連鎖變革。與此同時，負極材料尤其是矽碳負極和鋰金屬負極的應用推動了能量密度的躍升。相比之下，正極材料雖有迭代（如錳系、硫系材料的引入），但整體仍以改良現有體係為主，變化幅度相對較小。目前，主流負極材料為石墨負極，當下正在走向矽碳負極。而能量密度超高的鋰金屬負極，則是終極目標。不過，固態電解質與金屬鋰電極的介面接觸問題一直是制約其產業化的難題。傳統做法依靠笨重的外部裝置持續施壓，但鋰電極和電解質之間仍然存在大量微小孔隙和裂縫。這不僅會縮短電池壽命，還可能帶來安全隱患。為破解這一困境，中國科學院研究團隊在電解質中引入碘離子。在電池工作時，這些碘離子會在電場作用下移動至電極介面，形成一層富碘介面。這層介面能夠主動吸引鋰離子，自動填充所有的縫隙和孔洞，讓電極和電解質始終保持緊密貼合。一位業內人士表示，上述革新是在電解質中“預置可遷移陰離子”，利用充放電電場把它們定向遷移到Li（鋰）介面，原位長出自適應Li-rich（富鋰）介面，且在低壓、零外壓環境下也能長期貼合與自修復。突破：解決硫化物固-固介面工程化難題固態電池改採用的固態電解質，目前可分為硫化物、氧化物、聚合物和鹵化物四大路線。硫化物由於離子電導率接近液態電解質，成為全固態電池主流路線。不過，固-固介面卻是阻礙其產業化的一座大山。此次黃學傑團隊的研究成果，為硫化物電解質解決固-固介面問題提供瞭解法。10月11日下午，《每日經濟新聞》記者來到天齊鋰業創新實驗研究院，見到了天齊鋰業創新實驗研究院院長劉楊。天齊鋰業創新實驗研究院位於四川省眉山市，該實驗室以下一代高性能鋰電池新型鋰材料研究為核心，同時開展礦產資源綜合利用、新型提鋰技術、電池回收等方向的研究。天齊鋰業創新實驗研究院 每經記者 胥帥 攝“我注意到了（固態電池論文）研發成果。他們在材料中加入了碘離子，以提高鋰離子的導電率，從而解決了固態電池工程化的一個關鍵問題。這對我們佈局固態電池和相關原材料、功能性材料是一個積極的消息。”劉楊向《每日經濟新聞》記者表示，論文提到解決固態電池“固-固介面動態接觸問題”，這是推進工程化應用的全球共性挑戰。全固態金屬鋰電池“製造”和“運行”分別要經歷“高”和“低”兩種壓力，在高壓力下金屬鋰發生蠕變易引發電池短路，而低壓力下固-固介面又會接觸不良，金屬鋰負極本身具有體積效應，循環中介面劣化問題嚴重。在此情況下，把握固態電池壓力的“火候”就十分重要。在劉楊看來，這篇論文證實即使給予固態電池輕微壓力，也能滿足應用需求。這避免了實驗室條件下對極端條件的依賴。與科研成果一樣，企業其實也注意到碘離子的變數。“時間大概是在去年初，我們通過多個路徑去研究固態電池的相關材料，其中就對含碘元素鋰鹽進行相關調研和立項研發。”劉楊說，公司通過文獻研究、自主研發以及行業交流等途徑，持續更新最新技術資訊，對未來電池技術發展趨勢進行前沿佈局。固態電池材料研究的目的關鍵還是要找到同時具備成本優勢和功能優勢的元素組合。儘管含碘材料並不貴，但難度在於高純度含碘鋰鹽的製備過程及規模化。“結合現在最新科研成果，我們也會去思考這一路線的可行性、拓展性及工程化。”《每日經濟新聞》記者注意到，相比碘離子“加入”的難度，劉楊認為硫化鋰的難度係數要更高。“硫化鋰的生產路徑理論上有很多種，但是實際生產當中各有利弊。”劉楊說，硫化鋰製成方法包括爆炸反應、碳熱還原法等，但弊端在於部分工藝會涉及高溫高壓且硫化鋰吸水易產生硫化氫氣體。這意味著固態電解質製作工藝上的處理難度較大，需要專門的密閉空間以防止與水分子接觸，“這限制了大規模生產，理想情況下，我們需要研發一種對環境穩態、介面穩態、高離子導電率、且具備量產化工藝途徑的固態電解質材料。”劉楊告訴記者，解決方法之一是“漿態還原法”新技術，希望通過開拓中低溫合成條件下硫化鋰合成反應的可行性，這樣能有利於連續化生產。硫化鋰樣品 圖片來源：天齊鋰業固態電池產業鏈機會在那裡？值得注意的是，當下固態電池並未實現量產，尚沒有進入規模降本階段，因此如果用固態電池替代同等容量的液態電池，可能會導致整車價格大幅提高。在無人機、機器人等領域，固態電池具有廣闊的應用前景，尤其在需要高能量密度、輕量化以及低溫性能良好的場景中，固態電池優勢明顯，這也會慢慢打開固態電池的需求，進而帶動規模化生產。關於固態電池產業鏈，文上對每經記者表示，總體來看，固態電池產業鏈上游材料裝置形成了國內廠商主導量產、國外廠商把控核心技術的競爭格局。裝置呈現中後端強、前端弱的特點。粉碎混合、乾燥燒結、成型塗布等中後端裝置國產化率較高，已實現規模化替代；而超高純原料合成、介面修飾、高剪下分散、高端檢測等前端裝置仍高度依賴進口。預計未來5年至10年，隨著國內企業在ALD（原子層沉積）核心部件、磁控濺射靶材、高剪下分散機等領域取得的技術突破，固態電池裝置國產化率有望提升，推動全產業鏈自主可控處理程序。具體來看，硫化物電解質裝置中，國內廠商包括先導智能、贏合科技、曼恩斯特、江蘇龍鑫智能等；國外廠商包括日本住友重工、德國Manz AG等。除了關鍵材料固態電解質外，負極材料則是提升能量密度的關鍵。在矽碳負極裝置方面，文上告訴記者，CVD（化學氣相沉積）與預鋰化是技術制高點，產品依賴進口，國內廠商正在快速替代，涉及裝置包括奈米矽製備裝置、預鋰化裝置。在該領域裝置中，國內廠商包括紐姆特、北方華創、中微公司等；國外廠商包括美國應用材料、日本東京電子等。硫化鋰路線之外，中國固態電池氧化物、聚合物路線的規模生產也有好消息。10月3日，據“北京房山”官方消息，北京市“3個100”重點工程中的標竿項目——北京衛藍高性能固態鋰離子電池量產建設項目，已於近日實現鋼結構主體封頂，標誌著項目建設取得關鍵性進展。北京衛藍董事長俞會根告訴記者，他也注意到上述論文，論文中提到的固態電池需要有可移動的碘離子（鹵離子），目前嘗試是含碘的硫化物固態電解質。對於氧化物和聚合物路線，主要通過復合原位固化全固態應對“固-固介面接觸問題”，不需要解決壓力，但仍然要做一些最佳化工作。他強調，全固態電池仍然面臨工程化量產的挑戰。此次中國科學院黃學傑團隊在硫化物電解質固-固介面難題上的突破，無疑為全固態電池的實用化處理程序注入了一劑強心針。然而，從實驗室的“關鍵技術支撐”到真正規模化、低成本的商業應用，固態電池仍需跨越材料製備、工藝最佳化以及成本控制等多重“工程化量產”的鴻溝。對於產業鏈而言，這既是挑戰，更是機遇。 (每經頭條)

