1、西安电子科技大学老师研究成果被网络安全领域国际顶会ACM CCS录用

2、半导体可控掺杂：浙大实现116万尼特超亮钙钛矿LED登《自然》

3、北京大学研究团队在忆阻器电路领域取得重要进展

4、北京大学团队在超共形接触的高性能碳管器件和放大电路研究中取得重要进展

5、东大童宣锋等在低剖面双宽频双圆极化反射阵天线领域取得重要进展

1、西安电子科技大学老师研究成果被网络安全领域国际顶会ACM CCS录用

近日，西电网信院马建峰教授团队的最新研究成果“Watch the Rhythm: Breaking Privacy with Accelerometer at the Extremely-Low Sampling Rate of 5Hz”被ACM CCS 2024国际学术会议全文收录，并将作大会报告。ACM CCS的全称是ACM Conference on Computer and Communications Security，已有三十多年的历史，与IEEE S&P、USENIX Security、NDSS并列称为网络安全领域的四大国际顶级学术会议，被中国计算机学会（CCF）列为A类会议。该会议收录的论文代表着相关领域的最前沿学术研究成果，在业界具有广泛而深远的影响。近年来，西安电子科技大学马建峰教授团队已在网络安全领域的四大国际顶级学术会议上发表多篇论文。

这篇论文由西安电子科技大学姚青松副教授，硕士生刘雨铭、孙雄佳，董学文教授、浙江大学冀晓宇教授，和西安电子科技大学马建峰教授合作完成。

该论文聚焦加速度计窃取扬声器隐私信息技术研究，提出了一种在5Hz超低采样率下识别语音助手场景及关键字的攻击方法Rhythm Attack。研究团队首先研究了150-200Hz下的攻击，但随着同行研究的推进，出现了较多200Hz以下的研究。研究团队经过多次讨论，将挑战目标定为5Hz。这是因为5Hz是安卓系统传感器最低的默认采样率，通常用于检测屏幕方向，App通常会使用更高采样率。

由于人类语音信号的最低基频约为85Hz，在采样率为5Hz时，会产生严重的混叠失真，导致频域特征在超低采样率的场景下效果较差。因此，现有研究在低采样率下效果欠佳。研究团队提出了更适合超低采样率场景的节奏特征，该特征随采样率的变化较小，在超低采样率下也仍旧保持稳定，在用于识别语音助手场景及关键字时能达到较高准确率。

现有安卓系统为了防御传感器窃听，将不需要声明权限的采样率限制到了200Hz。而Rhythm Attack给安卓系统带来了进一步的威胁，即仅限制加速度计的最大采样率已经不再安全，因为即使将加速度计的最大采样率限制在5Hz，信息泄露依旧可以发生。恶意App只需要搭载轻量级的随机森林模型即可实现本地的场景及关键字识别。5Hz涉及数据量更小，也不需要搭载大型的神经网络模型，攻击更容易发起，且隐蔽性更高。

研究团队实现了Rhythm Attack的原型系统，并采集了11个数据集进行实验评估。结果表明，Rhythm Attack在5Hz下识别28类语音助手场景、数字、城市名的准确率分别为78.66%、47%、58.67%，在50Hz下的识别准确率分别为95.09%、 90.6%、96.63%。根据环境振动识别5个典型场景的准确率为91.28%。

考虑到论文提出的攻击威胁程度较高，论文中也给出了可行的防御措施，以防止用户的隐私信息被窃取。

本论文的发表向外界充分展示了西安电子科技大学在网络安全领域的最新研究成果，标志着西安电子科技大学在该领域的研究得到了国际同行的进一步认可。（西安电子科技大学网络与信息安全学院）

2、半导体可控掺杂：浙大实现116万尼特超亮钙钛矿LED登《自然》

半导体材料是现代电子信息产业的核心，它的发展为我们的生活持续带来便利和变革。作为领域内的“新星”，钙钛矿半导体受到广泛关注。近日，浙江大学科研团队通过分子掺杂，实现了钙钛矿半导体从n型到p型的连续转变，同时可以保持极高的发光性能。在可控掺杂的基础上，团队研制出具有简单结构的钙钛矿LED，并创造了溶液加工LED的亮度记录，达到了116尼特。

