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研究人员创造了一种创新的纳米机械谐振器，具有优异的机械质量和压电特性。这一进展预计将为量子传感技术带来令人兴奋的新应用。 来自瑞典查尔莫斯科技大学和德国马格德堡大学的科学家们开发了一种尖端的纳米机械谐振器，结合了两个基本特性：高机械质量和压电性。这一突破可能会在量子传感技术方面带来重大进展。 机械谐振器在过去几个世纪中发挥了多种用途。这些设备的一个基本特征是其在特定频率下振动的能力。一个经典的例子是音叉，当被击打时，它会在其特定的共振频率下振动，产生我们可以听到的声波。得益于微制造方法的改进，研究人员成功地将机械谐振器微型化到微米和纳米尺度。在这些细微的尺寸下，谐振器的振荡频率要高得多，并且相较于较大版本表现出更高的灵敏度。 “这些特性使它们在精密实验中变得非常有价值，例如检测微小的力量或质量变化。最近，纳米机械谐振器因其在量子技术中的潜在应用而受到量子物理学家的显著关注。利用量子运动状态可以进一步提高纳米机械谐振器的灵敏度，”查尔莫斯大学的物理学教授、该研究项目的负责人维特莱夫·维耶佐雷克（Witlef Wieczorek）说道。…

含钠过渡金属层状氧化物正在成为钠离子电池的有前景的电极材料，这可能是锂离子电池的可行替代品。然而，由于可能的元素成分种类繁多，找到最佳成分面临着重大挑战。最近的一项研究利用广泛的实验数据和机器学习技术来识别钠离子电池的最佳成分，可能简化研究过程并促进向可再生能源的过渡。 能源存储在许多快速发展的可持续技术中发挥着至关重要的作用，例如电动车和可再生能源系统。目前，锂离子电池（LIBs）主导市场，但锂的可用性有限且成本高昂，导致经济和供应链问题。因此，全球的研究人员正在探索利用更丰富材料的新型电池技术。 钠离子（Na-ion）电池利用钠离子进行能量传输，由于钠的丰富性、增强的安全特性和潜在的较低成本，代表了一种对锂离子电池的有前景的替代品。含钠的过渡金属层状氧化物（NaMeO2）是钠离子电池正极的特别有效的材料，表现出令人印象深刻的能量密度和容量。然而，在这些层状氧化物中使用多种过渡金属使得发现最佳成分的过程变得复杂。即使在过渡金属的种类和比例上稍作修改，也可能导致晶体结构和整体电池性能的显著变化。 在最近由日本东京科技大学的教授小林信一、佐贺关和细川知毅博士领导的研究中，结合了查尔默斯科技大学和名古屋工业大学的中山正信教授的合作，利用机器学习来增强对最佳成分的搜索。该研究的结果于2024年9月5日分享，并于2024年11月6日在线发表在材料化学杂志A上，经过最终编辑后，该研究得到了包括日本科学技术振兴机构（JST-CREST）、DX-GEM和JST-GteX等资助机构的支持。 研究团队旨在对O3型NaMeO2材料中各种元素成分的评估过程进行自动化。他们首先编制了100个O3型钠半电池样本的全面数据库，涵盖小林教授团队在11年间收集的68种不同成分。“该数据库详细说明了NaMeO2样品的成分，其中Me代表锰、钛、锌、镍、铁和锡等过渡金属。它还包括充放电测试的电压限制、初始放电容量、平均放电电压和经过20个循环后的容量保持情况，”小林说道。…

氢气作为一种替代能源提供了引人注目的选择，原因在于其众多优势，包括轻便、易储存、富含能量，并且比化石燃料清洁得多——不会产生有害排放。因此，它在交通、建筑、发电和各个行业等领域有广泛的应用。然而，由于氢气高度易燃，其安全和普遍使用需要可靠的泄漏检测和纯度验证方法。这一需求促使了微量气体传感技术的发展。尽管存在各种氢气检测方法，但没有一种达到最佳性能。 一种值得注意的方法是可调二极管激光吸收光谱法（TDLAS），该方法因其在气体检测方面的优势而引起了广泛关注。TDLAS具有多种优点，如非侵入式测量、实时检测、高特异性、快速响应时间、成本效益以及能够同时测量多个组分和参数。该方法基于气体在特定波长吸收光的原理，导致吸收光谱中出现特定的暗线，称为吸收线。通过评估在此波长下吸收了多少激光光，可以确定目标气体的浓度。然而，由于氢气在红外光谱中的吸收相对较弱，相较于其他气体，使用TDLAS测量低浓度氢气存在挑战。 针对这一挑战，由日本千叶大学工程研究生院副教授篠田達夫领导的研究团队开发了一种创新方法，利用TDLAS准确测量氢气。团队成员包括千叶大学的阿里夫·夏夫凯提和诺费尔·拉格罗萨斯，四国研究所的朝日一平，以及东海大学理学院的山口茂。他们的研究成果于2024年8月13日在线发表，并于2025年1月1日刊登在《光学与激光技术》期刊第180卷中。 “在这项研究中，我们通过仔细调节TDLAS设备中的压力和调制设置，实现了极为灵敏的氢气检测。我们还引入了一种不需要校准的方法，适应多种浓度，”篠田教授分享道。 在TDLAS设置中，激光光经过一个被称为Herriott多通道池（HMPC）的加压气体池，该气体池容纳所测量的气体。激光的波长围绕目标气体的吸收线在特定频率下调制，以消除外部噪声。HMPC中的压力起着至关重要的作用，通过影响吸收线的宽度和TDLAS中使用的调制参数。…

