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模拟球形粒子相对简单。然而，在现实中，大多数粒子并不是完美的球体；它们表现出不规则的形状和大小。这使得模拟这些粒子变得显著更加复杂且耗时。 模拟粒子的能力对理解它们的行为至关重要。例如，微塑料是一种由于塑料废物的急剧增加而激增的污染类型，这些塑料废物在环境中通过机械或紫外线过程不受控制地降解。这些微小的粒子现在几乎在全球无处不在。为了有效地解决这个环境问题，深入了解这些粒子及其行为至关重要。 作为应对这一问题努力的一部分，伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员利用神经网络预测不规则形状粒子的相互作用，显著加速了分子动力学模拟。这种创新方法使得模拟可以比常规方法快达23倍，并且只要有足够的训练数据，可以适应任何不规则形状。 “微塑料无处不在，且大多不是球形；它们形态各异，具有角落和边缘。为了理解它们的环境行为，我们需要创造新的方法，使我们能够更快速、经济和高效地模拟它们，”材料科学与工程教授安东尼亚·斯塔特表示。 球体易于模拟，因为确定两个粒子之间相互作用的主要因素是每个球体的中心之间的距离。然而，从球体转向更复杂的形状——如立方体或圆柱体——需要了解不仅是粒子之间的距离，还包括角度和相对方向。传统上，模拟一个立方体涉及由无数小球构造而成。…

随着我们的电子设备尺寸缩小，物理限制开始影响硅微芯片上晶体管密度的预期增加，这与摩尔定律相符，后者预测约每两年晶体管数量翻一番。分子电子学——利用单个分子作为电子设备基本组件的概念——为继续缩小小型电子设备的趋势提供了一个有前景的方法。这些设备对电流流动的控制要求严格，但单个分子的变化特性使得设备效率和可重复性变得复杂。 伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的研究人员提出了一种创新的方法来管理分子导电性，他们采用了具有刚性结构的分子，特别是形状持久的梯形分子。他们还展示了一种简单的“一锅”合成这些类型分子的方法，已经应用于创建一种蝴蝶形分子，展示了他们在调节分子导电性方面方法的多样性。 这项开创性的研究由材料科学与工程系的查尔斯·施罗德教授、化学与生物分子工程教授与博士后刘小林和研究生杨浩共同领导，他们的研究结果发表在《自然化学》期刊上。 “在分子电子学方面，我们必须考虑分子的灵活性和运动如何影响其功能属性，”施罗德表示。“事实证明，这种灵活性在这些分子的电子特性中发挥着重要作用。为了解决这个问题，并保持在分子形状不变的情况下稳定的导电性，我们的目标是开发具有刚性骨架的分子。” 分子电子学中的一个重要障碍是许多有机分子表现出灵活性，可以采用各种形状——称为分子构象——每种构象可能导致不同的电导性。刘指出：“对于具有多种形状的分子，导电性可能有很大差异，甚至相差1000倍。我们决定专注于梯形分子，因为它们保持稳定的刚性形状，这使我们能够实现一致且可靠的分子接合导电性。”…

在过去三年中，研究人员一直在开发一种可持续的技术，以从液体混合物中提取基本的稀土元素。稀土元素在我们日常生活中越来越常见，出现在从您目前使用的智能设备到您上方的LED灯泡以及电动汽车和风力涡轮机中发现的钕磁铁等所有领域。 从复杂矿石中提取和精炼这些重要金属是一个挑战性的过程，通常需要强酸和有害溶剂，主要在中国进行。来自桑迪亚国家实验室的一个专门团队一直在研究一种环保的方法，以从水相混合物中提取这些稀土元素。 研究开始于创建和修改被称为金属有机框架（MOFs）的玩具状分子，以评估其吸收这些重要金属的能力。研究人员使用计算机模拟和X射线实验，研究了这些稀土元素如何与专门设计的“海绵”连接。最终目标是制造出能吸收特定稀土金属而留下其他金属的海绵。他们的研究最近在多份科学出版物中共享，其中包括8月26日发表于《ACS应用材料与界面》期刊的一篇文章。 桑迪亚的地球化学家、项目负责人安娜斯塔西娅·伊尔根解释说：“我们创建了具有不同表面化学的MOFs，并通过吸附实验表明这些结构可以选择性地从其他金属混合物中提取稀土元素。这种对稀土元素的选择性是有利的。值得注意的是，我们表明，金属的吸收能力可以通过在表面上添加不同的化学基团进行微调。” 创建稳定的海绵…

