去年，全世界每天消耗近 9700 万桶石油。如果我告诉你，那些油井里还有更多的桶呢？在岩石深处，油藏中 60% 甚至更多的石油仍被困在毛细管中，毛细管有时只有几十到几百纳米宽（相比之下：DNA 是 2.5 纳米宽）。正是由于砂岩和页岩的多孔性，石油才能沉淀到沉积岩中。但是直到现在，真正了解如何从这些毛细血管中取出油是不可能的。 我在里约热内卢的工业技术和科学团队在科学报告上发表了一项研究 ，吸附能作为纳米尺度润湿性的度量，解释了液体油分子的性质在与固体接触时如何以完全不同和意想不到的方式在纳米尺度上表现出来。业界对如何提取石油的所有了解，例如计算提取所需的能量，结果在纳米尺度上都是不同的。

碳纳米管 (CNT) 对半导体行业很有吸引力，因为与仅 1 纳米厚度的硅相比，它们是优越的电导体。那么为什么我们没有在从大型机到移动设备的所有设备中使用 CNT 芯片呢？晶体管的可扩展性和大规模集成仍然是很大的挑战。但是我和我的同事最近在Science上发表了两篇论文 和自然纳米技术 在这两个对 CNT 芯片现实至关重要的领域显示出有希望的突破。 足迹成就提示纳米级 第一：缩放。我们知道 3D FinFET 硅芯片可能会在 7 纳米达到其功率和性能极限。虽然最近发布的 5nm 硅纳米片晶体管在下一个节点上提升了规模、功率和性能，但我们也知道它的局限性。 一个晶体管不仅仅是它的门。源极、漏极

纳米技术是一个术语，适用于从服装和汽车涂料到运动器材和电子产品的各个领域。归根结底，这都是指一个尺寸，纳米（nm），以及人类理解、控制和操纵发生在这个维度上的独特现象的能力。从角度来看，一张纸大约有 100,000 纳米厚。 （点击查看交互式 IBM 纳米技术时间表） 在 IBM 研究院，以及在一些项目中，在政府资助的支持下，科学家们正在探索纳米级，以提高电子设备的功率密度和能源效率，包括从手机到物联网传感器再到巨型云数据中心的所有设备。 图1 :这种纳米钥匙形器件可以像手在锁上一样旋转 0 到 360 度，可以作为开关来开启和关闭隧道场效应晶体管的电流。 IBM 苏黎世实验室的科学家

Gerber 和 Binnig 反思了 AFM 的发明。 上周，IBM 的苏黎世实验室参加了两个非常特别的活动。 作为围绕 Kavli 奖正式活动的后续行动，Kavli 基金会和挪威科学与文学学院已经开始了一系列以获奖者为主题的座谈会，不仅是为了表彰他们在更多方面的成就公共环境，但也激励年轻人和学生投身科学事业。 上周，Kavli 和挪威学院与 IBM 的苏黎世研究实验室合作，与三位 2016 年 Kavli 纳米科学奖获得者中的两位：Gerd Binnig 和 Christoph Gerber 组织了一次这样的研讨会。去年，两位退休的 IBM 科学家和 Calvin Quate 因发明和

国家发明家日是纪念发明家及其天才的日子。在苏黎世的 IBM 研究实验室，发明家的名单很长，但我们能够赶上你们新任命的发明大师之一 Lukas Czornomaz，他谈到了他的职业生涯以及一路上授予的一些专利. Lukas Czornomaz和 Veeresh Deshpande 获得 IEEE 2016 VLSI 技术研讨会最佳学生论文奖 Lukas Czornomaz，专注于半导体技术，是高级 CMOS、光子学和射频/毫米波领域的各种研究和工业项目的项目负责人，用于物联网背景下的应用。 他最近获得了 IEEE 2016 VLSI 技术研讨会的最佳学生论文奖以及 2017 年化合物半导

在过去的几十年里，在刚性硅晶片上制造的晶体管的积极扩展稳步提高了个人电子产品和超级计算机的性能。对于实时分析和物联网 (IoT) 等新兴应用，需要在灵活或非常规基板上制造的高性能逻辑电路和传感器，以实现真正的边缘计算。这些是生长领域的几个例子，在这些领域，碳纳米管 (CNT) 等柔性纳米材料可以提供许多优于刚性硅的吸引人的优势，例如低成本、低功耗、大面积制造甚至卷对卷生产。尽管碳纳米管因其高迁移率而被广泛认为是柔性电子产品的优良候选物，但与构建在刚性基板（如硅晶片）上的柔性碳纳米管薄膜晶体管（TFT）相比，它们的实际应用受到了限制。或玻璃）。例如，柔性 CNT 集成电路通常表现出低速运行，逻辑

30 年后，在 9,000 次引用后，原​​子力显微镜 (AFM) 的发明者今天获得了 Kavli 纳米科学奖。 格德宾尼格和 1990 年代的克里斯托夫·格伯。 该奖项由 Gerd Binnig、Christoph Gerber 和 Calvin Quate 共享。 Binnig 和 Gerber 之前在 IBM Research – Zurich 工作，他们在休假期间与斯坦福大学的 Quate 合作（Binnig 在斯坦福，Gerber 在圣何塞的 IBM Research，现在是 Almaden）。 这三位科学家因“原子力显微镜的发明和实现、测量技术和纳米雕刻技术的突破，继续对纳米科

