功率/性能位:3月31日

碲晶体管
来自普渡大学、圣路易斯华盛顿大学、达拉斯德克萨斯大学和密歇根理工大学的研究人员提出，稀土元素碲是一种稀土元素潜在的材料用于超小型晶体管。

碲被封装在氮化硼制成的纳米管中，有助于构建直径为两纳米的场效应晶体管。

“这种碲材料真的很独特。它构建了一个功能晶体管，有可能成为世界上最小的晶体管，”普渡大学电气和计算机工程教授叶培德(Peide Ye)说。

此前，该团队研究了碲，一种源自碲的二维材料。他们发现，用这种材料制成的晶体管可以携带更多的电流，从而提高效率。

研究人员首先培育了一维的碲原子链，并合成了裸露的碲纳米线进行比较。另一个团队模拟了碲的行为。

在透射电镜成像下，这些一维链中的原子会摆动。这种摆动是原子之间成对地强烈结合，形成类似dna的螺旋链，然后通过范德华相互作用堆叠形成碲晶体。

“硅原子看起来笔直，但这些碲原子就像蛇一样。这是一种非常新颖的结构。”

这些摆动的银线是碲中的原子串，表现得像DNA。研究人员还没有在任何其他材料中发现这种行为。(德克萨斯大学达拉斯分校/Qingxiao Wang和Moon Kim)

Ye指出，与其他材料相比，这些范德华相互作用将使碲成为单原子链或一维纳米线的更有效材料，因为它更容易放入纳米管中。

由于纳米管的开口不能比原子的大小小，所以碲螺旋原子可以实现更小的纳米线，从而实现更小的晶体管。

研究人员将碲纳米线封装在氮化硼纳米管中，制造了一个晶体管，由密歇根理工大学物理学教授Yoke Khin Yap的实验室提供。高质量的氮化硼纳米管能有效地绝缘碲，使制造晶体管成为可能。

美国陆军研究办公室(U.S. Army research Office)的项目经理乔·丘(Joe Qiu)说:“这项研究揭示了一种有前途的材料，它可以利用这些微型晶体管以极低的功耗实现更快的计算。”美国陆军研究办公室资助了这项工作。

组合优化处理器
东京工业大学、日立北海道大学实验室和东京大学的研究人员设计了一种处理器架构来解决这个问题组合优化问题。

“旅行推销员”可能是最著名的组合优化问题——一个推销员如何在尽可能短的距离内在多个城市之间移动。但同样的技术也适用于任何变量数量多的领域，比如金融交易、机器学习和药物发现。

研究人员的处理器架构是专门为解决以Ising模型形式表示的组合优化问题而设计的。Ising模型最初用于描述磁性材料中原子的磁态(自旋)。然而，这个模型可以用作解决组合优化问题的抽象，因为自旋的演化趋向于达到所谓的最低能量状态，反映了优化算法如何搜索最佳解决方案。事实上，自旋处于最低能态的状态可以直接映射到组合优化问题的解。

据研究人员介绍，这个被称为STATICA的处理器架构与现有的计算Ising模型的处理器(称为退火器)有本质上的不同。大多数报道的退火器的一个局限性是它们只考虑相邻粒子之间的自旋相互作用。这允许更快的计算，但限制了它们可能的应用。相比之下，STATICA是完全连接的，所有自旋到自旋的相互作用都被考虑在内。虽然STATICA的处理速度低于同类退火器，但其计算方案采用并行更新。

据研究人员称，在大多数退火器中，自旋的演化(更新)是迭代计算的。这个过程本质上是连续的，这意味着自旋切换是一个接一个地计算的，因为一个自旋的切换会影响同一迭代中的所有其他自旋。在STATICA中，更新过程使用所谓的随机细胞自动机并行执行。与使用自旋本身计算自旋状态不同，STATICA创建自旋的副本，并使用自旋到副本的交互，从而允许并行计算。这节省了大量的时间，因为所需的步骤减少了。

北海道大学客座教授Masato Motomura说:“我们已经证明了传统方法和STATICA在某些条件下得出了相同的解，但STATICA只需要少N倍的步骤，其中N是模型中的自旋数。”研究小组还实施了一种叫做delta驱动自旋更新的方法。因为在计算下一个迭代时，只有在前一个迭代中改变的自旋是重要的，所以选择器电路只涉及在每次迭代中翻转的自旋。

研究人员认为，与其他退火器相比，STATICA提供了更低的功耗、更高的处理速度和更好的精度。

更安全的钙钛矿太阳能
北伊利诺伊大学和国家可再生能源实验室的研究人员发现了一种制造钙钛矿太阳能电池的方法危害较小对环境和人类健康

钙钛矿太阳能技术因其低成本和高效率而前景广阔，但许多性能最好的太阳能产品都含有水溶性铅。铅是一种对人类发展特别有害的毒素，铅对地下水的污染是钙钛矿太阳能电池板大规模部署的主要问题。

研究人员开发了一种技术，可以隔离用于制造钙钛矿太阳能电池的铅，并通过在太阳能电池的前后应用铅吸收膜来最大限度地减少潜在的毒性泄漏。

“铅毒性问题一直是钙钛矿太阳能电池领域最令人烦恼的最后一英里挑战之一，”NIU化学教授徐涛说。“我们认为我们有一个非常有希望的解决这个问题的方法，它可能会改变游戏规则。在电池损坏的情况下，我们的设备会捕获绝大多数的铅，防止它渗入地下水和土壤。我们使用的薄膜不溶于水。”

在太阳能电池前面的导电玻璃上涂上一层透明的吸铅膜。该隔离膜含有强铅结合膦酸基团，但不妨碍细胞捕获光。在不需要透明度的背金属电极上使用一种与铅螯合剂混合的较便宜的聚合物薄膜。

科学家们说，在实验室环境中，在太阳能电池严重损坏的情况下，铅吸收膜隔离了96%的铅泄漏。他们的实验进一步表明，铅吸收层不会对电池性能或长期运行稳定性产生负面影响。

据Xu说，新开发的“设备上隔离方法”可以很容易地与当前的钙钛矿太阳能电池配置相结合。

“这些材料都是现成的，但它们从来没有被用于这个目的，”徐说。“光必须进入电池才能被钙钛矿层吸收，而正面的薄膜实际上是一种抗反射剂，只提高了一点透明度。”

测试铅泄漏的方法包括:在将电池浸入水中之前，将2.5 × 2.5厘米的电池正面玻璃锤击碎，用剃须刀片刮伤电池背面。这些薄膜可以吸收由于进水而严重受损的细胞中的绝大多数铅。

NREL的高级科学家Kai Zhu说:“值得注意的是，所演示的铅封存方法也适用于其他基于钙钛矿的技术，如固态照明、显示和传感器应用。”