科学家们对等离子体如何与磁场相互作用获得了新的见解，这可能帮助解释在恒星之间移动的大型等离子体喷流的起源。等离子体是带有电荷的第四种物质状态，通常会与强磁场相互作用，无论是在星系之间的空间中，还是在用于核聚变的环形设备中，如托卡马克。這种相互作用改变了等离子体的形状和行为。利用质子——原子核心中的亚原子粒子——进行的一种新测量技术首次揭示了这种行为的细节，提供了对跨星系的巨大等离子体喷流的潜在解释。 美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究人员捕捉到了由于膨胀等离子体的压力而向外扩展的磁场的生动图像。当这些等离子体对磁场施加力量时，边缘出现了称为磁场-瑞利-泰勒不稳定性的气泡和泡沫，形成了看起来像柱子和蘑菇的结构。 随着等离子体内部能量的减少，磁场线返回到初始位置，导致等离子体压缩成一种流线型形状，类似于黑洞产生的喷流——超高密度的死星残骸，可以延伸出巨大距离，通常是星系大小的很多倍。这些发现表明，此研究中识别的相同压缩磁场也可能是造成这些宇宙喷流的原因，而这些喷流一直是一个谜。 “当我们进行实验并分析我们的数据时，我们意识到我们发现了一些重要的东西，”PPPL的员工研究物理学家及本研究的主要作者索非亚·马尔科（Sophia Malko）表示。“虽然人们早已相信磁场-瑞利-泰勒不稳定性会在等离子体与磁场相互作用时发生，但直到现在从未被直接观察到。当膨胀等离子体与磁场相遇时，这种不稳定性的确认出乎意料，我们整个团队对此诊断的精确性感到非常兴奋！”…

电子显微镜（EM）已经改变了我们观察细胞内部详细结构的能力。三维电子显微镜的进化，称为体积电子显微镜（vEM），显著提高了我们在三维中捕获纳米尺度图像的能力。然而，与成像速度、质量和样本大小有关的挑战仍然限制了可以有效成像的空间区域和体积。同时，人工智能（AI）在各个科学领域越来越成为一项关键参与者，促进发现并作为研究方法中的重要资源。 鉴于近期在AI驱动的图像生成技术方面的进展——特别是通过复杂的扩散模型——香港大学化学系张海波教授和电子与电子工程系齐小娟教授领导的研究团队开发了一套名为EMDiffuse的算法。这种新方法旨在提升成像能力，并解决EM和vEM中遇到的权衡问题。他们的研究已发表在《自然通讯》上。 对于标准的2D EM，EMDiffuse显著提高了真实高质量图像的恢复，即使从带有噪声或低分辨率的图像开始，仍能展示详细的超微结构特征。不同于其他专注于去噪或超分辨率的深度学习技术，EMDiffuse采用了一种独特的方法，其中解决方案从期望分布中抽样。这样，低质量图像在扩散过程的每个阶段用作指导因素，从而确保生成的结构保持准确。这意味着低质量输入主动塑造恢复，而不仅仅是作为起始参考。扩散模型有效地抵消模糊，实现接近真实表示的分辨率水平，这对于详细的超微结构分析至关重要。此外，EMDiffuse的多功能性使其能够直接应用于不同的数据集，或使用仅一对训练图像进行最小的微调。 在vEM领域，当前技术常常难以捕获大型样本的高分辨率3D图像，特别是在深度（“z方向”）方面，这妨碍了对线粒体和内质网等重要三维细胞结构的全面研究。…

