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：

新设计大大延长了等离子体火炬的使用寿命

新设计大大延长了等离子体火炬的使用寿命 一项突破性设计将等离子体火炬的使用寿命从数天延长到数年，克服了重大的技术挑战，并可能因其更高的效率和可持续性而给多个行业带来革命性的变化。等离子体割炬是产生热等离子体的设备，因其能有效产生高温等离子体而在各行各业中举足轻重。它可应用于低碳冶金、粉末球化、碳材料制备和先进材料喷涂等多个领域。然而，其有限的使用寿命阻碍了其大规模应用。传统的固定阴极在耗尽后必须更换，导致寿命短、维护成本高。在这项研究中，研究人员开发了一种连续进给阴极系统，可以快速补充已磨损的阴极。这种操作消除了使用寿命的限制，使等离子火焰的运行寿命几乎无限。"设计克服了五大难关，"已经监督这项实验长达 160 个小时的高级工程师李军说，"这包括导电、导热、密封、水冷和连续推进机制。对于传统等离子火焰来说，160 小时标志着结束，但在这里，这仅仅是个开始。"这一重大进步推动了等离子体应用的产业化，开创了一个高效和可持续发展的新时代。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型突触晶体管可模仿人脑的综合处理和记忆能力

新型突触晶体管可模仿人脑的综合处理和记忆能力 研究人员开发出一种新型突触晶体管，可模仿人脑的综合处理和记忆能力。这种器件可在室温下工作，具有高能效，并能执行联想学习等复杂的认知任务，是人工智能领域的一大进步。图片来源：Xiaodong Yan/美国西北大学尽管之前的研究利用类似的策略开发出了类脑计算设备，但这些晶体管无法在低温环境下工作。相比之下，新设备在室温下也能稳定运行。它的运行速度也很快，能耗极低，即使断电也能保留存储的信息，因此非常适合实际应用。这项研究最近发表在《自然》杂志上。模仿大脑的效率"在数字计算机中，数据在微处理器和内存之间来回移动，这会消耗大量能量，并在尝试同时执行多项任务时造成瓶颈。另一方面，在大脑中，内存和信息处理位于同一位置并完全集成，因此能效要高出几个数量级。我们的突触晶体管同样实现了同时记忆和信息处理的功能，从而更忠实地模拟了大脑"。西北大学的马克-赫萨姆（Mark C. Hersam）表示，他是这项研究的共同负责人。赫萨姆是西北大学麦考密克工程学院材料科学与工程系沃尔特-墨菲（Walter P. Murphy）教授。他还是材料科学与工程系主任、材料研究科学与工程中心主任和国际纳米技术研究所成员。Hersam 与波士顿学院的 Qiong Ma 和麻省理工学院的 Pablo Jarillo-Herrero 共同领导了这项研究。发展背后的驱动力人工智能（AI）的最新进展促使研究人员开发出更像人脑一样运行的计算机。传统的数字计算系统拥有独立的处理和存储单元，导致数据密集型任务消耗大量能源。随着智能设备不断收集大量数据，研究人员正努力寻找新的方法来处理这些数据，同时又不会消耗越来越多的电能。目前，忆阻器（或称"memristor"）是最先进的技术，可以同时执行处理和存储功能。但是，忆阻器仍然存在开关能耗高的问题。"几十年来，电子技术的模式一直是用晶体管制造一切，并使用相同的硅架构，"赫萨姆说。"通过在集成电路中集成越来越多的晶体管，我们已经取得了长足的进步。不能否认这一战略的成功，但它是以高能耗为代价的，尤其是在当前的大数据时代，数字计算正朝着压倒电网的方向发展。我们必须重新思考计算硬件，尤其是人工智能和机器学习任务。"使用摩尔纹的创新设计为了重新思考这一范式，赫萨姆和他的团队探索了摩尔纹物理学的新进展。摩尔纹是一种几何设计，当两个图案相互叠加时就会出现。当二维材料堆叠在一起时，就会产生单层材料所不具备的新特性。当这些层被扭曲形成摩尔纹图案时，电子特性前所未有的可调谐性就成为可能。在新设备中，研究人员结合了两种不同类型的原子薄材料：双层石墨烯和六方氮化硼。这两种材料堆叠在一起并有意扭曲时，会形成摩尔纹。通过相对旋转一层，研究人员可以在每层石墨烯中实现不同的电子特性，即使它们之间只有原子尺度的距离。通过正确选择扭曲方式，研究人员利用摩尔纹物理学在室温下实现了神经形态功能。赫萨姆说："有了扭曲这个新的设计参数，就有了大量的排列组合。石墨烯和六方氮化硼在结构上非常相似，但又有足够的不同，因此能产生异常强烈的摩尔纹效应。"先进的功能和测试为了测试这种晶体管，赫萨姆和他的团队训练它识别相似但不完全相同的图案。就在本月早些时候，赫萨姆推出了一种新型纳米电子设备，能够以节能的方式分析和分类数据，但他的新型突触晶体管将机器学习和人工智能又向前推进了一步。赫萨姆说："如果人工智能的目的是模仿人类的思维，那么最低级的任务之一就是对数据进行分类，也就是简单的分门别类。我们的目标是推动人工智能技术向更高层次的思维方向发展。现实世界的条件往往比当前的人工智能算法所能处理的更为复杂，因此我们在更为复杂的条件下测试了我们的新设备，以验证其先进的能力。"首先，研究人员向设备展示了一种模式：000（连续三个零）。然后，他们要求人工智能识别类似的图案，如 111 或 101。赫萨姆解释说："如果我们训练它检测出 000，然后给它 111 和 101，它就会知道 111 比 101 更类似于 000。000和111并不完全相同，但都是连续的三位数字。识别这种相似性是一种更高层次的认知形式，被称为联想学习"。在实验中，这种新型突触晶体管成功识别了类似的图案，展示了它的联想记忆能力。即使研究人员抛出了难题比如给它不完整的图案它仍然成功地展示了联想学习能力。目前的人工智能很容易被混淆，这在某些情况下会造成重大问题。想象一下，如果你正在使用一辆自动驾驶汽车，而天气状况却在恶化。车辆可能无法像人类驾驶员那样很好地解读更复杂的传感器数据。但即使我们给晶体管提供了不完美的输入，它仍然可以识别出正确的反应。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

