纳米粒子（或纳米粉末或纳米团簇或纳米晶体）是至少具有一个维度的微观粒子小于 100 纳米。纳米粒子具有重大的科学意义，因为它们实际上是大块材料与原子或分子结构之间的桥梁。纳米粒子相对于散装材料表现出许多特殊性质。许多其他材料的纳米粒子，包括金属、金属氧化物；提供碳化物、硼化物、氮化物、硅和其他元素半导体。机理 它们独特的物理性质是由于原子驻留在表面。电子从价带激发到导带产生电子空穴对。复合可以通过辐射和非辐射两种方式发生，导致辐射复合到光子和非辐射复合到声子（晶格振动）。此外，由于量子限制效应产生离散能量，带隙逐渐变大水平，而不是相应的散装材料中的连续带。此外，通过用保护基团钝化（封盖）“裸露

纳米混凝土 与传统混凝土相比，纳米颗粒的加入使混凝土得到显着改善。由于碱金属硅酸盐反应的纳米级攻击，纳米粒子的添加通过在原子级控制或操纵来改善材料的整体性能。除了降低环境污染水平外，还可以获得更薄的最终产品和更快的凝固时间。 纳米混凝土是用小于500纳米的波特兰水泥颗粒作为胶凝剂制成的混凝土，而通常使用的水泥颗粒的尺寸范围从几纳米到最大约100微米。好处是停止由微二氧化硅固体颗粒引起的污染，每个建筑工地的成本较低，初始和最终的抗压和抗拉强度高，和易性好，停止超塑化利用和停止混凝土的硅肺病风险。使用的纳米材料是纳米二氧化硅 (nano-SiO2)、纳米氧化钛 (nano-TiO2)、纳米铁 (n

今天，我们的 IBM 研究团队在同行评审期刊科学上发表了第一个真实世界的纳米粒子摇摆布朗电机演示 .电机沿着预定的跑道推动纳米级粒子，使研究人员能够以前所未有的精度分离纳米粒子群。报告的研究结果表明，芯片实验室在材料科学、环境科学或生物化学方面的应用潜力巨大。 不再有童话 你还记得格林版的灰姑娘，当她不得不从灰烬中挑选豌豆和扁豆时吗？现在想象一下，不是豌豆和小扁豆，而是纳米颗粒的悬浮液，它们的大小只有 60 纳米 (nm) 和 100 纳米——比人的头发直径小 1,000 倍。使用以前的方法，人们可以用复杂的过滤器或机器将它们分开，但是这些都过于庞大和复杂，无法集成到手持式芯片实验室中。

Shadi Fatayer ，IBM Research 的 pre-doc 和论文的第一作者 我们对单分子电子产品的理解变得更加清晰，答案涉及使用一种常见的家居用品——盐。 在 2009 年之前的一篇论文的基础上，IBM 的科学家和合作者展示了使用非接触式原子力显微镜 (AFM) 测量单个原子的电荷状态的能力，他们现在更进一步，测量单个分子的能级绝缘体，第一次。该研究今天发表在同行评审期刊Nature Nanotechnology . 原子力显微镜发明于 1980 年代中期，可测量尖端和样品（例如支撑物上的分子）之间的微小力。尖端是一种多功能、精密的仪器，可以以前所未有的分辨率对分子进行

海洋中的溶解海洋碳 (DOC) 是地球上最大的还原碳库之一。它比活生物圈大 200 倍左右，大小与大气中的二氧化碳储层相当。由于其复杂性，只有不到 10% 的溶解有机碳已被表征。了解这个碳库是什么很重要，这样我们就可以预测这个碳库将如何应对气候变化导致的温度升高。 IBM Research – 苏黎世的科学家与苏黎世大学、加州大学欧文分校和加州大学圣克鲁兹分校的化学海洋学家合作，对海洋溶解有机碳中存在的分子进行成像。这种方法使海洋科学家能够观察深海盆地中单个分子的结构，从而更好地了解海洋碳循环。我们的研究今天发表在同行评审期刊地球物理研究快报上。 神秘事物 虽然溶解的有机碳主要来自现

纳米材料在工业半导体制造过程中提供独特的光学和电气特性以及自下而上的集成。然而，它们也提出了最具挑战性的研究问题之一。从本质上讲，今天的半导体制造缺乏在预定义的芯片位置沉积纳米材料而不会受到化学污染的方法。我们认为石墨烯是地球上最薄、最坚固、最灵活和导电性最强的材料之一，可以帮助解决这一制造挑战。 我们的团队，即 IBM Research-Brazil 的工业技术与科学小组，专注于为大规模工业应用构建、应用和采用纳米材料（尺寸为百万分之一毫米）。直到大约 30 年前，才可能看到和操纵单个原子和分子。随着新技术的发展，我们可以开始在纳米尺度上对材料行为的影响进行实验和理论分析。 在我们发表在

