技术

纠缠——将远程粒子或粒子组连接在一起，使得一个不能在没有另一个的情况下被描述——是改变现代技术面貌的量子革命的核心。虽然纠缠已在非常小的粒子中得到验证，但来自芝加哥大学普利兹克分子工程学院（UChicago PME）安德鲁·克兰德教授实验室的新研究在考虑大规模，展示了两个声波谐振器之间的高保真纠缠。 “很多研究小组已经证明他们可以纠缠非常非常小的东西，甚至到单个电子。但在这里，我们能够展示两个巨大物体之间的纠缠，”联合第一作者、前UChicago PME和物理科学博士研究员、现任亚马逊网络服务量子计算中心的周明汉说。“我们在这项研究中展示的第二件事是我们的平台是可扩展的。如果你能够想象构建一个大型量子处理器，我们的平台就像是其中的一个单元。” 这种纠缠不是谐振器所组成的分子、原子或任何其他粒子之间的纠缠，而是占据谐振器的“声子”之间的纠缠。这些是纳米级的机械振动，如果有足够小的耳朵来听它们，就会被视为声音。…

第六代或6G移动网络是无线通信的下一步，而电磁太赫兹波被视为其发展的关键。然而，太赫兹波由于其较高的频率和较短的波长，容易受到电磁噪声的干扰，这使得清晰和安全的传输成为挑战。东京大学的研究人员作为多机构团队的一部分，现在已经为0.1-1太赫兹（THz）波创造了一种电磁波吸收器。这极大地扩展了未来可能商业化使用的太赫兹频率范围。这种超薄薄膜价格低廉、环保，并且由于其抗热、耐水、耐光和耐有机溶剂，能够用于户外。 第六代或6G移动网络是无线通信的下一步，而电磁太赫兹波被视为其发展的关键。然而，太赫兹波由于其较高的频率和较短的波长，容易受到电磁噪声的干扰，这使得清晰和安全的传输成为挑战。来自东京大学的研究人员作为多机构团队的一部分，现在已经为0.1-1太赫兹（THz）波创造了一种电磁波吸收器。这极大地扩展了未来可能商业化使用的太赫兹频率范围。这种超薄薄膜价格低廉、环保，并且由于其抗热、耐水、耐光和耐有机溶剂，能够用于户外。 如果您能够访问5G网络，您可能会注意到与更广泛可用的4G相比，存在显著差异。它的低延迟（信号从源头到接收器再返回所需的时间）意味着延迟时间更低，这对游戏玩家来说非常好，而下载速度高达每秒20吉比特（与每秒0.1吉比特相比）和潜在的1000倍更大的数据容量为智能家居和智能城市打开了机遇。但这并不是无线移动通信技术的终点，开发人员已经在寻找下一步——6G。 预计太赫兹波将作为即将到来的第六代网络的载体。最近关于太赫兹波测试的报告显示，数据传输速度高达每秒240吉比特。然而，挑战不仅在于进一步提高速度、延迟和数据容量，还在于防止干扰并减少噪声，以确保信号的安全和清晰。这就是电磁波吸收器的作用所在。它们可以抑制电磁波的传输或反射，当放置在发射器和天线的覆盖物上时，有助于提高通信的精度。 现在，包括东京大学的研究人员和日本化学及铁基合金制造商日本电测株式会社在内的一个团队，开发出了全球最薄的电磁波吸收器，能够吸收0.1-1…

由于其特殊的虹彩效果和无与伦比的美丽，珍珠在历史上备受追捧。由于其稀缺性和需求，开发珠光颜料以模仿真正珍珠的自然美丽变得不可避免。在此，研究人员利用片状颗粒创造无基材的珠光颜料，提供了一种低成本和简单的解决方案，解决基于基材颜料的问题，这些颜料往往复杂且昂贵。 永远不会过时的一件事是珍珠的高雅与典雅。为了重现珍珠的稀有之美，需要一种低成本的替代品以跟上消费者的需求 由于其特殊的虹彩效果和无与伦比的美丽，珍珠在历史上备受追捧。由于其稀缺性和需求，开发珠光颜料以模仿真正珍珠的自然美丽变得不可避免。在此，研究人员利用片状颗粒创造无基材的珠光颜料，提供了一种低成本和简单的解决方案，解决基于基材颜料的问题，这些颜料往往复杂且昂贵。 研究人员于2024年11月在《合金与化合物杂志》中发表了他们的研究结果。 传统的云母基珠光颜料价格昂贵，并且需要专门设备进行合成，还涉及复杂的化学反应，难以控制。珠光颜料广泛应用于化妆品、汽车涂料、装饰品等多个领域。它们的普及和需求呼唤一个更简单、直接的过程，取代传统的基于云母的方法以实现珠光或缎面效果。…

