研究人员制造出寿命比以前长数百万倍的时间晶体

研究人员制造出寿命比以前长数百万倍的时间晶体 研究人员成功延长了时间晶体的寿命，证实了弗兰克-威尔切克（Frank Wilczek）提出的一个理论概念。这标志着量子物理学向前迈出了重要一步。多特蒙德工业大学的一个研究小组最近成功地制造出了一种非常耐用的时间晶体，它的寿命比以前的实验所显示的要长几百万倍。通过这一研究，他们证实了诺贝尔奖获得者弗兰克-威尔切克（Frank Wilczek）大约在十年前提出的一个极其有趣的现象，而这一现象已经出现在科幻电影中。 这项研究成果现已发表在《自然-物理》杂志上。空间晶体，是原子在大长度尺度上的周期性排列。这种排列赋予了晶体迷人的外观，就像宝石一样具有光滑的切面。物理学通常把空间和时间放在同一层面上处理，例如在狭义相对论中，麻省理工学院（MIT）物理学家、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克-威尔切克（Frank Wilczek）在2012年提出了一个假设：除了空间中的晶体，时间中也一定存在晶体。他说，要做到这一点，它们的一个物理特性必须在时间上自发地开始发生周期性变化，即使系统没有经历相应的周期性干扰。看似火焰的是对新时间晶体的测量：每个点都对应一个实验值，从而得出时间晶体核自旋极化周期性动态的不同视图。图片来源：Alex Greilich/多特蒙德大学这种时间晶体是否可能存在，几年来一直是科学界争论不休的话题，但很快就出现在电影院里：例如，在漫威影业出品的电影《复仇者联盟：终局之战》（2019）中，时间晶体就扮演了核心角色。从 2017 年起，科学家们开始在少数场合成功展示了潜在的时间晶体。Alex Greilich 博士在多特蒙德工业大学物理系凝聚态物质研究中心工作。资料来源：多特蒙德工业大学然而，与威尔切克最初的想法不同的是，这些系统受到具有特定周期性的时间激发，但随后又以两倍长的周期发生反应。2022 年，在玻色-爱因斯坦凝聚态中才展示了一种晶体，虽然激发与时间无关，即恒定不变，但它在时间上表现出周期性。不过，这种晶体的寿命只有几毫秒。亚历克斯-格雷利希博士领导的多特蒙德工业大学物理学家现已设计出一种由砷化镓铟制成的特殊晶体，在这种晶体中，核自旋充当了时间晶体的储存器。晶体在持续光照下，通过与电子自旋的相互作用形成核自旋极化。正是这种核自旋极化自发地产生了振荡，相当于时间晶体。目前的实验结果表明，这种晶体的寿命至少为 40 分钟，比迄今为止证明的寿命长 1000 万倍，而且有可能存活得更长。通过系统地改变实验条件，可以在很大范围内改变晶体的周期。然而，也有可能进入晶体"熔化"的区域，即失去周期性的区域。这些区域也很有趣，因为这时会表现出混沌行为，这种行为可以维持很长时间。这是科学家们第一次能够利用理论工具来分析这类系统的混沌行为。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员制造出混合大脑：让一个物种的神经元帮助另一个物种