里程碑式的发现揭开晶体形成背后的秘密

里程碑式的发现揭开晶体形成背后的秘密 时至今日，人类对水晶魔力的痴迷依然充斥着科学家们的头脑，他们开发出了各种方法将水晶用于治疗疟疾、太阳能电池、半导体、催化剂和光学元件等各个方面。多年来，晶体已成为现代文明技术的重要组成部分。休斯顿大学弗兰克-沃利（Frank Worley）化学与生物分子工程学教授彼得-维基洛夫（Peter Vekilov）发表论文称，分子与晶体的结合分为两个步骤，中间还存在一个中间状态。资料来源：休斯顿大学因此，对于历史学家来说，如果要制作一个跨越一百万年的晶体魅力和研究时间表，那么休斯顿大学化学和生物分子工程系弗兰克-沃利（Frank Worley）教授彼得-维基洛夫（PeterVekilov）在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表文章，解答晶体是如何形成以及分子是如何成为晶体的一部分的时间，就是 2024 年 1 月。维基洛夫说："几十年来，晶体生长研究人员一直梦想着阐明进入的分子与晶体表面接受它们的独特位点扭结之间的化学反应。这种反应的机理，即特征时间尺度和长度尺度、可能的中间产物及其稳定性，60 多年来一直是难以捉摸和猜测的"。加深理解的主要障碍是缺乏有关分子如何加入的数据，以及分子从溶液到其生长地的复杂过程。Vekilov 使用 NanoRacer（使用原子力显微镜）高速扫描样品，获得晶体分子结构的重要信息。资料来源：休斯顿大学为了揭示溶解在液体中的分子（溶质）与扭结之间的化学反应，Vekilov 采用了两种转化策略，一种是使用全有机对，另一种是使用四种具有不同结构和功能的溶剂。在研究分子时，他结合了最先进的实验技术，包括近分子分辨率的时间分辨原位原子力显微镜、X 射线衍射、吸收光谱和扫描电子显微镜。就在那时，维基洛夫有了一个革命性的发现：结晶的结合可能分为两个步骤，中间有一个中间状态，这个中间状态的稳定性是晶体生长的关键。它基本上决定了晶体形成的快慢，因为它影响到晶体在形成过程中能否轻易地与其他物质结合。虽然这些新发现并不能追溯到智人时代，但它们为维基洛夫解开了一个长达 40 年的谜题。维基洛夫手持磷酸二氢钾（KDP）晶体。图片来源：休斯顿大学他说："中间态的概念及其在晶体生长中的决定性作用，驳斥并取代了我的博士生导师 A.A. Chernov 在该领域提出的主流观点，即晶体生长的激活障碍由溶液体中溶质与溶剂的相互作用决定。"由中间状态介导的两步掺入新模式有助于理解液体中的小分子如何影响自然界中晶体的详细形状。同样重要的是，这一范例将指导人们寻找能稳定中间状态的溶剂和添加剂，以减缓不希望出现的多晶体等的生长。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

