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工程师们开发出了一种现实生活中的变形金刚，它具有在空中变形的“智慧”，使得这种类无人机机器人能够平稳地滚动并开始地面操作，而无需暂停。这种机器人的灵活性和坚固性在商业配送系统和机器人探测器方面可能尤其有用。 专门的机器人通常在尝试变形并开动之前会先在地面着陆。但是，当着陆地形崎岖时，这些机器人有时会卡住，无法继续操作。现在，加州理工学院的一个工程师团队开发出一种现实生活中的变形金刚，它具有在空中变形的“智慧”，使得这种类无人机机器人能够平稳地滚动并开始地面操作，而无需暂停。这种机器人的灵活性和坚固性在商业配送系统和机器人探测器方面可能尤其有用。 这种新机器人被称为ATMO（空中变形机器人），它使用四个推进器飞行，但保护它们的外壳在另一种驾驶配置中变成了系统的轮子。整个变形依赖于一个电动机来移动中心关节，将ATMO的推进器抬起到无人机模式或降低到驾驶模式。 研究人员在最近发表在《通信工程》杂志上的一篇论文中描述了这款机器人及其驱动的复杂控制系统。 “我们设计并构建了一种新的机器人系统，灵感来自自然——来自动物如何以不同的方式利用自己的身体来实现不同类型的运动，”加州理工学院航天研究生、该论文首席作者Ioannis…

一系列实验支持詹姆斯·韦伯太空望远镜最近收集的光谱数据，这些数据发现木星的卫星欧洲的冰面在不断变化。欧洲的表面冰在不同地方以不同的速度结晶，这可能指向复杂的外部过程和地质活动影响着表面。 一系列由西南研究院的乌久瓦尔·劳特博士领导的实验支持詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）最近收集的光谱数据，这些数据发现木星的卫星欧洲的冰面在不断变化。欧洲的表面冰在不同地方以不同的速度结晶，这可能指向复杂的外部过程和地质活动影响着表面。 水冰可以根据其结构分为两类。在地球上，晶体冰在冷冻过程中，当水分子以六边形模式排列时形成。但在欧洲的表面，暴露的水冰不断受到带电粒子的轰击，这会破坏晶体结构，形成所谓的非晶冰。 劳特是西南研究院行星科学部门的项目经理，他与团队共同撰写了一篇论文，概述了他们通过广泛实验了解欧洲冰面所得到的发现。这些实验对于限制欧洲冰的非晶化和再结晶的时间尺度至关重要，特别是在混乱地形中，特征如脊、裂缝和平原相互纠缠。结合JWST收集的新数据，劳特表示，他们正在看到越来越多的证据表明冰面下可能存在液态海洋。 在过去的几十年里，科学家们认为欧洲的表面被一层非常薄的非晶冰覆盖，保护着下面的晶体冰（深约0.5毫米）。这项新研究发现，欧洲某些区域的表面以及深处都有晶体冰，特别是一个被称为塔拉地区的区域。…

科学家们首次在一维量子系统中观察到了任何子——与熟悉的费米子和玻色子不同的准粒子。这一结果可能有助于更好地理解量子物质及其潜在应用。 科学家们在汉斯-克里斯托夫·纳格尔的带领下，首次在一维量子系统中观察到了任何子——与熟悉的费米子和玻色子不同的准粒子。研究结果发表在《自然》期刊上，可能有助于更好地理解量子物质及其潜在应用。 自然将粒子分为两种基本类型：费米子和玻色子。构成物质的粒子如夸克和电子属于费米子家族，玻色子通常作为力的载体——例如光子，介导电磁相互作用，以及胶子，支配核力。当交换两个费米子时，量子波函数会得到一个负号，即数学上讲，相位为π。这对玻色子而言完全不同：它们交换时的相位为零。这种量子统计特性对费米子或玻色子量子多体系统的行为有着重大影响。它解释了元素周期表的构成方式，并且是超导性研究的核心。 然而，在低维系统中，一种迷人的新粒子类别出现：任何子——既不是费米子也不是玻色子，其交换相位介于零和π之间。与传统粒子不同，任何子并不独立存在，而是在物质的量子态中作为激发出现。这一现象类似于声子，声子表现为弦中的振动，但作为独特的“声音粒子”存在。尽管在二维介质中观察到过任何子，但在一维（1D）系统中的存在依然难以捉摸——直到现在。 发表在《自然》上的一项研究报告了在一维超冷玻色气体中首次观察到涌现的任何子行为。这项研究是汉斯-克里斯托夫·纳格尔在因斯布鲁克大学（奥地利）实验组、巴黎萨克雷大学的理论家米哈伊尔·兹沃纳列夫以及布鲁塞尔自由大学（比利时）和法国学院（巴黎）的内森·戈尔德曼理论组的合作成果。研究团队通过向强相互作用的玻色气体中注入并加速一个可移动杂质，仔细分析其动量分布，从而实现了这一显著成果。他们的研究结果表明，该杂质导致了任何子的出现。…

