新聞及香港科大故事

香港科技大學（科大）化學系教授呂海鵬教授率領研究團隊，在光電技術領域自旋控制方面的研究取得重大突破。團隊成功研發「鈣鈦礦手性多量子阱架構」，使電子在室溫下自旋極化的保持時間延長約300倍，為未來量子科技及自旋相關的應用發展開拓更多可能。相關研究成果近日已於國際研究期刊《Nature Photonics》發表，題為《Perovskite chiral multiple quantum wells with extended spin lifetime via efficient spin cascade》。半導體產業掌握現代光電技術發展的命脈，但業界一直面臨提升處理速度與減少能源消耗的雙重挑戰。為突破這些限制，研究人員積極探索新方向，尤其是利用電子自旋為基礎的新型技術。然而，由於自旋退相干的過程極快，以致室溫下的自旋操控仍然相當困難。為克服這些挑戰，科大團隊開發出能夠實現高效「自旋級聯」（spin cascade）的鈣鈦礦手性多量子阱。研究團隊採用兩步晶種輔助結晶法，成功構築出排列有序、具有不同阱寬的量子阱結構，使其本徵手性連續貫穿二維（n=1）、準二維（n=2、3、4……）及三維（n=∞）鈣鈦礦相。這些相互連接的量子阱形成具有梯度能級及連續手性的結構，產生一系列自旋極化中間態，促進自旋在連續的量子阱之間高效傳遞，同時減少界面自旋損失，並抑制材料內部的自旋弛豫。研究結果顯示，電子自旋極化在室溫下可維持約5納秒，突破了長壽命自旋極化通常只能在極低溫下實現的傳統限制。延長的自旋極化保持時間使材料能夠產生圓偏振發光，其發光不對稱因子（glum）最高達1.4 × 10⁻²。此外，材料亦展現出自旋依賴的電荷傳輸特性，其極化程度超過80%。建基於上述特性，研究團隊更進一步將概念付諸應用，開發高效X射線觸發的不對稱光聚合反應，以及高性能圓偏振光探測，突顯材料在不對稱光催化及先進光學探測領域的應用前景。

全球製冷需求持續上升，傳統蒸汽壓縮製冷技術因耗能高，所使用的製冷劑會加劇溫室效應，令發展可持續製冷技術變得日益迫切。香港科技大學（科大）研究團隊從蜂巢的多孔薄片堆疊結構取得靈感，成功研發一種低成本、超耐久的「彈卡」製冷劑結構，在測試中可持續運作逾一億次製冷循環，估算使用壽命逾十年。這種製冷劑結構的製造方法不僅顯著提升生產效率，更降低製造成本，為「彈卡」製冷技術邁向規模化應用奠定重要基礎。論文以「Stacked porous NiTi structure with low cost and ultrahigh fatigue life for elastocaloric cooling」為題，已發表於國際學術期刊《科學》。「彈卡」製冷是利用形狀記憶合金的可逆相變，在反覆加載和卸載過程中吸收和釋放熱量，為傳統製冷技術提供極具潛力的固態替代方案。然而，實際應用時，形狀記憶合金製冷劑結構要同時具備快速換熱、高機械可靠性和低製造成本是一大難題。現有製冷劑的設計大多採用商用合金管、板材和線材，以及利用電火花線切割加工製作的薄壁結構，但往往面對生產成本高、加工效率低，或在反覆加載過程中出現疲勞破壞和屈曲等問題，阻礙「彈卡」製冷技術的大規模應用。科大機械及航空航天工程學系講座教授、論文通訊作者孫慶平教授表示：「製冷劑結構是決定『彈卡』製冷能否從實驗室原型機走向大規模生產製冷系統的關鍵因素。它必須同時實現快速換熱、極高機械可靠性和低製造成本，然而要兼顧這三方面是極具挑戰。」為應對這些挑戰，孫教授帶領的團隊開發出一種「沖壓與堆疊」（Stamping and Stacking）方法，能將形狀記憶合金薄片沖壓成多孔薄片，再逐片堆疊形成管狀製冷劑結構。設計靈感源自竹子和蜂巢等天然結構的高力學穩定性，使分段式堆疊結構能同時兼顧高效換熱、高結構可靠性及低成本製造。這種製冷劑結構具有三大特點：

