Discovery of quantum behavior in insulators suggests possible new particle在绝缘子中发现量子行为表明可能存在新粒子by Tom Garlinghouse, Princeton University普林斯顿大学汤姆·加林豪斯（Tom Garlinghouse） A team led by Princeton physicists discovered a surprising quantum phenomenon in an atomically thin insulator made of tungsten ditelluride. The results suggest the formation of completely new types of quantum phases previously hidden in insulators. Credit: Kai Fu for the Wu Lab, Princeton University由普林斯顿物理学家领导的一个小组在由二碲化钨制成的

SLAC国家加速器实验室的 Glennda Chui 上图显示了极化子-消除了材料原子晶格中的扭曲-在有前途的下一代能源材料铅杂钙钛矿中。SLAC和斯坦福大学的科学家首次观察到这些畸变的“气泡”是如何在电荷载子周围形成的，这些载流子是由光脉冲释放的电子和空穴，在此处显示为亮点。这个过程可能有助于解释为什么电子在这些材料中如此高效地传播，从而导致高太阳能电池性能。图片来源：Greg Stewart / SLAC国家加速器实验室 极化子在材料的原子晶格中短暂地扭曲，这些畸变在移动的电子周围以几万亿分之一秒的速度形成，然后迅速消失。它们虽然短暂，但它们会影响材料的行为，甚至可能是用铅钙钛矿制成的太阳能电池在实验室中获得极高效率的原因。现在，能源部的SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家首次使用该实验室的X射线激光观察和直接测量极化子的形成。他们今天在《自然材料》中报告了他们的发现。斯坦福大学材料与能源科学研究所（SIMES）的研究人员亚伦·林登伯格（Aaron Lindenberg）表示：“由于这些材料的高效率和低成本，它们已经席卷了太阳能研究领域，但人们仍在争论它们

由 大阪大学 周期性扭曲分子线的概念和化学结构。学分：大阪大学大阪大学的研究人员合成了只有一分子厚的双绞分子线，与以前的设备相比，这种双分子线可以以较小的电阻导电。这项工作可能导致碳基电子设备需要更少的有毒材料或苛刻的处理方法。有机导体是一种可以激发电能的碳基材料，是一项令人兴奋的新技术。与传统的硅电子产品相比，有机导体可以更容易地合成，甚至可以制成分子线。但是，这些结构的电导率降低，这阻止了它们在消费类设备中使用。现在，来自大阪大学科学技术产业研究所和工程科学研究生院的研究人员团队开发了一种由低聚噻吩分子制成的新型分子线，该分子具有周期性的扭曲，可以以较小的电阻传递电流。分子线由具有交替的单键和双键的几纳米级长分子组成。轨道是电子可以在原子或分子周围占据的状态，可以在空间中定位或扩展。在这种情况下，单个原子的pi轨道重叠形成电子可以在其间跳跃的大“岛”。由于电子可以在能量接近的能级之间最有效地跳跃，因此聚合物链的波动会产生能量垒。第一作者Yutaka Ie说：“如果可以通过抑制这种波动来改善电荷迁移率，那么可以改善电荷迁移率，从而改善分子线的整体导电性。”π轨道的重叠对分子的旋转非常敏感。在同一平面上排列的分子的相邻片段形成一个大的跳跃位点。通过有意地在链上增加扭曲，该分子被分解成纳米级的位，但是由于它们的能量接近，因此电子可以在它们之间轻松跳动。这是通过在每延伸6或8个低聚噻吩单元之后插入一个3,3'-二己基-2,2'-联噻吩单元来实现的。