工程师们开发出一种燃料电池，与锂离子电池相比，每磅提供的能量超过三倍。该装置由钠金属和空气之间的反应提供动力，重量轻到足以实现飞机、卡车或船舶的电气化。 电池在其存储给定重量的能量方面接近极限。这对能源创新以及寻找新的飞机、火车和船舶动力来源构成了严重障碍。现在，麻省理工学院及其他地方的研究人员提出了一种可能帮助电气化这些运输系统的解决方案。 新概念不是电池，而是一种燃料电池——这种设备与电池相似，但可以快速加注燃料而不是充电。在这种情况下，燃料是液态钠金属，一种廉价且广泛可得的商品。电池的另一侧只是普通空气，作为氧原子的来源。在中间，一层固态陶瓷材料充当电解质，使钠离子能够自由通过，而一个多孔的面向空气的电极则帮助钠与氧发生化学反应并产生电能。 在一系列原型设备的实验中，研究人员展示了这种电池每单位重量的能量超过现今几乎所有电动车所用锂离子电池的三倍。他们的研究结果今天在期刊Joule上发表，文章由麻省理工学院的博士生Karen Sugano、Sunil…

铁磁半导体（FMSs）结合了半导体和磁性的独特属性，是开发集成半导体和磁性功能的自旋电子器件的理想候选材料。然而，在FMSs中的一个主要挑战是实现高居里温度（TC），以便在室温下稳定工作。尽管先前的研究实现了420 K的TC，高于室温，但这不足以有效运行自旋功能材料，突显了FMSs中对TC提升的需求。这个挑战在2005年被《科学》杂志选为125个未解问题之一。诸如(Ga,Mn)As的材料展现出低TC，限制了它们在自旋电子器件中的实际使用。虽然向窄带隙半导体如GaSb中添加Fe似乎有希望，但在保持晶体质量的同时加入高浓度的Fe却十分困难，限制了可达到的TC。 为了克服这些限制，由日本东京科学研究所的Pham Nam Hai教授领导的研究团队，利用在高倾斜角（10°）的GaAs…

一支研究团队发现自然矿物布朗米勒石中在亚原子尺度上发生的铁电现象。 由POSTECH（浦项科技大学）材料科学与工程系和半导体工程系的崔施勇教授领导的研究团队，与釜山国立大学的李在光教授团队及成均馆大学的崔宇锡教授团队合作，发现自然矿物布朗米勒石中在亚原子尺度上发生的铁电现象。该研究于5月20日发表在自然材料上。 电子设备以称为“域”的存储单元存储数据，其最小尺寸限制了存储信息的密度。然而，基于铁电的存储在最小化域大小方面面临着挑战，因为原子的振动是集体性质。研究团队从自然中找到了克服这些限制的灵感。他们专注于布朗米勒石，这是一种天然矿物，以其独特的正四面体（FeO4）和正八面体（FeO6）铁氧结构交替层为特征，类似于夹着面包和火腿的三明治。 惊人的是，布朗米勒石表现出一种被称为“声子解耦”的特殊现象。声子代表原子振动；通常，当原子振动时，附近的原子也会受到影响，这归因于集体振动。然而，在布朗米勒石中，当正四面体层振动时，邻近的正八面体层基本保持不变。这种独特的特性使得在施加电场时，可以选择性地在正四面体层内形成域。 这种现象在各种类型的布朗米勒石中得到了验证，如SrFeO2.5和CaFeO2.5的薄膜以及单晶CaFeO2.5。实验表明，电场仅影响正四面体层，改变原子位置，而不改变正八面体层。团队进一步证明了这一现象的实用性，成功开发基于该结构的铁电电容器和薄膜晶体管设备。…