  为了扩大钻石在半导体和量子技术中的应用，科学家们正在研究在较低温度下生产钻石的增强方法，这样不会损害计算机芯片中的硅。这些改进包括探索如何在量子钻石上创建保护性氢层，同时保持重要特性，如氮空位中心。 研究人员正在探索创新的方法来生产实验室培育的钻石，同时尽量减少其他碳形式如烟尘的产生。然而，这些钻石并不用于珠宝；它们对明天的先进计算机、光学和传感器至关重要。 美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）和普林斯顿大学的研究人员进行的一项最新研究检查了在较低温度下持续生长钻石的方法，这些温度通常低于常用的生长温度。钻石具有吸引半导体行业的特性。其独特的晶体格结构使其能够承受高电压，并有效地散热。 “这项研究为PPPL在微电子领域的广泛努力做出了贡献，提供了确保美国在这一高科技领域保持竞争优势的重要材料和过程的见解，”PPPL的首席研究物理学家及该研究的合著者伊戈尔·卡冈诺维奇解释道。…

被称为立方稀土氢化物的材料在常规条件下有可能作为超导体。 芝加哥伊利诺伊大学的研究人员开发出创新材料，可能有助于解决一个重要的现代问题：创造在典型温度和压力水平下运行的超导体。 超导体在许多常见技术中发挥着至关重要的作用，例如MRI机和电力传输系统，但它们目前需要在极低温度下才能工作。这一限制削弱了它们更广泛的应用。全球的科学家们正在寻找能够实现“高”温度超导性，即接近室温而无需极端冷却的材料。 亚当·登奇菲尔德（Adam Denchfield）与UIC的一组科学家在美国国家科学院院刊上发表的论文中提出了三种新型超导材料的设计。他们的计算机模拟表明，这些设计展现了实现高温超导所需的关键特性。…

新的研究显示，与传统塑料相比，生物基纤维导致蚯蚓的死亡率更高，并且其生长和繁殖受到抑制，而蚯蚓是全球健康土壤的重要生物。因此，科学家建议，在广泛应用于各种产品之前，作为塑料替代品推广的材料应进行彻底测试。 最近的研究表明，生物基材料对关键物种的健康威胁可能比它们旨在替代的传统塑料更为严重。 这些材料常被宣传为塑料的环保替代品，广泛存在于纺织品以及衣物、湿巾和生理用品等物品中。 然而，这些材料的微纤维可以通过洗衣、污水泥施用作为肥料以及纺织品的日常磨损进入生态系统。 尽管生物基产品的生产和销售在全球范围内上升，但对它们对物种和生态系统潜在影响的研究仍然有限。…

向高中学生解释复杂的科学思想需要独特的方法，加州大学圣地亚哥分校的研究人员对此进行了展示。他们与埃斯孔迪多的橙谷高中学生合作，通过舞蹈表演来说明拓扑绝缘体的概念。 向公众传达科学信息可能是具有挑战性的。此外，向其他专业领域的专业人士解释某一科学领域也可能同样困难。为了向高中学生传达理论科学概念，研究人员往往需要采取一种新的视角。 加州大学圣地亚哥分校的研究人员通过组织一场与橙谷高中学生的舞蹈来创造性地应对这一挑战，以解释拓扑绝缘体的概念。 该项目由前研究生马修·杜主导，与加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学副教授乔尔·元周合作，并在Science Advances上发表。…