研究小组发现，总的来说，创建能量更接近的较小岛可以使电导率最大化。他们还测量了温度如何影响电导率，并表明温度确实是基于电子跳跃。高级作者多田芳一（Yoshikazu Tada）说：“我们的工作适用于单分子线以及一般的有机电子产品。” 这项研究可能会导致电导率的改善，从而使纳米线可以集成到各种电子设备中，例如平板电脑或计算机。 点击查看：更多物理学文章 其他分类文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。

该图显示了各种多腔（双腔，四腔和八腔）腔的横截面图，其中所关注的共振模式具有轴突感应电场的预期分布。图片来源：Jeong等。 在过去的几十年中，许多实验物理学家一直在探索称为轴的粒子的存在，这是由他们认为可以解释理论和描述基本对称性的实验之间的矛盾的特定机制导致的。这种对称性与宇宙中物质与物质的不平衡有关，反映在不同粒子之间的相互作用中。如果这种机制发生在早期的宇宙中，那么这种粒子的质量可能很小并且是“不可见的。”随后，研究人员提出，轴突也可能是暗物质的一种有前途的候选者，暗物质是一种难以捉摸的，假设的物质，不发射，反射或吸收光。虽然尚未通过实验观察到暗物质，但据信它占宇宙质量的85％。检测轴突可能对正在进行的暗物质实验具有重要意义，因为它可以增强对这些难以捉摸的粒子的当前理解。基础科学研究所（IBS）的研究人员最近使用他们设计的多腔体腔镜（即观察光环，视差和其他类似物理现象的仪器）对隐形轴突暗物质进行了搜索。他们的结果与以前的基于悬臂式的轴距暗物质搜索相比，具有优势，突出了他们为暗物质搜索和其他物理学研究创建的仪器的潜力。进行这项研究的研究人员之一SungWoo Youn对Phys.org表示：“轴突可以以微波光子的形式检测到，并在强磁场存在下被转化为轴突。” “通常使用放置在螺线管中的圆柱形谐振器来利用谐振来增强信号的腔内窥镜是探究公认的理论模型的最灵敏方法。”尽管腔体检波镜可能是检测轴突的有前途的工具，但它们通常对相对较低的频率非常敏感。这主要是因为谐振频率与腔体半径成反比，从而减小了高频搜索的检测量。这就是为什么迄今为止进行的最敏感的轴突搜索（即华盛顿大学的轴突暗物质实验（ADMC））将实验极限设置在1GHz以下的原因之一。避免这种体积损失的一种可能方法是将许多较小的腔捆绑在一起并组合单个信号，以确保所有频率和相位都同步。尤恩说：“这种多腔系统早已提出，但由于影响系统操作的可靠性和复杂性而未能成功解决。” “由我本人领导的IBS轴力与精确物理研究中心（CAPP）的团队由我本人领导，位于韩国韩国科学技术高等研究院（KAIST），因此开发了一种新颖的腔体设计，细胞腔。”由扬和他的同事设计的腔体检眼镜的特点是有多个隔板，可将腔体的体积垂直地分成相同的单元。这种独特的设计以最小的体积损耗提高了谐振频率。研究人员还确保位于空腔中央的隔板之间被间隙隔开。尤恩解释说：“通过使所有单元在空间上相连，我们的设计使单个天线可以从整个空间拾取信号，从而大大简化了接收器链的结构。” “最佳尺寸的间隙还允许轴突感应的信号均匀地分布在整个空间上，无论腔体构造中的加工公差和机械失误如何，最大化有效容积。我将这种腔体设计称为“比萨腔”，并将间隙与比萨饼保护器，可以使切片保持其原始馅料的完整性。”研究人员用来进行实验的天文望远镜是基于模拟的大约两年研究的结果，然后制造了许多原型。在他们最近的研究中，它被用来利用9T超导磁体在2开尔文（-271°C）的温度下搜索轴突暗物质。这使研究人员能够快速扫描3 GHz以上200 MHz以上的频率范围，这是ADMX实验所覆盖范围的4到5倍。尤恩说：“即使我们还没有观察到任何类似轴突的信号，我们也成功地证明了多细胞腔体能够以高性能和可靠性检测高频信号。” “我们还计算出，由于更大的体积和更高的效率，这种新的腔设计可使我们探索给定频率范围的速度比传统频率快4倍。