这项研究成果，于2024年9月11日，发表在国际顶尖学术刊物《自然》，论文标题为Controllable p- and n-type behaviours in emissive perovskite semiconductors，浙江大学是论文的唯一完成单位和通讯单位。通讯作者为浙江大学光电科学与工程学院/海宁国际联合学院的狄大卫教授和赵保丹研究员，第一作者为浙江大学2020级博士生熊文涛。

实现钙钛矿半导体电学性质的灵活调控

“掺杂”是半导体领域的基础概念。半导体材料之所以如此广泛应用于电子技术，关键在于它们可以通过掺杂实现p型和n型两种不同的导电特性。

对于传统半导体而言，通过“掺杂”，即在晶格中引入杂质，可以实现对其电学性质的有效控制。例如，在硅中掺入硼，可以使其成为主要传导正电荷（空穴）的p型半导体，而掺入磷则可以使其成为主要传导负电荷（电子）的n型半导体。p型和n型半导体之间形成的p-n结，是现代电子技术的基础。在p-n结界面处，电子和空穴会发生复合，产生随电压急剧变化的电流，从而实现整流、放大、开关等基本功能，再应用在各种电子器件中。对半导体电学性质的调控，催生了包括二极管、晶体管、太阳能电池、探测器、LED和半导体激光器在内的革命性发明。

钙钛矿卤化物是一种新型半导体，在太阳能电池、LED和激光器等器件中表现出优异的光电性能，且易于低成本制备，在近年来得到广泛关注和应用。但由于其结构和成分较为复杂，如何实现对其电学特性的精确调控是领域的重要挑战。之前的研究尝试了多种方法，但难以在保持高发光效率的同时获得良好的电学调控。

“作为半导体家族的一员，钙钛矿理应跟其他半导体材料一样，可以通过掺杂调整载流子的极性和浓度”，狄大卫说，“我们进行的一系列实验也证实了这一点：在引入掺杂后，钙钛矿的费米能级(即电子的预期能量)，从半导体带隙的高能级侧逐渐向低能级侧移动。这意味着钙钛矿能够实现从有利于传导电子(负电荷)的n型，向有利于传导空穴(正电荷)的p型转变。"

团队使用的掺杂剂—4PACz，在过去被广泛用作高效钙钛矿太阳电池的超薄分子层材料。赵保丹说：“我们偶然发现，4PACz这种实验室里非常常见的材料，由于它具有强烈的吸电子能力，当作为掺杂剂引入钙钛矿半导体时，可以有效地将原本是n型的钙钛矿转变为p型。同时，在引入掺杂后，钙钛矿半导体仍然保持着很高的荧光效率。此外，我们也发现了适用于钙钛矿的n型掺杂剂。”

结构简单超高亮度的钙钛矿LED

当我们可以对钙钛矿半导体的电学性质进行有效的控制，就为各种电子器件的设计和制造铺平了道路、开拓出空间。

通常，钙钛矿LED会同时包含电子传输层和空穴传输层，以实现高效载流子注入，从而保证器件的卓越性能。不包含空穴传输层的简化钙钛矿LED结构具有制备成本低、可复现性高的优势，但通常发光效率较低。

但通过可控掺杂技术，研究团队成功制备出不包含空穴传输层且性能优异的钙钛矿LED。与此同时，与常规LED相比它还显示出巨大优势。“令人惊喜的是，引入4PACz掺杂制备的p型钙钛矿LED，不仅结构简单，而且实现了116

cd/m²（116万尼特）的最高亮度，以及28.4%的外量子效率和23.1%的能量转换效率。”熊文涛介绍，“这些器件的超高亮度刷新了溶液法LED（包括OLED、量子点LED和钙钛矿LED）的纪录，其能量转换效率为可见光钙钛矿LED的最高水平。”

进一步，团队通过器件建模和光学测量，对这些高性能钙钛矿LED的工作原理进行了探究，结果与他们先前的理解高度一致，即掺杂引起的p型导电行为和载流子复合区的变化，是这些无空穴传输层器件卓越性能的主要贡献因素。

“能够控制钙钛矿半导体中载流子的极性和浓度，意味着新型器件设计和功能开发的可能性。我们研制的高亮钙钛矿LED和p-n结二极管只是一些初步演示。可控掺杂的钙钛矿半导体有望带来新一代光电器件。”狄大卫说。

上述研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金，以及浙江省、海宁市的支持。（浙江大学融媒体中心）

