Nature | 电子学“超构器件”, 从零基础到精通，收藏这篇就够了！

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撰稿：张天宇（电子科技大学博士生）

近年来，以5G代表的新型信息技术和相关产业的飞速发展，为人们在高速通信、人工智能、自动驾驶等重要场景中提供了许多新的实现方式和应用体验。尽管如此，随着人们的应用需求日益增长，如实时交互感知、物联网、人工智能等场景的出现，对以电子学器件为核心的信息技术的发展提出了更高的要求。

事实上，长期以来，以晶体管、二极管等作为核心的电子学器件性能的提升，主要是基于缩小器件尺寸的原则来进行的。但是，随着器件的物理尺寸逐渐达到极限，这种方法似乎已经走到了尽头。

当器件尺寸缩小时，将会出现一系列问题。比如：

1、电场是一种对电荷施加作用力的物质形式，而电压将为电荷提供势能。当器件尺寸缩小时，器件中的电场将会迅速增大，可能会损坏器件（击穿效应），这往往导致器件的工作电压相对较低，并将最终限制器件的最大输出功率。

2、电容是一种可以储存电荷的电子学元件。当器件尺寸缩小时中，会不可避免地产生寄生电容，这些额外的电容将会降低器件在高频状态下的工作性能，并最终限制其最大工作频率。

3、隧道结是一种基于量子隧穿效应产生电流的电子学元件。随着器件尺寸的缩小，由于隧道结等元件接触面积的减小，将会导致电子学器件具有更高的接触电阻，这也同样会降低其工作性能和效率。

以上这些问题都制约了电子学器件的发展。因此，如何在不缩小电子学器件尺寸的情况下，继续提升器件的工作性能，是目前科研人员关注的重点问题。

为了解决这一难题，近期，来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Elison Matioli教授团队，从光学超材料（结构尺寸远小于工作波长，可以对电磁媒质的光学特性进行调控的新型人工材料）的相关研究中汲取了灵感，实现了一种全新的电子学器件——电子学超构器件（Electronic Metadevices）。

他们利用金属亚波长超材料和半导体材料相结合的全新思路，在不缩小器件尺寸的情况下，实现了器件中电场特性的高效调控，将现有电子学器件的工作频率提高近一个数量级（进入太赫兹频段），有望推动新一轮高频电子学器件的研究和应用。

相关工作以“Electronic metadevices for terahertz applications”为题发表在_Nature_上。

对于传统电子学器件来说，太赫兹波的频率相对过高，至少是目前5G技术中工作频率的十倍以上。但对光频段来说，太赫兹波的频率又相对较低。因此，这一位于传统电子学和光子学研究之间的特殊频段，往往被称为“太赫兹间隙”。

此前，利用金属亚波长超材料，在光子学研究中已经实现了太赫兹波的高效操控。但是，本工作的重要意义在于，即使利用电子学方式，也同样可以实现太赫兹波的控制。

具体来说，利用这种新的电子学超构器件，可以高效地实现器件中金属-介质-半导体三者之间的耦合过程，将太赫兹波的能量更好地局域在整个器件中，降低了能量损耗，提高了工作效率。此外，由于电场分量在器件中的分布具有连续性，使得太赫兹信号的传输更加高效，如图1所示。并且，这种传输和分布特性是可以通过电学方式进行控制的。

图1：太赫兹电子学超构器件的基本工作原理

图源：Nature 614, 451–455 (2023)

相比于传统太赫兹电子学器件，这种基于全新机制的电子学超构器件可以将接触电阻控制在理论极限的最低值，并将截止工作频率和击穿电压分别提升一个数量级。研究结果表明，与传统电子学器件相比，这种电子学超构器件的最高工作频率、最大输出功率和工作效率，都有着明显提升，如图2所示。

图2：太赫兹电子学超构器件的优越特性

图源：Nature 614, 451–455 (2023)

此外，以工作频率位于太赫兹频段的信号为例，本研究中还初步展示了这种新型器件在信号高速调制方面的应用。并且，这种新的概念既可以用于其它电子学器件中，还可以与目前先进的半导体工艺和二维材料等相结合。

论文信息

Samizadeh Nikoo, M., Matioli, E. Electronic metadevices for terahertz applications. Nature 614, 451–455 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05595-z

计算机热门就业方向

从目前市场情况来讲，网络安全的就业前景是非常不错的，2022年的统计数据，网络安全专业的缺口已经增长到140万人。

1、就业岗位多，发展方向广

①就业环境：网络安全可以在计算机科学与技术、信息通信、电子商务、互联网金融、电子政务等领域从事相关工作，还可以在政府机关事业单位、银行、保险、证券等金融机构，电信、传媒等行业从事相关工作。

②就业岗位：网络安全工程师、渗透测试工程师、代码审计工程师、等级保护工程师、安全运维工程师、安全运营工程师、安全服务工程师等。

2、薪资待遇可观，提升较快

作为一个新兴行业，网络安全人才的市场需求远远大于供给，企业想真正招到人才，就必须在薪酬福利上有足够的竞争优势。因此，网络安全领域的薪资近年来也呈现稳步增长的态势。

根据工信部发布的《网络安全产业人才发展报告》显示，网络安全人才平均年薪为21.28万元，整体薪资水平较高。数据显示，网络安全人才年薪主要集中在10-20万元，占比40.62%，与往年持平；其次是20-30万元，占比为38.43%，较2020年占比19.48%有显著提高；而年薪在10万以下人才占比由2020年的19.74%下降至2022年的9.08%。由此可见，网络安全行业作为新兴赛道，尚在快速发展阶段，从业人员薪资水平提升较快，也显示出网络安全行业相对更重视人才留存。