我经常做出幽默而有意义的陈述：探索某物需要4年，我们的实验仅需1年。我们的博士学位 学生可以比其他人更快地毕业。”尤恩和他的同事进行的研究证明了他们开发的比萨腔式天文望远镜的价值和潜力，这些天文望远镜可用于在高频区域进行隐形暗物质搜索。因此，将来它可以帮助寻找这种难以捉摸的物质，甚至有一天甚至可以对其进行检测。Youn补充说：“目前，我们的中心还在通过将几个比萨饼腔嫁接到现有系统上以寻找更高频率的轴心进行实验的准备。” 更多物理学文章免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：PHYS

国家科学技术研究委员会 图片来源：国家科学技术研究委员会韩国超导托卡马克先进研究（KSTAR）是一种超导聚变设备，也被称为韩国人造太阳，由于成功地将高温等离子体保持了20秒，离子温度超过1亿度，创造了新的世界纪录。11月24日（星期二），韩国聚变能研究所（KEF）的KSTAR研究中心宣布，在与首尔国立大学（SNU）和美国哥伦比亚大学的联合研究中，它成功地使等离子体连续运行离子温度高于1亿度持续20秒，这是2020 KSTAR等离子运动的核聚变的核心条件之一将2019年KSTAR等离子运动期间的8秒等离子运行时间延长2倍以上是一项成就。在其2018年的实验中，KSTAR首次达到1亿度的等离子体离子温度（保留时间：约1.5秒）为了重新产生地球上太阳中发生的聚变反应，必须将氢同位素放置在像KSTAR这样的聚变设备内部，以形成等离子体状态，在该状态下离子和电子被分离，并且离子必须被加热并保持在高温下。到目前为止，还有其他融合设备可以对1亿度或更高温度下的等离子体进行简单管理。他们都没有打破将操作维持10秒钟或更长时间的障碍。这是正常导电装置的操作极限，并且难以在这样的高温下长时间地在融合装置中维持稳定的等离子体状态。在其2020年的实验中，KSTAR改进了内部传输屏障（ITB）模式的性能，该模式是去年开发的下一代等离子运行模式之一，并成功地长时间维持了等离子体状态，克服了现有的限制。超高温等离子操作。KFE KSTAR研究中心主任Si-Woo Yoon解释说：“长期运行1亿等离子所需的技术是实现聚变能的关键，并且KSTAR成功地将高温等离子体保持了20倍数秒之内将是确保长期高效等离子操作技术安全的竞赛中的重要转折点，这是未来商用核聚变反应堆的关键组成部分。”“通过克服ITB模式的某些缺点，KSTAR实验在长期高温操作中的成功使我们离实现核聚变能技术的开发又迈进了一步，”该学院教授Yong-Su Na补充说。 SNU核工程系，曾共同进行KSTAR等离子运行的研究。哥伦比亚大学Young-Seok Park博士对高温等离子体的创建做出了贡献，他说：“我们很荣幸参与KSTAR取得的如此重要成就。通过有效地进行核心等离子体加热，离子温度达到1亿度如此长的时间证明了超导KSTAR装置的独特功能，并且将被认为是高性能，稳态聚变等离子体的令人信服的基础。”KSTAR于去年8月开始运行该设备，并计划将其等离子体生成实验继续进行到12月10日，共进行了110次等离子体实验，其中包括高性能等离子体运行和缓解等离子体破坏的实验，这是与国内外研究的联合研究实验组织。除了在高温等离子体操作方面取得成功之外，KSTAR研究中心还针对包括ITER研究在内的各种主题进行了实验，旨在解决在剩余的实验期间聚变研究中的复杂问题。KSTAR将在2020年5月举行的IAEA聚变能大会上与全球聚变研究人员分享2020年的关键实验成果，包括这项成功。KSTAR的最终目标是到2025年成功实现300秒连续运行，离子温度高于1亿度。KFE校长Suk Jae Yoo表示：“我很高兴宣布KFE作为韩国的独立研究组织而正式启动。KFE将继续进行具有挑战性的研究以实现人类目标的传统：实现人类的目标。核能聚变能量，”他继续说。截至2020年11月20日，KFE（原为韩国基础科学研究所的附属机构国家融合研究所）重新成立为独立研究机构。 点击：查看更多分类文章 使用文章翻译免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：phys