纳米级三维晶体管由极薄的半导体材料构成，展示出比传统硅基设备更高的效率，利用量子力学属性，使得超低功耗的人工智能应用成为可能。 硅晶体管在放大和切换信号中发挥着至关重要的作用，这对于从智能手机到汽车等众多电子产品都是必不可少的。然而，硅半导体背后的技术面临着物理限制，限制了晶体管在特定电压以下的运作。 这种被称为“玻尔兹曼专制”的限制对计算机和其他电子设备的能量效率产生了不良影响，尤其是在快速发展的人工智能技术需要提高计算速度的背景下。 为了解决硅的这一核心限制，麻省理工学院的研究人员开发了一种新型三维晶体管，利用了一种独特的超薄半导体材料阵列。 他们的创新包括仅几纳米宽的垂直纳米线，能够在显著低于标准设备的电压下，达到与尖端硅晶体管相似的性能。…

最近的一项研究揭示了气候变化如何改变北卡罗来纳州的沿海湿地，将它们从森林地区转变为沼泽甚至开阔水域。研究还突出了卫星图像在指导保护工作以保护这些生态系统方面的潜在作用。 由于气候变化导致的海平面上升，对沿海森林构成了显著且往往不可预测的威胁，亟需开发新工具来减少损害并有效分配保护资源。 北卡罗来纳州立大学与美国地质调查局（USGS）之间的合作研究探讨了卫星图像如何帮助识别由于海平面上升而逐渐转变为沼泽地和开阔水域的森林区域，这一现象被称为制度变化。美洲大学的副教授、研究的共同作者马塞洛·阿尔东（Marcelo Ardón）解释说，这种新的建模工具可以帮助保护者将有限的资金分配到最迫切需要关注的地区。 “我们了解到这些沿海生态系统正在演变，预测这些变化的时间和地点可能具有挑战性。我们的发现表明，遥感可以揭示土地变化的轨迹，”阿尔东表示。“这使得资金的目标更为精准；我们可以评估某个地区是否可能不需要干预，或者它的转变是否过于严重以至于无法恢复。这种方法最终有助于将有限的保护资源引导到最具影响力的地方。”…

棒球著名的“魔法”泥土的显著特性，直到现在才得到了适当的研究。在这项研究中，研究人员揭示了这种独特泥土的魔力背后的秘密。 到目前为止，棒球著名的“魔法”泥土的非凡特性尚未经过科学研究。 宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院（Penn Engineering）和文理学院（SAS）的科学家们在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项最新研究揭示了这种泥土的独特之处。 研究的首席作者、道格拉斯·J·杰罗马克和保罗·阿拉提亚实验室的博士后研究员施拉万·普拉迪普解释说：“它像乳霜一样涂抹，握感类似砂纸。”…

天文学家发现了一个位于一个银河系中心的超大质量黑洞，该银河系在大爆炸后仅出现了15亿年。这个黑洞正在以惊人的速度消耗物质——超过理论上认为可能的40倍。尽管这一现象可能不会持续很久，但它可能有助于解释超大质量黑洞在宇宙早期阶段如何快速增长。 利用来自美国国家科学基金会NOIRLab的天文学家团队的NASA詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST）和钱德拉X射线天文台的观测，发现了一个在大爆炸后仅形成了15亿年的银河系中的超大质量黑洞。这个黑洞以惊人的速度吞噬物质——超过理论限制的40倍。尽管它的寿命可能较短，但这个黑洞的“盛宴”可能为理解超大质量黑洞如何在早期宇宙中如此迅速发展提供了重要线索。 大多数银河系的中心都有超大质量黑洞，现代望远镜的天文学家们能够在宇宙历史的早期阶段观察到它们。理解这些黑洞是如何在短时间内达到如此巨大的规模是具有挑战性的。然而，最近发现的一个低质量超大质量黑洞在大爆炸后仅15亿年就贪婪地吞噬物质，为黑洞在宇宙幼年期内如何迅速增长提供了新的线索。 这一黑洞被称为LID-568，由国际双子望远镜/NSF NOIRLab的Hyewon…

初级粒子的温度已被探测到，这种温度来源于两个中子星碰撞后形成黑洞所产生的放射性辉光。这一开创性的观察使科学家们首次能够测量这些宇宙现象中微小的物理特性。此外，它还展示了瞬时快照如何呈现随着时间展开的物体。 初级粒子的温度已被探测到，来自两个中子星碰撞后形成黑洞的放射性辉光。这一重要进展使研究人员首次能够测量这些宇宙事件中的微观物理特性。这也突显了瞬时观察如何反映一个随时间演变的物体。这个发现是由哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的 astrophysicists 所做，并在国际科学期刊 Astronomy…