新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）化学系教授吕海鹏教授率领研究团队，在光电技术领域自旋控制方面的研究取得重大突破。团队成功研发「钙钛矿手性多量子阱架构」，使电子在室温下自旋极化的保持时间延长约300倍，为未来量子科技及自旋相关的应用发展开拓更多可能。相关研究成果近日已于国际研究期刊《Nature Photonics》发表，题为《Perovskite chiral multiple quantum wells with extended spin lifetime via efficient spin cascade》。半导体产业掌握现代光电技术发展的命脉，但业界一直面临提升处理速度与减少能源消耗的双重挑战。为突破这些限制，研究人员积极探索新方向，尤其是利用电子自旋为基础的新型技术。然而，由于自旋退相干的过程极快，以致室温下的自旋操控仍然相当困难。为克服这些挑战，科大团队开发出能够实现高效「自旋级联」（spin cascade）的钙钛矿手性多量子阱。研究团队采用两步晶种辅助结晶法，成功构筑出排列有序、具有不同阱宽的量子阱结构，使其本征手性连续贯穿二维（n=1）、准二维（n=2、3、4……）及三维（n=∞）钙钛矿相。这些相互连接的量子阱形成具有梯度能级及连续手性的结构，产生一系列自旋极化中间态，促进自旋在连续的量子阱之间高效传递，同时减少界面自旋损失，并抑制材料内部的自旋弛豫。研究结果显示，电子自旋极化在室温下可维持约5纳秒，突破了长寿命自旋极化通常只能在极低温下实现的传统限制。延长的自旋极化保持时间使材料能够产生圆偏振发光，其发光不对称因子（glum）最高达1.4 × 10⁻²。此外，材料亦展现出自旋依赖的电荷传输特性，其极化程度超过80%。建基于上述特性，研究团队更进一步将概念付诸应用，开发高效X射线触发的不对称光聚合反应，以及高性能圆偏振光探测，突显材料在不对称光催化及先进光学探测领域的应用前景。

全球制冷需求持续上升，传统蒸汽压缩制冷技术因耗能高，所使用的制冷剂会加剧温室效应，令发展可持续制冷技术变得日益迫切。香港科技大学（科大）研究团队从蜂巢的多孔薄片堆迭结构取得灵感，成功研发一种低成本、超耐久的「弹卡」制冷剂结构，在测试中可持续运作逾一亿次制冷循环，估算使用寿命逾十年。这种制冷剂结构的制造方法不仅显著提升生产效率，更降低制造成本，为「弹卡」制冷技术迈向规模化应用奠定重要基础。论文以「Stacked porous NiTi structure with low cost and ultrahigh fatigue life for elastocaloric cooling」为题，已发表于国际学术期刊《科学》。「弹卡」制冷是利用形状记忆合金的可逆相变，在反复加载和卸载过程中吸收和释放热量，为传统制冷技术提供极具潜力的固态替代方案。然而，实际应用时，形状记忆合金制冷剂结构要同时具备快速换热、高机械可靠性和低制造成本是一大难题。现有制冷剂的设计大多采用商用合金管、板材和线材，以及利用电火花线切割加工制作的薄壁结构，但往往面对生产成本高、加工效率低，或在反复加载过程中出现疲劳破坏和屈曲等问题，阻碍「弹卡」制冷技术的大规模应用。科大机械及航空航天工程学系讲座教授、论文通讯作者孙庆平教授表示：「制冷剂结构是决定『弹卡』制冷能否从实验室原型机走向大规模生产制冷系统的关键因素。它必须同时实现快速换热、极高机械可靠性和低制造成本，然而要兼顾这三方面是极具挑战。」为应对这些挑战，孙教授带领的团队开发出一种「冲压与堆栈」（Stamping and Stacking）方法，能将形状记忆合金薄片冲压成多孔薄片，再逐片堆栈形成管状制冷剂结构。设计灵感源自竹子和蜂巢等天然结构的高力学稳定性，使分段式堆栈结构能同时兼顾高效换热、高结构可靠性及低成本制造。这种制冷剂结构具有三大特点：

