科学家发明新型半导体激发技术

科学家发明新型半导体激发技术 横滨国立大学的科学家和加州理工学院的同事利用高强度、宽频带的超快太赫兹脉冲，在一种二维半导体材料中实现了原子激发，推动了电子设备的发展。他们的论文于 3 月 19 日发表在《应用物理通讯》（Applied Physics Letters）杂志上，并作为编辑推荐文章。二维（2D）材料或片状纳米材料因其独特的电子特性而成为未来半导体应用的理想平台。过渡金属二掺杂物（TMDs）是二维材料中的一个重要类别，由夹在掺杂物原子层之间的过渡金属原子层组成。这些原子以晶格结构排列，可以围绕其平衡位置振动或振荡这种集体激发被称为相干声子，在决定和控制材料特性方面起着至关重要的作用。声波诱导技术的创新传统上，相干声子由可见光和近红外区域的超短脉冲激光器诱导。使用其他光源的方法仍然有限。横滨国立大学工程科学研究生院助理教授、该研究的第一作者 Satoshi Kusaba 说："我们的研究解决了超快太赫兹频率激光器（或低能光子）如何在 TMD 材料中诱导相干声子这一基本问题。"WSe2 中声子的超快宽带太赫兹激发和偏振旋转探测示意图。获得的结果（右下）包括通过和频过程激发的相干声子振荡信号（右上）。资料来源：Satoshi Kusaba / 横滨国立大学太赫兹辐射是指频率在太赫兹范围内的电磁波，介于微波和红外频率之间。研究小组制备了超快宽带太赫兹脉冲，以诱导一种名为WSe2 的 TMD 薄膜中的相干声子动力学。为检测光学各向异性（换句话说，即光在穿过材料时的表现），研究人员安排了一套精确而灵敏的装置。研究人员研究了超短激光脉冲与材料相互作用时电场方向的变化；这些变化被称为偏振旋转。通过仔细观察微小的诱导光学各向异性，研究小组成功地探测到了太赫兹脉冲诱导的声子信号。"我们的研究最重要的发现是，太赫兹激发可以通过一个独特的和频激发过程在TMD中诱导相干声子，"研究时的加州理工学院博士生、本研究的共同第一作者Haw-Wei Lin说。"这种机制与共振和线性吸收过程有着本质区别，它涉及两个太赫兹光子的能量总和与声子模式的能量总和相匹配"。由于通过这种和频过程可以激发的声子模式的对称性完全不同于更典型的共振线性过程，因此本研究中成功使用的激发过程对于完全控制材料中的原子运动非常重要。这项研究成果的意义超出了基础研究的范畴，有望在现实世界中得到广泛应用。"通过和频激发过程，我们可以利用太赫兹激发相干地控制二维原子位置，"Kusaba说。"这可能为控制 TMD 的电子状态打开大门，这对于开发谷电技术和使用 TMD 的电子设备，实现低功耗、高速计算和专用光源，是大有可为的"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

瑞士科学家发明新型"可可果冻"巧克力

瑞士科学家发明新型"可可果冻"巧克力 当然，在巧克力中加入糖意味着巧克力并不是一种特别健康的零食，而且环境和经济问题也意味着我们可能会面临全球性的可可短缺。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）研究人员的一种新巧克力配方有可能解决这些问题。关键是要从可可豆荚中使用更多通常被丢弃的材料，包括更多的果肉以及被称为内果皮的外壳内层。可可果冻"甜度极高，可以替代大多数巧克力配方中的糖粉。与传统黑巧克力相比，新型可可果实巧克力的制作示意图找到合适的浓度需要反复试验。可可果冻用量过多会使巧克力结块，用量过少又会使巧克力不够甜。最终，研究小组确定了一种可可果冻含量高达 20% 的配方，根据训练有素的专家小组进行的盲品测试，这种配方的甜度与现有黑巧克力的甜度相似。与普通欧洲黑巧克力相比，这种巧克力的纤维含量增加了 20%，饱和脂肪含量减少了 30%。这可能会让巧克力不再是一种罪恶的享受，尤其是它可以帮助可可种植者从他们的作物中获得更多收入。研究报告的主要作者金-米什拉说："这意味着农民不仅可以出售豆子，还可以从果肉和内果皮中榨取汁液，磨成粉末后出售。这将使他们从三个价值创造流中获得收入。为可可果实创造更多价值使其更具可持续性"。"不过，在可可果冻巧克力进入超市货架之前，还需要改变基础设施。例如，可可种植者需要设备来烘干制作果冻的原料，而巧克力生产商则需要能够将其纳入工作流程。尽管如此，看到大家最喜欢的点心可以有新的改进方式，还是很吸引人的。这项研究发表在《自然-食品》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家发明从海水中提取铀用于核能的新技术