东京都立大学 （a）TMC纳米线的图示（b）化学气相沉积。成分在氢气/氮气气氛中蒸发，使其沉积并自组装在基材上。经Ref。许可转载。1分：版权2020美国化学学会（ACS）东京城市大学的研究人员发现了一种使用化学气相沉积技术大规模制造过渡金属硫族化物自组装纳米线的方法。通过改变形成导线的基板，它们可以调整这些导线的排列方式，从原子薄板的对齐配置到成束的随机网络。这为在下一代工业电子产品中的工业部署铺平了道路，包括能量收集以及透明，高效，甚至灵活的设备。电子技术就是要使事物变得更小—例如，芯片上的较小功能意味着在相同的空间中拥有更多的计算能力和更高的效率，这对于满足由机器学习和人工智能提供动力的现代IT基础架构日益增长的繁重需求至关重要。随着设备的小型化，对复杂的接线也提出了相同的要求，这些接线将所有东西绑在一起。最终目标将是仅是一两个原子的粗细的导线。随着穿过它们的电子的行为越来越像它们生活在一维世界而不是3D世界中，这种纳米线将开始利用完全不同的物理学。实际上，科学家已经拥有诸如碳纳米管和过渡金属硫族化物（TMC），过渡金属和能够自组装成原子级纳米线的16族元素的混合物之类的材料。问题在于使它们足够长且足够大。大规模生产纳米线的一种方式将改变游戏规则。现在，由东京都市大学的Hong En Lim博士和Yasumitsu Miyata副教授领导的团队提出了一种以前所未有的大规模制造长过渡金属碲化物纳米线的方法。使用称为化学气相沉积的过程（CVD），他们发现可以根据用作模板的表面或基材以不同的排列方式组装TMC纳米线。示例如图2所示。在（a）中，生长在硅/二氧化硅衬底上的纳米线形成了随机的束网络；在（b）中，导线按照设定的方向按照下面的蓝宝石晶体的结构组装在蓝宝石衬底上。通过简单地改变它们的生长位置，团队现在可以访问以所需排列方式覆盖的厘米级晶圆，包括单层，双层和束状网络，所有这些都具有不同的应用。他们还发现，导线本身的结构是高度结晶且有序的，其性能（包括出色的导电性和类似一维的行为）与理论预测中的相符。 （a）在硅/二氧化硅晶片上生长的纳米线的扫描电子显微镜照片。（b）在晶体蓝宝石衬底上生长的纳米线的原子力显微镜图像。（c）对齐导线的扫描透射电子显微镜图像。（d）从末端看，单根TMC纳米线的扫描透射电子显微镜图像，并带有结构示意图。经Ref。许可转载。1个学分：美国化学学会（ACS）拥有大量的长且高度结晶的纳米线肯定可以帮助物理学家更深入地表征和研究这些奇异的结构。重要的是，这是朝着在透明灵活的电子设备，超高效设备和能量收集应用中看到原子细线的实际应用迈出的令人兴奋的一步。 （左）（a）图示了在基板上组装的不同形式的TMC。（b）纳米线单层，（c）纳米线双层和（d）3D束的透射电子显微镜图像的横截面的扫描透射电子显微镜图像。点击：查看更多物理学文章 其他分类文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。来源于：phys