研究人员开发了一种可持续催化剂，在使用过程中其活性不断增加，同时将二氧化碳（CO2）转化为有价值的产品。此发现为设计下一代电催化剂提供了蓝图。 一支来自诺丁汉大学化学学院和伯明翰大学的合作团队开发了一种由锡微粒支撑纳米纹理碳结构的催化剂。锡微粒与石墨化碳纳米纤维之间的相互作用在将电子从碳电极转移到 CO2 分子中发挥了关键作用——这是将 CO2…

物联网人工智能（AIoT）因其广泛的应用而变得极为流行。在一项开创性的研究中，研究人员提出了一种新的AIoT框架，称为MSF-Net，用于通过WiFi信号准确识别人类活动。该框架采用了一种新颖的方法，结合了不同的信号处理技术和深度学习架构，以克服环境干扰等挑战并实现高识别精度。 人工智能物联网（AIoT）结合了人工智能和物联网技术的优势，近年来已广泛流行。与典型的物联网设置相比，典型的物联网设备收集并转移数据到其他地方进行处理，AIoT设备在本地实时获取数据，使其能够做出智能决策。这项技术在智能制造、智能家居安全和医疗监测等方面得到了广泛应用。 在智能家居AIoT技术中，准确的人工活动识别至关重要。它帮助智能设备识别各种任务，如做饭和锻炼。基于这一信息，AIoT系统可以自动调整照明或切换音乐，从而提升用户体验，同时确保能源效率。在这种情况下，基于WiFi的运动识别前景广阔：WiFi设备无处不在，确保隐私，并且通常具有成本效益。 最近，在一篇新颖的研究文章中，由韩国仁川国立大学信息技术学院的全光吉教授领导的研究团队提出了一种新的AIoT框架，称为多谱图融合网络（MSF-Net），用于基于WiFi的人类活动识别。他们的研究结果于2024年5月13日在线发布，并于2024年12月15日在《IEEE物联网期刊》第11卷第24期上发表。 全教授解释了他们研究的动机。“作为典型的AIoT应用，基于WiFi的人类活动识别在智能家居中越来越受欢迎。然而，基于WiFi的识别由于环境干扰往往表现不稳定。我们的目标是克服这个问题。”…

研究人员设计了一种替代性的自主观测方法，以监测北极的融化冰层，这有望改善海洋车辆的自主性，帮助海事任务，并深入了解融化的北极海冰对海洋生态系统的影响。他们的概念设计特点是一个小型水面面积双壳船，作为自主水下车辆和无人机的对接和充电站，利用太阳能和涡轮能量实现持续监测。 北极冰层的快速融化和变薄引发了科学界的严重担忧。此外，海冰厚度也在减少，使冰层更容易受到温暖空气和海洋温度的影响。 了解北极海冰在生态中的角色至关重要，特别是因为该地区海冰的范围以空前的速度减少。如果海冰融化得更快，北极海洋生态系统会发生什么？要回答这些问题，在严酷的北极环境中需要一个长期的监测和数据收集系统。 然而，直接观察具有挑战性，因为卫星传感器的空间分辨率较粗，无法检测到冰层的精细分形结构。由于极端天气条件和浮冰带来的障碍，派遣有人船只到该地区也是困难的。此外，传统的海洋观测方法在时间和空间覆盖上有限，而无人机和自主水下车辆（AUV）受到能量限制，限制了其研究潜力。 为克服这些挑战，来自佛罗里达大西洋大学工程与计算机科学学院的研究人员提出了一种替代性自主观测方法的设计，这有望改善海洋车辆的自主性，帮助海事任务，并深入了解融化的北极海冰如何影响海洋生态系统。…