香港科技大學（科大）與香港金融管理局（金管局）今日（11月2日）在業界參與者的支持下，推出後量子密碼學（PQC）工具包（工具包），為銀行提供一套有系統且全面的框架，支援其規劃及推進後量子密碼學過渡進程。工具包協助銀行建立清晰的管治及責任安排、全面評估密碼技術風險敞口、精準識別過渡需要，並持續監察實施進度；同時，工具包整合關鍵的規劃考慮因素，促進有序和以風險為本的過渡。工具包亦包括一套實務工具，協助銀行開展實際評估及規劃工作，例如盤點其加密技術及相互依賴關係、訂定過渡的優先次序、加強與供應商溝通，並據此制定切實可行的過渡時間表。為協助銀行業及早應對未來量子運算技術持續發展所帶來的潛在網絡安全風險，金管局於2026年7月推出量子準備度指數1，以評估銀行業落實量子安全加密的準備程度。首個量子準備度指數得分為2.3分 （滿分為10分），顯示銀行業雖已開始應對量子技術相關發展，但整體而言，就過渡至後量子密碼學的部署工作仍處於初步階段。工具包由金管局與科大共同開發，旨在支援銀行將認知轉化為具體行動，以推動整個銀行業在2030年前為量子時代做好全面準備（指數達10分）。科大致力推動社會對新興科技及其對商業與社會影響的理解。是次合作正體現這方面的努力。憑藉在網絡安全、密碼學、金融、經濟、企業管治及科技應用等領域的跨學科專業知識，科大正積極應對量子運算發展所帶來的其中一項關鍵挑戰。金管局副總裁阮國恒表示：「量子準備度指數為銀行業提供了清晰的起點，下一步將協助銀行將有關認知轉化為明確的責任、準確的優次安排和切實可行的計劃。工具包由金管局、科大及業界攜手開發，為銀行提供通用基礎，讓其可因應自身情況加以應用。我們的目標是讓銀行更容易展開相關工作，穩步推進整個後量子過渡過程。」

香港科技大學（科大）研發嶄新的鋰金屬電池動態集成技術，透過重新建構電池結構，有效提升「無負極鋰金屬電池」的能量密度與穩定性。採用此技術設計的電池能量密度可高達467 Wh kg-1，媲美傳統商用電池。另外，相關技術設計的紐扣全電池在通過200次充電循環測試後，仍能保持90%容量。研究為開發更輕便、更耐用的電池開拓新的研究路徑。研究由科大張英燦能源工程及環境學教授、化學及生物工程學系系主任兼講座教授邵敏華教授帶領，團隊成員包括科大化學及生物工程學系博士後研究員陳雲逸博士（第一作者）、路思齊博士、前博士後研究員錢希堂博士、博士畢業生呂宇翔博士、博士生邱一璨、周思宇及蘭心儀。研究成果已於國際研究期刊《自然通訊》上發表，題為「動態集成界面工程實現高穩定性準固態初始無負極鋰金屬電池」。鋰金屬具高容量及高供電效率的優點，被視為未來電池中極具開發潛力的物料之一。其中，開發「無負極電池」是鋰金屬電池的研究方向之一，而「無負極電池」需採用「裸銅」（Cu）集流體取代傳統的鋰金屬負極，從而有效提升能量密度並簡化製造工藝。不過，由於銅物料具有「疏鋰」（Lithiophobic）特點，鋰物料在充電時無法均勻平鋪，容易出現枝晶生長，影響安全性。此外，電池自發生成的固體電解質界面層（Solid Electrolyte Interphase，SEI）穩定性較差，導致電池循環壽命表現不理想，壽命較短。為解決此技術瓶頸，研究團隊在電解質中引入了由銀離子與陰離子組成的銀基多功能引發劑「AMI」，AMI可以在電池上發揮多項協同功能，包括有效結合鋰金屬與銅物料，從源頭防止尖銳枝晶的產生；釋放出的陰離子引發電解質聚合，形成準固態凝膠，改善電池內部接觸；AMI促進在電池內形成一層「富含有機物內層」（organic-rich inner layer，OI）和「富含無機物外層」（inorganic-rich outer layer，IO）的OI-IO SEI膜，有效實現快速的鋰離子傳輸，大幅提高電池穩定性，更有助抑制枝晶的生長，確保安全性。

香港科技大學（科大）研究團隊日前成功研發具備全手臂觸覺感知及自適應操控能力的具身感知驅動機械臂系統（Embodied Sensorimotor Robotic Arm）「EmArm」。EmArm將柔軟的光學觸覺皮膚嵌入機械人骨架內部，結合實時決策演算法，使機械臂能感知及分析上臂和前臂接觸的資訊，賦予機械臂模擬人類觸覺感知的能力，以靈活操控不同物件，並能辨識不同的觸碰方式（如搔癢或輕拍等），即時作出情緒反應；透過即時決策避開障礙物，為具身智能機械人發展開闢嶄新研究路徑。是次研究由科大電子及計算機工程學系教授、鄭家純機器人研究院副院長申亞京教授及其Mevita Robotics Lab團隊帶領。其他作者包括：科大博士後研究員唐一峰博士（第一作者）、李根博士、任豪博士、在讀博士生印天慈、凌征榕、趙浩翔、張蕊佳、前實驗室成員張鐵山教授（現職深圳大學）及楊柳教授（現職天津南開大學）。研究成果已於國際研究期刊《Nature Sensors》發表，論文題為「Embodied sensorimotor integration for whole-arm tactile sensing and adaptive robotic manipulation」。感知保真度高達97.9% 無縫整合高精度驅動能力 研究團隊受人體結構「骨骼－肌肉－皮膚」啟發，將大面積的柔軟光學觸覺皮膚嵌入EmArm的機械骨架之中，成功實現高強度操作與柔軟觸覺感知一體化。EmArm的上臂和前臂覆蓋着超過71,000平方毫米的柔軟觸覺皮膚，並透過內部亞毫米級的攝影機，分析機械臂受力的分布情況。