研究人员制造出混合大脑：让一个物种的神经元帮助另一个物种 大鼠（红色）和小鼠（绿色）神经元的混合体在混合大脑中形成了环形气味处理中心什么是混合大脑？听起来像是科幻电影情节中的东西或者是史蒂夫-马丁主演的80年代古怪喜剧但它实际上是两个物种细胞的结合，发育成一个完整的功能性大脑。因此，杂交脑通过创建"合成"神经回路来恢复受损或退化大脑的功能，对于推动再生神经科学的发展非常重要。在哥伦比亚大学欧文医学中心研究人员领导的一项新研究中，大鼠干细胞在发育初期就被引入到小鼠细胞中，从而产生了利用整合的大鼠细胞嗅觉的小鼠大脑。哥伦比亚大学瓦格罗斯内外科医学院遗传学和发育学教授、该研究的共同通讯作者克里斯汀-鲍德温（Kristin Baldwin）说："我们拥有漂亮的培养皿细胞模型和称为器官组织的三维培养物，它们都有各自的优点。但它们都无法让你确定细胞是否真正发挥了最高水平的功能。这项研究开始向我们展示，我们如何扩大大脑的灵活性，使其能够容纳来自人机界面或移植干细胞的其他类型的输入。"大鼠-小鼠嵌合体的制作示意图 Throesch 等人研究人员将大鼠胚胎干细胞植入小鼠胚泡（受精卵分裂而成的细胞团），然后将胚泡移植到代孕小鼠妈妈的子宫内发育。尽管在进化过程中存在差异（大鼠大脑发育较慢，体积较大），但研究人员观察到，大鼠细胞与小鼠神经元同步生长。在成熟的大鼠-小鼠或嵌合体中，大鼠细胞整合成整个小鼠大脑的神经回路，并与小鼠神经元形成活跃的连接。鲍德温说："几乎在整个小鼠大脑中都能看到大鼠细胞，这让我们相当惊讶。它告诉我们，插入的障碍很少，这表明许多种小鼠神经元都可以被类似的大鼠神经元取代。"接下来是测试大鼠细胞的功能能力，以及它们是否能取代受损的小鼠神经元。研究人员开发了小鼠模型，这些小鼠的嗅觉神经元（OSNs）在基因上有缺陷或被消融，即被破坏，而嗅觉神经元是检测和传递气味信息的神经元。他们发现，大鼠细胞拯救了小鼠大脑。鲍德温说："我们在每个小鼠笼子里都藏了一块饼干，结果非常惊讶地发现，它们能通过大鼠神经元找到饼干。"然而，与OSN被破坏的小鼠相比，OSN被基因沉默（即神经元存在，只是不工作）的小鼠找到饼干的成功率较低。这表明，增加替代神经元并非"即插即用"。如果想获得功能性替代神经元，可能需要清空闲置在那里的功能障碍神经元，这可能是某些神经退行性疾病的情况，也可能是自闭症和精神分裂症等神经发育障碍的情况。研究人员在研究中遇到的一个问题是，大鼠细胞随机分布在不同的小鼠体内，这阻碍了他们将研究扩展到其他神经系统。目前，他们正试图找到驱动插入细胞发育成特定细胞类型的方法，这可能会提供更高的精确度。扫清这一障碍将为创造具有灵长类神经元的混合大脑铺平道路，这将帮助我们更接近了解人类疾病。这项研究发表在《细胞》杂志上。 ... PC版： 手机版：

韩国研究人员实现在常压下生长钻石 耗时仅15分钟

韩国研究人员实现在常压下生长钻石 耗时仅15分钟 在地球上，唯一具备适当自然条件的地方是地幔深处，在地下数百英里处。只有在火山爆发时，它们才会被带到更接近地表的地方，因此它们非常罕见。再加上历史上一些巧妙的营销手段，这块小石头就变得非常抢手了。几十年来，科学家们一直在实验室中培育人工钻石，但通常仍需要极端条件近 50000 个大气压的压力和约 1500 °C （2,732 °F）的温度。但现在，一种新技术已经在正常压力水平和较低温度下培育出了钻石。这种新方法由韩国基础科学研究所（IBS）和蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的一个团队开发，利用一种由镓、铁、镍和硅组成的液态金属合金合成钻石。在一个 9 升（2.4 加仑）的容器中，将这种金属混合物置于温度为 1025 °C （1877 °F）的甲烷和氢气中。15 分钟后，气体从系统中排出，底部会形成一层金刚石薄膜。这层膜可以很容易地剥离出来，用于研究或直接投入工作。通常情况下，合成金刚石技术需要"种子颗粒"让第一批碳原子吸附在周围形成金刚石。但在这种情况下，液态金属中的微量硅似乎有助于碳原子形成簇。最终得到的是非常纯净的钻石。其他金属可以替换使用，但硅似乎对这一过程至关重要。研究人员现在计划研究其他液态金属合金和气体，甚至是固态碳，看看它们能不能制造出钻石。虽然我们不可能很快戴上在液态金属大桶中培育的钻石，但它们可以首先在工业应用中找到用武之地。这项研究发表在《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

研究人员发现卫生棉条含有有毒金属铅和砷

研究人员发现卫生棉条含有有毒金属铅和砷 研究人员在美国和欧洲广泛使用的卫生棉条中发现了包括铅和砷在内的十多种金属，而这些产品可能有数百万人在使用。根据本周发表在《 Environmental International 》杂志上的研究，从 14 个不同品牌测试的 30 条卫生棉条中都发现了铅。而暴露在铅环境中可导致神经损伤。加州大学伯克利分校公共卫生学院的博士后学者、该研究的主要作者珍妮・希尔斯顿说，这是第一篇测量卫生棉条中金属浓度的论文。

