纳米颗粒——亦称纳米粉、纳米簇或纳米晶——是指至少一维尺寸低于100 nm的微观颗粒。因这种极小尺寸，纳米颗粒处于块体材料与单个原子/分子之间，展现出独特的物理化学性质。 关键物理机制 表面主导行为： 高比表面积使大部分原子位于表面，强烈影响电子和光学性质。 量子限域： 电子在三维被限域，导致带隙增宽、形成离散能级，产生尺寸依赖的吸收发射光谱。 复合路径： 光激发电子-空穴对可辐射复合（发光子）或非辐射复合（生声子），两者平衡决定光学效率。 表面钝化： 悬空键通过封端剂——常为共价键合表面金属原子的路易斯碱化合物——稳定，增强电子稳定性和量子产率。 合成路径 合成路线选择取决于目标材料、

纳米混凝土创新 纳米混凝土采用500纳米以下的波特兰水泥颗粒，通过在原子层面控制反应显著改善整体性能。这种精准工程产出更薄的成品、更快的凝结时间，并比传统配比减少环境足迹。 纳米混凝土利用纳米二氧化硅等纳米材料的优异反应性，抑制微硅粉污染，降低建设成本，同时提供高初期和终期抗压抗拉强度。和易性改善，无需高效减水剂，消除工人硅肺病风险。 关键纳米材料 纳米二氧化硅 (SiO₂) 纳米二氧化钛 (TiO₂) 纳米三氧化二铁 (Fe₂O₃) 纳米氧化铝 (Al₂O₃) 纳米粘土颗粒 碳纳米管/纳米纤维 (CNT/CNF) 纳米二氧化硅 纳米二氧化硅是替代微硅粉的首选，1天抗压强度达15-75

IBM研究院今日宣布首次实现纳米颗粒摇摆布朗马达的现实演示，成果发表于《科学》。该器件引导纳米颗粒沿工程化跑道运动，以前所未有的精度分离纳米颗粒群体。研究为材料科学、环境科学、生物化学的芯片实验室应用带来希望。 不再是童话 还记得格林童话《灰姑娘》中筛选豌豆和扁豆的情节？想象一下直径60纳米和100纳米的颗粒悬浮液——比人类头发细数千倍。传统分离需笨重滤器或复杂机械，不适合便携式芯片实验室。 IBM科学家Armin Knoll博士在瑞士实验室中的实验装置。 摇摆布朗马达 自然界中，分子马达——沿微管运输货物的微小行走者——以极少燃料完成此任务。它们利用布朗运动——水分子碰撞导致的颗粒随机抖

发表于《自然·纳米技术》的突破性研究中，IBM科学家首次量化了置于绝缘表面上单个分子的能级。这一里程碑让实用单分子电子器件更进一步。 背景 自1980年代以来，原子力显微镜（AFM）使科学家能探测尖针与样品间皮牛顿量级的力。2009年，IBM及合作者证明非接触AFM可测定表面单个原子的电荷态。当前研究将该技术扩展至绝缘层上单分子，攻克了该领域长期挑战。 方法论 团队在金属衬底上生长超薄多层氯化钠（NaCl）——常见食盐。此结构将分子与导电金属隔离，使其电荷态保持稳定。利用AFM针尖施加精细调节电压，同时记录单个电子在针尖与分子间隧穿时产生的微小力。 通过测量电子双向跳上/离开分子所需时间，科学

溶解性有机碳（DOC）是地球最大的还原性碳库，质量约为生物圈的200倍，与大气CO₂库相当。然而，仅约10%的DOC被化学表征，这为预测这一巨大碳库如何应对升温等气候压力留下了关键认知空白。 IBM苏黎世研究院与苏黎世大学、加州大学欧文分校和圣克鲁兹分校的化学海洋学家合作，首成像了构成DOC的单个分子。研究成果发表于同行评审期刊《地球物理研究快报》，为海洋碳循环打开了新窗口。 揭开古老海洋碳之谜 DOC主要源自表层浮游植物，但放射性碳定年显示其平均年龄比预期古老约2400年，暗示部分碳经历了多次深水混合循环仍存活。主流假说归因于DOC的化学结构，但直到现在无法验证。 左：5,6,8-三甲基-2