来源于：PHYS通过物理研究所西伯利亚拉普捷夫海中部Bykovsky半岛的海岸线在夏季撤退，那时候，冰层丰富的多年冻土降落到海滩，并被海浪侵蚀。学分：2017，P。在最北端，北冰洋不断膨胀，淹没了大量的沿海苔原和草原生态系统。尽管海水仅比冰冻温度高出几度，但海水开始融化其下方的永久冻土，使数十亿吨的有机物暴露于微生物分解之下。分解的有机物开始产生两种最重要的温室气体CO 2和CH 4。尽管研究人员数十年来一直在研究降解海底多年冻土的方法，但由于跨国际和学科分歧收集测量数据和共享数据的困难，使人们无法对碳的总量和释放速率进行总体估算。由博士领导的一项新研究 IOP出版杂志《环境研究快报》上发表了杨百翰大学（BYU）的候选人Sara Sayedi和高级研究员Ben Abbott博士的观点，阐明了海底多年冻土的气候反馈，得出了环冰碳储量，温室气体排放的初步估计，并可能海底多年冻土带的未来响应。Sayedi和一支由25位冻土研究人员组成的国际团队在由美国国家科学基金会支持的永久冻土碳网络（PCN）的协调下工作。研究人员结合了已发表和未发表的研究结果，以估计过去和现在的海底碳储量的大小，以及未来三个世纪可能产生多少温室气体。研究人员使用一种称为专家评估的方法，该方法结合了多个独立的合理值，估计海底多年冻土区目前捕获了600亿吨甲烷，并在沉积物和土壤中包含5600亿吨有机碳。作为参考，自工业革命以来，人类已经向大气中释放了大约5,000亿吨碳。这使得海底多年冻土碳库成为潜在的巨型生态系统对气候变化的反馈。塞耶迪说：“海底多年冻土确实是独一无二的，因为它仍在响应一万多年前的剧烈气候变化。” “在某些方面，它可以让我们窥见由于人类活动而在今天融化的多年冻土的可能反应。”Sayedi小组的估算表明，海底多年冻土已经释放出大量的温室气体。但是，此释放主要是由于古代的气候变化，而不是当前的人类活动。他们估计，海底多年冻土每年向大气中释放约1.4亿吨CO 2和530万吨CH4。这在规模上与西班牙的整体温室气体足迹相似。研究人员发现，如果人为引起的气候变化继续下去，海底永久冻土中CH 4和CO 2的释放可能会大大增加。但是，预计此响应将在接下来的三个世纪内发生，而不是突然发生。研究人员估计，海底多年冻土层未来释放的温室气体数量直接取决于未来的人类排放量。他们发现，在照常工作的情况下，海底多年冻土变暖所释放的额外CO 2和CH 4相比于减少人类排放以使气温保持在2°C以下的情况要多四倍。 海底和沿海多年冻土生态系统的艺术图，强调温室气体的产生和释放。图片来源：北亚利桑那大学的Victor Oleg Leshyk为这项研究创作的原始艺术品。萨耶迪解释说：“这些结果很重要，因为它们表明气候反馈作用很大，但反应缓慢。” “对该地区的一些报道表明，人类排放物可能引发甲烷水合物的灾难性释放，但我们的研究表明，几十年来，甲烷排放量逐渐增加。”即使这种气候反馈是相对渐进的，研究人员指出，目前的任何气候协议或温室气体目标均未包含海底多年冻土。Sayedi强调，海底多年冻土仍存在大量不确定性，需要进一步研究。 西伯利亚拉普捷夫海中部Bykovsky半岛的海岸线在夏季撤退，那时候，冰层丰富的多年冻土降落到海滩，并被海浪侵蚀。学分：2017，P。塞耶迪说：“与未来的气候对海底多年冻土的重要性相比，我们对这一生态系统知之甚少。” “我们需要更多的沉积物和土壤样品，以及一个更好的监测网络，以检测温室气体释放何时响应当前的变暖，以及这种巨大的碳库从冻结的沉睡中唤醒的速度。点击：查看更多物理学文章 试用免费文档翻译免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网站无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。

来源于：PHYS由 哥伦比亚大学工学院 新型的量子干扰使单分子开关具有较高的开/关比。图片来源：朱莉娅·格林瓦尔德（Julia Greenwald）和苏曼·古纳塞斯卡兰（Suman Gunasekaran）/哥伦比亚工程公司 由哥伦比亚工程教授拉萨·文卡塔拉曼（Latha Venkataraman）领导的研究人员今天报告说，他们发现了利用破坏性量子干涉的新化学设计原理。他们使用他们的方法创建了一个六纳米的单分子开关，其开态电流比关态电流大10,000倍，这是迄今为止单分子电路实现的最大电流变化。