3、北京大学研究团队在忆阻器电路领域取得重要进展

近日，北京大学集成电路学院、人工智能研究院，集成电路高精尖创新中心研究团队在Nature Communication杂志上在线发表了题为“An emergent attractor network in a passive resistive switching circuit”的研究论文。该工作首次揭示了无源忆阻器电路为一个循环神经网络，是多个忆阻器件相互作用的涌现结果。研究团队构建了相应的吸引子网络模型和能量函数，并完成了实验证明和联想记忆应用的演示，通过理论和实验两个层面深入分析了忆阻器吸引子网络相比经典Hopfield网络在存储容量、硬件实现和性能等多方面的优势。

忆阻器（或称电阻式存储器件）具有丰富的动力学特性，利用它的阻变动力学或简单的可编程电导属性可实现状态逻辑、时间信息处理和模拟矩阵计算等功能。得益于器件非易失性和交叉阵列架构，它常被用来加速许多算法中的矩阵向量乘法(MVM)，特别是神经网络方面的研究最受关注。吸引子网络是一种使用交互式反馈的递归神经网络(RNN)模型，其中Hopfield 网络是典型的代表，它与生物神经回路和记忆机制有很强的联系，并在联想记忆和组合优化中得到应用。

目前，已有一系列基于忆阻器阵列实现的Hopfield 网络硬件研究。在这些工作中，器件仅被用作静态的可编程电阻，模仿高度简化的突触，神经元则通常由传统的放大器电路实现，具有低的面积、时间和能量效率。此外，由于该架构仅执行MVM操作，算法迭代是离散进行的，这会导致额外的时延，特别是模拟计算的离散迭代需要模数转换接口，进一步限制了计算效率。

研究团队基于忆阻器自身的阈值、循环、非易失阻变特性，首次证明了由一列双极性忆阻器组成的电路本质上是一个吸引子网络。其中，忆阻器是一种特殊的人工神经元，它的非线性激活函数为双向回滞型，不同于常见的非线性函数，外部施加的电压定义了一个反对称权重矩阵，器件之间的相互作用实现网络的递归。这样的概念还可以扩展到其它器件种类，如单极性或阈值阻变器件，从而用于开发新的吸引子网络模型和硬件解决方案。

图1. 无源忆阻器阵列的RNN模型

研究团队进行了相应的实验验证和联想记忆应用的演示。在经典Hopfield网络模型中，吸引子的存储容量非常有限，仅随神经元数量线性增加，因此网络只能同时记忆少量的状态。尽管可以通过使用不同的非线性激活函数或提供不同的权重配置来增加存储容量，但它们仅在算法层次验证，缺少硬件实现。相比之下，忆阻器是双向的非易失性神经元，它可以在电路中存储更多的稳定状态，大大提升了联想记忆的存储容量。最后，研究团队分析了忆阻器网络的概率模型。网络能量依赖于忆阻器的阻变阈值电压和高低电导态的电导值，它们固有的概率分布属性，使得网络能量和状态同样服从概率分布，形成类似于玻尔兹曼机的网络。

图2. 神经元电路的联想记忆应用

论文的第一作者是北京大学集成电路学院、人工智能研究院2023级博士研究生李永祥，通讯作者是北京大学孙仲研究员，共同作者包括北京大学博士研究生王识清、杨可（已毕业）和杨玉超教授。这项研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、111计划、集成电路高精尖创新中心等项目支持。（北京大学）

4、北京大学团队在超共形接触的高性能碳管器件和放大电路研究中取得重要进展

随着柔性可穿戴电子的快速进步和发展，柔性电子开始对很多新的应用领域进行赋能，比如先进的健康监测管理平台、运动数据实时监测，以及个性化的诊疗平台。这些新的应用需要柔性电子器件和系统提供对用户更友好的界面，可以与人体的器官表面实现紧密而无感的交互，能够适应人体器官表面复杂的形状。通过减薄柔性器件的厚度，可以降低弯曲刚度，形成更好的共形接触，并提升弯折情况下工作的可靠性。但是，将柔性器件的厚度减薄到亚微米水平会带来诸多挑战。除此之外，柔性薄膜电子器件在厚度减薄的同时还需要保证足够的电学性能，否则难以胜任对生理信号进行采集和处理的任务。