3、职业发展空间大

从网络安全专业学习的主要内容来看，包括linux运维、Python开发、渗透测试、代码审计、等级保护、应急响应、风险评估等。可见该网络安全专业的技术性很强，具有鲜明的专业特点，是一门能够学到真正技术的工科类专业之一。

因此，在职业发展上，网络安全专业除了就业岗位众多之外，由于专业技术性较强，在工作单位将处于技术核心骨干地位，职业发展空间很大。

盘点网络安全的岗位汇总

0****1

岗位一：渗透测试工程师

**岗位释义：**模拟黑客攻击，利用黑客技术，挖掘漏洞，提出修复建议。有些大厂，例如奇安信，甚至会将渗透岗位分为红蓝两方，对候选人的技术要求比较高，大部分刚入行的新人，也将渗透岗位作为后期的发展目标。

岗位职责：

负责对客户网络、系统、应用进行渗透测试、安全评估和安全加固
在出现网络攻击或安全事件时，提供应急响应服务，帮助用户恢复系统及调查取证
针对客户网络架构，建议合理的网络安全解决方案

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****2

岗位二：安全运维工程师

**岗位释义：**维护网络系统的正常、安全运行，如果受到黑客攻击，则需要进行应急响应和入侵排查安全加固。很多刚毕业入行的新人，基本都从运维做起。

岗位职责：

日常终端维护，操作系统安装加固
完成网络安全设备故障排查、处置
完成相关管理制度文档的编写和提交

**工作难度：**3颗星

薪资现状：

0****3

岗位三：安全运营工程师

**岗位释义：**在运维的基础上，高效可持续地不断提升企业的安全防御能力。

岗位职责：

负责监控、扫描等各类安全策略的制定和优化
负责信息安全事件的应急响应
参与网络安全评估工作、安全加固工作和监控等等

**工作难度：**3颗星

薪资现状：

0****4

岗位四：安全开发工程师

**岗位释义：**顾名思义，对安全产品及平台、策略等进行开发工作。

岗位职责：

负责网络安全产品的系统技术设计、代码开发与实现、单元测试、静态检查、本地构建等工作；
参与公司其他产品的系统技术设计以及研发工作。

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****5

岗位五：等保测评工程师

**岗位释义：**等保测评也叫等级保护测评，主要负责开展信息安全等级保护测评、信息安全风险评估、应急响应、信息安全咨询等工作。

岗位职责：

网络安全等级保护测评项目实施；
Web渗透测试、操作系统安全加固等安全项目实施配合

**工作难度：**3颗星

薪资现状：

0****6

岗位六：安全研究工程师

**岗位释义：**网络安全领域的研究人才。

岗位职责：

跟踪和分析国内外安全事件、发展趋势和解决方案
承担或参与创新型课题研究
参与项目方案设计，组织推动项目落实，完成研究内容、
负责网络安全关键技术攻关和安全工具研发

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****7

岗位七：漏洞挖掘工程师

**岗位释义：**主要从事逆向、软件分析、漏洞挖掘工作

岗位职责：

通过模拟实施特定方法所获得的结果，评估计算机网络系统安全状况；
通过特定技术的实施，寻找网络安全漏洞，发现但不利用漏洞。

**工作难度：**5颗星

薪资现状：

0****8

岗位八：安全管理工程师

**岗位释义：**负责信息安全相关流程、规范、标准的制定和评审，负责公司整体安全体系建设。

岗位职责：

全业务系统网络安全技术体系的规划和建设，优化网络安全架构；
负责网络安全相关流程、规范、标准的指定和评审，高效处置突发事件；
负责网络安全防护系统的建设，提升网络安全保障水平；

**工作难度：**4颗星

0****9

岗位九：应急响应工程师

**岗位释义：**主要负责信息安全事件应急响应、攻击溯源、取证分析工作，参与应急响应、攻击溯源、取证分析技术的研究，提升整体重大信息安全事件应急处置能力。

岗位职责：

负责信息安全事件应急响应、攻击溯源、取证分析工作；
对安全事件的应急处置进行经验总结，开展应急响应培训；
负责各业务系统的上线前安全测试（黑盒白盒）及渗透测试工作；
参与应急响应、攻击溯源、取证分析技术的研究，提升整体重大信息安全事件应急处置能力。
跟踪国内外安全热点事件、主流安全漏洞、威胁情报、黑灰产动态并进行分析研究，形成应对方案；

**工作难度：**4颗星

薪酬现状：

岗位十：数据安全工程师

**岗位释义：**主要对公司的数据安全的日常维护和管理工作，确保公司数据安全。

岗位职责：

负责数据安全日常维护和管理工作，包括数据安全审核、数据安全事件的监控与响应、安全合规的审计与调查等；
负责数据安全标准规范的制定和管理，包括数据安全需求识别、风险分析、数据分级分类、数据脱敏、数据流转、泄露防护、权限管控等；推进相关安全管控策略在平台落地、执行。
负责开展与数据全生命周期管理有关的各项数据安全工作;
负责跨平台、跨地域数据传输、交互等数据安全方案制定与落地
定期组织开展数据安全自评工作，发现潜在数据安全风险，制定相应的管控措施，并推进落实整改。

**工作难度：**4颗星

薪酬现状：