香港科技大学（科大）与香港金融管理局（金管局）今日（11月2日）在业界参与者的支持下，推出后量子密码学（PQC）工具包（工具包），为银行提供一套有系统且全面的框架，支持其规划及推进后量子密码学过渡进程。工具包协助银行建立清晰的管治及责任安排、全面评估密码技术风险敞口、精准识别过渡需要，并持续监察实施进度；同时，工具包整合关键的规划考虑因素，促进有序和以风险为本的过渡。工具包亦包括一套实务工具，协助银行开展实际评估及规划工作，例如盘点其加密技术及相互依赖关系、订定过渡的优先次序、加强与供货商沟通，并据此制定切实可行的过渡时间表。为协助银行业及早应对未来量子运算技术持续发展所带来的潜在网络安全风险，金管局于2026年7月推出量子准备度指数1 ，以评估银行业落实量子安全加密的准备程度。首个量子准备度指数得分为2.3分 （满分为10分），显示银行业虽已开始应对量子技术相关发展，但整体而言，就过渡至后量子密码学的部署工作仍处于初步阶段。工具包由金管局与科大共同开发，旨在支持银行将认知转化为具体行动，以推动整个银行业在2030年前为量子时代做好全面准备（指数达10分）。科大致力推动社会对新兴科技及其对商业与社会影响的理解。是次合作正体现这方面的努力。凭借在网络安全、密码学、金融、经济、企业管治及科技应用等领域的跨学科专业知识，科大正积极应对量子运算发展所带来的其中一项关键挑战。金管局副总裁阮国恒表示：「量子准备度指数为银行业提供了清晰的起点，下一步将协助银行将有关认知转化为明确的责任、准确的优次安排和切实可行的计划。工具包由金管局、科大及业界携手开发，为银行提供通用基础，让其可因应自身情况加以应用。我们的目标是让银行更容易展开相关工作，稳步推进整个后量子过渡过程。」

香港科技大学（科大）研发崭新的锂金属电池动态集成技术，透过重新建构电池结构，有效提升「无负极锂金属电池」的能量密度与稳定性。采用此技术设计的电池能量密度可高达467 Wh kg-1，媲美传统商用电池。另外，相关技术设计的纽扣全电池在通过200次充电循环测试后，仍能保持90%容量。研究为开发更轻便、更耐用的电池开拓新的研究路径。研究由科大张英灿能源工程及环境学教授、化学及生物工程学系系主任兼讲座教授邵敏华教授带领，团队成员包括科大化学及生物工程学系博士后研究员陈云逸博士（第一作者）、路思齐博士、前博士后研究员钱希堂博士、博士毕业生吕宇翔博士、博士生邱一璨、周思宇及兰心仪。研究成果已于国际研究期刊《自然通讯》上发表，题为「动态集成界面工程实现高稳定性准固态初始无负极锂金属电池」。锂金属具高容量及高供电效率的优点，被视为未来电池中极具开发潜力的物料之一。其中，开发「无负极电池」是锂金属电池的研究方向之一，而「无负极电池」需采用「裸铜」（Cu）集流体取代传统的锂金属负极，从而有效提升能量密度并简化制造工艺。不过，由于铜物料具有「疏锂」（Lithiophobic）特点，锂物料在充电时无法均匀平铺，容易出现枝晶生长，影响安全性。此外，电池自发生成的固体电解质界面层（Solid Electrolyte Interphase，SEI）稳定性较差，导致电池循环寿命表现不理想，寿命较短。为解决此技术瓶颈，研究团队在电解质中引入了由银离子与阴离子组成的银基多功能引发剂「AMI」，AMI可以在电池上发挥多项协同功能，包括有效结合锂金属与铜物料，从源头防止尖锐枝晶的产生；释放出的阴离子引发电解质聚合，形成准固态凝胶，改善电池内部接触；AMI促进在电池内形成一层「富含有机物内层」（organic-rich inner layer，OI）和「富含无机物外层」（inorganic-rich outer layer，IO）的OI-IO SEI膜，有效实现快速的锂离子传输，大幅提高电池稳定性，更有助抑制枝晶的生长，确保安全性。

香港科技大学（科大）研究团队日前成功研发具备全手臂触觉感知及自适应操控能力的具身感知驱动机械臂系统（Embodied Sensorimotor Robotic Arm）「EmArm」。EmArm将柔软的光学触觉皮肤嵌入机械人骨架内部，结合实时决策算法，使机械臂能感知及分析上臂和前臂接触的信息，赋予机械臂仿真人类触觉感知的能力，以灵活操控不同对象，并能辨识不同的触碰方式（如搔痒或轻拍等），实时作出情绪反应；透过实时决策避开障碍物，为具身智能机械人发展开辟崭新研究路径。是次研究由科大电子及计算器工程学系教授、郑家纯机器人研究院副院长申亚京教授及其Mevita Robotics Lab团队带领。其他作者包括：科大博士后研究员唐一峰博士（第一作者）、李根博士、任豪博士、在读博士生印天慈、凌征榕、赵浩翔、张蕊佳、前实验室成员张铁山教授（现职深圳大学）及杨柳教授（现职天津南开大学）。研究成果已于国际研究期刊《Nature Sensors》发表，论文题为「Embodied sensorimotor integration for whole-arm tactile sensing and adaptive robotic manipulation」。感知保真度高达97.9% 无缝整合高精度驱动能力 研究团队受人体结构「骨骼－肌肉－皮肤」启发，将大面积的柔软光学触觉皮肤嵌入EmArm的机械骨架之中，成功实现高强度操作与柔软触觉感知一体化。EmArm的上臂和前臂覆盖着超过71,000平方毫米的柔软触觉皮肤，并透过内部亚毫米级的摄影机，分析机械臂受力的分布情况。