这种新的开关依赖于迄今为止尚未探索的一种量子干涉。研究人员使用具有特殊中心单元的长分子来增强不同电子能级之间的破坏性量子干扰。他们证明了他们的方法可用于在室温下生产非常稳定且可重现的单分子开关，该开关在导通状态下可承载超过0.1微安的电流。交换机的长度类似于目前市场上最小的计算机芯片的大小，其性能接近商用交换机。该研究今天发表在《自然纳米技术》上。劳伦斯·古斯曼应用物理学教授，化学教授，教务副教务长文卡塔拉曼说：“我们观察到跨越六纳米分子线的传输，这非常了不起，因为很少观察到跨这么长尺度的传输。” “实际上，这是我们在实验室中测量过的最长的分子。”在过去的45年中，晶体管尺寸的不断减小使计算机处理和器件尺寸的不断缩小带来了显着的进步。当今的智能手机包含数亿个由硅制成的晶体管。但是，当前制造晶体管的方法正迅速接近硅的尺寸和性能极限。因此，如果要提高计算机处理能力，研究人员就需要开发可以与新材料一起使用的开关机制。Venkataraman处于分子电子学的最前沿。她的实验室测量单分子设备的基本性能，试图了解纳米级物理，化学和工程学之间的相互作用。她特别希望对电子传输的基本物理学有更深入的了解，同时为技术进步奠定基础。在纳米尺度上，电子表现为波而不是粒子，并且电子通过隧道传输。像水面上的波一样，电子波可以相长干涉或相消干涉。这导致非线性过程。例如，如果两个波相长干涉，则所得波的幅度（或高度）大于两个独立波的总和。两个波可以完全消除，并具有相消干涉。Venkataraman指出：“电子表现为波的事实是量子力学的本质。”在分子尺度上，量子力学效应主导着电子传输。长期以来，研究人员一直预测，由量子干扰产生的非线性效应应能实现具有大开/关比的单分子开关。如果他们能够利用分子的量子力学特性来制造电路元件，那么它们就可以实现更快，更小，更节能的设备，包括开关。Venkataraman说：“使晶体管由单分子制成代表了微型化的终极极限，并且具有在降低功耗的同时实现指数级更快处理的潜力。” 制造稳定且能够承受重复开关周期的单分子器件是一项艰巨的任务。我们的结果为制造单分子晶体管铺平了道路。”常见的类比是将晶体管视为管道上的阀门。阀门打开时，水流过管道。关闭时，水被堵塞。在晶体管中，水流被电子或电流所代替。在接通状态下，电流流动。在关闭状态下，电流被阻止。理想情况下，导通和截止状态下的电流量必须有很大的不同；否则，晶体管就像是泄漏的管道，很难分辨阀门是打开还是关闭。由于晶体管用作开关，因此设计分子晶体管的第一步是设计一种系统，您可以在此系统中在导通和截止状态之间切换电流。但是，大多数过去的设计都是通过使用短分子来制造泄漏晶体管的，其中导通和截止状态之间的差异并不明显。为了克服这个问题，Venkataraman和她的团队面临许多障碍。他们的主要挑战是使用化学设计原理来创建分子回路，其中量子干扰效应可以强烈抑制处于截止状态的电流，从而减轻泄漏问题。研究的主要作者朱莉娅·格林瓦尔德（Julia Greenwald）解释说：“由于在较短的长度尺度上进行量子机械隧穿的可能性较大，因此很难完全关闭短分子中的电流。” Venkataraman实验室的学生。“对于长分子，情况恰恰相反，在长分子中，由于隧穿概率随长度而衰减，通常难以获得高导通电流。我们设计的电路因其长度和开/关比大而独特；我们现在能够既可以实现高导通电流又可以实现非常低的截止电流。”Venkataraman的团队使用由合作者Peter Skabara，拉姆齐化学教授的化学合成的长分子和他在格拉斯哥大学的团队合成了自己的设备。长分子很容易陷入金属触点之间，从而形成单分子电路。电路非常稳定，可以反复承受高施加电压（超过1.5 V）。分子的电子结构增强了干扰效应，使电流具有明显的非线性，这是施加电压的函数，这导致导通状态电流与截止状态电流的比率非常大。研究人员正在继续与格拉斯哥大学的团队合作，以研究他们的设计方法是否可以应用于其他分子，并开发出一种可以通过外部刺激来触发转换的系统。格林瓦尔德说：“我们建立一个单一分子的开关是朝着使用分子构件自下而上设计材料的第一步。” “用单分子作为电路组件来构建电子设备将是真正的变革。”这项研究的标题是“通过破坏性量子干扰在单分子结上的高度非线性传输”。点击：查看更多物理学文章 试用免费翻译功能免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。