激光金属加工使得复杂零部件的自动化和精确生产成为可能，无论是汽车工业还是医学。然而，传统方法需要耗费时间和资源的准备工作。研究人员现在正在使用机器学习来使激光过程更加精确、经济高效。 激光金属加工被认为在工业中特别多用途。例如，激光可以用于将组件精密焊接在一起，或通过3D打印生产更复杂的部件——快速、精确和自动化。这就是激光工艺在许多行业中的应用原因，例如汽车和航空工业，其中需要最大精度，或在医疗技术中，例如生产定制的钛植入物。 然而，尽管激光工艺高效，它们在技术上具有挑战性。激光与材料之间复杂的相互作用使得这一过程对微小的偏差非常敏感——无论是在材料特性还是激光参数的设置上。即使是轻微的波动也可能导致生产错误。 “为了确保激光加工过程中可以灵活应用并获得一致的结果，我们正在努力更好地理解、监测和控制这些过程，”Empa先进材料加工实验室的研究小组负责人Elia Iseli说。根据这些原则，他的团队中的两位研究人员Giulio…

新技术利用光的颜色和自旋来显示多个图像。 从智能手机和电视到信用卡，操控光的技术深深嵌入我们的日常生活中，其中许多基于全息技术。然而，传统的全息技术面临着局限性，特别是在单个屏幕上显示多个图像和保持高分辨率图像质量方面。最近，一支由POSTECH（浦项科技大学）Junsuk Rho教授领导的研究团队开发了一种开创性的超表面技术，可以在比人类头发还薄的表面上显示多达36个高分辨率图像。这项研究已发表在《先进科学》上。 这一成就是由一种称为超表面的特殊纳米结构驱动的。超表面比人类头发薄数百倍，能够精确操控光线在其通过时的行为。研究团队使用氮化硅制造纳米级的支柱，这种材料以其坚固和优良的光学透明性而闻名。这些支柱被称为超原子，允许在超表面上精细控制光。 这项技术的一个显著特点是，能够根据光的波长（颜色）和自旋（偏振方向）投射完全不同的图像。例如，左旋偏振的红光可能显示出一个苹果的图像，而右旋偏振的红光可能产生一辆车的图像。研究人员利用此技术成功地在可见光谱内以20纳米的间隔编码了36个图像，以及8个跨越可见光和近红外区域的图像——都装载在一个单一的超表面上。…

科学家们已经制作出迄今为止最清晰的太阳日冕图像。为了制作这些高分辨率的图像和视频，研究小组开发了一种新的“日冕自适应光学”系统，消除了地球大气造成的图像模糊。他们的开创性成果为深入了解日冕加热、太阳爆发现象和太空天气铺平了道路，为太阳大气中的新发现打开了机遇。 太阳的日冕——其大气层的最外层，仅在日全食期间可见——由于其极端温度、剧烈的爆发和巨大的日珥而长期吸引科学家们的兴趣。然而，地球大气中的湍流导致图像模糊，妨碍了对日冕的观察。美国国家科学基金会（NSF）、国家太阳观测台（NSO）和新泽西理工学院（NJIT）的科学家的最新开创性进展，通过自适应光学来清除模糊，改变了这一点。 在《自然天文学》上发表的这项开创性的“日冕自适应光学”技术，产生了迄今为止最惊人、最清晰的日冕细结构图像和视频。这一发展将为深入了解日冕的神秘行为和驱动太空天气的过程打开大门。 迄今为止最详细的日冕图像揭晓 由NSF资助，并安装在1.6米的古德太阳望远镜（GST）上，该望远镜由NJIT的太阳-地球研究中心（CSTR）在加利福尼亚的比格贝尔太阳观测站（BBSO）运营，“Cona”——负责这些新图像的自适应光学系统——抵消了地球大气中气流湍动造成的模糊——类似于乘客在飞行中感受到的颠簸空气。…