纳米材料拥有卓越的光电特性，有望自下而上集成进主流半导体制造。然而，在指定芯片位置实现精准、无污染沉积仍是巨大障碍。石墨烯——极薄、坚韧、柔性且高导电——提供了变革性方案。 在IBM巴西研究院工业技术与科学小组，我们开发、应用并规模化纳米材料——百万分之一毫米级颗粒——用于大规模生产。三十年前观测操控单个原子尚属不可能；现代技术已能探测建模纳米行为。 在新论文《石墨烯赋能的定向纳米材料从溶液中大规模器件集成定位》中，发表于《自然通讯》，我们与学术合作者首次证明：给石墨烯通电，可使其在固体表面任意指定位置沉积材料，良率高达97%。 利用石墨烯可实现晶圆级纳米材料集成，精度达纳米级。不仅能在特定纳

位于硅谷的IBM Almaden研究中心首次测量到了单个原子原子核产生的磁场。这一发现发表在《科学》杂志上，证明了原子核微弱的磁性影响可通过其对周围电子的影响被探测。该技术能提供同位素信息——特别是中子数——并绘制原子磁化随局域原子环境的变化。这为纳米级传感开辟了新疆域，也是迈向基于核自旋电子器件的关键进展。 图1：实验示意图。每个红球代表键合在表面的磁性原子。部分原子核天然具有核自旋，即核心的微小磁铁。STM锐利针尖探测单个磁性原子。图片来源：QNS。 与量子纳米科学中心（QNS）、牛津大学和伊比利亚国际纳米技术实验室合作，我们在精心制备的衬底上定位了孤立的铁和钛原子。测量使用扫描隧道显微镜

IBM研究院开创了一种技术，能精准控制单个铜原子的磁性，为原子级数据存储和量子计算奠定了基础。 单原子核磁共振的里程碑 在近期发表于《自然·纳米技术》的论文中，研究团队展示了核磁共振（NMR）可应用于单个铜原子核——这一方法正是磁共振成像（MRI）和分子结构分析的基础。 这是利用扫描隧道显微镜（STM）实现单原子核磁共振的首次尝试。STM是IBM的诺贝尔奖级发明，能对单个原子进行成像和定位。通过扫描STM超锐利的金属针尖，仪器可探测单个原子的形貌，甚至重新定位原子，以研究其局域环境如何影响NMR信号。 单原子NMR的两大关键步骤 对单个原子实施NMR需要两步：首先极化原子核的磁取向；其次，利用

现代数字计算机重塑了社会，但其核心技术仍有巨大演进空间。随着数据量激增与人工智能负载增长，对更强大、高效计算平台的需求日益迫切。 电子晶体管与冯·诺依曼架构仍是当今硅基系统的双支柱。通过在更小芯片上封装更多晶体管，我们制造出智能手机、笔记本和服务器，其算力比登月时代的早期计算机高出数个数量级。然而，这些技术绝非计算发展的终章。 近年来，针对截然不同组件与架构的研究兴起，涵盖AI专用硬件、存内/模拟计算、量子处理器等。IBM Research长期处于探索此类突破性概念的前沿，探究可能塑造未来信息处理基础设施的物理极限。 如今，IBM苏黎世实验室团队联合斯科尔科沃科技学院（SIST）和南安普顿大学

