更小、更便宜的集成光子学;无钴电池。
更小更便宜的集成光子学
来自加州大学圣巴巴拉分校、加州理工学院(Caltech)和洛桑综合理工学院Fédérale (EPFL)的研究人员开发了一种方法集成光学频率梳在一个硅光子芯片。
光学频率梳是等距激光频率的集合(之所以这样叫，是因为在绘制时，频率类似于梳子)。它们与集成激光器一起使用，该激光器一次只能产生一个频率。
以前产生梳需要笨重而昂贵的设备，但现在可以使用最近出现的基于微谐振器的孤子频率梳进行管理，这是建立在CMOS光子芯片上的小型化频率梳源。利用这种“集成光子学”方法，该团队开发了世界上最小的梳状发电机。
该系统由一个商用反馈激光器和一个氮化硅光子芯片组成。加州大学圣巴巴拉分校纳米技术系主任、能源效率研究所所长约翰·鲍尔斯说:“我们拥有的是一个光源，用一个激光器和一个芯片就能产生所有这些颜色。”“这就是这件事的意义所在。”
整个装置装在一个比火柴盒还小的包里，与以前的系统相比，整体价格和功耗更低。它也更容易操作:以前，产生一个相干孤子梳需要合适的频率和功率，而且仍然没有得到保证。加州理工学院应用物理学和信息科学与技术教授Kerry Vahala说:“这种新方法使整个过程就像打开房间的灯一样简单。”
在该团队的设计中，当泵浦激光器和谐振腔集成时，它们的相互作用形成了一个高度耦合的系统，该系统是自注入锁定的，同时产生“孤子”——在谐振腔内无限循环的脉冲，并产生光学频率梳。
EPFL物理学教授、实验室、光子学和量子测量(LPQM)负责人Tobias J. Kippenberg补充说:“该结果的显著之处是完全的光子集成和可重复性，可以根据需要生成频率梳。”
除了用于通信的多色光源，研究人员还将光学时钟视为该技术的一种应用。
鲍尔斯说:“光学时钟过去又大、又重、又贵。“世界上只有几个。通过集成光子学，我们可以制造出可以放进手表里的东西，而且你可以负担得起。”
DARPA项目经理Gordon Keeler说:“低噪声集成光学微梳将使新一代光学时钟、通信和传感器成为可能。”“我们应该会看到这种方法带来更紧凑、更灵敏的GPS接收机。”
无钴电池
德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员开发了一种锂离子电池阴极不使用钴这是目前电池的一种昂贵部件。
大多数锂离子电池的阴极使用金属离子的组合，如镍锰钴(NMC)或镍钴铝(NCA)。阴极大约占整个电池材料成本的一半，其中钴是最昂贵的元素。它的价格约为每吨28,500美元，比镍、锰和铝加起来还要贵，在大多数锂离子电池正极材料中占10%至30%。
德克萨斯大学奥斯汀分校沃克机械工程系教授、德克萨斯材料研究所所长Arumugam Manthiram说:“钴是电池阴极中储量最少、价格最贵的成分。”“我们正在彻底消除它。”
阴极由89%的镍取代钴。锰和铝是其他关键元素。更多的镍意味着电池的能量密度增加，但在过去，这意味着更短的循环寿命，导致电池更快地失去容量。
消除钴通常会降低电池的动力学响应，并导致较低的速率能力，或阴极充电或放电的速度。然而，研究人员表示，通过找到金属的最佳组合并确保离子的均匀分布，他们已经克服了循环寿命短和速率能力差的问题。
在合成过程中，研究人员能够确保各种金属离子在阴极的晶体结构中均匀分布。Manthiram说，当这些离子聚集在一起时，性能就会下降，这个问题一直困扰着以前的无钴高能电池。通过保持离子均匀分布，研究人员能够避免性能损失。
“我们的目标是在保持性能和安全性的同时，只使用储量丰富、价格低廉的金属来替代钴，”德克萨斯大学奥斯汀分校的博士研究生旺达·李(Wangda Li)说，“并利用可以立即扩展的工业合成工艺。”
研究人员已经获得了美国能源部的资助，他们成立了一家名为TexPower的初创公司，将这项技术推向市场。
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