近日，中國迎來了首顆500+位元超導量子運算晶片，這項里程碑式的成果標誌著中國在量子運算領域取得了重大突破。 這顆名為「驍鴻」的超導量子運算晶片，由中國科學院量子資訊與量子科技創新研究院精心研發並成功交付給國盾量子。這款晶片在整合超過500位元的同時，量子位元的壽命、閘保真度、閘深度、讀取保真度等關鍵指標，可望達到IBM等國際主流量子運算雲端平台的晶片效能，可以充分滿足千比特測控系統驗證的需求。 「驍鴻」晶片的問世，對於推動大規模量子運算測控系統的發展具有重要意義。它將被用於驗證國盾量子自主研製的千比特測控系統，該系統的整合度較上一代產品提升了10倍以上，核心元件使用國產化設計，既提高了操控精度，又大幅降低了成本。這項系統的成功驗證，無疑將為中國在量子運算領域的進一步發展奠定堅實基礎。 值得注意的是，「驍鴻」晶片的研發並非易事。超導量子運算晶片的研發需要克服許多技術難題，包括如何讓量子位元的品質和數量同步提升，從而真正提升晶片的性能。

2023年新冠病毒感染（COVID-19）平穩有序轉段，中國經濟逐漸恢復，但也遇到了一些困難和挑戰，經濟總體態勢呈現為波浪式和曲折式前進。在2022年基數比較低的情況下，2023年第2、3季年增率未達到COVID-19後經濟快速成長的預期，經濟下行壓力增加。 展望2024年，世界經濟正處於深度調整中，復甦動力不足，中國經濟發展仍將存在不確定性。本文深入研究了中國經濟的中長期趨勢，並分析了2023年的經濟成長。在此基礎上，文章對2024年的經濟成長進行了細緻的分析與預測，旨在為現階段的經濟發展提供定量參考。 2023年疫情後國民經濟維持恢復態勢，中國經濟朝積極的方向復甦。但經濟恢復存在一定波動，預測2024年中國經濟將穩定較快成長。文章綜合運用了投入產出技術、景氣分析、專家分析、統計和計量經濟模型來預測國內生產毛額（GDP）。透過回顧2023年中國的經濟運行狀況，並考慮到當下國內外的形勢，預測顯示2024年中國經濟可望保持平穩運行，增速達到5.3%左右；基於對當前經濟狀況的分析，本文提出如下建議：加強宏觀政策跨週期和逆週期調節力度；提升產業鏈現代化水平，提高產業鏈韌性與競爭力；穩定支持中小企業的發展。 1 中國經濟中長期走勢預測

根據《日本經濟新聞》12月8日報道，匯集最多傑出科學家的研究機構是哪一家？科睿唯安公司最新調查結果顯示，中科院超過美國哈佛大學，居於榜首。乘著經濟發展和科技投資增加的東風，中國大陸在全球所佔份額擴大至近兩成。 報道稱，以論文被引用次數為依據，科睿唯安對高品質研究成果進行了調查。這是因為越優秀的成果越容易受到其他科學家關注，從而作為先行研究被其他論文引用。 高被引科學家名單自2014年開始發布。這些科學家發表的論文在相關學科領域中被引頻次排名前1%。 報告稱，2023年度的高被引科學家名單在11月出爐，入選科學家來自全球67個國家和地區的研究機構。