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与我们的太阳相似的恒星大约每个世纪会经历一次巨大的辐射爆发。这些壮观的事件被称为超耀斑，释放的能量超过一万亿个氢弹的总和，远远超过所有以前记录的太阳耀斑。这项发现基于德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）团队对56,450颗类太阳恒星的研究，该研究将在2024年12月13日发表于期刊《科学》。研究表明，早期的调查对这些恒星的爆炸潜力严重估计不足。从美国国家航空航天局（NASA）的开普勒太空望远镜收集的数据表明，类太阳恒星的超耀斑出现频率可能比早期估计高出十倍到一百倍。太阳本身也可能具有类似的爆炸事件能力。 毫无疑问，太阳表现出不可预测的行为，尤其是今年异常强烈的太阳风暴强调了这一点。这些风暴中的一些甚至在低纬度地区产生了惊人的极光。但是我们的恒星会变得更加不稳定吗？最强烈的太阳"喷发"的证据可以追溯到古老的树木年轮和数千年前的冰川冰样本。然而，这些间接的方法并不能可靠地确定超耀斑的频率。从太阳接收的辐射的直接测量仅自太空时代初期以来才可用。 理解我们太阳长期活动的另一种方法涉及研究其他恒星，这是新研究的重点。先进的太空望远镜监测数千颗恒星在可见光中的亮度变化。在超耀斑期间，释放超过一个零点八十万焦耳的能量，在短时间内会出现明显的亮度激增。“我们无法在数千年内观察太阳，”MPS的主任及本研究的一位作者Sami Solanki教授解释道。“然而，我们可以在较短的时间内观察许多与太阳相似的恒星的行为，这帮助我们估计超耀斑的频率。” 寻找太阳的近亲…

理论物理学家与实验团队合作，发现了一种名为钇铈锡酸盐的材料中存在量子自旋液体的证据。他们通过将尖端实验方法（如在极低温下进行的中子散射）与理论评估相结合，完成了这一壮举。通过检查中子与钇铈锡酸盐材料中电子自旋的磁性交互，研究人员检测到了与类光波强烈相互作用的自旋集体激发。 很长一段时间以来，物理学家一直推测一种被称为量子自旋液体的独特物质状态。在这种状态下，即使在绝对零度，磁性粒子也不会沉淀成整齐的有序模式。相反，它们保持在一种不断波动和缠结的状态中。这种奇异行为遵循复杂的量子规则，并引发出与我们宇宙的基本方面相呼应的涌现属性，例如光与物质之间的相互作用。然而，实验证明量子自旋液体的存在并深入探讨其独特属性却相当困难。 最近发表在《自然物理学》上的一项研究，由一个国际团队参与，包括来自瑞士和法国的实验研究人员以及来自加拿大和美国（包括莱斯大学）的理论物理学家，提供了在名为钇铈锡酸盐的材料中存在这种神秘量子自旋液体的证据。他们的成功源于使用先进的实验技术，如在极低温下进行的中子散射，结合理论分析。通过测量中子与钇铈锡酸盐中电子自旋的相互作用，研究人员检测到了与类光波强烈相互作用的自旋集体激发。 瑞士保罗·谢尔研究所实验团队负责人罗曼·西比尔表示：“在量子自旋液体中长期以来理论推测的分数物质准粒子，需要在这一材料中得到令人信服的验证，这需要实验精度的重大提升。” “实际的中子散射实验是在位于法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所的一个专用光谱仪上进行的，使我们能够收集到极高分辨率的数据。”…

家庭管道系统中充满了微生物，工程师们正致力于探索这些生态系统，以确保家庭中能够获得清洁水源。 家庭管道通常是各种通常无害的微生物的栖息地，但关于我们家庭中发现的细菌群落的广泛文献记录尚不够充分。 《安全饮用水法》要求公共水务公司监测水质，但这些评估是在各个家庭的边界之外进行的。一旦水流入家庭，微生物群落就会以常常未被检查或完全不被理解的方式演变和改变。 来自圣路易斯华盛顿大学的助理教授Ling Fangqiong，专注于能源、环境和化学工程，决心解决这一空白，和她的同事们以及学生们共同组成学校的水质研究团队。…

  太阳是地球生命的重要动力，通过核聚变产生其巨大的能量。在这个过程中，它还会持续发射出中微子——这些亚原子粒子作为其内部运作的指标。尽管当前的中微子探测器可以揭示太阳的当前活动，但对于其在数百万年内的稳定性仍然存在许多重要问题——这个时间跨度涵盖了人类进化和重大气候变化。 洛朗代实验（LOREX）旨在通过精确了解太阳中微子与铊的相互作用来解决这些问题。一个国际科学家团队在达姆施塔特的GSI/FAIR实验储存环（ESR）成功收集了这些数据，产生了一个关键的测量结果，进一步推动我们对太阳长期稳定性的理解。研究成果已在科学期刊《物理评审快报》中发表。 LOREX在追求中微子研究中是独一无二的，因为它是唯一的正在进行的地球化学太阳中微子项目。自1980年代提出以来，其目标是在令人印象深刻的四百万年内测量平均太阳中微子通量，这与洛朗代矿石的地质年龄相关。 太阳产生的中微子与洛朗代（TlAsS2）中发现的铊（Tl）原子相互作用，将其转化为铅（Pb）原子。铅同位素205Pb特别引人注目，因为其长达1700万年的半衰期使其在洛朗代矿石的四百万年时间线上基本保持稳定。由于目前无法直接测量205Tl的中微子横截面，达姆施塔特的GSI/FAIR的研究人员提出了一种巧妙的方法，以确定计算中微子横截面所需的核物理量。这一所需量，即核矩阵元，也决定了完全离子化的205Tl81+到205Pb81+的束缚态β衰变率。…