来源于：PHYS麻省理工学院的 Jennifer Chu 麻省理工学院的物理学家在实验室中创造了一种完美的液体，并记录了这种“完美流动”的声音。声音通过这种流体传播的方式可用于计算中子星和其他理想流体中的声音以及“量子摩擦”。图片来源：麻省理工学院的Christine Daniloff 对于某些人来说，“完美流动”的声音可能是森林小溪的轻轻打磨，或者是投手倒出的水的叮叮当叫。对于物理学家来说，完美的流动更为具体，是指以量子力学定律所允许的最小摩擦或粘度流动的流体。这种完美的流体行为在自然界中是罕见的，但据认为发生在中子星的核心和早期宇宙的浓浆中。现在，麻省理工学院的物理学家已经在实验室中创建了一种完美的流体，并聆听了声波如何在其中传播。该记录是的滑音的产物声波，该小组通过被称为费米子基本粒子的仔细控制的气体发送。可以听到的音调是气体像弹拨弦一样共振的特定频率。研究人员分析了数千种声波在气体中的传播，以测量其“声扩散”或声音在气体中的扩散速度，这与材料的粘度或内部摩擦力直接相关。令人惊讶地，他们发现流体的声音扩散是如此之低，以至于被称为“普朗克常数”的自然常数和流体中各个费米子的质量所给出的“量子”摩擦力来描述。这个基本值证实了相互作用力强的费米子气体表现得很完美，并且具有普遍性。今天发表在《科学》（Science）杂志上的结果表明，科学家们首次能够测量完美流体中的声音扩散。科学家现在可以将流体用作其他更复杂的理想流动的模型，以估算早期宇宙中等离子体的粘度以及中子星内部的量子摩擦，而这些本来是无法计算的。科学家甚至可能能够大致预测他们发出的声音。麻省理工学院的托马斯·弗朗克物理学教授马丁·兹维林说：“听中子星非常困难。” “但是现在您可以在实验室中使用原子模仿它，摇动原子汤并听取它，并知道中子星会如何发声。”尽管中子星和团队的气体在大小和声音传播速度方面存在很大差异，但通过一些粗略的计算，Zwierlein估计，该恒星的共振频率将类似于气体的共振频率，甚至可以听到。您可以使耳朵紧贴而不会因重力而裂开。”他补充道。Zwierlein的合著者是MIT哈佛大学超冷原子中心的主要作者Parth Patel，Yanjie Yan，Biswaroop Mukherjee，Richard Fletcher和Julian Struck。轻按，聆听，学习为了在实验室中创造出完美的流体，Zwierlein的团队产生了一种强烈相互作用的费米子气体-诸如电子，质子和中子等元素粒子，它们被认为是所有物质的基础。一个费米子由其半整数自旋定义，该特性可防止一个费米子与另一附近的费米子发生相同的自旋。这种排他性使元素周期表中原子结构的多样性得以实现。Zwierlein说：“如果电子不是费米子，而是快乐地处于相同的状态，那么氢，氦和所有原子以及我们自己都会看起来一样，就像一些可怕的无聊的汤一样。”费米子自然喜欢彼此分开。但是，当它们强烈相互作用时，它们可以表现为完美的流体，粘度非常低。为了制造出如此完美的流体，研究人员首先使用激光系统捕获了被认为是费米子的锂6原子气体。研究人员精确地配置了激光器，以在费米子气体周围形成一个光学盒。调整激光器，使得只要费米子撞到盒子的边缘，它们就会弹回到气体中。而且，费米子之间的相互作用被控制为量子力学所允许的最大强度，因此在盒子内，费米子在每次相遇时都必须相互碰撞。