新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）工学院成功研发出一款能在极低温环境下运行的新型计算方案，克服了人工智能代理与量子处理器之间的延迟问题，并提升效能，推动了量子运算与人工智能的融合。是项研究由电子及计算机工程学系助理教授邵启明领导，其技术核心是由磁性拓扑绝缘体制作的霍尔器件实现。 量子电脑被视为高效丶快速运算的未来，随着人工智能技术进步一日千里，两者的结合更成为了全球科技发展的新方向。然而，量子运算在操作环境及硬件上有一定需求，一直是个重大挑战。 邵教授介绍说：「量子电脑进行的运算非常复杂，因此需要运用数千个量子比特。为了进一步发掘它的潜力，学术界近期开始藉助机器学习技术，提升量子计算能力，尤其是在纠错方面。」 量子处理器一般需要在毫开尔文（相当于约摄氏零下273度）的超低温下运行，而图形处理器则在室温下操作。因此，两者的安装通常会相隔数米，并通过线路连接，让人工智能硬件调控量子处理器。这段距离往往对指令传输造成显着延迟（见图1a）。 因此，为解决装置之间距离所带来的延迟，由邵教授带领的研究团队提出了一种崭新的低温存内计算方案，使人工智能加速器可在量子处理器的数十厘米范围内操作（见图1b）。随着两者距离缩短，运算延误大幅削减，而效能则得以提升。 研究团队认为，磁性拓扑绝缘体在这项应用中具有巨大潜力。这类材料不仅具备绝缘体的体带隙，其表面或边缘还存在导电态。这些特性令它在低温下呈现出独特的现象，例如「自旋—动量锁定效应」（电子自旋方向垂直于动量方向），可以高效地生成自旋电流；又例如「量子反常霍尔效应」（电子只沿边缘移动，并且没有电阻），可通过手性边缘态实现，无需磁场。 研究团队还特别选择了铬掺杂刨锑碲磁性拓扑绝缘体（Cr-BST）。该材料以其巨大的量子反常霍尔电阻和高效的电流诱导磁化翻转能力着称，可显着提升霍尔器件性能。 邵教授表示：「这项研究首度验证霍尔电流求和方案于低功耗存内计算的可行性，特别聚焦低温环境应用。经实验验证，该磁性拓扑绝缘体霍尔桥阵列即使置于量子处理器所需超低温环境周边，仍能有效执行强化学习演算法，成功完成量子态制备等任务。」

由香港科技大学(港科大)、南方科技大学（南科大）及深圳国家应用数学中心（NCAMS）联合组成的研究团队，提出以氮元素为核心的全新理论框架，解释大气有机气溶胶吸光效应。研究成果於近日发表在国际顶级期刊《科学》，揭示了含氮组分在全球大气有机气溶胶吸光性中的主导作用。这项发现标志着在提升气候模型准确性和制定更具针对性的策略以减缓空气颗粒对气候影响方面的重要进展，具有重要科学意义。 大气气溶胶通过吸收和散射太阳光辐射影响地球气候，其中有机气溶胶在近紫外到可见光波段具有显著的吸光能力。然而，由于有机气溶胶组分复杂且在大气中不断演化，其气候效应的评估一直存在挑战。 有见及此，由南科大环境科学与工程学院兼NCAMS教授傅宗玫教授，与港科大化学系兼环境及可持续发展学部讲座教授郁建珍教授领导的团队合作展开研究，以理解大气气溶胶对气候变化的影响。傅教授表示：「传统模式只考虑有机气溶胶中总碳元素的化学演化，无法有效阐明大气有机物来源、演化过程与吸光性质之间的关联。我们首次量化有机气溶胶中含氮吸光组分——棕色氮的全球丰度，并揭示了棕色氮光学性质随组分演化的变化规律。」 论文的第一作者、港科大与南科大联合联合培养的博士毕业生李钰敏博士补充道：「我们的研究显示，棕色氮的全球平均吸光性直接辐射效应为0.034瓦每平方。棕色氮贡献了全球有机气溶胶约70%的吸光效应，而且其化学演化主导了有机气溶胶吸光的时空变化。」 研究成果强调了在未来气候和空气质量模型中纳入含氮组分的重要性。随着气候变暖将导致生物质燃烧增加，而由此排放的高吸光性棕色氮气溶胶将进一步促进气候变暖，形成一个此前未知的正反馈机制。 郁教授指：「我们的研究为理解大气有机气溶胶的气候效应提供了以氮为核心的新的视角，对理解地球气候-化学相互作用具有重要意义。理解这些相互作用，以及识别其他非含氮的吸光有机物，对于改善大气模型和制定更有效的空气污染控制策略至关重要。」通过揭示氮驱动的大气溶胶吸收的关键作用，这项研究为预测气候变化影响和指导减缓策略提供了更为准确的框架。