根据德意志马克斯·普朗克智能系统研究所科学家进行的一项研究，拥有多元化和包容性的团队不仅是道德考量，也是推动机器人科学成就的动力。研究人员撰写了一篇文章，详细说明科学界如何通过优先考虑多样性和包容性的领导来增强自身的有效性，并提供了一份旨在最大化这些优势的机器人研究人员领导指南。 机器人领域本质上是跨学科的，整合了机械工程、电气工程、材料科学、计算机科学、神经科学和生物学等领域。机器人社区本身就是学术多样性的典范。当这种学术多样性与劳动力多样性相结合——包括不同种族、性别、社会经济背景、年龄、生活经历、父母身份和能力的个体——以及包容性的领导时，它将在科学工作中促进更大的创新和创造力。因此，在研究团队中倡导多样性和包容性不仅是道德义务，也是推动先进研究和加速机器人发展的一项重要因素。 通过利用现有文献，进行彻底的引用分析，并进行专家访谈，来自斯图加特的马克斯·普朗克智能系统研究所的一组机器人研究人员和行为科学家以及他们的同事，确定了在机器人研究中劳动力多样性和包容性领导的七个主要优势。2024年12月11日，他们在《科学机器人》上发表了一篇观点文章，概述了这些好处，并为渴望在团队中促进创新的机器人研究人员提供了领导指南。 “在本文中，我们呈现了现有的科学发现，分析了过去25年机器人论文的引用指标，反思了我们在多样和包容环境中的个人经历，并分享了对十位机器人领域领军研究人员的访谈见解，”来自马克斯·普朗克智能系统研究所机器人材料部的博士研究人员以及文章的主要作者达尼埃拉·马卡里解释道。 作者们指出了多样且包容团队的七个主要优势：…

  铜氧化物 (CuO2) 超导体，如 Bi2Sr2CaCu2O8+δ…

费罗烯是一种在创造分子机器中至关重要的分子，但它面临着一个重要的障碍，因为它倾向于在平坦的贵金属表面上分解。研究人员现在找到了稳定费罗烯的方法，方法是将其与铵盐结合，并将其嵌入由环冠醚分子组成的分子薄膜中。这种铵联分子在电压作用下显示出可逆的横向运动，使其成为迄今为止最小的分子机器。 人工分子机器是由少数几种分子组成的微型装置。它们在推动催化、分子电子学、医学和量子材料等多个领域方面具有巨大潜力。这些机器通过将外部刺激（如电信号）转换为分子尺度的机械运动来工作。费罗烯是一种独特的鼓形分子，特征是一个铁（Fe）原子夹在两个五元碳环之间，是这些机器的优秀构建块。费罗烯于1973年被发现，其在分子机械中的重要性获得了诺贝尔化学奖，并确立了其在分子研究中的关键地位。 费罗烯之所以吸引人，是因为其显著的能力：当Fe离子的电子态从Fe+2转变为Fe+3时，两个碳环大约围绕分子中心旋转36°。通过利用外部电信号操控这一电子状态，可能实现对分子旋转的精确控制。然而，一个显著的限制是，费罗烯在附着到基底表面时（特别是在平坦的贵金属表面上），即使在室温和超高真空下也会迅速分解。直到现在，没有找到一种可靠的方法能够在不分解的情况下将孤立的费罗烯分子牢固地键合到表面上。 由日本千叶大学的副教授山田丰和教授彼得·克鲁格、教授寺聪、教授堀江正树领导的研究团队的研究突破性地解决了这一问题。他们成功建立了世界上最小的电动分子机器。"在这项工作中，我们通过最初施加二维环冠醚薄膜，成功稳定并将费罗烯分子附着到贵金属表面。这是费罗烯基分子运动在原子水平上的首次直接实验证据，"山田教授表示。他们的研究于2024年11月30日在《小型》期刊上发表。 费罗烯的稳定性通过与铵盐的修饰实现，从而形成费罗烯铵盐（Fc-amm）。这种改变提高了其稳定性，并促进了其在基底表面上的牢固附着。新化合物固定在平坦铜基材上的单层环冠醚分子薄膜上。环冠醚分子具有独特的结构，可以捕获各种原子、分子和离子。山田教授进一步阐述，"我们之前发现，环冠醚分子可以在平坦金属表面上形成单层薄膜。该薄膜有效捕获了Fc-amm的铵离子，保护费罗烯免受与金属基底接触引起的分解。"…