欧几里得，欧洲空间局的黑暗宇宙侦探，做出了一个惊人的发现——就在我们宇宙的后院。 欧几里得于2023年7月1日发射，开始了为期六年的探索黑暗宇宙的任务。在航天器开始调查之前，地球上的科学家和工程师团队必须确保一切正常工作。在2023年9月的早期测试阶段，欧几里得将一些图像发送回地球。它们故意模糊不清，但在一张模糊图像中，欧几里得档案科学家布鲁诺·阿尔蒂埃里看到了一种非常特殊现象的线索，并决定仔细观察。 “我查看欧几里得的数据，然后逐渐输入，”布鲁诺解释道。“即使从第一次观测开始，我就可以看到它，但在欧几里得对该地区进行了更多观测后，我们可以看到一个完美的爱因斯坦环。对于我来说，我对引力透镜的终身兴趣，这真是太惊人了。” 爱因斯坦环是一种非常罕见的现象，结果它隐藏在一个不远的星系的显眼处。这个星系叫做NGC 6505，距离地球约5.9亿光年，在宇宙中属于相对近的距离。但这是首次探测到环绕其中心的光环，多亏了欧几里得的高分辨率仪器。…

研究人员开发了包含“活”微电极的先进太赫兹光电探测器。精确地在硅基板上沉积了一层二氧化钒（VO2）。温度调节调节了VO2中导电金属区域的大小，形成了一个动态微电极网络，选择性地增强了硅基板对太赫兹光的响应。这些先进的光电探测器揭示了可调变材料（如VO2）克服传统材料性能限制的潜力。 功耗低的高速电子设备对于无线通信非常有用。传统上，通过制造更小的设备来实现高速操作，但随着设备变得更小，制造变得越来越困难。我们是否已经到了死胡同？ 还没有！大阪大学的研究团队正在探索改善设备性能的另一种方法：在传统基板（例如，硅）上放置一层图案化金属层，即结构变材料，以加速电子流动。这种方法有前景，但一个挑战是使变材料的结构可控，从而根据现实世界条件调整变材料的特性。 为了寻找解决方案，研究团队检查了二氧化钒（VO2）。在适当加热时，VO2层中的小区域会从绝缘变为金属。这些金属区域可以携带电荷，从而表现为微小的动态电极。研究人员利用这种行为制造了“活”微电极，选择性增强了硅光电探测器对太赫兹光的响应。 “我们生产了一种包含VO2作为变材料的太赫兹光电探测器，”首席作者大阪爱解释道。“采用精确的加工方法在硅基板上制造出高质量的VO2层。通过温度调节控制VO2层中金属域的大小，远远超出了传统的数倍，这反过来又调节了硅基板对太赫兹光的响应。”…

科学家们开发了一种具有电控纳米门的多功能平台，可用于传感、化学合成、忆阻器和类脑计算等应用。该纳米门由膜中的小孔组成，通过沉淀物的形成闭合，通过沉淀物的溶解开启，这些过程由施加的电压调节。 一个可以开启或关闭以允许或阻挡物种通过的门适用于宏观尺度，例如用于控制牲畜移动的农场门，但也适用于纳米尺度，在纳米尺度上，门可以控制单个分子的转移。 由大阪大学的研究人员主导的合作开发了一种可以通过施加电力来开启或关闭的纳米门。该纳米门根据门两侧溶液中的材料和施加的电压表现出不同的行为，使其在包括传感和受控化学反应等不同应用中具有吸引力。 该纳米门由硅氮化物膜中形成的单个微小孔组成。膜被放置在形成于芯片上的流动池中，并在膜的两侧引入溶液。研究人员通过芯片上的电极向流动池施加电压，并测量结果的离子电流，这反映了离子通过孔的运输。离子电流对膜两侧溶液中的离子敏感；因此，离子的流动以及孔中金属化合物的沉淀或溶解可以被精确控制。 由于沉淀（使纳米门闭合）或溶解（使纳米门开启）造成的小孔直径变化导致了不同类型的离子运输。“沉淀物在负电压下生长并闭合孔，减少了离子电流，”研究的首席作者津贺诚说。“反转电压极性使沉淀物溶解，重新打开孔。”…

