科技強(qiáng)國(guó)彰顯力量
—— 2022年中國(guó)十大科技新聞盤點(diǎn)

◎本刊綜合

2022年底，由科技日?qǐng)?bào)社主辦、部分兩院院士和媒體人士共同評(píng)選出的2022年國(guó)內(nèi)十大科技新聞揭曉。它們分別是：首次制成柵極長(zhǎng)度最小的晶體管；二氧化碳“變”葡萄糖和脂肪酸；“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴；第三艘航空母艦福建艦下水；穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)刷新世界紀(jì)錄；首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”；“夸父一號(hào)”開啟太陽探測(cè)之旅；二十大報(bào)告專章部署教育科技人才；中國(guó)空間站歷史性完成“合體”；云南培育出多年生水稻品種。

過去的一年，在廣大科技工作者的共同努力下，中國(guó)科技事業(yè)碩果累累。下面就讓我們一起去探訪這些成果背后的故事。

首次制成柵極長(zhǎng)度最小的晶體管

晶體管是芯片的核心元器件，更小的柵極尺寸能讓芯片上集成更多的晶體管，并提升性能。

過去幾十年，晶體管的柵極尺寸不斷微縮。隨著晶體管的物理尺寸進(jìn)入納米尺度，電子遷移率降低、靜態(tài)功耗增大等短溝道效應(yīng)越來越嚴(yán)重。因此，新結(jié)構(gòu)和新材料的開發(fā)迫在眉睫。

為進(jìn)一步突破1納米以下柵長(zhǎng)晶體管的瓶頸，清華大學(xué)集成電路學(xué)院的團(tuán)隊(duì)巧妙利用石墨烯薄膜作為柵極，通過石墨烯側(cè)向電場(chǎng)來控制垂直的二硫化鉬溝道的開關(guān)，首次制備出亞1納米柵長(zhǎng)晶體管。

圖1 亞1納米柵長(zhǎng)晶體管示意圖（圖/清華大學(xué)官網(wǎng)）

知識(shí)貼士：1965年，英特爾公司創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出，集成電路芯片上可容納的晶體管數(shù)目，每隔18～24個(gè)月便會(huì)增加一倍，微處理器的性能提高一倍，或價(jià)格下降一半。這在集成電路領(lǐng)域被稱為“摩爾定律”。清華大學(xué)集成電路學(xué)院的團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步突破了1納米以下柵長(zhǎng)晶體管的瓶頸，是人類向摩爾定律的極限發(fā)起的又一次挑戰(zhàn)。

二氧化碳“變”葡萄糖和脂肪酸

葡萄糖和油脂是重要的糧食成分。長(zhǎng)期以來，通過催化過程將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖或油脂，只有農(nóng)作物種植這一條路徑。

2022年，電子科技大學(xué)夏川課題組、中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院于濤課題組和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰課題組共同創(chuàng)建了一種二氧化碳轉(zhuǎn)化新路徑，通過電催化與生物合成相結(jié)合，成功以二氧化碳和水為原料合成了葡萄糖和脂肪酸，為人工和半人工合成“糧食”提供了新方法。2022年4月28日，該項(xiàng)成果以封面文章的形式發(fā)表在《自然·催化》雜志上。

知識(shí)貼士：將二氧化碳人工轉(zhuǎn)化為高附加值化合物，是科技界持續(xù)攻關(guān)的重要領(lǐng)域。我國(guó)科學(xué)家此前已在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工合成，這一成果入選了2021年度中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展。

“中國(guó)天眼”發(fā)現(xiàn)首例持續(xù)活躍重復(fù)快速射電暴

快速射電暴（FRB）是宇宙中最明亮的射電爆發(fā)現(xiàn)象，在一毫秒的時(shí)間內(nèi)能釋放出太陽大約一整年才能輻射出的能量。自2007年被發(fā)現(xiàn)以來，快速射電暴一直是天文學(xué)最前沿的研究方向之一，但其物理起源、輻射機(jī)制和周圍環(huán)境等至今尚不明晰。

2019年，我國(guó)研究人員在系統(tǒng)處理FAST“多科學(xué)目標(biāo)同時(shí)巡天”數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年5月20日的數(shù)據(jù)存在重復(fù)的高色散脈沖。這一新的快速射電暴就是FRB 20190520B。