香港科技大学（科大）工学院研究团队持续推动可再生能源电池技术发展，率先透过突破研究钙钛矿太阳能电池纳米结构，成功研发出一款既高效又稳定的电池，可望大幅降低其使用成本及扩大其应用范围，将科研成果落地贡献社会。 相对现行主流使用的传统硅晶太阳能电池，钙钛矿太阳能电池能量转换效率高、生产时材料成本较低及可达至永续製造，属极具发展潜质的前沿技术，是科研界重点研究课题。惟钙钛矿太阳能电池在光亮、潮湿及高温环境下，表现有欠稳定，阻碍它投产。其中，钙钛矿薄膜内部的正离子分布不均，削弱电池性能。 科大化学及生物工程学系副教授周圆圆教授领导的研究团队发现，在钙钛矿薄膜晶粒的三角边界处上，存在内凹几何结构，这些结构产生「陷阱」束缚正离子，令它分布不均。研究团队其后採用了一种化学添加剂「乙酸丁基铵」，浅化晶粒上的内凹，并将其深度降低了三分之一。经此技术所製得的钙钛矿电池，在效能上增长近26%，同时在各项标准稳定性测试中，表现优异。 周教授说：「现时研究大多聚焦于宏观或微观层面去改进钙钛矿电池，甚少研究更细微的纳米级结构。团队利用阴极射线发光显微镜，并结合一系列先进技术，发现这些纳米内凹结构影响薄膜正离子分布，这正正是影响电池光电转换效率与稳定性的关键。」 研究成果已在纳米科技领域的顶尖学术期刊《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）发表，论文题为「Nanoscopic Cross-Grain Cation Homogenization in Perovskite Solar Cells」。 论文的第一作者、科大博士后研究员郝明伟博士补充道：「钙钛矿是一种软晶格材料。团队在实验过程中，观察到钙钛矿薄膜与传统材料结构差异大，已开展下一阶段的研究釐清相关机制，期望扩展钙钛矿太阳能电池的商业应用，以创新产品推动再生能源市场发展。」 本研究的共同通讯作者为美国田纳西大学诺克斯维尔分校的Mahshid AHMADI教授，其他合作伙伴来自美国耶鲁大学、美国橡树岭国家实验室、韩国延世大学，以及香港浸会大学。  

香港科技大学（科大）、教育局和中国科学院空间应用工程与技术中心（空间应用中心）联合主办香港中学生空间站科普载荷和科学实验方案设计比赛，鼓励学生队伍提交适合于太空环境或微重力条件下进行的科学实验设计方案，并于今日（二月二十五日）举行比赛启动礼暨实验方案设计简介会。 活动在教育局九龙塘教育服务中心举行，教育局局长蔡若莲博士联同合办、支持和伙伴机构的代表主持比赛启动仪式。比赛由教育局、空间应用中心及科大联合主办；中央人民政府驻香港特别行政区联络办公室教育科技部担任支持机构；京港学术交流中心、香港教育工作者联会及教育评议会担任伙伴机构。 这项比赛旨在推动航天教育，并加深学生对国家航天成就的认识和加强科技自信，获奖及获选的方案有机会落实并制作成品，以及推荐至在二○二六年开始执行的空间站航天任务——空间站香港科普卫星项目。 蔡若莲博士致辞时表示，中国航天工程是国家科技实力和综合国力的重要体现，承载着中华民族千百年来的航天梦想。是次比赛让学生获得非常难得的航天教育培训和实践机会，让学生有机会参与国家航天任务，探索航天科学，实践航天梦，意义重大，鼓励学生积极组队参赛。 她指出，配合国家科教兴国的大方向，支持本港发展成为国际创科中心，教育局持续于学校大力推动STEAM（科学、科技、工程、艺术和数学）和创科教育，透过多元支援措施，提升学生对科研及创新科技的兴趣和能力。 蔡若莲博士感谢中国科学院空间应用工程与技术中心、中央人民政府驻香港特别行政区联络办公室教育科技部及科大等机构对比赛大力支持，令活动得以顺利开展。 科大协理副校长（研究）童彭尔教授亦为活动主礼，他期望这次科普活动启发香港年轻一代对航天科技的热情，为国家航天事业作出更大贡献。 简介会中，空间站香港科普卫星的项目负责人、科大于宏宇教授以「观宇宙，燃梦想—与香港中学生共筑航天梦」为题，向师生介绍国家航天科技的最新发展。科大太空科学与技术研究院副院长王一教授亦与教育局人员介绍比赛章程、规则和评分准则等。