一位研究者提出了一种开创性的方法，可以检测不同波长或“颜色”的长波红外（LWIR）光子。这种创新的检测和成像技术将被证明对基于光谱特征的材料分析（称为光谱成像）非常有价值，并且在热成像方面也具有应用潜力。 德巴希斯·昌达（Debashis Chanda），中佛罗里达大学（UCF）纳米科学技术中心的教授，开创了一种识别各种波长或“颜色”的长波红外（LWIR）光子的方法。 这项研究最近发表于美国化学学会的期刊《纳米通讯》（Nano Letters）中。…

研究人员开发了一种创新方法，用于创建一种特定类型的二维材料，同时增强其磁性特征。 仅有几原子厚的二维材料为新技术的开发提供了变革潜力，这些技术既紧凑又具备当前机器的相同功能。 在佛罗里达州立大学，科学家们发现了一种新方法，能够生产特定类型的二维材料并增强其磁性特征。他们的研究成果发表在《应用化学》杂志上。 研究小组探讨了一种由铁、锗和碲组成的金属磁铁，被称为FGT。他们在两个方面取得了重要进展：一种方法可以收集到比传统方法多出1000倍的材料，以及通过化学处理来修改FGT的磁性特征。 研究负责人、化学与生物化学系教授迈克尔·沙特鲁克表示：“二维材料在其化学、物理特性及潜在应用方面非常吸引人。我们的目标是创造更高效的电子设备，它们能耗更低、更轻、更快且反应更灵敏。二维材料在其中扮演着至关重要的角色，但仍需进行大量工作以提高其可行性。我们的研究有助于实现这一目标。”…

大规模预训练AI模型的性能最近显著提升，这一趋势在像CLIP和ChatGPT等模型中得到了体现，它们擅长处理各种任务。这种多功能性导致了它们的广泛采用，但也带来了某些挑战。 训练和运行这些庞大的模型需要大量的时间和精力， raising concerns about…

光子时空晶体代表了先进材料的一个新领域，这些材料可以提高无线通信和激光系统的有效性和效率。这些材料在三维空间和时间中展示出重复的结构，从而允许对光的特性进行精细控制。来自卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的科学家团队与阿尔托大学、芬兰东部大学以及中国哈尔滨工程大学合作，展示了这些四维材料的实际应用。他们的研究结果发表在《自然光子学》期刊上。 光子时间晶体是其在空间中成分一致但性质随时间周期性变化的物质。这种时间变化有助于调制和放大光的光谱特性，对于光学信息处理至关重要。KIT理论固态物理研究所和纳米技术研究所的卡斯滕·罗克施图尔教授指出：“这给我们带来了新的机会，但也带来了重大挑战。”他表示，这项研究为在信息处理系统中利用和增强不同频率光的可能性打开了大门。 朝着四维光子晶体迈进一步 光子时间晶体的一个关键特征是其动量空间带隙。动量描述光传播的方向。带隙指示光必须采取的扩增方向，带隙越宽，扩增能力越强。研究的主要作者之一普尼特·戈尔解释道：“在过去，我们需要增强材料特性，如折射率的周期性变化，以实现宽带隙。只有这样，光才能被放大。然而，大多数材料对此的选择有限，这就构成了一个相当大的挑战。” 研究人员通过结合光子时间晶体和额外的空间结构找到了解决方案。他们通过结合由硅球构成的光子时间晶体，开发了“光子时空晶体”，使其能够“捕获”光的时间比以往任何时候都要长。这种延长的相互作用使光对材料特性的周期性变化做出更加有效的响应。“我们谈论的是增强光与物质之间相互作用的共振，”另一位主要作者王旭臣评论道。“在这种高度调谐的系统中，带隙几乎涵盖了整个动量空间，允许光在任何传播方向上被放大。这可能是这些创新光学材料实际应用的一个关键突破。”…

新型有机发光二极管（OLED）技术由一个全球团队研发，部分由密歇根大学的工程师领导，可能会彻底改变电视、智能手机和其他设备的屏幕。这种创新材料确保了生动的颜色和清晰的对比，同时用混合成分替代了重金属。 有趣的是，这种新材料似乎违背了一个量子规则。 目前，OLED设备包含重金属如铱和铂，它们增强了亮度、效率和色彩范围。然而，这些金属带来了显著的缺点，包括成本更高、设备寿命缩短以及健康和环境风险增加。 虽然OLED的光发射理想上是通过磷光实现的，以提高能效，但这一过程本质上较慢，通常需要毫秒或更长时间，且没有重金属。为了满足现代屏幕以每秒120帧运行的要求，磷光必须在微秒内发生，避免不必要的持久“鬼影”图像——这是重金属的一个重要功能。 “我们开发了一种磷光有机分子，能够在没有重金属结构的情况下，在微秒时间尺度上发光，”密歇根大学材料科学与工程教授、发表在《自然通讯》上的研究共同通讯作者金镇相（Jinsang…