研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响

研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响 正电子冷却。欧洲核子研究中心的 AEgIS 合作小组在实验中演示了使用基于变石的激光系统对正电子进行激光冷却。资料来源：欧洲核子研究中心-米兰理工大学研究人员成功冷却了正电子原子，对反物质研究产生了重大影响，并促成了量子电动力学的新实验和反物质玻色-爱因斯坦凝聚物的可能性。被正电子束击中的多孔靶（室温）中流出的 Ps 原子的等效温度从 380 K 降至 170 K，相应地，Ps 均方根速度的横向分量也从 54 km/s 降至 37 km/s。正电子的独特性质Ps 是氢的小兄弟，正电子取代了质子。因此，它比氢轻约 2000 倍，能级降低了 2 倍。它很不稳定：在真空和基态下，两个粒子的自旋平行，它的湮灭寿命只有 142 毫微秒。在其短暂的生命周期内，必须进行 Ps 冷却，这使得这一过程相对于普通原子而言极具挑战性。使用大带宽脉冲激光器的好处是可以冷却大部分正电子云，同时延长它们的有效寿命，从而在冷却后获得更多的 Ps 供进一步实验使用。对反物质研究的影响AEgIS 实验的目的是测量反氢气的重力加速度（作为反物质弱等价原理的测试），在该实验中，最后一个加速度是通过处于激发态的 Ps 与被困反质子之间的反应获得的。Ps的速度越低，形成反氢的概率就越高，因此必须尽可能产生动能最低的Ps。推进基础科学和潜在应用获得足够"冷"的 Ps 原子对基础科学至关重要，例如，对 Ps 激发能级进行精密光谱分析，可以前所未有的精度测试量子电动力学，或用纯轻子系统测试等效原理。此外，建立一个冷铂原子集合体的可能性可以为第一个反物质玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC，已通过激光冷却普通原子获得）铺平道路，在这种状态下，量子力学现象会宏观地显现出来。正电子玻色-爱因斯坦凝聚态将导致受激湮灭，这已被提议作为产生伽马射线能量范围内的相干电磁辐射的一种方法。该成果已作为编辑亮点发表在《物理评论快报》上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员提出了基于原子尺度缺陷的永久数据存储新途径

研究人员提出了基于原子尺度缺陷的永久数据存储新途径 通过聚焦离子束将信息写入光学活性原子缺陷（左图），并利用阴极发光或光致发光（右图）读取信息。资料来源：M. Hollenbach, H. Schultheiß研究小组在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上报告说，这些缺陷是由聚焦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特能量低等特点。据最新估计，每天产生的新数据约为 3.3 亿 TB，仅在过去两年中就产生了全球 90% 的数据。如果说单纯的数字已经表明需要先进的数据存储技术，那么这绝不是与这一发展相关的唯一问题。当前存储介质的存储时间有限，需要在几年内进行数据迁移，以避免数据丢失。HZDR 离子束物理与材料研究所的 Georgy Astakhov 博士说："除了陷入永久数据迁移程序之外，这还大大增加了能源消耗，因为在此过程中会消耗大量能源。"为了缓解这一迫在眉睫的危机，Astakhov 的团队现在引入了一种基于碳化硅原子级缺陷的长期数据存储新概念。这些缺陷由聚焦的质子或氦离子束造成，并利用与缺陷相关的发光机制进行读取。传统存储设备如何受物理学制约目前，磁性存储器是追求大容量的数据存储解决方案的首选，但物理定律为可实现的存储密度设定了限制。要提高存储密度，就必须缩小磁性颗粒的尺寸。但这样一来，材料中的热波动和扩散过程就变得越来越重要，对存储时间的影响也越来越大。调整材料的磁性可能会抑制这种影响，但这是有代价的：存储信息的能量更高。同样，光学设备的性能也受到物理定律的制约。由于所谓的衍射极限，最小记录位的大小受到限制：它不能小于光波长的一半，这就设定了最大存储容量的极限。出路在于多维光学记录。碳化硅具有原子尺度的缺陷，尤其是晶格部位没有硅原子。这些缺陷是由聚焦的质子或氦离子束产生的，具有空间分辨率高、写入速度快、存储单个比特的能量低等特点。光学介质固有的存储密度衍射限制同样适用于这种的情况。研究人员通过 4D 编码方案克服了这一限制。在这里，通过控制横向位置和深度以及缺陷数量，实现了三个空间维度和额外的第四个强度维度。然后，他们通过光激发引发的光致发光来读出存储的数据。此外，通过聚焦电子束激发可观察到阴极发光，从而大大提高了存储密度。世代存储数据怎样实现根据介质保存的环境条件，存储的信息可能会再次从缺陷中消失，但考虑到他们的材料，科学家们等到了一个好消息。Astakhov说："这些缺陷的失活与温度有关，这表明在环境条件下，这些缺陷的保留时间最短可达几代。还有更多。利用近红外激光激发、现代编码技术和多层数据存储（即在多达十层碳化硅层上相互堆叠），研究小组达到了与蓝光光盘相当的面积存储密度。在数据读出时，改用电子束激发而不是光学激发，这种方式所能达到的极限相当于目前报道的原型磁带的记录面积存储密度，但存储时间更短，能耗更高。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