香港科技大学（科大）工学院最近发表全球首幅高解析度的地下水硫酸盐分布图，揭示了一项惊人的公共卫生隐患——地下水硫酸盐含量过高的现象，正对全球1,700万人的肠胃健康构成威胁。 地下水是数十亿人重要的食水来源，然而，硫酸盐进入供水系统后，可导致饮用者腹泻和脱水，特别对婴幼儿、老年人及其他体弱人士风险更高。此外，硫酸盐还会促进砷的释放，污染水质，并可导致重金属溶解，加速管道腐蚀，间接引发其他健康问题和经济损失。以美国为例，每年因水管腐蚀相关问题所带来的财政成本，便高达220亿美元。 本研究的共同通讯作者、土木及环境工程学系讲座教授陈光浩指出：「地下水中的硫酸盐含量对大众健康和水系统基础设施均有深远影响，可惜这个重要课题往往被忽视。」 为探讨这一问题的严重性，陈教授及其团队采用先进的数据驱动方法，分析了超过17,000项硫酸盐浓度测量数据以及相关的全球地理空间变量数据，成功生成了首幅1公里解析度的硫酸盐分布地图。这张开创性的分布图成为水质评估的实用参考工具，它不但标示出硫酸盐超标的热点地区，还辨别了主要影响因素，包括降水模式和沉积地质等自然现象，以及化肥施用和矿业操作等人类活动。 世界卫生组织建议，食水的硫酸盐浓度不应超过每公升250毫克，一旦污染超出这个水平，便可能出现异常味道。按此标准，研究团队借助这张分布图推算，发现全球有约1.94亿人生活于超标的地区。更令人担忧的是，有约1,700万人生活在地下水硫酸盐浓度超过每公升500毫克的地区，这已是严重超标，可引发肠胃问题。

香港科技大学（科大）物理系和化学系副教授潘鼎的课题组与数学系姚远教授合作，在超临界水中二氧化碳（CO₂）的复杂反应机制研究方面取得了重要发现。这些成果不仅对了解自然界和工程领域中二氧化碳矿化封存的分子机制有重要意义，对了解地球内部碳循环也同样重要，有助于为未来发展碳封存技术提供新的方向。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》*（PNAS）上。 二氧化碳在水中的溶解及其后续的水解反应是有效碳捕集和矿化储存的关键过程，对有助缓解全球变暖的碳封存技术意义重大。潘鼎教授领导的团队通过发展和应用第一性原理马尔可夫模型，揭示了在体相和纳米受限环境中二氧化碳与超临界水的反应机制。他们发现pyrocarbonate（C₂O₅²⁻）是纳米受限环境中稳定且重要的反应中间体，由于pyrocarbonate在水溶液中极易分解，无法稳定存在，故此前一直被忽视。这次pyrocarbonate的意外出现与受限溶液的超离子行为有关。此外，研究团队还发现碳酸化反应涉及沿瞬态水链的集体质子转移，这种转移在体相溶液中表现出协同行为，但在纳米受限条件下可逐步进行。此项研究展示了第一性原理马尔可夫模型在阐明水溶液中复杂反应动力学方面的巨大潜力。