近日，北京大学电子学院胡又凡课题组充分利用碳纳米管薄膜材料优异的电学性能和极薄的物理特性，通过衬底工艺优化，实现了厚度仅为125 nm的柔性聚酰亚胺薄膜衬底；通过引入氧化钇双栅结构，提升了器件的电学性能，具有8.96 μS μm-1的跨导和127 cm2 V-1 s-1的迁移率，并对双栅器件的各层材料厚度进行设计，优化了器件的机械应力中性面，实现了总厚度亚180 nm的兼具极薄物理厚度和优异电学性能的柔性碳纳米管薄膜晶体管，并且器件在小于10 μm的曲率半径重复弯折下，器件性能损失小于10%，体现了良好的机械稳定性。

图1. A) 贴敷于指关节的极薄柔性碳纳米管器件照片，标尺1 cm；B) 双栅柔性薄膜碳纳米管晶体管的结构示意图；C) 器件的截面透射电子显微镜图，标尺100 nm，20 nm；D) 器件叠层示意图；E) 器件的转移特性曲线图；F) 器件的跨导特性曲线图；G) 器件的输出特性曲线图；

课题组基于高性能的柔性碳纳米管器件，实现了高性能的柔性碳纳米管差分放大器，在5 V的工作电压下，该差分放大器具有43 dB的增益，13 dB的带宽，实现了目前柔性差分放大电路中最高的1.83 MHz增益带宽积，可以对较高频的肌电信号实现原位放大处理。

图2. A) 柔性差分放大器的显微镜图，标尺100 μm；B) 差分放大电路结构示意图；C) 柔性差分放大器的差模信号输入和输出波形图；D) 柔性差分放大器的增益和相移波特图；E) 肌电信号放大前后波形图；F) 不同材料的柔性差分放大电路增益和带宽对比；

在国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的支持下，上述工作以题为《亚180 nm厚超共形接触的高性能碳纳米管双栅晶体管和差分放大器》(Sub–180-nanometer-thick ultraconformable high-performance carbon nanotube–based dual-gate transistors and differential amplifiers)的论文，于9月6日发表于《科学·前沿》(Science Advances, 10, eadq6022)；北京大学电子学院博士生王誉儒为第一作者，胡又凡长聘副教授为通讯作者。这一系列成果扩展了极薄柔性电子器件和电路的性能，为开发未来的具有优异人机交互特性、轻量化和多功能超薄电子系统提供了新的思路。（北京大学）

5、东大童宣锋等在低剖面双宽频双圆极化反射阵天线领域取得重要进展

中文摘要：

提出并验证了一款能够独立控制K波段和Ka波段右旋圆极化/左旋圆极化波束指向的低剖面双宽频双圆极化反射阵天线。该反射阵天线通过将工作于K/Ka波段的多层移相单元进行共口径交错排布实现，其厚度仅为0.1λL。将设计的K/Ka波段反射阵单元分别围绕它们各自的几何中心旋转后，实现了对每个频段双圆极化波的独立调制。此外，为降低天线总体剖面高度，基于磁电偶极子和多阶耦合器设计了K/Ka波段双圆极化平面天线作为馈源，其可在32%和26%带宽内具有反射系数幅度小于−13 dB、轴比低于2 dB以及增益变化小于1 dB的特性。最后，将所设计的反射阵和馈源天线集成后实现了双宽频双圆极化反射阵天线，其产生的双频双圆极化波束可非对称地分布在x-z面和y-z面内。对所设计的反射阵天线进行加工和实验验证，其在低频和高频实测的最大增益值分别为24.3 dBic和27.3 dBic、实测的1 dB增益和2 dB轴比带宽分别为20.6%和14.6%。该双宽频双圆极化反射阵天线具备4个波束成形自由度，有望成为空间通信和卫星通信的有力备选器件之一。

关键词：

宽带；双频；双圆极化；反射阵；共口径

作者：

童宣锋1，蒋之浩1,2，李远1，吴凡1，彭琳3，岳泰巍4，洪伟1,2

单位：

1东南大学信息科学与工程学院毫米波全国重点实验室，中国南京市，210096

2紫金山实验室，中国南京市，211111

3中兴通讯公司移动网络与移动多媒体技术重点实验室，中国深圳市，518057

4苹果公司，美国加利福尼亚州库比蒂诺，95014

本文引用格式：

Xuanfeng TONG, Zhi Hao JIANG, Yuan LI, Fan WU, Lin PENG, Taiwei YUE, Wei HONG, 2024. A low-profile dual-broadband dual-circularly-polarized reflectarray for K-/Ka-band space applications. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering, 25(8):1145-1161.

本文精要导读：

文章来源：信息与电子工程前沿FITEE