Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Physics, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia
2 Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia
3 Institute for Advanced Brain Studies, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russia
4 P. K. Anokhin Research Institute of Normal Physiology, Moscow 125315, Russia
Artificial synapses utilizing spike signals are essential elements of new generation brain-inspired computers. In this paper, we realize light-stimulated adaptive artificial synapse based on nanocrystalline zinc oxide film. The artificial synapse photoconductivity shows spike-type signal response, long and short-term memory (LTM and STM), STM-to-LTM transition and paired-pulse facilitation. It is also retaining the memory of previous exposures and demonstrates spike-frequency adaptation properties. A way to implement neurons with synaptic depression, tonic excitation, and delayed accelerating types of response under the influence of repetitive light signals is discussed. The developed artificial synapse is able to become a key element of neuromorphic chips and neuromorphic sensorics systems.
neuromorphic photonics synaptic adaptation spiking neuron neuromorphic computing optoelectronic synaptic devises nanocrystalline metal-oxide film Opto-Electronic Science
2023, 2(10): 230016
1 广东工业大学材料与能源学院，广东 广州 510006
2 广东工业大学集成电路学院，广东 广州 510006
通过溶液法在石英玻璃衬底上制备氧化镓（Ga2O3）薄膜，研究氮气、空气和氧气气氛退火的Ga2O3薄膜的结构、光学特性、缺陷能级与电学特性。结果表明，氮气气氛退火的Ga2O3薄膜的形貌组织最致密均匀且最厚，氧气气氛退火的薄膜结晶度最优。所有样品在可见光区的平均透光率均高于80%，且在260 nm附近都出现陡峭的吸收边，在190 nm处透光率均低于10%，氮气、空气和氧气气氛退火的Ga2O3薄膜的禁带宽度分别为5.10 eV、5.07 eV和5.18 eV。氮气、空气、氧气气氛退火的样品在蓝-紫外波段的光致发光强度依次降低。根据光致发光谱分析Ga2O3薄膜缺陷能级，Ga2O3的施主能级到导带的距离随着禁带宽度值的增大而增大。氮气、空气、氧气气氛退火的样品电阻依次增大。本文实验中最优退火气氛为氮气。
薄膜 氧化镓薄膜 退火气氛 溶液法 缺陷能级 薄膜特性 光学学报
2023, 43(23): 2331002
1 中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001
2 华中科技大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430074
针对轨道交通车辆车体铝合金型材焊接同步激光清洗，开展了相关工艺、测试与应用技术研究。通过工艺研究得出铝合金氧化膜激光清洗工艺窗口，建立了匹配不同焊接速度的激光清洗参数预测模型，并分析了激光清洗对铝合金表面氧化膜的影响；针对实际工况，设计了激光清洗-电弧焊接同步清焊一体化装置，并开展焊接同步激光清洗工艺验证，实现了焊前高质高效去除氧化膜；通过分析焊接接头力学性能，检测焊缝缺陷，观测焊接接头截面微观组织，评判焊接同步激光清洗焊缝质量。研究表明，采用200 W脉冲激光，清洗速度0.5~1.1 m/min可调的情况下，可以实现线宽45 mm的焊接同步氧化膜的有效清洗，经激光清洗后，原生氧化膜被完全去除，且可避免再生氧化膜的影响。经激光清洗后的焊接接头剪切强度及应变相较未处理的接头分别提升了26.4%和9.98%，较人工打磨后的接头强度分别提升了3.53%和1.43%，焊缝中心组织主要由α基体和β （Mg2Al3）相组成，焊接性能满足轨道交通车辆车体制造要求，可有效替代人工打磨。
铝合金 激光清洗 氧化膜 清焊一体 aluminum alloy laser cleaning oxide film integrated laser cleaning and welding 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220534
1 西南交通大学材料科学与工程学院，四川 成都 610031
2 成都交大智辉激光科技有限公司，四川 彭州611936
采用纳秒脉冲激光器对TC4钛合金表面的氧化膜及油污进行激光清洗，研究了扫描速度对清洗后试样表面形貌、成分、元素含量及价态的影响规律，并分析了扫描速度对表面粗糙度、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：当扫描速度为500 mm/s时，激光对基体的损伤大且会发生热氧化，表面形成TiO，O含量较高。随着扫描速度由3000 mm/s增加至10000 mm/s，表面逐渐变得光滑平整，O含量先降低后升高，Ti含量则先升高后降低。当扫描速度为9000 mm/s时，表面Ti含量（质量分数）达到最大值84.24%，O含量（质量分数）降至最小值4.54%，且粗糙度（Ra）最低约为0.907 μm，清洗效果最佳。扫描速度的增加使清洗后表面的粗糙度先升高后降低。此外，激光清洗可使TC4钛合金表面的硬度和耐腐蚀性能有所提高。
Author Affiliations
Abstract
Department of Mechanical and Energy Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, People’s Republic of China
Electrochemical jet machining (EJM) encounters significant challenges in the microstructuring of chemically inert and passivating materials because an oxide layer is easily formed on the material surface, preventing the progress of electrochemical dissolution. This research demonstrates for the first time a jet-electrolytic plasma micromachining (Jet-EPM) method to overcome this problem. Specifically, an electrolytic plasma is intentionally induced at the jet-material contact area by applying a potential high enough to surmount the surface boundary layer (such as a passive film or gas bubble) and enable material removal. Compared to traditional EJM, introducing plasma in the electrochemical jet system leads to considerable differences in machining performance due to the inclusion of plasma reactions. In this work, the implementation of Jet-EPM for fabricating microstructures in the semiconductor material 4H-SiC is demonstrated, and the machining principle and characteristics of Jet-EPM, including critical parameters and process windows, are comprehensively investigated. Theoretical modeling and experiments have elucidated the mechanisms of plasma ignition/evolution and the corresponding material removal, showing the strong potential of Jet-EPM for micromachining chemically resistant materials. The present study considerably augments the range of materials available for processing by the electrochemical jet technique.