由香港科技大學（科大）物理系及賽馬會高等研究院教授渡辺悠樹教授率領的研究團隊，聯同東京大學求幸年教授及研究生渡邊瀨名，建立了一套可廣泛應用於不同自旋磁性系統的通用理論框架，用以預測兩種物質狀態何時存在本質區別，何時實質上屬於同一物相。這項突破性成果不僅為物質相分類確立了一套通用的理論框架，亦解答了極端高壓條件下水冰行為長期以來備受爭議的科學問題。研究成果以「任意自旋值的經典焦綠石自旋冰系統中的拓撲相變及其熱力學命運」為題，已於《Physical Review X》學術期刊發表。物質不同相態之間是否存在清晰界線，往往取決於其對稱性。以液態水和水蒸氣為例，兩者一般被視為不同物質狀態，但其實擁有相同的基本對稱性，即其分子沒有偏好的位置或方向。因此，在超越特定臨界點後，液態水與水蒸氣可連續地互相轉換，構成單一的熱力學相（示意圖一）。冰則截然不同：冰中的水分子排列成規則晶格並佔據固定位置，打破了液體和氣體所保留的對稱性。由於兩者的對稱性不同，因此冰與液態水之間必須以真正的相界線相互分隔。研究團隊遂將此原理應用於高壓冰，包括冰VII、冰VIII和冰X（示意圖二）。這三種冰具有相同的氧原子骨架結構，但氫原子的排列方式有所不同：冰VII中的氫原子隨機分佈；冰VIII中的氫原子呈有序排列；而冰X中的氫原子則位於相鄰氧原子的正中間。儘管存在這些差異，若就時間平均而言，冰VII和冰X仍保留相同的基本晶體對稱性。因此，科學家一直未能確定兩者是代表截然不同的物質相，還是同一物質相的不同表現形態。

香港科技大學（科大）海洋科學系講座教授錢培元教授領導的研究團隊與國際合作夥伴在深海化能共生體系應對環境變化的機制研究中取得重大突破。研究揭示，深海共生生物的代謝靈活性，加上宿主對共生菌群的精細調控，能共同維持宿主的能量穩態，這提供了重要的原位證據，以理解深海冷泉化能共生體系如何在能源供應波動下保持韌性，並凸顯了此分級適應機制在維持冷泉生態系統穩定性中的關鍵作用。研究由科大、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）（廣州海洋實驗室）、中國海洋大學、中國科學院海洋研究所及加拿大卡爾加里大學協作完成，是獲聯合國認可的兩項國際大科學計劃「CliMetS」和「MOCSI」框架下的重要成果。研究成果近日已發表於國際知名期刊《Science Advances》，論文題為「In situ evidence of tiered adaptations buffering a chemosynthetic clam holobiont against environmental sulfide fluctuations」。在深海熱液噴口、甲烷冷泉等化能合成生態系統中，硫化氫是支撐生物群落的重要能量基礎，但其濃度因深海構造活動、滲漏強度及沉積物厭氧甲烷氧化等過程而產生顯著波動。長久以來，科學界對深海共生生物如何適應此類動態環境，以及宿主與共生生物如何協同維持整個生態系統穩定，一直缺乏來自原位實驗的直接證據。

香港科技大學（科大）研究團隊聯同美國亞利桑那州立大學及香港理工大學（理大），研發出一套嶄新的可持續海水製氫系統。此系統能直接利用海水生產氫氣，同時更能將水電解過程產生的廢熱轉化為製氫所需的純化水資源，實現「製氫、製水及熱管理」的協同運作。此創新技術有望減少氫能對淡水資源的依賴，為淡水資源匱乏的地區發展可持續氫能提供嶄新方向。研究由科大土木及環境工程學系商啟教授、科大土木及環境工程學系博士後研究員及科大環境工程學博士畢業生Gabriela Scheibel CASSOL博士帶領。團隊包括美國亞利桑那州立大學Paul WESTERHOFF教授，以及理大博士後研究員（科大土木工程學博士畢業生）及研究通訊作者宋英豪博士。相關成果已發表於國際研究期刊《自然通訊》，論文題為「Thermally symbiotic integration of osmotic membrane distillation and electrolysis for direct seawater hydrogen production」。創新「熱協同」設計  提升海水轉化效率利用可再生能源生產氫氣，被視為邁向低碳能源體系的重要發展方向之一。然而，傳統水電解製氫技術需要高質量的純化水資源，為淡水資源匱乏的地區構成額外挑戰。雖然海水蘊藏豐富且供應穩定，是極佳的替代水源，但當中的鹽分及其他成分容易引發副反應，並加速電解槽膜和催化劑老化，從而限制海水直接電解製氫技術的實際應用。