华盛顿大学科学家发现具有开关功能的突破性超导体 对外界刺激特别敏感

华盛顿大学科学家发现具有开关功能的突破性超导体 对外界刺激特别敏感 随着工业计算需求的增长，满足这些需求所需的硬件的尺寸和能耗也随之增长。超导材料是解决这一难题的可能方案，它可以成倍地降低能耗。试想一下，将一个装满不断运行的服务器的巨型数据中心冷却到近乎绝对零度，就能以惊人的能效进行大规模计算。超导研究取得突破华盛顿大学（University of Washington）和美国能源部阿贡国家实验室（DOE'sArgonne National Laboratory）的物理学家们取得了一项发现，它有助于实现这一更高效的未来。研究人员发现了一种对外界刺激特别敏感的超导材料，它可以随意增强或抑制超导特性。这为高能效可切换超导电路带来了新的机遇。论文发表在《科学进展》（Science Advances）上。超导是一种量子力学物质相，在这种物质中，电流可以零电阻流过材料。这带来了完美的电子传输效率。超导体被用于磁共振成像、粒子加速器、核聚变反应堆甚至悬浮列车等先进技术中最强大的电磁铁中。超导体还可用于量子计算。挑战与创新当今的电子产品使用半导体晶体管来快速开关电流，从而产生信息处理中使用的二进制 1 和 0。由于这些电流必须流经具有有限电阻的材料，因此部分能量会以热量的形式被浪费掉。这就是为什么电脑会随着时间的推移而发热。超导所需的温度很低，通常低于冰点 200华氏度以上，因此这些材料不适合用于手持设备。不过，可以想象它们在工业规模上的用途。由华盛顿大学的舒亚-桑切斯（Shua Sanchez）领导的研究小组研究了一种不寻常的超导材料，它具有非凡的可调性。这种晶体由夹在铁、钴和砷原子超导层之间的铁磁性铕原子平板构成。桑切斯说，在自然界中同时发现铁磁性和超导性是极为罕见的，因为通常一种相位会压倒另一种相位。桑切斯说："对超导层来说，这实际上是一种非常不舒服的情况，因为它们会被周围铕原子的磁场穿透，这会削弱超导性，导致有限的电阻"。先进的研究技术和成果为了了解这些阶段之间的相互作用，桑切斯在美国领先的 X 射线光源位于阿贡的能源部科学办公室用户设施先进光子源（APS）实习了一年。在那里，他得到了能源部科学研究生研究计划的支持。桑切斯与 APS 4-ID 和 6-ID 光束线的物理学家合作，开发了一个能够探测复杂材料微观细节的综合表征平台。桑切斯和他的合作者综合利用 X 射线技术，证明对晶体施加磁场可以调整铕磁场线的方向，使其与超导层平行。这消除了它们之间的拮抗作用，并导致出现零电阻状态。利用电学测量和 X 射线散射技术，科学家们能够证实他们能够控制材料的行为。"控制超导性的独立参数的性质相当引人入胜，因为人们可以绘制出控制这种效应的完整方法，"论文的共同作者、阿贡大学的菲利普-瑞安说。"这种潜力提出了几个令人着迷的想法，包括为量子设备调节场灵敏度的能力"。研究小组随后对晶体施加应力，结果非常有趣。他们发现，即使不重新调整磁场方向，超导电性也能被提升到足以克服磁性的程度，或者被削弱到磁场重新定向不再能产生零电阻状态的程度。这一附加参数允许控制和定制材料对磁性的敏感性。桑切斯说："这种材料令人兴奋，因为你可以在多个相之间进行密切竞争，通过施加一个小应力或磁场，你就可以使一个相比另一个相更强，从而开启或关闭超导电性。绝大多数超导体都没有这么容易切换。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现新型二维量子材料 质量增加100倍