electrochemical jet machining electrolytic plasma passivation oxide film breakdown material removal mechanism International Journal of Extreme Manufacturing
2022, 4(4): 045101
为了解决316L不锈钢基板直接电沉积的困难、前处理复杂和现有局部电沉积技术柔性差的问题，在电沉积系统中引入激光，在利用激光去除不锈钢表面氧化膜的同时实现了无掩模诱导定域电沉积。采用扫描电子显微镜、X射线色散谱分析法、循环伏安法和电流-时间曲线对加工机理及镀层性能进行了理论和试验分析，研究了激光的单脉冲能量、扫描速度和脉冲频率对镀层表面形貌的影响规律，并研究了热累积效应对沉积精度的影响。试验结果表明，激光的引入可以在未经前处理的不锈钢表面实现局部电沉积，且镀层表面质量、耐蚀性和结合力较好，尺寸精度和沉积速率高。
激光技术 电沉积 不锈钢 定域金镀层 氧化膜 中国激光
2022, 49(22): 2202003
1 中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国科学院计算光学成像技术重点实验室，北京 100094
4 中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015
5 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
介绍了一种基于多脉冲模式的皮秒激光脉冲沉积方法，采用该方法在玻璃基底和单晶硅基底上沉积了透明导电氧化锌(ZnO)薄膜，使用光谱椭偏仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、分光光度计和四探针测试仪分析了激光的不同脉冲串模式对ZnO薄膜厚度、粗糙度、表面形貌、晶体结构、光学性能以及电学性能的影响。结果表明：沉积速率随着子脉冲串数量的增加而减小；随着子脉冲串数量的增加，薄膜表面粗糙度减小，颗粒尺寸减小，薄膜变得更加致密光滑；所有样品均呈现多晶结构；ZnO薄膜的透过率在可见光区域内高于92.95%，且禁带宽度在3.317～3.427 eV范围内；薄膜电阻率随着子脉冲数量的增加而减小。相比于单脉冲，利用多脉冲沉积产生的薄膜具有更高的表面质量、更好的光学性能和更低的电阻率。
薄膜 脉冲激光沉积法 脉冲串模式 皮秒脉冲激光 氧化锌薄膜
1 1.中国科学院 苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
2 2.中国科学技术大学 纳米科学技术学院, 苏州 215123
电致变色材料能够在可见-红外宽频谱范围内对吸收率、透过率、反射率和发射率进行动态调节, 是人工调制材料光谱特征的有效手段。在实际应用场合, 对于色彩(可见光)与热辐射(红外线)可控调节的需求往往并存, 利用单一电致变色器件实现可见、红外双波段的光学调制性能具有重要意义。现阶段对于电致变色材料的设计主要集中于可见光谱的调节能力及颜色转变, 忽略了对材料红外光谱的探究。本研究选取具有法布里-铂罗(F-P)空腔结构的多彩氧化钨薄膜进行可见-红外宽频谱电致变色探究, 具有F-P空腔结构的氧化钨薄膜材料在可见光区呈现多样化、明亮的颜色, 再对多彩薄膜进行图案化设计, 即可得到具有各种图案的多彩薄膜, 并且在外加偏压的作用下可以实现多样化的颜色转变。同时, 多彩氧化钨薄膜的红外反射率也可获得明显的可控调制效果, 在中波段(Medium Wave, MW)3.5 μm左右处不同颜色薄膜均可获得高于25.00%的红外调制率。本研究表明, 多彩氧化钨薄膜可以实现可见-红外宽频谱的分立、可控调节, 在智能窗、热管理、辐射制冷等应用领域有巨大潜力, 可达到光、热性能协同调制的效果。
多彩氧化钨 电致变色 红外调制 colorful tungsten oxide film electrochromism infrared modulation
1 中国科学院电工研究所, 中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 洁净能源国家实验室, 大连 116023
利用13.56 MHz的射频等离子体化学气相沉积设备(RF-PECVD)在不同沉积温度(50~400 ℃)下制备了一系列氢化硅氧(SiOx∶H)薄膜材料, 并研究了薄膜材料性能与微结构的变化规律。随着沉积温度的增加, 薄膜内的氧含量(CO)下降, 晶化率(XC)也下降, 折射率(n)上升, 此外, 薄膜的结构因子(R)下降, 氢含量(CH)先上升后下降, 由此在合适的中间温度下可以获得最大的氢含量。通过实验结果分析提出了不同沉积温度下制备硅氧薄膜的内在微结构模型: 低温下沉积的硅氧薄膜是以氢化非晶硅氧(a-SiOx∶H)相为主体并嵌入氢化纳米晶硅(nc-Si∶H)的复合材料, 而在高温下沉积的硅氧薄膜则是以氢化非晶硅(a-Si∶H)相为主体并嵌入越来越少的nc-Si∶H相和a-SiOx∶H相的复合材料。由上可知, 要制备太阳电池通常采用的晶化率XC高、氧含量CO高的氢化纳米晶硅氧(nc-SiOx∶H)材料, 需要采用相对较低的沉积温度。
硅氧薄膜 纳米晶硅氧 等离子体化学气相沉积 沉积温度 晶化率 氧含量 氢含量 silicon oxide film nanocrystalline silicon oxide PECVD deposition temperature crystallinity oxygen content hydrogen content
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200349