一项新的实验将量子信息编码在原子的运动中，并创造出一种称为超纠缠的状态，其中一对原子之间的两个或多个特征被关联在一起。 曼努埃尔·恩德雷斯，加州理工学院的物理学教授，专注于使用称为光学镊子的设备对单个原子进行精细控制。他和他的同事们利用激光光束制成的镊子操作数组中的单个原子，以研究量子系统的基本特性。他们的实验带来了诸多进展，包括新的纠正简单量子机器中错误的技术；一种可能导致世界上最精确时钟的新设备；以及一个控制超过6000个单个原子的创纪录量子系统。 在这项工作中，一个令人困扰的因素是原子的正常晃动，这使得系统更难控制。现在，该团队在《科学》期刊上报告，他们颠覆了这个问题，并利用这种原子运动来编码量子信息，这是量子技术的基础过程。 “我们展示了，通常视为量子系统中不必要噪声源的原子运动，可以转变为一种优势，”共同首席作者亚当·肖（博士'24）说，他与帕斯卡尔·肖尔和兰·芬克尔斯坦共同参与该研究。肖在这些实验期间曾是加州理工学院的研究生，现在是斯坦福大学的博士后研究员。肖尔曾在加州理工学院担任博士后，现在在量子计算公司Pasqal工作。芬克尔斯坦曾在加州理工学院获得特罗什博士后奖学金，现在是特拉维夫大学的教授。 最终，该实验不仅在原子的运动中编码了量子信息，还导致了一种称为超纠缠的状态。在基本纠缠中，即使两个粒子相距甚远，仍然保持连接。当研究人员测量粒子的状态时，他们观察到这种关联：例如，如果一个粒子处于一种被称为自旋向上的状态（角动量的方向指向上），另一个粒子将始终是自旋向下。…

研究人员结合了细胞生物学、量子计算、传统半导体和高清电视的见解，创造了一种革命性的量子生物传感器。在此过程中，他们揭示了量子材料中的一个长期未解之谜。 将超灵敏的量子传感器置于活细胞中是跟踪细胞生长和早期诊断疾病——甚至是癌症——的一个有前景的途径。 许多最佳、最强大的量子传感器可以在小块钻石中制造，但这带来了一个单独的问题：将钻石放入细胞并使其正常工作是很困难的。 “所有你真正需要在分子水平上探测的过程，你不能使用非常大的东西。你必须进入细胞。为此，我们需要纳米粒子，”芝加哥大学普利兹克分子工程学院的博士生乌里·兹维说。“人们以前曾将钻石纳米晶体用作生物传感器，但他们发现它们的性能远低于我们的预期。显著差得多。” 兹维是发表于《美国国家科学院院刊》的论文的第一作者，专门解决这个问题。兹维与芝加哥大学…

钻石量子传感器可以用来分析用于电力电子的软磁材料的磁化响应；这是科学家们基于合作研究的报告。利用一种新颖的成像技术，他们开发了量子协议，可以在高达2.3 MHz的广泛频率范围内同时成像交流杂散场的幅度和相位。他们的结果表明，量子传感是开发先进磁性材料在各种应用中的强大工具。 钻石量子传感器可以用来分析用于电力电子的软磁材料的磁化响应；这是科学家们基于合作研究的报告。利用一种新颖的成像技术，他们开发了量子协议，可以在高达2.3 MHz的广泛频率范围内同时成像交流杂散场的幅度和相位。他们的结果表明，量子传感是开发先进磁性材料在各种应用中的强大工具。 提高电力电子的能量转换效率对于建立可持续社会至关重要，而氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体功率器件因其高频能力而具优势。然而，传统被动元件在高频时的能量损失制约了效率和缩小尺寸的可能。这突显了开发低能量损失的先进软磁材料的必要性。…