科学家发现新型二维量子材料 质量增加100倍 "CeSiI中的电子比普通材料中的电子质量大100倍。这就是它们被称为重费米子的原因。"这项研究背后的乌普萨拉大学研究人员之一Chin-Shen Ong说："CeSiI的特别之处在于，这种有效质量是各向异性的，它取决于电子在原子层中移动的方向。"瑞典乌普萨拉大学物理与天文学系研究员Chin-Shen Ong。资料来源：乌普萨拉大学这项研究是乌普萨拉大学材料理论研究人员与美国哥伦比亚大学研究人员的合作成果。对于乌普萨拉大学的材料研究人员来说，主要问题是从理论上研究材料中电子的量子特性。重费米子的背景和意义重费米子化合物是一类电子相互作用异常强烈的材料。在此过程中，它们在所谓的量子波动中协调运动。这种相互作用使电子的质量比普通材料中的电子大 100 或 1000 倍。这些量子波动被认为在许多至今无法解释的量子现象中发挥了重要作用，如非常规超导现象（电流可以通过材料而不损失能量）和磁性。这种新型量子材料是在哥伦比亚大学实验室合成的，其独特之处在于它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈、硅和碘（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。有关重费米子材料的研究已经进行了几十年，但直到现在，研究重点仍是原子紧密排列成三维结构的材料。早在 20 世纪 70 年代，乌普萨拉大学的研究人员就开始重点研究铈基材料，并取得了巨大成功。然而，由哥伦比亚大学实验室合成的这种新材料却独一无二，因为它具有类似二维的晶体结构，各层之间有明显的分离，原子厚度很薄。这些层由铈层、硅层和碘层（CeSiI）组成，是首例具有重费米子的二维材料。"有了这一发现，我们现在有了一个大大改进的材料平台，可以用来研究相关电子结构。二维材料就像乐高积木。我们的合作伙伴已经在着手添加其他二维材料的层，以创造出一种具有定制量子特性的新材料，"Chin-Shen Ong 说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家发现海洋天气与全球气候之间的联系

科学家发现海洋天气与全球气候之间的联系 本杰明-斯托尔（Benjamin Storer）绘制的这幅插图显示了海洋天气系统（中尺度涡）与大气驱动的气候尺度洋流（黑线）的叠加数据。图像显示了这些海洋天气系统在与气候尺度相互作用时是如何被激活（红色）或削弱（蓝色）的，其模式与全球大气环流如出一辙。图片来源：罗切斯特大学/本杰明-斯托尔（Benjamin Storer领衔作者本杰明-斯托尔（Benjamin Storer）是阿鲁埃湍流与复杂流研究小组的副研究员，他说，海洋的天气模式与我们在陆地上经历的天气模式类似，但时间和长度尺度不同。陆地上的天气模式可能持续几天，宽度约为 500 公里，而海洋天气模式（如漩涡）持续三到四周，但大小只有陆地上的五分之一。"长期以来，科学家们一直猜测，海洋中这些无处不在、看似随机的运动会与气候尺度发生沟通，但一直都很模糊，因为不清楚如何拆分这个复杂的系统来测量它们之间的相互作用，"阿鲁伊说。"我们开发了一个框架，正好可以做到这一点。我们的发现与人们的预期不同，因为它需要大气层的调节"。该小组的目标是了解能量是如何通过海洋中的不同通道传递到整个地球的。他们使用了阿鲁伊在2019年开发的一种数学方法，该方法随后被斯托尔和阿鲁伊应用到高级代码中，使他们能够研究从地球周长到10公里的不同模式的能量传递。这些技术随后被应用于来自先进气候模型和卫星观测的海洋数据集。研究显示，海洋天气系统在与气候尺度相互作用时，既会被激发，也会被削弱，其模式与全球大气环流如出一辙。研究人员还发现，赤道附近一个名为"热带辐合带"的大气带产生了全球 30% 的降水，导致大量能量转移，并产生海洋湍流。斯托尔和阿鲁伊说，研究在多个尺度上发生的如此复杂的流体运动并非易事，但它比以往将天气与气候变化联系起来的尝试更有优势。他们认为，研究小组的工作为更好地理解气候系统提供了一个前景广阔的框架。"全球变暖和不断变化的气候是如何影响极端天气事件的，这引起了很多人的兴趣，"阿鲁伊说。"通常，此类研究工作基于统计分析，需要大量数据才能对不确定性有信心。我们正在采取一种基于机理分析的不同方法，这种方法减轻了其中一些要求，使我们能够更容易地了解因果关系"。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