麻省理工学院研究人员实现前所未有的原子接近度

麻省理工学院研究人员实现前所未有的原子接近度 麻省理工学院的物理学家们开发出了一种技术，可以将原子（用箭头表示的球体）排列得比以前更紧密，最小可达 50 纳米。该研究小组计划利用这种方法将原子操纵到可以产生第一个纯磁性量子门的配置中这是新型量子计算机的关键构件。在这张图片中，磁相互作用由彩色线条表示。图片来源：研究人员提供；麻省理工学院新闻他们通常的做法是将原子冷却到静止状态，然后用激光将粒子排列到相距 500 纳米的位置这个限制是由光波长决定的。现在，麻省理工学院的物理学家们开发出了一种技术，可以将原子排列得更近，最小仅为 50 纳米。一个红血球的宽度约为 1000 纳米。物理学家在镝实验中展示了这种新方法，镝是自然界中磁性最强的原子。他们利用新方法操纵了两层镝原子，并将两层原子精确定位在 50 纳米之间。在这种极端接近的情况下，磁相互作用的强度是相隔 500 纳米的两层原子的 1000 倍。不同颜色的激光用于冷却和捕获镝原子。图片来源：研究人员提供更重要的是，科学家们能够测量原子接近所产生的两种新效应。它们增强的磁力导致了"热化"，即热量从一层传递到另一层，以及层间的同步振荡。当原子层之间的距离越远，这些效应就越弱。麻省理工学院约翰-麦克阿瑟物理学教授沃尔夫冈-凯特尔（Wolfgang Ketterle）说："我们已经把原子的间距从 500 纳米提高到 50 纳米，可以利用这一点做很多事情。在 50 纳米处，原子的行为有了很大的不同，我们正在进入一个新的领域。"凯特尔和他的同事说，这种新方法可以应用于许多其他原子，以研究量子现象。该研究小组计划利用这种技术将原子操纵成可以产生第一个纯磁性量子门的构型这是新型量子计算机的关键构件。研究小组于5月2日在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。该研究的共同作者包括第一作者、物理系研究生杜力，以及皮埃尔-巴拉尔、迈克尔-坎塔拉、朱利叶斯-德-洪德和卢宇坤他们都是麻省理工学院-哈佛超冷原子中心、物理系和电子研究实验室的成员。研究人员调整激光系统的控制电子装置。图片来源：研究人员提供为了操纵和排列原子，物理学家通常首先将原子云冷却到接近绝对零度的温度，然后使用激光束系统将原子集中到一个光学陷阱中。激光是一种具有特定波长（电场最大值之间的距离）和频率的电磁波。波长将光所能形成的最小图案限制在 500 纳米，即所谓的光学分辨率极限。由于原子会被特定频率的激光吸引，因此原子会被定位在激光强度的峰值点上。因此，现有技术对原子粒子的定位距离有限，无法用于探索更短距离内发生的现象。凯特尔解释说："传统技术止步于 500 纳米，受限的不是原子，而是光的波长。我们现在发现了一种新的光技巧，可以突破这一限制。"该团队的新方法与当前的技术一样，首先冷却原子云在这种情况下，冷却到大约 1 微开尔文，仅比绝对零度高出一线此时，原子接近静止。然后，物理学家可以使用激光将冻结的粒子移动到所需的构型中。然后，杜和他的合作者使用了两束激光，每束激光都有不同的频率（即颜色）和圆偏振（即激光电场的方向）。当这两束激光穿过超冷原子云时，原子会沿着两束激光中任何一束的偏振，向相反的方向自旋。结果，两束激光产生了两组相同的原子，只是自旋方向相反。每束激光都形成了一个驻波，即空间周期为 500 纳米的电场强度周期性模式。由于它们的偏振不同，每个驻波都能根据原子的自旋吸引和俘获两组原子中的一组。激光可以叠加和调整，使其各自峰值之间的距离小到 50 纳米，这意味着被引力吸引到各自激光峰值的原子将被同样的 50 纳米分开。但要做到这一点，激光器必须非常稳定，不受任何外部噪音的影响，例如实验中的震动甚至呼吸声。研究小组意识到，他们可以通过一根光纤来引导这两束激光，从而使它们保持稳定。杜力说："通过光纤发送两束激光的想法意味着整台机器可能会剧烈晃动，但两束激光彼此保持绝对稳定。"作为对新技术的首次测试，研究小组使用了镝原子一种稀土金属，它是元素周期表中磁性最强的元素之一，尤其是在超低温条件下。然而，在原子尺度上，该元素的磁相互作用在 500 纳米的距离上也相对较弱。就像普通冰箱磁铁一样，原子之间的磁吸引力会随着距离的增加而增加，科学家们怀疑，如果他们的新技术能将镝原子间隔到 50 纳米的距离，就可能观察到磁性原子之间原本微弱的相互作用。坎塔拉说："我们可能会突然产生磁相互作用，这种作用过去几乎可以忽略不计，但现在却非常强大。"研究小组将他们的技术应用于镝，首先对原子进行过冷处理，然后通过两束激光将原子分成两个自旋组或自旋层。他们发现，两层镝原子确实向各自的激光峰引力，这实际上将原子层分开了 50 纳米这是任何超冷原子实验所能达到的最近距离。在这种极度接近的情况下，原子的自然磁性相互作用得到了显著增强，比相距 500 纳米的原子强 1000 倍。研究小组观察到，这些相互作用产生了两种新的量子现象：集体振荡，即一层的振动导致另一层同步振动；热化，即一层纯粹通过原子的磁波动将热量传递给另一层。杜指出："到目前为止，只有当原子处于同一物理空间并发生碰撞时，它们之间才能交换热量。现在，我们看到了被真空隔开的原子层，它们通过波动的磁场交换热量。"该团队的研究成果引入了一种新技术，可用于将多种类型的原子靠近放置。他们还表明，原子放置得足够近时，会表现出有趣的量子现象，可以利用这些现象来制造新的量子材料，并有可能制造出用于量子计算机的磁驱动原子系统。坎塔拉说："我们将超分辨率方法带入了这一领域，它将成为进行量子模拟的通用工具。可能有许多变体，我们正在研究这些变体"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员创造了一种利用快速电子研究材料中慢速电子的方法

