本期导读：

1、研究人员开发用于测量半导体电子动力学的创新工具

2、英国国家物理实验室（NPL）获得大气温室气体同位素比值测量的新能力

研究人员开发用于测量半导体电子动力学的创新工具

每部手机、笔记本电脑和汽车自动驾驶的核心都是微型半导体，其特性和最终性能由自由电子决定。最近，美国加州大学伯克利分校的研究人员已经开发出一种测量这些自由电子的新方法，利用这种方法可以开发出更加节能的半导体材料和电子产品。

最近，美国加州伯克利大学的研究人员展示了一种新型光学纳米显微镜，用以测量半导体中的电子动力。随着对更小更高效集成电路的需求增长，测量自由电子变得更具挑战性。由于许多日常电子设备的组件已经达到纳米级，因此需要新的工具来测量高分辨率的电子。

光学纳米显微镜使用激光束撞击自由电子，散射光并提供对半导体材料内电子分布和动力学的见解。（图片来源：加州大学伯克利分校激光热实验室）

光学纳米显微镜工具结合了光学成像和激光探测技术，以皮秒和纳米尺度测量电子或能量载体。这些测量结果可以使得人们更加深入地了解能量载体是如何分布的，以及它们在半导体材料中的行为方式，这可能会影响能源效率和其他性能。

 “由于集成电路中芯片密度高，电子分布和传输不仅控制器件功能，而且还控制热量的产生和散热过程，”报告的主要作者Li Jingang说，“我们的纳米显微镜将有助于研究这些密集封装器件中的纳米级热管理。

这项成果是在研究和进一步优化基于半导体的电子设备（如手机、LED、工业太阳能电池和传感器）节能领域的重要一步。

为测量半导体中的电子，光学纳米显微镜采用超快激光器和顶点曲率小于30 nm的原子力显微镜（AFM）探针。研究人员将两束激光束——一束泵浦光束和一束探测光束——照射到AFM探针上。第一束激发样品中的电子，经过仔细计时的延迟后，第二束撞击探针。然后，通过分析第二束的散射光，可以获得电子性能的内部信息。

Li Jingang 认为光学纳米显微镜可能不会止步于测量半导体材料中的电子。他说：“因为它是一种多功能的光学诊断工具，它可以用来研究许多其他的物理现象和功能设备，如相变和数据存储。”

来源：Marni Ellery，UC Berkeley

英国国家物理实验室（NPL）获得大气温室气体同位素比值测量的新能力

人为温室气体排放正在推动气候变化。为了有效减轻气候变化的影响并实现向碳中和经济的转型，区分不同的人为活动和工业部门的贡献尤为重要。

来自NPL气体计量与排放以及大气计量小组的科学家们获得了一种新的仪器，使他们能够以更高的精度进行稳定同位素测量，并为空气中二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）的同位素组成提供新的气体参考材料。

大气温室气体的每个来源，例如矿物燃料的燃烧或土地使用的变化，都会释放出一种具有非常特殊的同位素特征的气体，表现出在相同气体分子的原子质量里有着非常小的差异。同位素比质谱仪（IRMS）是NPL的新进仪器，能够以所需的精度测量这些质量上的差异。在NPL已经参与国际活动对比而建立的这种全球可比较性来说，第一步将是确保使用NPL 的IRMS进行测量可追溯到国际测量尺度。国际合作对于确保世界各地的所有测量具有可比性至关重要，特别是在进行测量以解决全球气候变化问题时。

这项研究将通过为输送气态二氧化碳和甲烷标准物质和方法提供新的基础设施，填补二氧化碳和甲烷同位素组成测量中现有的可追溯性空白。这些标准物质将能够向监测地点传播可追溯的同位素比率测量结果，并可用于建立测量网络，以支持库存核查目标所需的数据，并能够为减排承诺加以论证。

NPL高级研究科学家兼该项目首席科学家Christoph Nehrbass-Ahles表示：“凭借这一新功能，NPL将助力英国到2050年实现净零排放的目标，并在确保全球测量界温室气体同位素比率测量的可追溯性方面发挥主导作用。”

NPL高等研究科学家Eric Mussell Webber说：“该仪器是NPL为气候监测同位素比率的计量和测量上关键的一步。用于制备气体标准物质的成熟基础设施，加上IRMS的分析精度，将有助于NPL推动科学应对气候变化。”

来源：NPL