物理学新突破：科学家测量到半粒沙的引力

物理学新突破：科学家测量到半粒沙的引力 如果存在量子引力理论，那么线索就会隐藏在最微小的尺度上，隐藏在原子和粒子之间的引力相互作用中。问题是，这些微小的相互作用会被地球巨大的引力影响所冲淡。这就好比在空转的喷气发动机下试图记录一只虫子的脚步声。如果想测量粒子之间的电磁作用，可以设置一个盒子来阻挡所有外界干扰，但却无法在重力作用下做到这一点。但现在，科学家们开发出了一种新型实验，可以抵消地球的拉力，揭示小物体之间的引力相互作用。实验的诀窍是将一个磁性粒子悬浮在一个超导陷阱中，使其与外界电磁、热量和振动完全隔离，然后将一个 2.4 千克（5.3 磅）重的砝码放在一个轮子上摇摆过去，观察粒子是否移动。果然，研究小组在这一粒子上测出了微弱的引力，其引力仅为 30 阿托尼顿（aN），而这一引力的作用点恰好与较大砝码最靠近它的时间点相对应。它的重量仅为 0.43 毫克，是迄今为止测量到的最小重力质量。之前的记录是 90 毫克大约是一只瓢虫的质量。最近的另一项研究测量了由于重力差异而导致的时间流逝在仅 1 毫米的微小距离上的差异。这一微不足道的测量，让世界更接近量子领域。如果可以在如此微小的物体上测量到引力，科学家们也许终于可以开始将这种奇怪的力量纳入我们的宇宙模型，并建立一个正确的万物理论。该研究的主要作者蒂姆-福克斯（Tim Fuchs）说："一个世纪以来，科学家们一直试图理解引力和量子力学是如何协同工作的，但都以失败告终。现在我们成功地测量到了有记录以来质量最小的引力信号，这意味着我们离最终实现引力和量子力学如何协同工作又近了一步。从这里开始，我们将利用这种技术缩小信号源的规模，直到我们达到双方的量子世界。通过了解量子引力，我们可以解开宇宙中的一些谜团比如宇宙是如何开始的，黑洞内部发生了什么，或者将所有力量统一到一个大理论中。"这项研究发表在《科学进展》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家发现不良饮食与癌症之间缺失的联系

科学家发现不良饮食与癌症之间缺失的联系 新的研究发现，一种与不健康饮食或不受控制的糖尿病有关的化学物质可能会随着时间的推移增加患癌症的风险；新的证据揭示了肿瘤的一种新的发展方式。新加坡国立大学（NUS）的研究人员发现了一些新的见解，这些见解可以阐明癌症风险与不健康饮食以及与营养不良有关的糖尿病等其他常见疾病之间的联系。这些发现对于制定促进健康老龄化的癌症预防策略也很有希望。在 Ashok Venkitaraman 教授的领导下，新加坡国立大学新加坡癌症科学研究所（CSI Singapore）和新加坡国立大学杨潞麟医学院癌症研究中心（N2CR）的科学家们与新加坡科学技术研究局（A*STAR）的同事们共同开展了这项突破性研究。新加坡癌症研究所所长文基塔拉曼教授解释说："癌症是由我们的基因与饮食、运动和污染等环境因素相互作用造成的。这些环境因素是如何增加患癌风险的，目前还不是很清楚，但如果我们要采取预防措施，帮助我们更长久地保持健康，那么了解其中的联系是至关重要的。"一种与糖尿病、肥胖症和不良饮食习惯有关的化学物质会增加患癌风险研究小组首先研究了因从父母那里继承了一份有问题的癌症基因BRCA2而面临罹患乳腺癌或卵巢癌高风险的病人。他们证明，这些患者的细胞对甲基乙二酸的影响特别敏感，而甲基乙二酸是细胞分解葡萄糖以产生能量时产生的一种化学物质。研究表明，这种化学物质会导致我们的DNA发生故障，而这正是癌症发展的早期预警信号。研究小组的研究还表明，那些没有遗传到错误的 BRCA2 基因拷贝但甲基乙二酸水平可能高于正常水平的人，如糖尿病或糖尿病前期患者（这与肥胖或不良饮食习惯有关），也会积累类似的警示信号，表明患癌症的风险较高。Venkitaraman 教授解释说："我们的研究表明，甲基乙二酸水平高的患者患癌症的风险可能更高。甲基乙二酸很容易通过血液中的 HbA1C 检测出来，它有可能被用作一种标志物。此外，高水平的甲基乙二酸通常可以通过药物和良好的饮食习惯来控制，这就为采取积极措施预防癌症的发生提供了途径。"该研究的第一作者、N2CR研究员孔立人博士补充说："我们开始这项研究的目的是了解哪些因素会增加易患癌症家庭的风险，但最终发现了一个更深层次的机制，即基本能量消耗途径与癌症发展之间的联系。这些发现提高了人们对饮食和体重控制在控制癌症风险方面的影响的认识。"肿瘤形成的新机制有趣的是，研究小组的工作还修正了一个由来已久的关于某些防癌基因的理论。这一理论被称为克努德森"两击"范式（Knudson's 'two-hit' paradigm），最早提出于 1971 年，当时有人提出，在癌症发生之前，这些基因必须在我们的细胞中永久失活。新加坡国立大学的研究小组现在发现，甲基乙二酸可以暂时使这些防癌基因失活，这表明反复出现的不良饮食习惯或未控制的糖尿病会随着时间的推移"累加"而增加患癌风险。这一新知识很可能会改变这一领域未来的研究方向。研究小组的重要发现于 2024 年 4 月 11 日发表在生物医学研究领域最具影响力的科学杂志之一《细胞》上。下一阶段的研究在新发现的基础上，研究人员计划开展进一步研究，以了解代谢紊乱（如糖尿病或不良饮食）是否会影响新加坡和其他亚洲国家的癌症风险。研究小组还希望找出他们所发现的新陈代谢、饮食和癌症之间联系的新机制，从而开发出更有效的方法来预防或推迟癌症的发生。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家在月球上发现异常岩石