科学家发明从海水中提取铀用于核能的新技术 核能反应堆释放原子内部自然储存的能量，并通过将原子真正击碎这一过程被称为裂变将其转化为热能和电能。铀是这一过程中最受欢迎的元素，因为它的所有形态都具有不稳定性和放射性，很容易分裂。目前，这种金属是从岩石中提取的，但铀矿储量有限。然而，据核能机构估计，有 45 亿吨铀以溶解铀酰离子的形式漂浮在我们的海洋中。这一储量是陆地上储量的 1000 多倍。但事实证明，提取这些离子具有挑战性，因为提取材料没有足够的表面积来有效捕获离子。因此，东北师范大学化学学院的Rui Zhao, Guangshan Zhu及其同事希望开发一种具有大量微观角落和缝隙的电极材料，用于电化学捕获海水中的铀离子。这种新型涂层布能有效地在其表面积聚来自含铀海水的铀（黄色）。来源：改编自《美国化学学会中心科学》，2023 年，DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291为了制作电极，研究小组首先使用碳纤维编织的柔性布。他们在布上涂上两种特殊的单体，然后进行聚合。接着，他们用盐酸羟胺处理布，在聚合物中加入脒肟基团。布的天然多孔结构为脒肟创造了许多微小的口袋，使其可以嵌套在其中，从而轻松捕获铀离子。在实验中，研究人员将涂层布作为阴极放入天然海水或加铀的海水中，再加上一个石墨阳极，并在电极之间运行循环电流，随着时间的推移，阴极布上积累了亮黄色的铀基沉淀物。在使用从渤海收集的海水进行的测试中，每克涂层活性材料在 24 天内提取了 12.6 毫克铀。涂层材料的提取能力高于研究小组测试的大多数其他铀提取材料。此外，使用电化学方法捕获离子的速度比让离子在布上自然积聚的速度快三倍左右。研究人员说，这项工作提供了一种从海水中捕获铀的有效方法，这可能会使海洋成为新的核燃料供应地。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发明利用振动能量运行的突破性新型微型电源转换器

科学家发明利用振动能量运行的突破性新型微型电源转换器 加州大学圣迭戈分校和 CEA-Leti 的研究人员开发了一种新型压电式 DC-DC 转换器，通过将电源开关集中在单个芯片上，大大缩小了尺寸并提高了效率，有望在技术设备中得到广泛应用。上图为拟议中的压电转换器的芯片照片。资料来源：加州大学圣地亚哥分校该团队开发的电源转换器比目前用于这一用途的巨大、笨重的电感器要小得多。这些设备最终可用于任何类型的直流-直流（DC-DC）对话，包括智能手机、计算机、服务器群和 AR/VR 头戴式设备。突破性研究成果在旧金山举行的 ISSCC 2024 会议上，发表了题为"基于压电谐振器的集成式双侧串联/并联 20 至 2.2V DC-DC 转换器，损耗降低了 310%"的论文。论文报告说："双侧串联/并联压电谐振器（DSPPR）是首个用于基于压电谐振器的功率转换的集成电路，与之前发布和共同设计的分立式设计相比，其在 VCR<0.125 时的损耗降低了310%。"加州大学圣迭戈分校电气与计算机工程系教授 Patrick Mercier 是这篇论文的资深作者，他说："这种创新方法提高了性能，尤其是在低电压转换率的情况下在这一领域，之前的研究一直在努力保持高效率和压电材料的最佳利用率。"该论文解释说，与分立设计相比，混合 DSPPR 转换器利用集成电路的能力，以较小的面积提供复杂的功率级，并能在电压转换比 (VCR) 小于 0.1 的情况下实现设备的高效运行。革命性的单芯片解决方案CEA-Leti 硅元件部科学总监 Gael Pillonnet 说："该集成电路为将所有电源开关整合到单个芯片上提供了一个独特的机会，大大减少了 PCB 的占地面积，并提高了相位控制精度。"此外，在压电直流-直流转换器的前级和后级中加入额外的电容式转换器级，也有助于提高性能。这种战略性集成减少了对压电材料的需求，从而使转换器更加紧凑，总体积明显缩小。Pillonnet 说："与拟议拓扑结构带来的巨大收益相比，额外电容器的边际增加（不到 10%）就显得微不足道了。""直流-直流转换器，尤其是我们工作的重点低VCR范围内的直流-直流转换器，在各行各业都有广泛的应用，如大功率计算服务器、汽车系统、USB充电器和电池供电设备等，"Mercier研究小组的博士生、论文第一作者刘文钦（Wen-Chin Brian Liu）说。 ... PC版： 手机版：