|
電漿子奈米雷射
(照片提供/科學人)
半導體雷射元件尺寸的微型化是這個產業必然的趨勢，但長期以來受制於光學繞射的限制——要能得到雷射所需的回饋機制，光共振腔必須有至少光波長的長度，與現今只有幾十奈米的電晶體尺寸差距不小。
清華大學物理系果尚志帶領的國際團隊開發出一種可突破繞射極限的新型奈米半導體雷射，以電漿子共振腔取代傳統的光學共振腔，成功將雷射元件體積縮小到奈米尺度。
果尚志採用的是「金屬–氧化物–半導體」（MOS）奈米結構，先在矽基板上磊晶成長一層銀膜，並在銀膜上方鍍一層僅五奈米厚的二氧化矽做為介電材料，最後堆疊上氮化銦鎵半導體奈米結構做為雷射的增益介質，由於材料皆具有極高品質的結晶特性，因而成功做出了全球最小的半導體雷射。
這種新結構的回饋機制，是利用銀表面自由電子密度的集體震盪及其量子化產生的準粒子「表面電漿子」。由於銀的表面電漿子共振頻率在可見光波段，當氮化銦鎵受激發出可見光時，兩者間會形成光子與電漿子的耦合態，構成回饋機制，並將電磁波能量有效地局限在中間的二氧化矽介電層內。因此，二氧化矽夾層扮演著電漿子共振腔的角色，不但不受光繞射的限制，而且在奈米尺度下耦合共振效果更好。
然而這類電漿子共振腔結構一直以來的瓶頸，就是表面粗糙及多晶結構的銀膜會導致嚴重的電漿子散射與損耗，使得元件尺寸一旦縮得很小，就無法得到有效的增益。果尚志與美國德州大學奧斯丁分校的施至剛合作，利用新穎的量子磊晶方法成長原子級平坦的單晶銀膜，大幅降低了電漿子的能量耗損；並結合了果尚志研究團隊分子束磊晶技術成長的增益介質，將此具有極高光增益係數的半導體增益介質，搭配上低損耗的電漿子共振腔，實現了尺寸可比擬電晶體的半導體奈米雷射。
電漿子奈米雷射和電晶體同為MOS結構，光元件尺寸一旦縮小到與電晶體相仿，就可在矽晶片上與電晶體結合。願景則是將此雷射運用於光運算系統，取代目前的電運算，發揮光運算高速、寬頻、低功耗等優勢。電漿子奈米雷射的誕生，可說是往此目標邁出了重要的一步。
流感病毒新弱點
A型流感病毒不容輕忽，畢竟這種病毒變異極快，容易對藥物產生抗藥性，一旦演化出高病原性、猛暴型的病毒株，將造成人類重大傷亡。也因為流感病毒變異極快，疫苗生產速度應付不來，開發全新作用機制的抗病毒藥物，仍是目前全球科學家努力的目標。
流感病毒的RNA外面包裹著核蛋白（NP），在進行RNA轉錄或複製時，RNA聚合必須結合到核蛋白上。核蛋白是由三個蛋白質單體所組成，如果能破壞這三個蛋白質的聚合，就可以阻斷流感病毒的複製。中央研究院院長翁啟惠與生化所所長蔡明道領導的研究團隊，便針對這個三聚體來尋找弱點。
他們利用蛋白質上單一胺基酸的置換，確認了第339號位置的麩胺酸與第416號位置的精胺酸之間形成的鹽橋，是三聚體尾端穩定結構的關鍵。接著他們利用電腦進行虛擬藥物篩選，從170萬種化合物的資料庫裡尋找具有阻斷此鹽橋潛力的化合物，最後篩選出的四種化合物在細胞實驗中，證實可以抑制流感病毒的複製。這項研究發表在2011年8月的《美國國家科學院學報》。
蔡明道指出：「這是抗病毒藥物研發觀念上的突破，針對的是蛋白質與蛋白質之間的交互作用。」由於所有流感病毒都具有核蛋白，且核蛋白的基因序列穩定，不易因突變引發抗藥性，這個概念可以廣泛對抗多種流感病毒。
為了讓這些化合物確實發揮抗病毒的功效，研究團隊下一步將製作核蛋白與化合物的結晶，從立體構造確認兩者實際結合的情況，以便進一步修飾並合成藥物。
超低空間色偏白光LED封裝技術
發光二極體（LED）近年來被視為明星產業，然而白光LED一直存在著空間色偏問題，影響色光品質與照明效果。由於多數的白光LED是以放出藍光的晶片為基礎，晶片上覆蓋混合了黃色螢光粉的矽膠，讓藍光被螢光粉吸收部份能量後，放出波長較長的黃光，再與未被吸收的藍光混合成白光。經由螢光粉散射後，放出的黃光，空間分佈較為均勻，然而晶片所放出的藍光卻在正向較為強烈，使得光源正向處容易偏藍，周圍則有著黃色的「光暈」，造成空間色偏。
為了解決空間色偏問題，中央大學光電系孫慶成的團隊研發出獨特的封裝技術：把混合螢光粉的矽膠製成半球體，將晶片放在球心，並且在精準的計算之後，將整個半球形往上加高0.3毫米。這樣的設計讓晶片正向較強烈的藍光，遇上加厚的螢光粉而產生較多的黃光，補償了藍光空間分佈不均勻的問題，把空間色偏減到極低：色溫3000K的暖白光LED僅有40K的色偏，而6500K的冷白光，色偏也只有194K，目前都是世界最佳紀錄。
這項突破性的成果從投稿《光學快遞》到接受，僅花了九天的時間，足見其在國際上受矚目的程度。孫慶成表示，LED要取代傳統燈泡或燈管成為室內照明，解決空間色偏是很重要的一步，未來團隊還會繼續朝著增進LED演色性、可靠度等的方向努力，更好的LED指日可待。
|
