技术

科学家们进行了实验室测试，以深入了解土星的卫星泰坦是如何维持其独特的富氮大气。泰坦是我们太阳系第二大卫星，也是唯一拥有丰富大气的卫星。 来自西南研究院和卡内基科学研究所的研究人员联手进行实验室测试，旨在揭开土星的月球泰坦如何能够保持其独特的富氮大气之谜。泰坦是我们太阳系第二大卫星，也是唯一拥有相当大气的卫星。 西南研究院的凯利·米勒博士是发表在《地球化学与宇宙化学学报》上的研究的主要作者，他表示：“尽管泰坦的体积只有地球的40%，但其大气比地球的密度高出1.5倍，尽管它的重力较小。在泰坦的表面行走的感觉会类似于自由潜水。” 这种大气的年龄、来源和演变一直困扰着科学家，自从1944年首次被确认以来，其主要成分是氮气（约95%），还有少量（5%）甲烷。 米勒解释道：“甲烷在维持泰坦的大气方面扮演着关键角色。阳光促使甲烷分解，甲烷可能在约3000万年内消失，从而导致大气在表面冻结。因此，科学家认为必须有内部来源来补充甲烷；否则大气的地质寿命将会很短。”…

在锡拉丘兹大学的研究人员开发了一种新思路，旨在创建超薄吸收器，实现前所未有的带宽与厚度比，这可能比传统吸收器高出数倍。 吸收层对于能源采集、隐形技术和通信网络等领域的进展至关重要。这些层能够有效捕捉各种频率范围的电磁波，促进生态友好、自给自足的设备的创建，如远程传感器和物联网系统。除了能源应用，这些层在隐形技术中也是必不可少的，因为它们降低了雷达探测性，提高了航空器和海军系统的有效性。它们还通过减少不必要的信号和限制电磁干扰来增强通信网络，这在我们日益互联的社会中至关重要。 为了推动这些技术的发展，市场对功能改善和更宽带宽的紧凑型组件的需求日益增长，这催生了对具有更大吸收带宽的超薄吸收层的需求。然而，金属支撑的被动、线性和时间不变的吸收层的带宽与厚度比存在理论限制。目前的吸收器，无论其频率范围或厚度如何，都未能达到该限制，并未充分利用被动、线性和时间不变系统的全部潜力。 在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，电气工程与计算机科学系的尤尼斯·拉迪教授及其团队提出了一种新的制造超薄吸收器的方法，能实现卓越的带宽与厚度比，潜在的优势可能是传统设计的几倍。根据这一新框架开发的吸收器可以达到非常接近理论极限的比率。他们成功设计并实验证实了一种具有极高带宽与厚度比的吸收器。 拉迪指出：“我们的发现有望在国防、能源采集和先进通信等多个领域显著受益，并解决电磁吸收技术中的关键问题。”

研究人员开发了一种突破性的超宽带电光梳，将450纳米的光精度集成到一个小于硬币的芯片中，为先进而高效的光子技术奠定了基础。 在当代光学中，频率梳是重要的光测量工具，促进了电信、环境观测甚至天体物理等领域的发展。然而，构建紧凑有效的频率梳一直是一个相当大的挑战——直到现在。 1993年推出的电光频率梳展示了通过级联相位调制生成光学梳的潜力。然而，由于其巨大的功率需求和受限的带宽，进展停滞不前。因此，该领域被飞秒激光和克尔孤子微梳主导，尽管高效，但需要复杂的调谐和大量的功率，阻碍了其实际部署。 然而，近期在薄膜电光集成光子电路，特别是像铌酸锂这样的材料上的进步，激发了新的兴趣。然而，由于铌酸锂中固有的双折射（光束分裂），在减小功率的同时实现更宽的带宽仍然变得具有挑战性，这限制了可实现的最大带宽。 在一个重要的进展中，来自瑞士洛桑联邦理工学院、科罗拉多矿业学院和中国科学院的科学家们通过将微波与光学电路设计融合在新开发的铌钽酸盐平台上解决了这个问题。与铌酸锂不同，铌钽酸盐的内在双折射低17倍。在托比亚斯·J·基本伯格教授的领导下，研究人员创建了一种电光频率梳发生器，显著实现了超过2000个梳线的450纳米光谱覆盖。这一创新提高了设备的带宽，并将微波功率需求相比于之前的模型降低了近20倍。…