科学家在月球上发现异常岩石 现在，由明斯特大学的奥塔维亚诺-吕施博士领导的一个国际研究小组首次在月球表面发现了一米大小的异常岩石，这些岩石被尘埃覆盖，可能表现出独特的性质比如磁性异常。科学家们最重要的发现是，月球上只有极少数巨石上有一层具有非常特殊反射特性的尘埃。例如，这些新发现的巨石上的灰尘反射阳光的方式与之前已知的岩石不同。这些新发现有助于科学家了解月壳的形成和变化过程。研究结果发表在《地球物理研究-行星》杂志上。月球磁异常和反射特性众所周知，月球表面有磁性异常现象，特别是在一个叫做莱纳伽马的区域附近。然而，人们从未研究过岩石是否具有磁性的问题。行星学研究所的奥塔维亚诺-吕施（Ottaviano Rüsch）在归类这一发现时说："目前对月球磁性的了解非常有限，因此这些新岩石将揭示月球及其磁核的历史。""我们首次研究了尘埃与莱纳伽马地区岩石的相互作用，更准确地说，是这些岩石反射特性的变化。例如，我们可以推断出这些大岩石对阳光的反射程度和方向"。这些图像是由美国国家航空航天局（NASA）的绕月勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter）拍摄的。利用人工智能进行月球探测研究小组最初感兴趣的是裂开的岩石。他们首先利用人工智能在约一百万张图片中搜索破裂的岩石这些图片也是由月球勘测轨道器拍摄的。伯尔尼大学太空与宜居性中心的瓦伦丁-比克尔（Valentin Bickel）说："现代数据处理方法让我们能够对全球环境有全新的认识同时，我们也不断通过这种方式发现未知物体，比如我们在这项新研究中调查的异常岩石。搜索算法确定了大约 13 万块有趣的岩石，其中一半由科学家进行了仔细研究。""我们仅在一张图片上就认出了一块有明显暗区的巨石。这块岩石与其他岩石截然不同，因为与其他岩石相比，它向太阳散射的光线较少。我们怀疑这是由于特殊的尘埃结构造成的，比如尘埃的密度和粒度，"Ottaviano Rüsch 解释说。"通常情况下，月球尘埃多孔，会将大量光线反射回照明方向。然而，当尘埃被压实时，整体亮度通常会增加。多特蒙德工业大学的马塞尔-赫斯（Marcel Hess）补充说："观测到的被尘埃覆盖的岩石并非如此。这是一个引人入胜的发现然而，科学家们对这种尘埃及其与岩石的相互作用的了解仍处于早期阶段。在接下来的几周和几个月里，科学家们希望进一步研究导致尘埃与岩石相互作用以及形成特殊尘埃结构的过程。这些过程包括，例如，由于静电荷或太阳风与当地磁场的相互作用而导致尘埃上升。未来研究与月球探索除了其他许多国际无人太空任务外，美国国家航空航天局（NASA）还将在未来几年内向雷纳伽马地区派出一个自动漫游车，以寻找类似类型的带有特殊尘埃的巨石。即使这仍然是未来的梦想，但更好地了解尘埃的运动也有助于规划人类在月球上的定居点等。毕竟，我们从阿波罗宇航员的经验中知道，尘埃会带来许多问题，如污染居住地（如空间站）和技术设备。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：