月球火成活动，包括侵入性和喷出性岩浆活动，为我们提供了关于月球内部及其热条件的宝贵见解。这些活动在近侧和远侧的分布并不均匀，突显出一种全球性的分界，被称为月球二分法。以往的月球样本均来自近侧（包括阿波罗、月球探测器和嫦娥五号），而从远侧南极-艾特肯（SPA）盆地获取的样本被认为对于平衡我们对月球的理解以及解决月球二分法之谜至关重要。 今年早些时候，中国的嫦娥六号任务于5月3日成功发射，6月2日着陆月球表面，6月25日带着总重1935.3克的月球土壤返回地球。这一任务标志着全球首次从月球远侧进行的样本返回操作，特别是在SPA盆地的阿波罗盆地南部落地。这些宝贵的样本预计将为解决月球二分法的持久谜团提供重要见解，甚至可能改变我们对这个最近天体邻居的理解。然而，与嫦娥六号着陆地点附近的海区众所周知的火山活动相比，侵入性岩浆活动并不明显，其起源仍不清楚，这可能会妨碍样本可用后的未来分析。 最近发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文，由香港大学地球科学系的钱宇琪博士、约瑟夫·米哈尔斯基教授和赵国春教授及其国家和国际合作者共同撰写，详细研究了嫦娥六号着陆区周围的侵入性岩浆活动，采用了遥感数据。这项研究揭示了这些岩浆活动的广泛而难以捉摸的特征，为月球深成岩石的形成以及嫦娥六号任务的发现提供了线索，这将有助于推动对月球远侧的科学探索。 研究表明，SPA盆地普遍存在侵入性岩浆活动。这些岩浆形式包括在陨石坑下发现的岩床、重力数据指示的线性和环形岩脉，以及通过其独特光谱特征识别的镁套侵入体。这些发现与SPA厚厚的中间地壳相符，在该地区，侵入体很可能存在。由于嫦娥六号在SPA盆地着陆，因此该任务可能收集到了被周围陨石坑开挖并移动到样本地点的深成岩石，现在可以进一步进行研究。研究人员识别了两个严重侵蚀的陨石坑，其破碎的底部表明有可能发现更多类似的地质特征在月球上。这一切都表明了嫦娥六号采样区域内存在丰富的侵入性岩浆活动。 该研究追踪了嫦娥六号样本中可能的深成材料，表明有很强的可能性存在镁套材料，这主要来源于阿波罗盆地的西部峰环，由查菲…

天文学家在从地球进行的观测中达到了前所未有的细节水平。他们通过捕捉来自遥远星系在接近345 GHz的频率下的光线来实现这一目标，这对应于0.87毫米的波长。展望未来，他们预计能够生成比以前更清晰50%的黑洞图像。这种增强将允许更清晰地观察到附近超大黑洞边界外的区域，并扩大他们能够成像的黑洞数量，比以往更为广泛。这些发现源于一次试点实验。 事件视界望远镜（EHT）合作组完成了使用阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）和其他设施的观测测试，达到了地球表面记录的最高分辨率。他们成功探测到了来自遥远星系的光，其频率约为345 GHz，等同于0.87毫米的波长。该合作组相信在未来，他们将能够生成更为细腻的黑洞图像，提升对附近超大黑洞周围区域的能见度。他们还将扩大成像更多黑洞的能力，与过去的努力相比。他们新的探测结果作为一个试点项目，今天在《天文学杂志》上发表。 在2019年，EHT合作组发布了M87*的黑洞图像，该黑洞位于M87星系的中心，并在2022年跟进了银河系中位于我们银河系的Sgr…

太阳辐射的波动给太阳能发电厂带来了挑战，导致电网出现问题并影响可靠性。最近一项研究旨在通过分析卫星数据，增强我们对亚太地区太阳辐射时空变化的理解。研究结果提供了重要的见解，有助于优化未来太阳能设施的布局。 在当前能源危机和气候变化的紧迫挑战背景下，利用可再生能源迅速成为全球的一个重要优先事项。在众多可选项中，太阳能脱颖而出，成为一个有前景的选择；专家预测，在本世纪结束之前，太阳能可能会成为我们主要的能源来源。 虽然太阳能有许多好处，但其发电确实存在一些限制。与风能类似，太阳辐射可能会由于天气变化而迅速变化，从而导致电力输出的波动。这些变化给电网带来了风险，并使得能源需求能否始终得到满足变得不确定。因此，理解太阳辐射在时间和空间上的潜在波动对于识别最佳太阳能发电厂位置至关重要。 对此，一组研究人员在千叶大学环境遥感中心特别任命的助理教授武中秀明的带领下，致力于拓宽我们对亚太地区太阳辐射的知识。他们的最新研究于2024年6月13日在线发布，并在2024年7月的《太阳能》卷276中特刊，涉及对来自静止卫星的太阳辐射数据的全面分析。其他参与研究的人员包括千叶大学的Kalingga Titon…