研究人员推出了一种新化学工具，旨在降低处方药的费用。该工具被称为AshPhos，作为配体工作，这是一种有助于形成特定碳-氮键的分子。这些特定的键非常重要，因为它们构成了目前可用的所有药物的一半以上的基础。 来自密苏里大学的研究人员及其合作伙伴发布了一种新化学工具，旨在使处方药更加实惠。 这个名为AshPhos的工具充当配体或分子，简化了重要碳-氮键的形成。这些特定的键至关重要，因为它们构成了今天出售的超过一半的药物的支柱。 密苏里大学文理学院的化学副教授Sachin Handa表示：“AshPhos与其他现有配体的不同之处在于，其成分来源于经济实惠且易于获取的材料，同时还表现出更高的活性和效率。”…

使用糖浆和发酵粉，研究揭示了无根锥体的形成机制，这种小型火山构造在地球和火星上均有发现。通过实验方法进行的研究表明，自组织过程决定了这些地貌的分布和大小。这项工作将加深我们对熔岩与水相互作用时发生的爆炸性喷发的理解，同时为红色星球上的地质过程提供新的见解。 新潟大学的研究利用糖浆和发酵粉来解释无根锥体的形成机制，这种结构通常在地球和火星上出现。实验研究表明，这些地貌的分布和大小是由自组织过程决定的。该研究将促进我们对尤其是熔岩与水相互作用所导致的爆炸性喷发的知识，并为火星上的地质活动提供新的见解。 无根锥体是小型火山地貌，直径从几米到几百米不等，由熔岩与湖泊和河流等水源相互作用时反复爆炸所形成。与由深处上升的岩浆形成的标准火山不同，无根锥体形成于熔岩覆盖了含水层，导致爆炸性反应，因此得名伪火山口。虽然冰岛有众多无根锥体，但在其他地区相对较为稀少；在夏威夷大岛的海岸线可以看到一些。然而，火星上有广泛的无根锥体场，使其形成成为行星地质学的重要研究对象。 新潟大学的副教授野口理那和她的学生中川航太进行了实验室实验，以复制无根锥体的形成。他们使用加热的淀粉糖浆作为熔岩的替代品，混合发酵粉和蛋糕糖浆以模拟水丰富的层。 在自然界中，熔岩的温度超过1000°C，导致水汽化并剧烈膨胀。相反，淀粉糖浆在约140°C时就会焦糖化，这不足以引发水汽化。为了解决这个限制，研究人员利用发酵粉的热分解过程——这在制作卡鲁梅亚基（日本蜂窝糖）时常见——来增强泡沫。当淀粉糖浆加热时，发酵粉（碳酸氢钠）释放二氧化碳，增强泡沫并模拟形成无根锥体的爆炸。蛋糕糖浆被添加以调整粘度。研究团队在烧杯中调节糖浆的厚度，并密切监测所产生的孔的大小和数量。…

