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研究人员发现，当前全球能源预测显著低估了气候变化对城市供热和制冷系统的影响，预测如果温室气体排放保持在高水平，到2099年将出现约50%的短缺。这一差距可能对今后的可持续能源规划产生重大影响。 现有的大多数研究主要集中在化学反馈机制上——涉及能源消耗、温室气体排放和大气之间复杂关系的大规模过程。然而，来自伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的一个研究团队正专注于城市环境与大气之间常常被忽视的物理相互作用，这些相互作用可能影响当地微气候，最终影响全球气候。 在一项由土木与环境工程教授赵磊领导的最新研究中，研究人员强调，从市政层面上产生的用于加热和冷却建筑的废热可以显著影响当地气候和能源需求。该研究的结果已记录在《自然气候变化》杂志上。 “供热和制冷系统产生的热量构成了城市地区整体发热量的主要部分，”赵磊解释道。“这些系统向大气中排放大量热量，导致城市升温，进而增加室内冷却系统的需求，进一步加剧了当地热量。” 这一现象是研究人员所称之为的有关使用冷却系统和城市环境中温度上升的正物理反馈循环的一部分。作者提到，由于气候变化导致的温度上升可能在冬季减少能源消耗，这会形成一个负反馈循环，这应该被纳入关于温度和能源需求的任何预测中。…

尖峰内标归一化是一种帮助分子生物学家确保其研究结果准确性的技术，但它容易被误用。最近的一项研究提出了新的指导方针，以增强这一重要方法的有效性。 加州大学圣地亚哥分校的研究团队推出了新的建议，旨在帮助科学家在测量DNA与蛋白质之间的相互作用时改善其结果。深入了解这些相互作用对于理解人类生物学整体以及帮助开发针对多种疾病（包括几种类型的癌症）的新疗法至关重要。 研究团队专注于尖峰内标归一化，这是一种在分子生物学中常用的技术，确保结果既准确又可靠。该方法涉及在分析之前向样本中引入已知量的染色质（DNA及相关蛋白的复合物）。这项添加使研究人员能够调整比较多个样本之间的变异。在评估两个不同条件时，尖峰内标归一化尤为有益，例如通过比较处理过的样本与未处理样本来评估药物的效果，或通过比较正常样本与突变样本来分析重要基因中的突变或缺失。 通过分析采用尖峰内标归一化的公开数据集，研究人员找出了频繁的误用实例，并确定了通过整合额外的质量控制措施（通常称为“护栏”）来提升该技术的机会。通过重新分析这些数据并进行自己的实验，团队制定了一份关于使用尖峰内标归一化研究的研究人员的九条重要建议，这可以显著增强他们研究结果的完整性。这些建议涵盖了确保一致的质量控制实践、遵循公认的计算分析最佳实践以及使用补充分析方法验证结果。 “许多研究应用尖峰内标归一化，我们的发现让该方法所产生的生物解释产生了疑问，”资深作者阿隆·戈伦博士表示。“我们的建议可以帮助解决一些与尖峰内标归一化相关的挑战，使我们能够继续从这一重要技术中受益。”…

一项关于美国全国洪泛区发展的综合研究显示，在过去的二十年里，超过两百万英亩的土地被开发，佛罗里达州大约占所有新建洪泛区住房的一半。 迈阿密大学罗森斯提尔海洋、大气与地球科学学院的科学家进行的研究为洪泛区的发展模式提供了新见解，这可能对人口和地区造成风险，特别是在洪水频繁发生的美国东南部。 这项新研究整合了土地使用、不透水表面和住房的地理空间数据，结合数字化的监管洪泛区地图，以评估美国各社区的新洪泛区开发。研究结果发表在《地球的未来》杂志上，显示全国范围内新建的住宅物业超过840,000处，其中约398,000处位于佛罗里达州——这占该州所有新住房的21％，标志着其在所有州中的最高总数。 研究的首席作者、罗森斯提尔学院阿贝斯研究生项目的博士候选人阿门·阿戈皮安评论道：“考虑到洪泛区的广泛规模和整体住房增长，这些数字实际上要小得多，这超出了预期。” 研究人员进一步观察到，如果新住房建设根据佛罗里达州洪泛区土地的比例进行分配，大约40%的新住房将位于这些地区。…