生物系统中的能量转换与传输，关键在于分子精准的充放电过程。卟啉类分子——如叶绿素和血红蛋白——是这些过程的核心，其电荷诱导的结构变化也驱动着有机电子与光伏器件的性能。 当分子获得或失去一个电子时，其几何结构与电子结构都会发生改变。在原子层面解析这些微妙变化，能让我们以前所未有的深度洞察电荷态与功能之间的联系。 IBM Research的研究人员联合CiQUS、圣地亚哥德孔波斯特拉大学和埃克森美孚，近期在《Science》上报告：他们实现了单个分子在充电过程中结构演变的原子分辨率成像。研究聚焦于卟啉——所有卟啉类分子的母体骨架，揭示了其共轭路径如何随每一次电子得失而适应调整。 十年的方法论创新

首次，研究人员稳定并直接成像了由18个碳原子组成的环，确认了难以捉摸的环[18]碳结构。 碳是宇宙中最丰富元素之一，以多种同素异形体存在，展现截然不同性质——从四面体键合的金刚石硬度，到三配位的石墨、石墨烯、碳纳米管、富勒烯平面片层。 其中，环碳——每个碳原子仅与两个邻居键合的碳原子环——长期停留在理论层面。多年科学家争论环键是否全为同一长度（双键）或在短长交替（单-三键交替）。虽有气相证据，但这些分子高反应性阻碍分离与详细表征——直到现在。 原子操控实现环碳创造 基于原子力显微镜（AFM）成像分子和原子操控合成分子的先前成功，牛津大学与IBM Research团队着手创造、稳定、表征环碳。

IBM Research团队在量子控制领域取得里程碑式突破，证明单个原子可作为量子信息处理的可靠量子比特。 新发表于Science期刊的论文Coherent spin manipulation of individual atoms on a surface报道了首次成功使用单原子作为量子比特。量子比特是赋予量子计算机前所未有处理能力的基础单元。 此成就标志着首次利用扫描隧道显微镜（STM）——IBM发明、因能逐个成像和重新定位原子而获诺贝尔奖——实现单原子量子比特。STM的精度至关重要，因为它允许以纳米精度放置和排列每个原子量子比特，赋予研究者对量子比特网络的精细控制。 合著者Chris

集成器件的GaP-on-insulator芯片照片，光纤测量中绿光为泵浦环形谐振器时产生的三次谐波光。 发表于Nature Photonics的同行评审论文Integrated Gallium Phosphide Nonlinear Photonics中，我们团队展示了利用晶体磷化镓（GaP）实现片上光操控的突破。这一发展解锁电信、传感、天文学、量子计算等广泛应用，通过实现可与现有半导体技术无缝集成的高性能光子器件。 磷化镓长期是光子学基石，但缺乏可规模化制造方法将其限于基础发光器件。IBM Research Zurich开创可制造工艺，将高质量GaP沉积于标准电子晶圆。结合EPFL合作伙

IBM Research科学家Leo Gross博士、雷根斯堡大学Jascha Repp教授、圣地亚哥德孔波斯特拉大学Diego Peña Gil教授荣获ERC协同基金，支持原子操控单分子器件（MolDAM）项目。该基金提供高达900万欧元、为期六年的跨学科支持。 MolDAM汇聚物理学家与化学家，掌握单分子与化学键操控。目标：利用扫描探针显微镜以原子精度构建新型分子与纳米结构，并实时观测化学反应。 项目愿景 受物理学家、诺贝尔得主Richard Feynman愿景启发，MolDAM致力于原子级逐个构建物质。通过扫描探针显微镜探针尖端操控化学反应，团队旨在前所未有地捕捉键形成与原子重排，利用超