詹姆斯·韦伯太空望远镜已经探测到六个可能的流浪行星——这些物体在大小上类似于行星，但并未与任何恒星有引力绑定。其中一个是迄今观察到的最轻的流浪行星，且伴有一个尘埃盘。这个引人注目的发现表明，负责恒星形成的宇宙过程也可能有助于创造仅比木星略大的物体。 这些稀有物体提供了新的见解，表明形成恒星的相同宇宙过程可能也参与了形成与木星相似的大体积物体。 “我们正在探索恒星形成过程的最边缘，”约翰·霍普金斯大学的首席作者、天体物理学家亚当·兰赫费尔德解释道。“如果我们遇到一个类似年轻木星的物体，它在适当条件下是否可能转变为一颗恒星？这对于理解恒星和行星的形成至关重要。” 这些结果来源于韦伯对年轻星云NGC1333的最深入调查，该星团位于距离地球约一千光年的英仙座。今天，欧洲航天局发布了一张新图像，展示了充满惊人星际尘埃和云团的NGC1333。一篇详细说明这些发现的论文将发表在《天文学期刊》上。 从韦伯获取的数据表明，发现的世界是气态巨行星，质量范围在五到十倍木星之间。这表明它们是已知的从典型的恒星和棕矮星形成过程中产生的一些最轻的物体——这些物体介于恒星和行星之间，但从未点燃氢聚变，最终会消亡。…

最新的宇宙学标准模型关键参数的计算比早期使用相同星系分布数据的方法准确得多。宇宙的标准模型主要基于六个关键数字。通过使用一种新颖的人工智能驱动的方法，来自弗拉特铁研究所的研究人员及其合作伙伴成功揭示了隐藏在星系分布中的见解，以显著的准确性估计五个宇宙学参数的值。 这些发现标志着相比之前获得的值有了显著提升。这项新技术将关于宇宙中物质分布的不确定性降低到传统方法使用相同星系数据时的一半以下。此外，人工智能驱动的技术与从其他观测中得出的宇宙学参数估计（例如宇宙最古老的光）有很好的相关性。 在一系列最近发表的论文中，包括8月21日在《自然天文学》上发表的一篇，研究人员介绍了他们的方法，称为基于模拟的星系推断（SimBIG）。 根据合著者、弗拉特铁研究所计算天体物理中心（CCA）的小组负责人Shirley Ho的说法，使用相同数据获得这些参数的更严格约束，对于探索从暗物质成分到负责宇宙扩张的暗能量特征等主题至关重要。这一发现与预计在未来几年开始的即将进行的宇宙调查尤其相关。…

一种被称为“自旋压缩”的量子力学方法因其能够显著提升世界顶尖量子传感器的性能而引起关注，但实现这一方法被证明相当具有挑战性。物理学家们的最新研究揭示了自旋压缩如何变得更加可及。 测量是科学的基础，使我们能够理解现象。随着量子传感技术的进步，研究人员现在能够测量先前不可想象的方面，例如原子振动、单个光子的特性和引力波波动。 自旋压缩作为一种量子力学效应，被视为提升目前最准确的量子传感器功能的关键技术。然而，自旋压缩的实际实现一直难以捉摸。在最近的一项研究中，哈佛大学的科学家们揭示了将这一概念变为现实的方法。 自旋压缩涉及一种特定形式的量子纠缠，它限制了一组粒子波动的程度。这使得某些可观测信号的测量更加精确，尽管这需要以其他互补信号的测量精度为代价——类似于挤压气球会增加其高度，但以其宽度为代价。 “量子力学可以提高我们测量非常小信号的能力，”物理教授、该研究的作者之一诺曼·姚解释道。“我们已经证明量子增强的测量技术可以应用于比之前认为的更广泛的系统。”…

根据最近的一项研究，使用詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的一些最早的星系实际上比最初认为的质量要小得多。这些星系中黑洞的存在使它们看起来比真实大小更明亮、更大。这一信息为围绕早期星系大小的标准宇宙学模型改变的必要性的讨论提供了新的见解。 当天文学家首次通过NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜窥见早期宇宙的星系时，他们期待观察到微小的星系，而实际上他们却遇到了似乎是一系列巨大星系的景象。一些星系看起来在极短的时间内获得了巨大的质量，这些模拟难以解释。这导致一些研究人员提出这可能表明标准宇宙学模型存在缺陷——一个描述宇宙组成和自大爆炸以来演变的理论框架。 最近在《天体物理学杂志》上发布的一项新的研究，由德克萨斯大学奥斯汀分校的研究生凯瑟琳·乔罗斯基领导，揭示了一些早期星系的质量确实远低于先前的信念。这些星系内部的黑洞促使它们发光，使它们看起来比实际更大。 “我们仍然观察到的星系数量多于预测，但没有一个如此庞大以至于违反宇宙的法则，”乔罗斯基表示。 这一发现得益于韦布的宇宙演化早期发布科学（CEERS）调查的观测，由德克萨斯大学的天文学教授史蒂文·芬克尔斯坦主导，并且是研究的共同作者。…