香港科技大学（港科大）今日宣布，正式获得中国载人航天工程空间应用系统的总体单位中国科学院空间应用工程与技术中心（空间应用中心）委托，领军研制全球首款轻小型高分辨率高精度二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）点源协同探测仪载荷。此项目有望成为香港特区首项跟随天舟货运飞船登上中国「天宫」太空站，展开研究与应用的载荷。该仪器能更精准地监测特定范围温室气体的排放浓度，识别温室气体排放源，为制订和评估减碳政策提供关键数据，响应国家「碳达峰、碳中和」的双碳战略政策。 为应对全球气候变化的挑战，国家力争在 2030 年前碳排放量达峰， 并在2060 年前实现碳中和的战略目标。全面且准确的温室气体排放监测工作，对实现此目标至关重要。港科大发起主导项目，研发轻小型高分辨率高精度温室气体点源探测仪，以准确地从太空获取地球主要温室气体排放数据。该项目已于去年正式通过空间应用中心的遴选和审核，预计将安装于中国太空站，并以其为核心平台，实时获取二氧化碳和甲烷的浓度数据。此仪器将是全球首款能同时监测该两种温室气体的既有高解析度又有高精准度的太空探测仪。 该探测仪将重点监测发电厂、堆填区、油田、煤矿及天然气厂等重点碳排放设施，涵盖范围包括香港在内的低至中纬地区。仪器不仅能记录相关温室气体的排放浓度数据，还能同时监测潜在的煤气泄漏，从而减少资源浪费。港科大研究团队计划建立温室气体点源排放数据库，利用相关数据推算实时碳排放量，识别温室气体排放源，并在碳监测、报告和核查工作中，提供可靠、准确且高频次的数据，协助决策者制订更有效的减排政策及评估措施成效。港科大团队计划透过合作方式，将数据分享予不同科研机构，服务粤港澳大湾区以至「一带一路」沿线国家和地区，助力国际社会共同应对和缓解全球气候变化。

香港科技大学（科大）工学院成功研发一款全球首创的深紫外microLED显示阵列晶元，此高光效晶元可配合无掩模紫外光光刻技术，提升其光输出功率密度准确性，并以较低成本及更速效的方法推动半导体晶片生产的技术发展。 这项研究由科大先进显示与光电子技术国家重点实验室创始主任郭海成教授指导，并与南方科技大学和中国科学院苏州纳米所合作。  光刻机是用以制造半导体的重要设备，它利用短波长的紫外光构成不同图案，从而生产出各种集成电路晶片。然而，这种运用传统汞灯和深紫外LED光源的制作有不足之处，例如器件尺寸大、解析度低、能源消耗高、输出的光效低且功率密度不足，不利于晶片制作。  为了解决上述难题，研究团队制造了一个无掩模光刻原型机平台，利用它制作了首个由深紫外microLED无掩模曝光的microLED显示阵列晶元。过程中提高了紫外光萃取效率、增强其热分布效能，并改善了晶体外延的应力释放。  郭教授特别提到：「团队制作的microLED显示阵列晶元成功实现了多项关键性技术突破，包括提高了光源的功率及效能、图案显示解析度、提升荧幕性能及快速曝光能力。此microLED显示晶元有效地将紫外光源和掩模版上的图案融为一体，迅速地提供足够的辐照剂量为光阻剂进行光学曝光，推进半导体生产技术发展。」 郭教授进一步指出：「近年来，低成本、高精度的无掩模光刻技术已成为半导体行业的新兴研发热点。由于这种技术能够更灵活调整曝光图案，从而提供更多样化的定制选项，并节省制造光刻掩模版的成本。因此，对于自主开发半导体设备而言，有助提高光阻剂敏感度的短波长microLED技术显得尤为关键。」 科大电子及计算机工程学系博士后研究员冯锋博士总结道：「与其他具代表性的研究相比，我们实现了更小的器件尺寸、更低的驱动电压、更高的外量子效率、更高的光功率密度、更大规模的阵列尺寸，以及更高的显示解析度。这些都是关键的性能提升，各项指标均显示，本研究的成果领先全球。」