数百个伽玛射线爆发（GRBs）在一项广泛的全球倡议中被记录下来，天文学家表示这一倡议可与两百多年前梅西耶建立的深空物体的全面目录相媲美。GRB代表宇宙中最强大的爆炸，在短暂的时刻内释放的能量超过太阳在100亿年中产生的能量。这些爆炸源于一颗大质量恒星的死亡或两颗中子星的合并。 天文学家表示，GRB是已知的宇宙中最强烈的爆炸，释放的能量超过太阳在100亿年中产生的能量。这些事件发生在一颗大质量恒星的消亡期间，或者在两颗中子星碰撞时。 这些爆炸的严重性如此之大，如果有一次发生在距离地球1000光年以内的地方——预计约每5亿年发生一次——所释放的辐射可能会严重损害我们的臭氧层并威胁到我们所知的生命。幸运的是，这种事件很快发生的概率极其微小。 GRB首次被探测到近六十年前，它们有潜力加深我们对宇宙历史的理解，从最早的恒星到现在的状态。 最新研究记录了总共535个GRB，离我们最近的一个距离7700万光年，使用了455个全球的望远镜和仪器收集的数据。…

一个国际研究小组发现了一个令人惊讶的简单联系，连接了穿越接口的能量转移率和信息传递率，这个接口将两个量子场理论联系起来。这项研究于8月30日发表在《物理评论快报》上。 不同量子场理论之间接口的概念至关重要，并在粒子物理学和凝聚态物理学的各种背景中出现。然而，确定能量和信息通过这些接口传递的速率一直是相当具有挑战性的。 东京大学的宇宙物理与数学凯夫利研究所（Kavli IPMU, WPI）教授大栗弘嗣（Hiroshi…

研究人员开发了一种技术，使低地球轨道卫星天线能够同时处理多个用户的信号，从而降低成本并简化通信卫星的设计。低轨道卫星可能很快会为全球数百万用户提供高速通信，但它们的能力受到技术限制——每个天线阵列一次只能连接一个用户。 这种一对一的通信方式意味着公司通常必须部署多个卫星以形成星座，或建造大型单一卫星，配备多个天线阵列以实现广泛覆盖。这两种方法都成本高、复杂，且可能导致轨道拥挤的风险。 例如，SpaceX选择了“星座”方法，其StarLink网络目前在低地球轨道上包含超过6000颗卫星，超过一半是在过去几年发射的。SpaceX计划在未来几年内增加数万个更多卫星。 现在，普林斯顿大学和台湾阳明交通大学的研究团队设计出一种方法，使低轨道卫星天线可以同时支持多个用户信号，从而显著减少所需硬件的数量。 在6月27日发表在《IEEE信号处理汇刊》上的论文中，研究人员概述了他们如何解决单用户限制。他们的方法基于一种众所周知的技术，通过将天线阵列放置在特定位置，以精确地引导无线电波束到所需地点，从而增强通信。每个波束以信号的形式传输信息，如文本或电话。当地面结构（如基站）上的天线阵列可以管理单个波束内的多个信号时，低轨道卫星则被限制为只能使用一个。…

一项最近的研究揭示了下一代电子设备，特别是计算机中的内存组件如何随时间而退化。由明尼苏达大学双城校区的研究人员进行的这项研究提供了关于下一代电子设备退化过程的宝贵见解，包括计算机内存组件。更好地理解这些退化过程可能提高数据存储解决方案的效率。 研究结果发表在《ACS Nano》这本同行评审的科学期刊上，并在本期封面上进行了重点介绍。 随着计算技术的发展，对更高效的数据存储方法的需求日益增加。自旋电子磁性隧道结（MTJs）——利用电子自旋来增强硬盘、传感器以及包括磁性随机存取内存（MRAM）在内的其他微电子系统的微小设备——似乎是未来存储技术的有希望的候选者。 MTJs作为智能手表等设备中非易失性内存的基础元素，并促进内存计算，可能导致人工智能应用中的能效提高。…

隐形斗篷的概念可能成为现实吗？最近的研究使这一科幻想法更加可信，这要归功于一款新的软件包，该软件能够模拟波与复杂材料的相互作用。 麦考瑞大学的研究人员开发了一种创新软件，能够准确模拟声音、水或光波在遇到复杂粒子排列时的散射情况。 这一进展显著增强了对超材料的快速设计——这些新型人工材料用于放大、阻挡或重新定向波。 这项研究的结果于2024年6月19日发表在《皇家学会A辑会议录》期刊上，展示了TMATSOLVER的功能——一种基于多极子模型的工具，用于模拟多种形状和特征的波-粒子相互作用。 TMATSOLVER简化了涉及数百个散射体的配置的模拟，无论其复杂形状如何。…