研究人员通过展示一个理想的Weyl半金属取得了重大进展，解决了在量子材料领域存在近十年的问题。 由RIKEN新兴物质科学中心（CEMS）的强关联量子输运实验室领导的国际团队，创造了一个理想的Weyl半金属，标志着量子材料领域长期挑战的一项重大里程碑。 Weyl费米子是晶体中电子的集体量子激发，理论上被认为具有独特的电磁特性，这引发了全球的广泛关注。然而，尽管对数千种晶体结构进行了广泛的研究，大多数已知的Weyl材料主要表现出由不必要的平凡电子主导的电导性，这掩盖了Weyl费米子的存在。最终，研究人员成功合成了一种材料，其中包含一对唯一的Weyl费米子，没有任何无关的电子状态。 这项研究的详细信息已在最新一期的《自然》杂志上发布，源于CEMS、RIKEN跨学科理论与数学科学项目（iTHEMS）、东京大学量子相电子中心（QPEC）、东北大学材料研究所以及新加坡南洋理工大学的四年合作。团队通过重新审视2011年提出的一个被搁置的策略，从一个拓扑半导体中开发出一个Weyl半金属。 半导体的特点是具有小的“能隙”，允许它们在绝缘态和导电态之间切换，构成现代晶体管的基础。相比之下，半金属可以被视为具有零“能隙”的半导体的一种特殊情况，正好位于绝缘体和金属之间。这种材料在现实世界中极为罕见，石墨烯是最著名的例子之一，广泛应用于摩尔物理和柔性电子学。…

  多种技术被用于纠正量子计算机中的错误。然而，不同的纠错码在所有类型的操作中表现并不相同。为了应对这一挑战，因斯布鲁克大学的一个研究小组与亚琛工业大学和于利希研究中心的研究人员合作，开发了一种新方法，并成功地首次实施了该方法。这种创新方法使量子计算机能够在两种纠错码之间切换，确保所有计算任务都能免受错误的影响。 与所有计算机一样，量子计算机也可能会出现错误。通常，这些错误通过各种技术解决方案得到缓解，或在计算过程中被检测并纠正。量子计算中的挑战更加复杂，因为无法复制未知的量子态。这意味着在计算过程中无法进行复制，导致通过比较多个副本来识别错误变得具有挑战性。受到经典计算的启发，量子物理学开发了一种将量子信息分布在多个纠缠量子位上的方法，以确保冗余。这一方法依赖于称为纠错码的概念来定义其具体特征。 在2022年，由因斯布鲁克大学实验物理系的托马斯·蒙茨领导的一个团队，以及亚琛工业大学的量子信息系的马尔库斯·穆勒和于利希研究中心的彼得·格伦伯格研究所的研究人员取得了重大突破。他们展示了一组针对容错量子位的通用操作，揭示了如何设计量子算法以高效纠正错误。然而，不同的量子纠错码带来了各自独特的挑战。有一个定理指出，单一的纠错码无法轻松管理所需的所有门操作，以实现对逻辑量子位的灵活计算，同时仍需确保错误保护。 使用不同纠错码实现量子门…

手性是物质的一个基本特征，影响着多种生物、化学和物理过程。例如，手性固体通过与手性分子和偏振光的独特相互作用，在催化、传感和光学设备等领域展现出吸引人的可能性。然而，这些特征最初是在材料生长过程中建立的；具体来说，左旋和右旋对映体在不经过熔化和重结晶的情况下是不能互换的。 手性是物质的一个基本特征，影响着多种生物、化学和物理过程。例如，手性固体通过与手性分子和偏振光的独特相互作用，在催化、传感和光学设备等领域展现出吸引人的可能性。然而，这些特征最初是在材料生长过程中建立的；具体来说，左旋和右旋对映体在不经过熔化和重结晶的情况下是不能互换的。 来自马普物质结构与动态研究所（MPSD）和牛津大学的研究人员发现，太赫兹光可以在非手性晶体中产生手性，使得左旋或右旋对映体可随指令形成。这一发现发表在科学期刊上，展现了研究复杂材料中新非平衡行为的激动人心的机会。 手性是指物体无法通过任何旋转或移动的组合与其镜像相匹配，类似于左右手的不同。在手性晶体中，原子的排列导致特定的“手性”，显著影响其光学和电学特性。 来自汉堡和牛津的研究小组专注于一类称为反铁手性的非手性晶体，这些晶体类似于反铁磁材料，其中磁矩以错位的方式排列，使得没有净磁化。一个反铁手性晶体在单位晶胞内含有相等的左旋和右旋亚结构，使其整体上具有非手性。…