这使费米子变成了完美的液体。Zwierlein说：“我们必须制造一种密度均匀的流体，然后才可以在一侧轻敲，聆听另一侧，并从中学习。” “到达这个地方，我们似乎可以自然地使用声音，实际上是很困难的。”“以完美的方式流动”然后，该团队只需简单地改变其中一面墙的亮度，即可通过光学盒的一侧发出声波，从而以特定的频率通过流体产生类似于声音的振动。他们记录了数千个流体的快照，每个声波都在波动。Zwierlein说：“所有这些快照共同为我们提供了超声波检查图，这有点像在医生办公室进行超声波检查时所做的事情。”最后，他们能够观察到响应每种声波的流体密度波动。然后，他们寻找在液体中产生共鸣或放大声音的声音频率，类似于在酒杯上唱歌并找出声音破裂的频率。Zwierlein解释说：“共振的质量告诉我有关液体的粘度或声音扩散性的信息。” “如果流体粘度低，如果以正确的频率撞击，它会产生非常强的声波，而且声音很大。如果流体非常粘稠，那么它就不会产生任何良好的共振。”根据他们的数据，研究人员观察到通过流体的清晰共振，尤其是在低频下。从这些共振的分布，他们计算出流体的声音扩散。他们发现，也可以很简单地通过普朗克常数和气体中平均费米子的质量来计算该值。这告诉研究人员，气体是一种完美的流体，本质上是基本的：它的声音扩散以及因此的粘度处于量子力学设定的最低限度。Zwierlein说，除了使用该结果来估计更奇特的物质（例如中子星）中的量子摩擦外，该结果还有助于理解如何制作某些材料以表现出完美的超导流。Zwierlein说：“这项工作直接与材料的抵抗力有关。” “弄清楚气体中最低的电阻是什么，可以告诉我们材料中的电子会发生什么，以及如何使材料以最佳的方式流过电子。这令人兴奋。”点击：查看更多物理学文章 使用英文翻译功能 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息之目的，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。

来源于：PHYS 由 布鲁塞尔自由大学 信用：CC0公共领域 振荡行为在自然界无处不在，从行星的轨道到摆动的周期性运动。在纯晶体系统中，呈现出理想的空间周期性结构，量子物理学的基本定律预示了显着且与直觉相反的振荡行为：当受到弱电力时，材料中的电子不会发生净漂移，但是会发生净漂移。而是在空间中振荡，这种现象称为布洛赫振荡。浸入晶体（也称为光学晶格）中的超冷原子是已观察到Bloch振荡的众多系统之一。通常，粒子的运动受存在力的影响，例如由电磁场产生的力。在某些晶体中，出射场让人想起电磁场也可能作为材料的固有特性存在，它们可能会影响Bloch振荡。从数学的角度来看，这些内在字段可以采用多种形式。特别令人感兴趣的是那些由数学量表示的，不交换的字段，即乘积“ axb”不等于“ bx a”。这些数学量和相应的物理属性通常称为“非阿贝尔”。本质上，需要广义的非阿贝尔力量来描述弱或强核力量，而电磁力更容易用阿贝尔（通勤）力量来描述。M. Di Liberto，N。Goldman和G.Palumbo（自然科学学院，ULB）在《自然通讯》上发表的文章证明，固有的非阿贝尔场能在晶体中产生新型的布洛赫振荡。这种奇特的振荡现象的特征是振荡倍增与晶体几何设定的基本周期相比。该倍增因数源于晶体的对称性，可归因于拓扑的不变性（在晶体的小变形情况下稳定的数值），它具有深远的起源。此外，这些奇特的Bloch振荡显示出与晶体内部状态的跳动完全同步。这项工作为具有非阿贝尔性质的拓扑量子物质提供了新的思路。点击：查看更多物理学文章 查看双语译文文章 免责声明：福昕翻译只充当翻译功能，此文内容及相关信息仅为传递更多信息，仅代表作者个人观点，与本网无关，版权归原始网站所有。仅供读者参考，并请自行核实相关内容。若需要浏览原文、下载参考文献等，请自行搜索文中提到的原文网站进行阅读。