一项国际合作为量子理论与热力学之间的关系揭示了新的认识。研究小组证明，虽然量子理论的法律本身并不固有地阻止违反热力学第二定律，但任何量子过程都可以在没有实际违反该定律的情况下实施。这一令人惊讶的结果表明，尽管它们在逻辑上是独立的，量子理论与热力学之间可以和谐共存。这一发现可能对理解量子技术的热力学限制具有深远的影响，例如量子计算和纳米级发动机。 在这一突破性的发现中，日本名古屋大学和斯洛伐克科学院的研究人员揭示了量子理论与热力学之间相互作用的新见解。研究小组证明，虽然量子理论并不固有地禁止违反热力学第二定律，但量子过程可以在不实际违反该法律的情况下实现。这个发现发表在《npj量子信息》上，突显了这两个领域之间的和谐共存，尽管它们在逻辑上是独立的。他们的发现为理解量子技术的热力学边界开辟了新的途径，例如量子计算和纳米级发动机。 这一突破有助于长期探讨热力学第二定律，这一原则通常被视为物理学中最深奥和神秘的原理之一。第二定律声称熵——系统中无序的度量——永远不会自发减少。它还指出，循环运行的发动机不能仅通过从单一热环境中提取热量来产生机械功，并强调了时间的单向流动的概念。 尽管其基础性作用，第二定律仍然是科学中争论最多和被误解的原则之一。这场争论的核心是“麦克斯韦魔鬼”的悖论，这是物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在1867年提出的一个思想实验。 麦克斯韦想象了一种假设生物——魔鬼——能够在热平衡的气体中对快慢分子进行分类，而不消耗能量。通过将这些分子分隔到不同的区域，魔鬼可以创造温度差。当系统返回平衡时，会提取机械功，似乎违背了热力学第二定律。…

一位能源技术专家利用人工智能工具探索极端天气如何影响由太阳能和电力供电的住宅。此项研究旨在识别这些住宅的具体弱点，并获得它们如何抵御严酷气候条件的见解。 随着冬季暴风雪和夏季热浪对全国电网的挑战日益加剧，史蒂文斯的研究人员创建了一种新方法，能够准确定位最容易受到停电影响的住宅，而无需进行现场评估。 此项研究的时机至关重要。美国目前有超过25%的住宅已经完全电气化，并且预计未来五年太阳能安装量将增加三倍，因此，了解这些脆弱性的情况对于有效的应急准备和公共安全至关重要。 “我们正在快速推进电气化以应对气候变化，但我们也必须理解所涉及的风险，”负责该研究的史蒂文斯教授菲利普·奥登科尔表示。“在停电期间这些电气和太阳能供电的房屋会发生什么？” 夏季优势，冬季挑战…

科学家们利用先进的3D生物打印技术和从患者身上获取的癌组织样本，开发了一种新的胃癌模型。这个突破性的模型保持了真实患者组织的基本特征，使得能够快速评估和预测个别患者对特定药物的反应。 由POSTECH（浦项科技大学）的姜智娜教授和杰克逊基因医学实验室的查尔斯·李教授牵头的联合研究努力，成功创建了一种采用3D生物打印和患者衍生癌组织片段的胃癌模型。这个最先进的模型保留了实际患者组织的特性，旨在促进对个别患者药物反应的快速评估和预测。这项研究的发现详细刊登于国际期刊Advanced Science. 肿瘤多样性是创建和治疗癌症疗法的重要障碍。个别患者可能对相同药物的反应不同，而治疗的时机对于改善预后至关重要。因此，能够预测癌症疗法有效性的技术对于减少副作用和改善治疗结果至关重要。现有方法，如基因检测面板和患者衍生异种移植（PDX）模型，在适用性、预测药物效果等方面存在局限性，并且通常需要大量时间和财力资源才能实施。 在本研究中，团队利用3D生物打印技术以及定制的生物墨水，创造了一种体外胃癌模型，该生物墨水包含患者衍生的组织片段。…