比利时鲁汶大学揭秘非碱性金属氧化物在电子工业的应用
比利时鲁汶大学揭秘非碱性金属氧化物在电子工业的应用
近年来，比利时鲁汶大学在电子工业领域持续领跑，其研究团队在《Nature》期刊上发表的最新研究成果显示，他们成功实现了超导量子比特的高性能制造，这标志着一种用于超导量子计算处理器的替代性、大规模、真正兼容CMOS的制造方法的出现。这一突破不仅展示了鲁汶大学在微纳加工领域的技术实力，也凸显了非碱性金属氧化物在电子工业中的重要应用价值。
非碱性金属氧化物：定义与分类
金属氧化物是一类重要的无机化合物，根据其化学性质可分为碱性氧化物、酸性氧化物和两性氧化物等。其中，非碱性金属氧化物主要包括酸性氧化物、两性氧化物以及一些特殊类型的氧化物，如过氧化物和超氧化物。
- 酸性氧化物：如七氧化二锰（Mn₂O₇）、三氧化铬（CrO₃）等，这些高价态金属氧化物能与水反应生成含氧酸。
- 两性氧化物：这类氧化物既能与酸反应又能与碱反应。常见的例子包括氧化铝（Al₂O₃）、氧化锌（ZnO）和二氧化钛（TiO₂）。
- 特殊类型氧化物：如过氧化钠（Na₂O₂）、超氧化钾（KO₂）以及混合价态氧化物（如四氧化三铁Fe₃O₄）等。
非碱性金属氧化物在电子工业中的应用
非碱性金属氧化物因其独特的物理化学性质，在电子工业中展现出广泛的应用前景。特别是在催化剂和电子材料领域，其重要性日益凸显。
催化剂应用
负载型金属催化剂是工业及实验中最常用的催化剂之一，其性能受到金属-载体相互作用的显著影响。中国科学技术大学李微雪教授课题组在这一领域取得重大突破。他们通过可解释AI技术，揭示了决定金属-载体相互作用的本质因素，提出了“强金属-金属作用原理性判据”，解决了氧化物载体包覆金属催化剂的难题。
这一发现不仅有助于开发更高效的催化剂，还为能源、环境和材料的绿色升级提供了新的理论指导。研究团队提出的“金属-载体相互作用”理论具有极高的普适性，适用于氧化物负载的金属纳米催化剂、金属单原子分散催化剂以及金属负载的氧化物薄膜催化剂。
电子材料应用
在电子材料领域，非碱性金属氧化物同样展现出独特的优势。例如，电子化合物（Electride）是一类特殊的材料，其局域于晶格间隙中的电子可表现阴离子特性，被称为“阴离子性”电子。这种材料在合成氨催化、可充电电池、超导体、电子发射体、有机发光二极管（OLED）和自旋电子器件等领域展现出广阔的应用前景。
近期，西北工业大学王俊杰教授与比利时鲁汶天主教大学Gian-Marco Rignanese教授合作，首次将机器学习方法引入电子化合物的搜索研究，从包含14437个候选化合物的化学空间中筛选出了145种具有不同局域电荷密度的新型A2BC2电子化合物，并合成了三种代表性材料。实验证实，通过间隙电荷浓度的调控，“缺电子型”电子化合物Y2LiSi2被用作合成氨催化剂载体时，兼具优异的耐氧化稳定性和催化活性。
鲁汶大学的最新研究进展
比利时鲁汶大学的研究团队在非碱性金属氧化物的应用研究中取得了重要突破。他们利用先进的CMOS制造技术，在300毫米晶圆上成功制造了超导transmon量子比特，实现了高相干性和98.25%的晶圆产量。这一成果标志着一种用于超导量子计算处理器的替代性、大规模、真正兼容CMOS的制造方法的出现。
研究团队通过在IMEC符合晶圆厂标准的洁净室中使用行业标准方法，在300毫米互补金属-氧化物-半导体（CMOS）先导线上制造的超导transmon量子比特，实现了高相干性和98.25%的晶圆产量。通过对整个晶圆进行的量子比特弛豫和相干性测量的大规模统计数据，确认了工艺质量，展示了良好的量子比特产量、量子比特相干时间、量子比特频率变化和老化统计数据，其中，弛豫时间、相干时间均超过100μs。
这一突破不仅展示了鲁汶大学在微纳加工领域的技术实力，也为非碱性金属氧化物在电子工业中的应用开辟了新的前景。随着研究的深入，我们有理由相信，非碱性金属氧化物将在未来的电子工业中发挥越来越重要的作用。