在后續(xù)觀測(cè)中，研究人員發(fā)現(xiàn)FRB 20190520B并不像其他快速射電暴那樣閃耀一次便消失了，而是持續(xù)活躍，一直在閃耀。為了找到它的宿主星系，研究人員組織了多臺(tái)國(guó)際設(shè)備天地協(xié)同觀測(cè)，成功將FRB 20190520B定位于一個(gè)距離我們30億光年的貧金屬矮星系。

圖2 “中國(guó)天眼”（FAST）全景

知識(shí)貼士：自2020年通過國(guó)家驗(yàn)收以來，“中國(guó)天眼”的運(yùn)行效率和質(zhì)量不斷提高，年觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)超過5300小時(shí)，取得了一批重要科研成果。除了發(fā)現(xiàn)快速射電暴，我國(guó)科學(xué)家還利用“中國(guó)天眼”為解決恒星形成三大經(jīng)典問題之一的“磁通量問題”提供了重要的觀測(cè)證據(jù)。

第三艘航空母艦福建艦下水

2022年6月17日上午，我國(guó)第三艘航空母艦——福建艦在中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司江南造船廠舉行了下水命名儀式。

福建艦是中國(guó)完全自主設(shè)計(jì)建造的首艘彈射型航空母艦，采用平直通長(zhǎng)飛行甲板，配置電磁彈射和阻攔裝置，滿載排水量8萬余噸。

知識(shí)貼士：相比遼寧艦和山東艦采用的滑躍甲板，福建艦在外觀上的一個(gè)明顯改進(jìn)是采用了平直通長(zhǎng)飛行甲板。平直通長(zhǎng)飛行甲板的優(yōu)勢(shì)是能停放更多的艦載機(jī)。

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)刷新世界紀(jì)錄

穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)是物質(zhì)科學(xué)研究需要的一種極端實(shí)驗(yàn)條件，是推動(dòng)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)的利器。

2022年8月，由中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研制的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置，產(chǎn)生了45.22萬高斯的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)，刷新了同類型磁體保持了近23年的世界紀(jì)錄，成為我國(guó)科學(xué)實(shí)驗(yàn)極端條件建設(shè)乃至世界強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。

知識(shí)貼士：穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置是國(guó)家發(fā)改委“十一五”期間立項(xiàng)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，2017年通過國(guó)家驗(yàn)收并正式投入運(yùn)行，使我國(guó)成為美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、日本之后第五個(gè)擁有穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)的國(guó)家。

圖3 穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)裝置混合磁體（圖/中科院合肥研究院）

首次發(fā)現(xiàn)月球新礦物“嫦娥石”

2022年9月9日，國(guó)家航天局、國(guó)家原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合宣布，中國(guó)科學(xué)家首次在月球上發(fā)現(xiàn)新礦物，這種新礦物被命名為“嫦娥石”。

“嫦娥石”是我國(guó)發(fā)現(xiàn)的首種月球新礦物，也是人類發(fā)現(xiàn)的第六種月球新礦物。它呈微小柱狀，顆粒大小為2～30微米，是在嫦娥五號(hào)月球樣品的玄武巖碎屑中發(fā)現(xiàn)的，是一種新的磷酸鹽礦物，屬于隕磷鈉鎂鈣石族。

圖4 “嫦娥石”理想晶體圖（圖/中核集團(tuán)核地研院）

知識(shí)貼士：“嫦娥石”是人類發(fā)現(xiàn)的第六種月球新礦物，你知道其他五種月球新礦物是什么嗎？它們分別是月海玄武巖、蘇長(zhǎng)巖、富鋁斜巖、月球角礫石隕石、氦-3。

“夸父一號(hào)”開啟太陽探測(cè)之旅

圖5 “夸父一號(hào)”示意圖（圖/衛(wèi)星研制團(tuán)隊(duì)）

2022年10月9日，我國(guó)綜合性太陽探測(cè)衛(wèi)星“夸父一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，正式開啟對(duì)太陽的探測(cè)之旅。

該衛(wèi)星的科學(xué)目標(biāo)瞄準(zhǔn)“一磁兩暴”，即同時(shí)觀測(cè)太陽磁場(chǎng)和太陽上兩類最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象——耀斑和日冕物質(zhì)拋射，研究它們的形成、演化、相互作用和彼此關(guān)聯(lián)，同時(shí)為空間天氣預(yù)報(bào)提供支持。