由香港科技大学（科大）物理系及赛马会高等研究院教授渡辺悠树教授率领的研究团队，联同东京大学求幸年教授及研究生渡边濑名，建立了一套可广泛应用于不同自旋磁性系统的通用理论框架，用以预测两种物质状态何时存在本质区别，何时实质上属于同一物相。这项突破性成果不仅为物质相分类确立了一套通用的理论框架，亦解答了极端高压条件下水冰行为长期以来备受争议的科学问题。研究成果以「任意自旋值的经典焦绿石自旋冰系统中的拓扑相变及其热力学命运」为题，已于《Physical Review X》学术期刊发表。物质不同相态之间是否存在清晰界线，往往取决于其对称性。以液态水和水蒸气为例，两者一般被视为不同物质状态，但其实拥有相同的基本对称性，即其分子没有偏好的位置或方向。因此，在超越特定临界点后，液态水与水蒸气可连续地互相转换，构成单一的热力学相（示意图一）。冰则截然不同：冰中的水分子排列成规则晶格并占据固定位置，打破了液体和气体所保留的对称性。由于两者的对称性不同，因此冰与液态水之间必须以真正的相界线相互分隔。研究团队遂将此原理应用于高压冰，包括冰VII、冰VIII和冰X（示意图二）。这三种冰具有相同的氧原子骨架结构，但氢原子的排列方式有所不同：冰VII中的氢原子随机分布；冰VIII中的氢原子呈有序排列；而冰X中的氢原子则位于相邻氧原子的正中间。尽管存在这些差异，若就时间平均而言，冰VII和冰X仍保留相同的基本晶体对称性。因此，科学家一直未能确定两者是代表截然不同的物质相，还是同一物质相的不同表现形态。

香港科技大学（科大）海洋科学系讲座教授钱培元教授领导的研究团队与国际合作伙伴在深海化能共生体系应对环境变化的机制研究中取得重大突破。研究揭示，深海共生生物的代谢灵活性，加上宿主对共生菌群的精细调控，能共同维持宿主的能量稳态，这提供了重要的原位证据，以理解深海冷泉化能共生体系如何在能源供应波动下保持韧性，并凸显了此分级适应机制在维持冷泉生态系统稳定性中的关键作用。研究由科大、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）（广州海洋实验室）、中国海洋大学、中国科学院海洋研究所及加拿大卡尔加里大学协作完成，是获联合国认可的两项国际大科学计划「CliMetS」和「MOCSI」框架下的重要成果。研究成果近日已发表于国际知名期刊《Science Advances》，论文题为「In situ evidence of tiered adaptations buffering a chemosynthetic clam holobiont against environmental sulfide fluctuations」。在深海热液喷口、甲烷冷泉等化能合成生态系统中，硫化氢是支撑生物群落的重要能量基础，但其浓度因深海构造活动、渗漏强度及沉积物厌氧甲烷氧化等过程而产生显著波动。长久以来，科学界对深海共生生物如何适应此类动态环境，以及宿主与共生生物如何协同维持整个生态系统稳定，一直缺乏来自原位实验的直接证据。

香港科技大学（科大）研究团队联同美国亚利桑那州立大学及香港理工大学（理大），研发出一套崭新的可持续海水制氢系统。此系统能直接利用海水生产氢气，同时更能将水电解过程产生的废热转化为制氢所需的纯化水资源，实现「制氢、制水及热管理」的协同运作。此创新技术有望减少氢能对淡水资源的依赖，为淡水资源匮乏的地区发展可持续氢能提供崭新方向。研究由科大土木及环境工程学系商启教授、科大土木及环境工程学系博士后研究员及科大环境工程学博士毕业生Gabriela Scheibel CASSOL博士带领。团队包括美国亚利桑那州立大学Paul WESTERHOFF教授，以及理大博士后研究员（科大土木工程学博士毕业生）及研究通讯作者宋英豪博士。相关成果已发表于国际研究期刊《自然通讯》，论文题为「Thermally symbiotic integration of osmotic membrane distillation and electrolysis for direct seawater hydrogen production」。创新「热协同」设计  提升海水转化效率利用可再生能源生产氢气，被视为迈向低碳能源体系的重要发展方向之一。然而，传统水电解制氢技术需要高质量的纯化水资源，为淡水资源匮乏的地区构成额外挑战。虽然海水蕴藏丰富且供应稳定，是极佳的替代水源，但当中的盐分及其他成分容易引发副反应，并加速电解槽膜和催化剂老化，从而限制海水直接电解制氢技术的实际应用。