更强、更快、更轻：研究人员为电动汽车研发更高性能的新型钢材

更强、更快、更轻：研究人员为电动汽车研发更高性能的新型钢材 汽车去碳化包括从汽油发动机过渡到电动机，并采用高质量的钢制部件，以减轻汽车重量，同时确保电动机的高效运行。高性能钢材料可以提高乘坐的安静性，并能承受电机高速旋转带来的磨损。优化钢材改性工艺（包括在表面富集碳、氮和合金元素）是生产这些先进材料的关键。为了了解钢中元素之间的相互作用，信息学研究生院副教授上杉德辉领导的大阪都立大学研究小组开展了一项系统调查。该研究小组对包括铝和钛在内的 12 种合金元素在渗碳过程中与碳以及在氮化过程中与氮的相互作用进行了 120 种组合的理论计算。铁钛合金钢中氮和钛的稳定构型模型。资料来源：大阪都立大学结果表明，当钛以特定的排列方式放置时，它会与氮或碳结合，使铁变硬。研究小组的分析数据还表明，合金元素的金属半径必须大于铁原子，才能很好地结合在一起。上杉教授说："虽然从大量计算结果中阐明机理并非易事，但我们通过反复试验，采用了多元线性回归和分层分析法。这些结果有望有助于更好地理解钢材强化和提高耐久性的机理，并有助于开发出更优质的材料。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2024-062资助：文部科学省计划：数据创建和利用型材料研究与开发项目、ISIJ 研究促进补助金、日本学术振兴会、轻金属教育基金会、日本科学技术振兴机构 ... PC版： 手机版：

而一项新的研究消除了制造绿色氢气的一大障碍

而一项新的研究消除了制造绿色氢气的一大障碍 荷兰拉德布德大学和埃因霍温理工大学的研究人员基安-德-克莱因（Kiane de Kleijne）今天在《自然-能源》（Nature Energy）杂志上发表的一篇论文指出，氢气的生产往往会导致大气中二氧化碳（CO2）的增加。这在一定程度上是因为部分氢气来自天然气生产。有一些更环保的制氢方法，比如利用太阳能或风能来驱动氢从水分子中分离出来的过程，但 De Kleijne 认为，在这种情况下，需要考虑创建这些设施的碳足迹。事实上，绿色能源在非洲或巴西等风力和阳光充足的地方最为有效，这也意味着在那里生产的氢气需要运往世界其他地方使用，这再次增加了其碳足迹。De Kliejne 说："如果以这种方式审视整个生命周期，绿色氢气通常（但肯定不总是）会带来二氧化碳减排。在使用风能而非太阳能的情况下，二氧化碳减排量通常更高。未来，随着更多的可再生能源被用于制造风力涡轮机、太阳能电池板和电解槽用钢等，这种情况将得到进一步改善。"在此之前，一种名为质子交换膜（PEM）的流行制氢工艺的新突破可能会有所帮助。质子交换膜是一种水电解工艺，能从水分子中分离出氢。除了为该工艺提供电力的碳成本之外，PEM 还被认为是一种绿色技术，因为它的唯一输出是氧气，而不是二氧化碳。但问题是，铱是唯一能在苛刻的酸性环境中承受水分子被剪切分离的元素之一。而铱是地球上最稀有的金属之一，很难找到，因此 PEM 设备很难大规模制造。西班牙光子科学研究所（ICFO）开展了一项新研究，下面的视频对此进行了详细介绍。 新型催化剂揭示了水在绿色制氢中的隐藏力量基本上，ICFO 的研究人员创造了一种由钴和钨等常见元素制成的阳极催化剂。但为了保护阳极免受电解过程中预计会发生的降解，他们采取了一种独特的方法，即用水浸渍钴钨氧化物水正是阳极催化剂的工作介质。该研究的第一作者拉尼特-拉姆（Ranit Ram）说："在项目开始时，我们就对水本身作为水电解中的潜在作用感到好奇。以前没有人以这种方式主动定制过这种水的界面"。结果是，在电解过程中，当新阳极因失去材料而降解时，水和氢氧化物这两种在电解过程中普遍存在的化合物就会汹涌而入，填补阳极留下的孔洞。这样就形成了一种水性屏蔽，防止阳极过快降解。 在使用 PEM 反应器进行的测试中，这种新材料表现出色。主要合著者 Lu Xia 博士说："我们将电流密度提高了五倍，达到了 1 A/cm2 - 这在该领域是一个非常具有挑战性的里程碑。但关键是，在如此高的密度下，我们还实现了超过 600 小时的稳定性。因此，我们达到了非铱催化剂的最高电流密度和最高稳定性。"研究人员承认，这种新型水浸渍合金的稳定性不如目前的阳极，但他们表示，这一发现可以弥补这一不足，因为它展示了一种不依赖稀缺金属的高效 PEM 方法。事实上，研究小组表示，该工艺甚至可以与其他材料一起使用，这一点非常可取，因为钴通常来自使用童工的矿山。研究参与者、ICFO 教授加西亚-德-阿尔奎尔（García de Arquer）说："钴虽然比铱更丰富，但考虑到它的来源，仍然是一种非常令人担忧的材料。这就是为什么我们正在研究基于锰、镍和许多其他材料的替代品。如有必要，我们将研究整个元素周期表。我们将探索和尝试我们在研究中报告的这种设计催化剂的新策略。"PEM 研究报告已发表在《科学》杂志上。 ... PC版： 手机版：