今天，由世界经济论坛新兴技术元委员会编制的 2016 年十大新兴技术名单已经发布。该名单突出了其成员认为有能力改善生活、改变行业和保护地球的技术进步。 “新兴技术的地平线扫描对于跟上可以从根本上改变我们的世界的发展至关重要，能够及时进行专家分析，为这些破坏者做准备。如果我们的社会要从这些技术中获益并规避风险，国际社会需要团结起来并就共同的原则达成一致。” – IBM 首席创新官 Bernard Meyerson 博士是新兴技术元委员会主席。 理事会成员在审议期间使用的标准之一是，2016 年可能是每种技术部署的转折点。因此，该列表包括一些已知多年的技术，但现在才达到可以有意义地感受到其

作为我们位于纽约州奥尔巴尼的半导体研究团队，继续将 CMOS 技术扩展到未来节点——10nm、7nm 及以上——决定电流流动的晶体管沟道电阻以及我们如何连接它，继续在以下方面发挥越来越重要的作用芯片的整体性能。因此，为了确保给定未来半导体技术性能的竞争力，降低晶体管沟道电阻的沟道材料创新是一个关键的研究领域。这就是我们探索硅锗 (SiGe) 的原因——实现去年 7 纳米芯片公告中概述的功率性能优势所需的元素。 对称硅FinFET (a) 和 SiGe FinFET (b) 在 10nm 下由 IBM Research 在纽约州奥尔巴尼市纽约州立大学理工学院纳米技术中心制作的剖面图。这说明SiG

位于 IBM Thomas J Watson 研究中心（本身隐藏在纽约州威彻斯特县的树林中）底层一个不起眼的过道上的实验室中的超高真空电子显微镜拥有许多线索，可帮助科学家解开物理学的谜团这发生在纳米尺度上。了解材料在如此小的尺寸下如何表现开启了科学界对未来新电子设备的想象。电子显微镜的工作原理有点像农场，但不是种植你最喜欢的蔬菜，而是生长的物体是纳米线：由半导体材料制成的极窄但长的晶体，每个晶体都有自己独特的电子特性。 生长开始于由催化金属液滴组成的微小“种子”，科学家将其撒在平坦的硅“场”上。当提供正确的成分时——热量和特殊气体——每颗种子都开始长出纳米线。但与真正的农场不同，生长从地下开

想象一下这种情况：年度体检由负担得起的家庭诊断芯片补充，让您只需一个简单的尿液样本就可以定期监测您的基线健康状况。尽管表面上您看起来身体健康，但该设备会显示您的生物标志物谱的波动，表明可能出现早期癌症发展或存在病毒。 自 1970 年代以来，诸如家庭妊娠试验之类的诊断设备就已经出现。它彻底改变了女性无需等待医生预约就可以确定自己是否怀孕的能力。该测试依赖于检测尿液中存在的一种激素，即人绒毛膜促性腺激素。但是，从类似的样本和设备中检测癌症或致命病毒是否也能如此简单且无创？ IBM Research 的 2cmx2cm nanoDLD 芯片安装在微流体夹具中 在过去的几年里，由研究科学家和主

Manuel Le Gallo 的研究将激发新一代极其密集的神经形态计算系统。 （来源：IBM Research – 苏黎世） 受人类大脑功能方式的启发，苏黎世 IBM 研究院的一组科学家模仿了神经元的尖峰方式，例如当我们触摸热板时。这些所谓的人工神经元可用于检测模式并发现大数据中的相关性，其功率预算和密度与生物学中所见的相当，这是科学家几十年来努力实现的目标。他们还可以在没有监督的情况下使用很少的能量高速学习。 题为“随机相变神经元”的论文今天出现在Nature Nanotechnology的封面上 , 概述了研究及其发现。 我采访了该论文的合著者和 IBM 研究院——苏黎世科学家 M

Peter Nirmalraj在 Binnig 和 Rohrer 纳米技术中心的无噪声实验室中，使用 C60 功能化金属 STM 探针研究 2D 层状材料的特性。 （来源：Marcel Begert，IBM 苏黎世研究院） 在 IBM 诺贝尔奖获得者 Gerd Binnig 和 Heinrich Rohrer 发明扫描隧道显微镜 (STM) 35 多年后，位于苏黎世的 IBM 科学家在逐原子成像和计量学领域取得了又一次突破。但这次是液体。 IBM 科学家 Peter Nirmalraj、Bernd Gotsmann 和 Heike Riel 与利默里克大学、洛桑联邦理工学院和马萨诸塞大学阿