今日发表，IBM苏黎世研究人员首次量化了由金构成的金属量子点接触在单原子尺度下的室温热导率。 随着器件缩小至纳米尺度，散热成为关键可靠性因素。去年，IBM苏黎世科学家与苏黎世联邦理工学生开创扫描探针热测量技术（视频），可测量小至10 nm结构的温度。这一突破让工程师能绘制芯片热损耗图谱——关键在于可深入至单个器件——提供前所未有的温度分布洞察。 测量技术示意图。来源：Nature Nanotechnology 电子元件逼近并最终跌破10 nm阈值时，确定最小热学可检测结构至关重要。针对这一挑战，同一团队在《Nature Nanotechnology》报告新突破。 作者将成功归因于两大创新：在

https://www.ibm.com/blogs/research/wp-content/uploads/2017/02/32305901096.mp4 IBM与华威大学研究者为三角烯拍摄首张特写。 (7 April, 更新：论文登上Nature Nanotechnology 4月刊封面)。 2017年4月Nature Nanotechnology第12卷第4期。图片来源Niko Pavlicek, IBM Research。封面设计：Bethany Vukomanovic 今日发表于Nature Nanotechnology，IBM科学家让不可见变可见。 几周前IBM发布未来五年五大预

2015年IBM联手GLOBALFOUNDRIES与三星发布功能7nm测试芯片时，预期年内量产就绪。如今半导体产业加速，IBM正规划7nm节点之后的次世代路径。 今年国际光学与光子学会（SPIE）先进光刻会议上，IBM发表七篇论文，阐释驱动7nm节点过渡的技术进展，均聚焦极紫外（EUV）光刻。 实现亚纳米晶体管尺寸与原子级互连，要求图案化技术兼具高分辨率与工艺效率。EUV提供单次曝光方案，超越早期光刻分辨率极限。七篇SPIE演示聚焦EUV掩膜设计、光刻胶化学、工艺集成——7nm及未来节点可靠制造的三大基石。 面向7nm以下节点的设计意图优化 Michael Crouse、Nicole Sa

IBM苏黎世科学家荣获2017化合物半导体行业创新奖，表彰五年突破性研究：将高迁移率材料集成进硅CMOS，推动器件缩放至7nm以下。 跨移动手机、物联网、云基建全谱系，功耗与性能持续张力。IBM团队提出双支柱方案：缩放技术节点、采纳新型高迁移率材料。 获奖工作为首个演示：在硅（Si）衬底上利用300mm晶圆级制造、适配大规模生产的铟镓砷（InGaAs）/硅锗（SiGe）CMOS工艺。这种混合集成为数字电路超越7nm节点的功耗/性能权衡提供清晰路径。 借助选择性外延，团队在硅上直接制得功能反相器与高密6晶体管SRAM阵列——数字CMOS核心组件。项目首席科学家Dr. Lukas Czornoma

今日发表于同行评审期刊Nano Letters，IBM科学家首次在硅上集成的InAs III-V半导体纳米线中引导电子实现弹道输运。此里程碑为可融入未来高性能计算系统的次世代量子线器件奠基。 IBM科学家、第一作者Johannes Gooth博士通过详细问答解读此工作意义。 Q：论文标题“弹道一维InAs纳米线交叉结互连”。纳米尺度弹道输运面临何挑战？ JG： 类似原子尺度发射导弹。电子从一接触飞向对面，无散射，保持完整量子态——能量、动量、自旋。挑战在于制造几何精准、无内部散射体的纳米线。IBM Zürich开发的模板辅助选择性外延（TASE）工艺首次提供此级控制力。 Q：此研究与其他量子技

想象将3500万首iTunes曲库装进信用卡大小设备。虽仍是梦想，IBM Research-Almaden圣何塞近期发表于Nature的研究让我们更近现实：在单原子上读写一比特数据——惊人对比：常规硬盘单比特需10万至百万原子。 单个钬原子，一种稀土元素，作为世界最小磁体编码一比特数据。 工作原理 比特——信息基本单元——仅能取0或1，如灯开关。确定创建可靠磁性比特所需最少原子数是长期挑战。此研究中，团队打造最小磁体：单钬原子。附着于氧化镁表面，原子南北极即使在邻近磁体干扰下仍稳定取向。两取向定义比特0与1。 IBM发明、诺贝尔奖加持的定制扫描隧道显微镜（STM）聚焦电流翻转原子磁取向，实现