全球预期寿命延长了6.2岁 然而COVID-19破坏了这一进展

全球预期寿命延长了6.2岁 然而COVID-19破坏了这一进展 预期寿命的地区差异尽管 COVID-19 大流行带来了挑战，但研究人员发现，东南亚、东亚和大洋洲超级地区在 1990 年至 2021 年期间的预期寿命净增幅度最大（8.3 岁），这主要归功于慢性呼吸道疾病、中风、下呼吸道感染和癌症死亡率的降低。该超级区域对 COVID-19 大流行病的有力管理有助于保持这些成果。在 1990 年至 2021 年期间，南亚的预期寿命净增长在超级区域中位居第二（7.8 岁），这主要归功于腹泻疾病导致的死亡率急剧下降。这项研究的第一作者之一、美国卫生计量与评估研究所（IHME）首席研究科学家Liane Ong博士说："我们的研究展现了一幅细致入微的世界卫生图景。一方面，我们看到各国在预防腹泻和中风死亡方面取得了巨大成就。"同时，我们也看到 COVID-19 大流行给我们带来了多大的损失。"COVID-19 对全球健康的影响研究还强调了 COVID-19 如何 30 年来首次彻底改变了五大死因。COVID-19 取代了长期占主导地位的杀手中风，成为全球第二大死因。这项研究提供了《2021 年全球疾病负担研究》（GBD）的最新估计数据。作者发现，COVID-19 流行病打击最严重的超级地区是拉丁美洲和加勒比海地区以及撒哈拉以南非洲地区，这两个地区在 2021 年因 COVID-19 而损失的预期寿命年数最多。在记录 COVID-19 大流行造成的巨大生命损失的同时，研究人员还指出了每个超级地区预期寿命延长的原因。从不同的死亡原因来看，研究发现肠道疾病（包括腹泻和伤寒）造成的死亡人数急剧下降。从 1990 年到 2021 年，这些改善使全世界的预期寿命延长了 1.1 岁。在此期间，下呼吸道感染造成的死亡减少使全球预期寿命增加了0.9岁。在预防其他原因导致的死亡方面取得的进展也推动了全球预期寿命的提高，包括中风、新生儿疾病、缺血性心脏病和癌症。就每种疾病而言，死亡人数的减少在 1990 年至 2019 年期间最为明显。改善健康状况的地区成功案例在区域一级，撒哈拉以南非洲东部的预期寿命增长幅度最大，在 1990 年至 2021 年期间猛增了 10.7 岁。腹泻疾病的控制是该地区预期寿命提高的主要原因。东亚的预期寿命增幅位居第二；该地区成功减少慢性阻塞性肺病造成的死亡起到了关键作用。GBD 2021 研究测量了全球、地区、国家和国家以下各级按死因分列的死亡率和寿命损失年数。分析将特定死因与预期寿命的变化联系起来。这项研究不仅揭示了导致预期寿命增减的疾病，还研究了不同地区的疾病模式是如何随着时间的推移而变化的，正如作者所写的那样，这是一个"加深我们对降低死亡率战略的理解的机会......[这]可能会揭示成功实施公共卫生干预措施的地区"。《2021 年世界卫生发展报告》重点介绍了在预防重大疾病和伤害致死方面取得巨大进步的地方。它还强调了一些负担最重的疾病目前如何集中在某些地方，突出了干预的机会。例如，2021 年，肠道疾病造成的死亡主要集中在撒哈拉以南非洲和南亚。对于另一种疾病疟疾，研究人员发现，90%的死亡发生在仅有世界12%人口居住的地区，从撒哈拉以南非洲西部经中非到莫桑比克的一片土地上。这项研究的第一作者之一、IHME 国家以下各级疾病负担估算主任 Mohsen Naghavi 教授说："我们已经知道如何避免儿童死于肠道感染（包括腹泻病），而且在抗击这种疾病方面已经取得了巨大进展。"他补充说："现在，我们需要集中精力预防和治疗这些疾病，加强和扩大免疫计划，并开发针对大肠杆菌、诺如病毒和志贺氏杆菌的全新疫苗。"除了提供有关 COVID-19 的新见解外，该研究还揭示了糖尿病和肾病等非传染性疾病带来的日益严重的威胁，这些疾病在每个国家都在增加。研究人员还指出，缺血性心脏病、中风和癌症等疾病的防治进展并不均衡。高收入国家降低了多种非传染性疾病的死亡率，但许多低收入国家却没有。该研究的资深作者、IHME高级研究经理伊夫-伍尔（Eve Wool）说："国际社会必须确保即使在资源有限的情况下，所有国家的人们都能获得在大多数高收入国家减少了缺血性心脏病、中风和其他非传染性疾病死亡人数的救生工具。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍

新的充电算法可将锂离子电池的寿命延长一倍 柏林亥姆霍兹中心（HZB）和柏林洪堡大学的一个欧洲研究小组开发出一种替代充电方案，使锂离子电池的寿命比现在更长。研究结果表明，通过改变充电器向电解质材料输送电流的方式，电池在经过数百次放电-充电循环后仍能保持较高的能量容量。锂离子电池是一种结构紧凑、坚固耐用的能源容器，已成为人们的宠儿。电动汽车和电子设备都依赖于它们，但随着电解质穿过分隔阳极和阴极的薄膜，它们的容量会逐渐降低。目前最好的商业级锂离子电池使用的电极由一种名为 NMC532 的化合物和石墨制成，使用寿命长达 8 年。传统的充电方式是使用恒定电流（CC）的外部电能。研究分析了使用 CC 充电时电池样品的情况，发现阳极的固体电解质界面（SEI）"明显变厚"。此外，他们还在 NMC532 和石墨电极结构中发现了更多裂纹。较厚的 SEI 和电极上较多的裂缝意味着锂离子电池容量的显著损失。因此，研究人员开发了一种基于脉冲电流（PC）的充电协议。使用新的 PC 协议对电池充电后，研究小组发现 SEI 接口变薄了很多，电极材料发生的结构变化也更少。研究小组利用欧洲两个领先的粒子加速同步加速器设施"BESSY II"和"PETRA III"进行了脉冲电流充电实验。他们发现，PC 充电可促进石墨中锂离子的"均匀分布"，从而减少石墨颗粒中的机械应力和裂纹。该方案还能抑制 NMC532 阴极的结构退化。研究表明，方波电流的高频脉冲效果最好。测试表明，PC 充电可使商用锂离子电池的使用寿命延长一倍，容量保持率达到 80%。这项研究的共同作者、柏林工业大学教授 Julia Kowal 博士说："脉冲充电可以在电极材料和界面的稳定性方面带来许多优势，并大大延长电池的使用寿命。" ... PC版： 手机版：