倪松柏, IBM Research-苏黎世 今年早些时候，ETH Zurich 和 IBM Research – Zurich 的科学家在 Science Advances 上发表了一种新方法 用不同类型的微球制造人造分子，这些微球是直径为 1 微米的圆形小颗粒——大致相当于细菌的大小。虽然很小，但科学家们相信有一天这些微小的物体可以用于微型机器人、光子学和基础生化研究。 专注于这项研究的科学家之一是 Songbo Ni，他是 IBM 苏黎世实验室的博士前，在苏黎世联邦理工学院学习。今天，他在英国皇家化学学会法拉第讨论会上获得了“胶体分子可编程组装”最佳海报奖。 我和松博坐下来讨论他的研

IBM 研究科学家曹青开发出连接碳纳米管的方法 科学家和工程师不需要在时代广场穿隔板宣布“摩尔定律的终结已近”。他们都知道，基于硅的计算机芯片很快就会停止提高速度和缩小尺寸。 IBM 的一位科学家曹青可能已经在碳纳米管中找到了替代硅的答案——卷起的碳片可以在比硅更小的尺度上更好地传导电信号。 曹，被麻省理工科技评论评为35岁以下先锋 今年，想出了一种方法将碳纳米管对齐在一起，然后将它们融合到细小的金属连接线。这意味着它们可以扩展到今天的硅芯片大小，并最终在未来的计算机中取代它们。曹在本周的 TR 中解释了他如何完成将纳米管排列成阵列，然后将金属原子焊接到四原子宽纳米管的末端 位于马萨诸塞

这是关于 IEDM 2016 上 IBM 特色论文的四部分系列中的第三部分。 一年一度的国际电子器件会议是“世界上报告半导体和电子器件技术、设计、制造、物理和建模领域技术突破的杰出论坛”。因此，IBM 研究人员带来了他们的扫描探针温度计、用于 10 纳米芯片和 7 纳米芯片的空气隔离器，为了不被硅超越，他们还带来了碳纳米管。 IBM 员工和许多合作伙伴的这些论文和演讲将参加本周在旧金山举行的会议。 IEDM 收录了四篇 IBM 论文，作为会议重新想象计算的最佳例子——扩展摩尔定律，构建新架构，并使用新材料超越它。以下是对这些论文以及这些工作背后的科学家的详细介绍。第三部分是IBM研究院高

这是关于 IEDM 2016 上 IBM 特色论文的四部分系列中的第四部分。 一年一度的国际电子器件会议是“世界上报告半导体和电子器件技术、设计、制造、物理和建模领域技术突破的杰出论坛”。因此，IBM 研究人员带来了他们的扫描探针温度计、用于 10 纳米芯片和 7 纳米芯片的空气隔离器，为了不被硅超越，他们还带来了碳纳米管。 IBM 员工和许多合作伙伴的这些论文和演讲将参加本周在旧金山举行的会议。 IEDM 收录了四篇 IBM 论文，作为会议重新想象计算的最佳例子——扩展摩尔定律，构建新架构，并使用新材料超越它。以下是对这些论文以及这些工作背后的科学家的详细介绍。该系列的最后一部分重点介

一块硅晶片设计用于对体液中发现的颗粒进行分类，以实现早期疾病检测。 疾病诊断得越早，治愈或成功控制的可能性就越大。例如，在第一阶段检测和治疗的乳腺癌和前列腺癌的五年生存率接近 100%。在第四阶段，这一比率下降到乳腺癌的 26% 和前列腺癌的 28%。 及早发现疾病的挑战在于，我们中的许多人在出现症状之前不会寻求治疗，这意味着疾病已经发展。当今的检测技术（如乳房 X 光检查）通常不舒服、不方便且并不总是准确。 借助人工智能，我们的言语将成为了解我们心理健康状况的窗口 Hypermaging 和 AI 将赋予我们超级英雄的视野 宏观将帮助我们无限详细地了解地球的复杂性 “芯片上”的医学实

负责发明扫描隧道显微镜和原子力显微镜的 IBM 实验室发明了另一种帮助我们了解纳米级的重要工具。 几十年来，在纳米尺度上准确测量物体的温度一直是科学家们的挑战。当前的技术并不准确，它们通常会产生伪影，从而限制了它们的可靠性。 受这一挑战的推动以及他们需要精确表征新晶体管设计的温度以满足未来认知计算机的需求，来自 IBM 和苏黎世联邦理工学院的瑞士科学家发明了一种突破性技术来测量纳米和宏观尺寸物体的温度.这项正在申请专利的发明今天首次在同行评审期刊 Nature Communications，通过扫描探针温度测量操作纳米级设备的温度映射 ( doi:10.1038/ncomms10874

Griselda Bonilla 博士是 IBM Research 高级 BEOL 互连技术团队的高级经理，负责提供推动 IBM 行业领先的片上互连 (BEOL) 技术的创新解决方案。在她的团队本周在加利福尼亚州圣何塞举行的 IITC/AMC 会议上进行了两次演讲之前，我们与她坐了下来。 首先，请告诉我们为什么 7 纳米技术如此重要。 博士Griselda Bonilla，IBM 研究院高级 BEOL 互连技术团队的高级经理（照片：NACME） 格里塞尔达·博尼利亚： 7nm 技术对于云计算、大数据、认知计算和移动等多个平台和系统的未来发展至关重要。作为我们 2014 年 30 亿美