IBM Research - 硅谷 Almaden 的团队已经检测到单个原子核的磁性，这一壮举为使用原子核作为在原子尺度上感知和控制磁性的一种方式打开了大门。这一突破最近发表在Science杂志上 , 是通过测量原子核对同一原子中电子的磁效应来实现的。该研究揭示了有关同位素的信息——原子核中的中子数量——以及原子的磁化强度如何取决于其相邻原子，为纳米级传感提供了一种强大的新工具，并为将原子核用于未来的自旋电子学迈出了重要一步. 图1 :实验草图。每个红球代表一个与表面结合的磁性原子。有些自然在它们的核心中有一个核自旋，一个小磁铁。 STM 的尖端探测单个磁性原子。图片由 QNS 提供。 我们

我们在 IBM 研究院的团队开发了一种新技术来控制单个铜原子的磁性，这种技术有朝一日可以让单个原子核存储和处理信息。 在今天发表在Nature Nanotechnology杂志上的一篇论文中 ，我们的团队证明，我们可以通过一次对一个原子进行核磁共振 (NMR) 来控制单个原子核的磁性。核磁共振是磁共振成像或 MRI 的基础过程，该技术可以无创地揭示身体的复杂细节图像。核磁共振也是确定分子结构的重要工具。 这是第一次使用扫描隧道显微镜 (STM) 实现核磁共振，这是 IBM 获得诺贝尔奖的发明，可以单独查看和移动原子，这是一项重要的突破，因为 STM 可以对每个原子进行成像和定位，以研究

封面《自然光子学》6 月刊。图片：Anton V. Zasedatelev，Skoltech。封面设计：Bethany Vukomanovic 现代数字计算机以多种方式改变了我们的生活，但构建它们的技术仍有一些改进空间。由于海量数据和人工智能等技术导致计算工作负载持续增长，更强大的计算技术变得至关重要。 我们现代数字计算机的两个主要支柱是电子晶体管和冯诺依曼计算机架构。虽然冯诺依曼架构建立了存储和处理等计算任务的物理分离，但晶体管是我们数字计算机的基本构建块。通过在越来越小的芯片上塞入越来越多的晶体管，我们已经开始构建像我们的智能手机这样的设备，其计算能力比 NASA 用来让第一批人类登上

生命系统中的能量转换和能量传输依赖于分子的充电和放电。在这方面最重要的是卟啉家族，包括叶绿素和血红蛋白。这些分子的电荷跃迁对生命至关重要。分子的电荷跃迁在有机电子和有机光伏器件中也起着至关重要的作用。 当分子带电时，这会改变分子的结构和功能。解析分子带电时的结构变化可以提高我们对这些基本关系的理解。 我和 IBM Research 的同事，以及来自 CiQUS 的合作者，在圣地亚哥德孔波斯特拉大学和埃克森美孚，在同行评审期刊 Science 上进行了报道 我们已经能够以前所未有的分辨率解决带电时单个分子的结构变化，包括卟啉，卟啉的母体化合物。这一新的理解解开了分子电荷-函数关系的一些奥秘，

科学家首次对18个碳原子的环进行稳定成像。 碳是宇宙中最丰富的元素之一，可以以不同的形式（称为同素异形体）存在，赋予它从颜色到形状再到硬度的完全不同的特性。例如，在金刚石中，每个碳原子都与四个相邻的碳结合，而在石墨、石墨烯、碳纳米管和富勒烯中，每个碳原子都与三个相邻的碳结合。 虽然这些是碳的充分研究形式，但还有一些鲜为人知的形式，尤其是一种难以捉摸的形式——环碳，其中碳原子只有两个相邻的碳原子，排列成环状。 多年来，环碳的结构是未知的，有两种可能性存在争议，要么是环中所有键的长度都相同（仅双键），要么是短键和长键交替出现（单键和三键交替）。更有趣的是，它们存在的证据在气相中发表，但由于它

我们在 IBM Research 的团队在控制单个原子的量子行为方面取得了突破，展示了用于量子计算的多功能新构建块。 在今天发表在《科学》杂志上的论文“表面上单个原子的相干自旋操作”中，我们的团队展示了使用单个原子作为量子位进行量子信息处理。量子位或量子位是量子计算机处理信息能力的基本构建块。 这是第一次使用扫描隧道显微镜 (STM) 实现单原子量子位，这是 IBM 获得诺贝尔奖的发明，可以单独查看和移动原子。这是一个重要的突破，因为 STM 可以对每个原子量子位进行成像和定位，以精确控制附近量子位原子的排列。显微镜的工作原理是通过扫描表面附近的超锋利针尖来感知单个原子的排列，针尖可以将

照片一个 GaP-on-insulator 芯片，集成了用光纤测量的器件。绿光是用激光泵浦其中一个环形谐振器时产生的三次谐波光。 在最近发表在同行评审期刊《自然光子学》上的论文“集成磷化镓非线性光子学”中，我们报告了由晶体半导体磷化镓制成的高性能光子器件的开发。这项工作代表了用集成在芯片上的半导体材料操纵光的突破。它为众多可能对信息技术和计算的未来产生重大影响的应用打开了大门。 自 1960 年代以来，磷化镓 (GaP) 一直是光子学（光的科学和技术）中的重要材料，是一系列发光器件的基础。尽管起步较早，但由于缺乏在芯片上制造复杂 GaP 结构的方法，因此无法开发更复杂的器件，例如光子集成电