科学家们揭示了一项激动人心的新进展，即利用无内孔的氧化石墨烯（GO）制造的氢离子屏障薄膜。这种开创性的方法可能会在各种应用领域的保护涂层方面带来重大改善。 來自熊本大学的一个研究团队，由助理教授畠山和人和工业纳米材料研究所教授井田新太郎主导，揭示了使用一种新型的无内孔氧化石墨烯（GO）开发氢离子屏障薄膜的重要突破。这种创新技术有潜力在不同领域的保护涂层中创造显著的改进。 在他们的研究中，团队成功创造了一种薄膜，采用了新开发的无孔氧化石墨烯形式。历史上，氧化石墨烯因其高离子导电性而备受推崇，这使其难以作为有效的离子屏障。然而，通过去除内部孔隙，研究人员生成了一种在阻挡氢离子方面具有明显增强特性的材料。 新开发的氧化石墨烯薄膜在氢离子屏障性能方面优于传统的GO薄膜，表现出高达100,000倍的性能，结果来自于测量面外质子导电性的交变电阻抗光谱。这一创新通过实验得到了进一步验证，结果显示无孔氧化石墨烯涂层成功地保护了锂箔免受水滴的影响，防止了锂与水之间的化学反应。 研究还强调，氢离子是通过标准GO中的孔隙迁移的，这突显了去除孔隙以增强屏障效果的重要性。这一发展可能会在保护涂层、耐腐蚀性和氢基础设施等方面带来新的应用。…

研究人员成功地在原子的核心内开始了受控运动。他们促进了原子核与位于原子外壳之一的电子之间的相互作用。这个特定的电子可以通过扫描隧道显微镜的针头进行操纵和观察。这项研究的发现为在原子核内存储量子信息提供了可能性，使其不受外界干扰的影响。 来自荷兰代尔夫特理工大学的科学家们成功地在原子的核心实现了受控运动。他们成功地使原子核与原子最外层壳中的一个电子相互作用。这个电子可以通过扫描隧道显微镜的针头进行控制和检测。今天发表在《自然通讯》上的研究结果为在核内安全存储量子信息提供了新的可能性，保护其免受外部干扰。 几周以来，研究人员专注于一个单一的钛原子。“具体来说，是一个Ti-47原子，”首席研究员桑德·奥特解释道。“它比更常见的Ti-48少一个中子，因此具有轻微的磁性。”这种在量子术语中称为“自旋”的磁性，就像一个指南针指针一样，可以在不同方向上对齐。任何时刻自旋的状态代表了一片量子信息。 精准调谐 原子的核位于一个相对较大的空隙中，远离周围的轨道电子，通常对周围环境没有意识。然而，有一个例外：非常微弱的“超精细相互作用”允许核自旋受附近电子自旋的影响。“这说起来容易做起来难，”最近以优异成绩获得博士学位的卢卡斯·费尔德曼评论道。“超精细相互作用如此微妙，它仅在经过精确校准的磁场中才能发挥作用。”…

受自然启发，尤其是酶，科学家们创造了一种新的催化剂，简化了醚的合成，而醚是许多药物、食品产品、个人护理品和各种消费品中的重要成分。该催化剂有效地定位和排列了两个化学反应物，使它们能够结合，而无需在标准合成方法中通常必要的复杂步骤和大量原料。 在伊利诺伊大学香槟分校的M. Christina White教授的指导下，研究团队在期刊Science中分享了他们的发现。 “醚是许多产品中至关重要的分子，我们的方法大大简化了它们的合成。这也使我们能够生产以前难以合成的醚，”White表示。“我们始终从自然中汲取灵感。酶已证明如何以更好、更简单和更高效的方式进行这些反应。”…

科学家们揭示了铝氧化物表面的复杂结构，这是一个困扰研究人员多年的问题。维也纳科技大学和维也纳大学的研究人员成功解读了铝氧化物表面的复杂结构，这是几十年来困扰科学家的一个谜团。 铝氧化物（Al2O3），通常称为铝土矿、刚玉、蓝宝石或红宝石，被认为是最优秀的绝缘体之一，具有多种应用，包括在电子设备中的使用、作为催化剂的支持介质以及在抵抗化学反应的陶瓷中。清楚理解表面原子的精确排列对于掌握这种材料上化学反应的发生方式尤其重要，尤其是在催化过程中。虽然材料内部的原子以特定模式组织，从而导致晶体的独特形状，但表面的结构与内层晶体的结构不同。由于铝土矿的强绝缘特性，实验研究面临挑战，导致确切的表面结构在五十多年里未能明确。来自维也纳科技大学和维也纳大学的研究人员现在已解决了Al2O3表面的复杂结构，该难题在1997年被指定为“表面科学三大谜团”之一。研究团队在Jan Balajka和Ulrike Diebold的指导下，最近在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。 利用高分辨率显微镜识别表面原子…