工程师们开发了一种微型光谱传感器，能够以显著的精确度识别广泛的材料。 这种新的微型光谱传感器有潜力彻底改变我们对医疗保健、食品安全以及众多其他领域的处理方式。 想象一下使用可以检测疾病、识别假药或提醒用户腐坏食品的智能手机。光谱传感是一种强大的技术，通过研究材料与光的相互作用来识别材料，揭示人眼无法感知的细节。 历史上，这项技术依赖于大型而昂贵的系统，限制在实验室和工业环境中。然而，想象一下如果这项技术能够缩小到可以装入智能手机或可穿戴设备中呢？ 来自芬兰阿尔托大学的研究人员将紧凑的硬件与先进的算法相结合，生产出一种有效的工具，该工具小巧、经济实惠，能够在医疗保健、食品安全和自动驾驶汽车等行业应对现实挑战。…

研究人员创造了一种新的光学存储器，称为可编程光子锁存器，它既快速又适应性强。这种创新的存储单元旨在为光处理系统提供临时数据存储，为利用硅光子学的易失性存储应用提供了高速替代方案。 研究人员推出了一种新的光学存储格式，称为可编程光子锁存器，它既快速又适应性强。这种基本存储单元为光处理系统提供了临时数据存储，为通过硅光子学实现的易失性存储提供了快速解决方案。 新开发的集成光子锁存器受到一组清零-设定锁存器的启发——这种简单的存储设备通常在电子设备中找到，能够通过根据输入信号在设定（1）和清零（0）之间切换来存储一位数据。 诺基亚贝尔实验室的法尔希德·阿什提亚尼解释道：“尽管在过去几十年中光通信和计算方面取得了显著进步，但数据存储在很大程度上仍依赖于电子存储。” “与用于通信或传感的光处理和其他光系统兼容的快速光存储将提高它们在能耗和吞吐量方面的效率。”…

研究人员成功地应用机器学习创造了纳米结构材料，这些材料具备碳钢的韧性，同时轻便如泡沫塑料。该团队概述了发展纳米材料的过程，这些材料在高强度、轻量属性和可定制性之间达到了显著的平衡。这些进展可能对包括汽车和航空航天在内的多个行业产生重大影响。 来自多伦多大学应用科学与工程学院的一个团队利用机器学习制作纳米结构材料，达到了碳钢的耐用性和泡沫塑料的重量。 在《先进材料》杂志上发表的一项新研究中，托宾·菲林特教授领导的团队解释了他们如何构建出独特地融合优越强度和轻便性的纳米材料，并允许进行定制。他们的创新方法可能对从汽车到航空航天的不同领域都有利。 论文的主要作者彼得·塞尔斯表示：“纳米结构材料利用高性能形状——类似利用三角形构建桥梁——在纳米尺度上，利用了‘更小更强’的原理。这导致这些材料在强度与重量比和刚度与重量比方面具有一些最佳比例。” “然而，传统的晶格形状和结构通常具有尖锐的边缘和角落，这可能会创建高应力点，导致局部过早失效和破裂，从而限制了它们的整体有效性。…

研究人员部署了先进的X射线技术来探索“无限层”镍酸盐材料。 “无限层”镍酸盐材料具有独特的晶体和电子结构，使其成为高温超导体的有前途的候选者。然而，研究这些材料的过程复杂，因为它们仅在覆盖有保护层的薄膜中生产，这可能改变镍酸盐层状系统的特性。 由美国能源部科学办公室布鲁克海文国家实验室的国家同步辐射光源II（NSLS-II）的科学家领导的研究团队，利用两个独立的光束线上的多种X射线技术，深化了对这些材料的理解。他们的发现发表在物理评论快报上。 漫长旅程中的新发现 超导现象最初在一个多世纪前的汞中被发现。这些超导材料使电流能够无阻力地通过，从而不导致能量损失。当它们过渡到超导状态时，可以排斥磁场，使它们能够在磁性物体上方悬浮。…