由 IBM 研究科学家 Leo Gross 博士、雷根斯堡大学教授 Jascha Repp 博士和圣地亚哥德孔波斯特拉大学教授 Diego Peña Gil 博士组成的团队因他们的项目“Single Molecular Devices by原子操纵”（MolDAM）。这个跨学科项目的 ERC 资金包括高达超过 900 万欧元，为期六年。 分子是自然界生命的基本组成部分，具有无数不同的角色、特性和功能。在 MolDAM 中，一个由物理学家和化学家组成的团队旨在随意控制单个分子和化学键。 关于摩尔达姆 简而言之，MolDAM 的主要目标是实现物理学家和诺贝尔奖获得者 Richard Fey

示意图的测量技术。 信用：自然纳米技术 IBM 科学家今天发表文章，使用一种看起来像蹦床的技术，首次在室温下测量了由金制成的金属量子点接触的热导至单原子水平。 随着一切都扩展到纳米级，热量——更准确地说，是热量的损失——成为设备可靠性的一个问题。为了解决这个问题，去年，苏黎世的 IBM 科学家和苏黎世联邦理工学院的学生发表了一项技术并申请了专利，该技术可以测量这些 10 纳米及以下纳米级物体的温度——这是一项了不起的成就。他们将这项新技术称为扫描探针测温（视频），它首次为工程师提供了绘制芯片热损失的能力，更重要的是，将热损失映射到单个设备级别并映射温度分布。 论文中使用的实验设置。 （点

https://www.ibm.com/blogs/research/wp-content/uploads/2017/ 02/32305901096.mp4 多亏 IBM 和华威大学的科学家，Triangulene 得以首次特写 （4 月 7 日，更新：该论文登上了自然纳米技术 4 月刊的封面）。 四月2017年自然纳米技术第12卷第4期。图片来源 Niko Pavlicek，IBM 研究院。封面设计：Bethany Vukomanovic IBM 科学家今天发表在 Nature Nanotechnology 上，真正让隐形可见 几周前，IBM 基于这个主题发布了对未来五年的年度五项预

当我们在 2015 年与我们的 GLOBALFOUNDRIES 和三星合作伙伴宣布业界首款功能性 7 纳米节点 (7nm) 测试芯片时，我们知道芯片达到“制造成熟度”的过程——或许最早在明年，会很快。随着这一努力在半导体行业加速推进，IBM 继续通过专注于 7nm 以外的下一个节点的挑战来突破边界。 我们的 IBM 团队将在本周的 2017 年国际光学与光子学会 (SPIE) 高级光刻会议上发表七篇论文专注于7nm节点以外的技术探索和使能。它从极紫外 (EUV) 光刻开始。 使用 7nm 芯片，我们现在正在创建与晶体管尺寸甚至晶体管之间的布线相关的设计，这些设计真正处于原子水平。为了在没有

IBM 科学家获得了 2017 年化合物半导体行业创新奖。这一认可是总部位于苏黎世的 IBM 团队五年研究的结晶，该团队专注于将高迁移率材料用于硅 CMOS 技术，以缩小至 7 纳米以下。 考虑从移动设备到物联网再到云以及介于两者之间的一切的技术链。功率和性能之间存在巨大的权衡，导致电池寿命缩短和能源挑战。 IBM 科学家相信他们可能有答案，这可以用三个词来概括：缩放和新材料。 获胜的 IBM 团队的最高成就是首次在硅 (Si) 衬底上展示了砷化铟镓 (InGaAs)/硅锗 (SiGe) CMOS 技术，该技术使用适合在 300 毫米晶圆上进行大批量制造的工艺。 InGaAs/SiGe 混

IBM 科学家 Johannes Gooth 专注于纳米电子学和量子物理。 IBM 科学家今天发表在同行评审期刊 Nano Letters 上，首次通过集成在硅上的 III-V 族半导体纳米线发射电子。这一成就将为未来用于先进强大计算系统的集成电路的复杂量子线器件奠定基础。 IBM 科学家和论文的第一作者 Johannes Gooth 博士在本问答中解释了这篇论文。 您的论文标题是弹道式一维 InAs 纳米线交叉结互连。 当我读到“弹道”时，我会想到相当大的导弹，但在这里你是在纳米尺度上做的。您能谈谈这带来的挑战吗？ 约翰内斯·古斯 (JG)： 是的，这非常相似，但当然规模大不相同

想象一下，将 3500 万首歌曲的整个 iTunes 资料库存储在信用卡大小的设备上。尽管目前还不可能，但也许有一天——这要归功于 IBM Research 的纳米科学家最近的一项研究——加利福尼亚州圣何塞的 Almaden 发表在Nature .在论文中，纳米科学家展示了在一个原子上读写一位数据的能力 .相比之下，今天的硬盘驱动器使用 100,000 到 100 万个原子来存储一位信息。 单个稀土元素钬原子被用作世界上最小的磁铁来存储一位数据。 它是如何工作的 计算机理解的最基本的信息是一点。就像可以打开或关闭的灯一样，位只能具有两个值之一：1 或 0。直到现在，人们还不知道构建可靠的