知識(shí)貼士：2021年10月，我國(guó)發(fā)射了國(guó)內(nèi)首顆太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星“羲和號(hào)”。同為探日衛(wèi)星，“夸父一號(hào)”和“羲和號(hào)”的不同之處在于，“羲和號(hào)”是我國(guó)探日工程的“探路者”，高時(shí)間分辨地獲取全日面Hα光譜掃描成像、觀測(cè)和研究色球動(dòng)力學(xué)是其主要特色。而“夸父一號(hào)”全稱為先進(jìn)天基太陽天文臺(tái)，它是我國(guó)第一顆綜合性太陽探測(cè)專用衛(wèi)星。

二十大報(bào)告專章部署教育科技人才

2022年10月16日，黨的二十大在北京勝利召開。

黨的二十大報(bào)告用一整個(gè)章節(jié)專門對(duì)“實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略，強(qiáng)化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐”作出了重大部署。報(bào)告指出，教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道，不斷塑造發(fā)展新動(dòng)能新優(yōu)勢(shì)。

知識(shí)貼士：當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在加速重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)?？萍紕?chuàng)新成為百年變局中的關(guān)鍵變量。為此，黨的十八大提出實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，黨的十九大提出創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，黨的二十大則提出實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，這體現(xiàn)了黨中央對(duì)科技創(chuàng)新工作一以貫之的高度重視。

中國(guó)空間站歷史性完成“合體”

2022年10月31日，中國(guó)天宮空間站的第二個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)K——夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射；2022年11月1日，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙與之前發(fā)射的天和核心艙完成精準(zhǔn)對(duì)接；2022年11月3日，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位，與天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙形成“T”字構(gòu)型。中國(guó)空間站歷史性地完成“合體”。

建設(shè)中國(guó)天宮空間站的主要目的是建成水平先進(jìn)的國(guó)家太空實(shí)驗(yàn)室，為科學(xué)服務(wù)，產(chǎn)出重大科技成果?？茖W(xué)家計(jì)劃利用“夢(mèng)天”在10年內(nèi)完成1000多次科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

圖6 2022年11月3日，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙完成轉(zhuǎn)位，與天和核心艙、問天實(shí)驗(yàn)艙形成“T”字構(gòu)型（圖/中國(guó)載人航天）

知識(shí)貼士：夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙是中國(guó)空間站上載荷支持能力最強(qiáng)的艙段，艙內(nèi)配置了13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷機(jī)柜，主要面向微重力科學(xué)研究，可支持流體物理、材料科學(xué)、燃燒科學(xué)、基礎(chǔ)物理以及航天技術(shù)試驗(yàn)等多學(xué)科方向研究。同時(shí)，艙外還配置了37個(gè)載荷安裝工位，特別是載荷艙上配置了2塊可以在軌展開的暴露載荷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和1個(gè)固定式暴露平臺(tái)，從而可以進(jìn)行更加徹底的“太空環(huán)境”實(shí)驗(yàn)。

云南培育出多年生水稻品種

喬木類植物的生長(zhǎng)都是多年連續(xù)的，比如果樹會(huì)一年又一年地結(jié)出果實(shí)。而小麥、玉米、水稻等大部分農(nóng)作物都是一年生的，從種植到收獲只有幾個(gè)月的時(shí)間，下一茬的種植還需要重復(fù)這一過程。

云南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新，可能讓水稻成為多年生作物，實(shí)現(xiàn)栽種一次，多季收割。相關(guān)研究成果于2022年11月7日發(fā)表在《自然·可持續(xù)發(fā)展》雜志上。

研究團(tuán)隊(duì)利用多年生野生水稻與一年生栽培水稻進(jìn)行雜交，經(jīng)過多次自交篩選培育出多年生水稻品系，最終3個(gè)水稻品種通過國(guó)家審定。

圖7 多年生水稻試驗(yàn)田（圖/新華社發(fā)）

知識(shí)貼士：據(jù)悉，多年生水稻可跳過育秧和栽種等耕作環(huán)節(jié)，總體上節(jié)約一半的生產(chǎn)投入。而且，種植多年生水稻能改善耕層土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)環(huán)境十分友好。