【生物视野】2022年十大国内科技新闻揭晓!

来源:仪征中学 时间:2023-01-03
 
12月25日,由科技日报社主办、部分两院院士和媒体人士共同评选出的2022年国内十大科技新闻揭晓。

入选的2022年国内十大科技新闻分别是:首次制成栅极长度最小的晶体管;二氧化碳“变”葡萄糖和脂肪酸;“中国天眼”发现首例持续活跃重复快速射电暴;第三艘航空母舰福建舰下水;稳态强磁场刷新世界纪录;首次发现月球新矿物“嫦娥石”;“夸父一号”开启太阳探测之旅;二十大报告专章部署教育科技人才;中国空间站历史性完成“合体”;云南培育出多年生水稻品种。

2022年,载入史册的科技成就,令人目不暇接。从无垠的太空到泥泞的稻田,广大科技工作者在一个个领域踏下深深足印,在自立自强的道路上勇毅前行。这一年,我们共同见证新时代中国科技事业的澎湃力量。芳华绽放,梦想生长,创新的力量托举起一个强盛的时代,创新的火炬照亮建设世界科技强国的征途。

01

首次制成

栅极长度最小晶体管

人类又向摩尔定律的极限发起挑战。这一次,中国人扮演了探索者的角色。
清华大学集成电路学院团队首次制备出亚1纳米栅极长度的晶体管,该晶体管具有良好的电学性能。相关成果在线发表在3月15日的《自然》杂志上。

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亚1纳米栅长晶体管结构示意图。图片来源:清华大学官网
过去几十年,晶体管的栅极尺寸不断微缩。随着尺寸进入纳米尺度,电子迁移率降低、静态功耗增大等效应越发严重。新结构和新材料的开发迫在眉睫。目前主流工业界晶体管的栅极尺寸在12纳米以上。为进一步突破1纳米以下栅长晶体管的瓶颈,清华大学团队巧妙利用石墨烯薄膜作为栅极,通过石墨烯侧向电场来控制垂直的二硫化钼(MoS2)沟道的开关,从而实现等效的物理栅长为0.34纳米。石墨烯单原子层厚度和优异的导电性能,终于被实验性地体现在芯片上。
纽约州立大学布法罗分校纳米电子学家李华民评价:这项新工作将栅极的尺寸极限进一步缩小到仅一层碳原子的厚度,在相当长的一段时间内,要打破这一纪录是非常困难的。
单层石墨烯厚度仅0.34纳米,本身是平面结构,这就要求沟道是垂直结构,这是一大难题。另外石墨烯除了侧壁能够栅控,其表面也能栅控,因此屏蔽石墨烯表面电场也是难点,中国团队使用自氧化铝层来完成这一点。
大家期待的二维薄膜的未来集成电路将会带来柔软、透明、高密度的芯片。如果使用新材料,就有机会实现全柔性的手机——其CPU、存储器都是软的,而且更加节能。

02

二氧化碳“变”葡萄糖和脂肪酸

除了“淀粉”,人工合成“粮食”又有新招。
4月28日,《自然·催化》以封面文章的形式发表了一项最新研究成果。我国科研人员通过电催化结合生物合成的方式,将二氧化碳和水高效合成高纯度乙酸,并进一步利用微生物合成葡萄糖和脂肪酸(油脂)。

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通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图。研究团队供图
葡萄糖和油脂是重要的粮食成分,通过催化过程将二氧化碳和水转化为葡萄糖或者油脂,长期以来只有靠农作物种植这一条路径。
此项研究中,科研人员首先将二氧化碳电解高效还原合成高纯度乙酸,然后用酿酒酵母对乙酸进行发酵。这个过程可以理解为,先将二氧化碳转化为酿酒酵母的“食物”——醋,然后酿酒酵母不断“吃醋”来合成葡萄糖和脂肪酸。
对此,中国科学院院士、中国化学会催化委员会主任李灿评价,该工作为人工和半人工合成“粮食”提供了新技术。
中国科学院院士、上海交通大学微生物代谢国家重点实验室主任邓子新认为,这项研究工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等粮食产物的新策略,为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例。
接下来,研究团队将进一步研究电催化与生物发酵这两个平台的适配性和兼容性。同时,未来如果要合成淀粉、制造色素、生产药物等,只需保持电催化设施不改变,更换发酵使用的微生物就能实现。

03

“中国天眼”发现首例

持续活跃重复快速射电暴

位于贵州的那口“大锅”,今年又“炖”出了不少“好菜”。
6月9日,《自然》杂志发表了一项快速射电暴方面的研究成果。在“中国天眼”(FAST)的加持下,中国科学院国家天文台等单位的研究人员发现了全球首例持续活跃的重复快速射电暴FRB 20190520B。这一发现对于更好理解快速射电暴这一宇宙神秘现象具有重要意义。

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“中国天眼”全景。新华社记者 欧东衢 摄
快速射电暴(FRB)是宇宙中最明亮的射电爆发现象,在一毫秒的时间内能释放出太阳大约一整年才能辐射出的能量。自2007年被发现以来,快速射电暴一直是天文学最前沿的研究方向之一,但其物理起源、辐射机制和周围环境等,至今尚不明晰。
2019年,研究人员在系统处理FAST“多科学目标同时巡天”(CRAFTS)数据时发现,5月20日的数据存在重复的高色散脉冲。他们很快确定该脉冲来自一个新的快速射电暴FRB 20190520B。
在后续观测中,研究人员发现FRB 20190520B并不像其他快速射电暴闪烁一次便神龙见首不见尾,而是持续活跃,一直在闪耀。
为找到这一快速射电暴的家,也就是其宿主星系,研究人员组织了多台国际设备天地协同观测,综合射电干涉阵列、光学、红外望远镜以及空间高能天文台的数据,成功将FRB 20190520B定位于一个距离我们30亿光年的贫金属的矮星系,确认近源区域拥有目前已知的最大电子密度,并发现了一颗与之对应的致密的持续射电源。
对此,快速射电暴领域创始人邓肯·洛里默评价说:“我认为快速射电暴可能有不同的分类。随着快速射电暴样本的持续增长,预计未来几年内,我们能够拨开快速射电暴神秘的面纱。”

04

第三艘航空母舰

福建舰下水

6月17日上午,一个新闻不胫而走,传遍了中国军迷圈——我国第三艘航空母舰当天在中国船舶集团有限公司江南造船厂举行了下水命名仪式。这是继辽宁舰、山东舰之后的福建舰,舷号“18”。

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福建舰下水命名仪式现场。新华社记者 李刚 摄
福建舰是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰,采用平直通长飞行甲板,配置电磁弹射和阻拦装置,满载排水量8万余吨,比上一代航母山东舰高了2万吨。美国《外交家》杂志编辑罗伯特·法利认为,福建舰将成为“有史以来在美国以外建造的最大、最先进的航空母舰”。
福建舰外观的一个明显改进是采用了平直通长飞行甲板。平直通长飞行甲板相比滑跃甲板有更多的空间用于停放舰载机,滑跃甲板因为上翘构型,只能在舰艏靠后位置停放数架歼-15战机。而福建舰停放战机的空间显著增加,舰载机可以一直排到甲板前端。
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