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科学仪器助力2016“中国高等学校十大科技进展”

导读: 近日,教育部公布了2016年度“中国高等学校十大科技进展”入选项目介绍。当中,还出现了质谱、冷冻电镜等科学仪器的身影。

近日,教育部公布了2016年度“中国高等学校十大科技进展”入选项目介绍。当中,还出现了质谱、冷冻电镜等科学仪器的身影。

科学仪器助力2016“中国高等学校十大科技进展”

一、世界首例真实稳定可控的单分子电子开关器件

利用单分子构建电子器件对突破目前半导体器件微小化发展的瓶颈意义重大。实现可控的单分子电子开关功能是验证分子能否作为核心组件应用到电子器件中的关键。自上个世纪70年代以来,设计构筑稳定可控的单分子器件,探索其与微电子工艺的兼容性,并获得真正意义上的分子电子开关,在当代纳米电子学研究中具有重大的科学意义。

郭雪峰团队围绕单分子光电子学领域开展了长达9年的潜心钻研和持续攻关。他们原创性地发展了以石墨烯为电极、通过共价键连接的稳定单分子器件的关键制备方法,解决了单分子器件制备难、稳定性差的难题。在此基础上,通过功能导向的分子工程学成功地克服了二芳烯分子与石墨烯电极间强耦合作用的核心挑战性问题,从而突破性地构建了一类全可逆的光诱导和电场诱导的双模式单分子光电子器件。这项研究工作使得在中国诞生了世界首例真实稳定可控的单分子电子开关器件。这也是几十年来我国在分子电子学领域的科学研究第一次发表在《Science》杂志上。

论文于2016年6月17日发表在《Science》上,申请了发明专利。这项研究证明功能分子可以作为核心组件来构建电子回路,为将功能分子应用到实用电子器件中迈出了关键的一步。《Science》同期配发了长篇正面评述,得到了国内外同行的广泛认可和各种媒体的亮点报道。

二、发现原子核手征对称性和空间反射对称性的联立自发破缺

对称性及其破缺是基本的科学问题。手征对称性(又称手性)在自然界中广泛存在,如左右手、海螺壳、某些化学和药物分子等都有手性。原子核层次的手征对称性由孟杰及其合作者于1997年预言,后来得到证实,引起广泛关注。探索原子核的手征对称性,可以获得原子核形状及其运动模式等信息,具有重要的科学意义。

北京大学孟杰教授领导的研究团队长期致力于原子核手征对称性研究且持续取得进展:2006年预言原子核的多重手征对称性,激发国际相关研究,推动实验验证并得到证实;2011年发现手性原子核Br-80,将原子核手征对称性研究扩展到新的核区。2016年,通过重离子熔合蒸发反应,利用在束伽玛符合、带电粒子符合、线性极化等实验测量手段,在原子核Br-78中发现了宇称相反的两对手征双重带,以及表征它们之间八极关联的电偶极跃迁,给出了手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的证据。

研究结果于2016年3月发表在《物理评论快报》,并被遴选为封面文章。这是核物理领域,中国学者在该刊发表的首篇封面文章。该工作发现了目前最轻的手性原子核Br-78,以及手征对称性和空间反射对称性联立自发破缺的证据,深化了对原子核复杂结构及其表现形式的认识。

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