研究人员创造了一种利用快速电子研究材料中慢速电子的方法 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 然而，这些慢速电子却极难测量。有关它们在固体材料中行为的知识非常有限，科学家们往往只能依靠反复试验。不过，维也纳工业大学现已成功获得有关这些电子行为的宝贵新信息：利用快速电子直接在材料中产生慢速电子。这样就能破译以前无法通过实验获得的细节。该方法现已发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。同时产生两种电子维也纳工业大学应用物理研究所的沃尔夫冈-维尔纳（Wolfgang Werner）教授说："我们对慢速电子在材料内部（例如晶体内部或活细胞内部）的作用很感兴趣。要想找出答案，实际上必须直接在材料中建造一个小型实验室，才能直接进行现场测量。但这当然是不可能的。"Felix Blödorn、Julian Brunner、Alessandra Bellissimo、Florian Simperl、Wolfgang Werner。资料来源：维也纳工业大学迄今为止只能测量从材料中出来的电子，但这并不能告诉我们电子是在材料的哪个部位被释放出来的，以及从那时起电子发生了什么变化。维也纳科技大学的团队借助快速电子解决了这一问题，快速电子可以穿透材料并激发材料中的各种过程。例如，这些快速电子会扰乱材料正负电荷之间的平衡，从而导致另一个电子脱离其位置，以相对较低的速度移动，并在某些情况下逃离材料。现在的关键步骤是同时测量这些不同的电子："一方面，我们将电子射入材料，并测量它再次离开时的能量。另一方面，我们也同时测量哪些慢速电子从材料中出来。将这些数据结合起来，就有可能获得以前无法获得的信息。"快速电子在穿过材料的过程中损失了多少能量，可以提供它穿透材料多深的信息。这反过来又提供了有关慢速电子从其位置释放出来的深度的信息。现在可以利用这些数据来计算材料中的慢速电子释放能量的程度和方式。有关的数值理论首次可以通过这些数据得到可靠的验证。这让人大吃一惊：以前人们认为，材料中电子的释放是以级联的方式进行的：一个快速电子进入材料，撞击到另一个电子，然后将其从原处撕开，导致两个电子移动。然后，这两个电子又会从自己的位置上带走两个电子，依此类推。新数据表明，事实并非如此：相反，快速电子经历了一系列碰撞，但始终保持着大部分能量，而且在每一次相互作用中，只有一个相对较慢的电子脱离其位置。沃尔夫冈-维尔纳说："我们的新方法在非常不同的领域提供了机会。我们现在终于可以研究电子在与材料相互作用时如何释放能量了。例如，正是这种能量决定了在癌症治疗中能否摧毁肿瘤细胞，或者在电子束光刻中能否正确形成半导体结构的最精细部分。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

香港城大研究人员找到开发性能卓越的多功能电子器件的新方法

香港城大研究人员找到开发性能卓越的多功能电子器件的新方法 电子元件（包括晶体管）的微型化已经达到了一个瓶颈，给半导体的生产带来了障碍。然而，由香港城市大学（城大）材料科学专家领导的一组研究人员推出了一种新方法，利用由混合维纳米线和纳米薄片制成的晶体管，制造出多功能、高性能的电子元件。这一突破有助于简化芯片电路设计，并促进未来灵活而节能的电子设备的发展。近几十年来，随着晶体管和集成电路的不断扩展，已经开始达到物理和经济上的极限，以可控和具有成本效益的方式制造半导体器件已成为一项挑战。晶体管尺寸的进一步扩大增加了漏电流，从而增加了功率耗散。复杂的布线网络也会对功耗产生不利影响。多值逻辑（MVL）已成为克服日益增长的功耗的一项前景广阔的技术。它超越了传统二进制逻辑系统的限制，大大减少了晶体管元件及其互连的数量，从而实现了更高的信息密度和更低的功耗。人们一直致力于构建各种多值逻辑器件，包括反双极晶体管（AAT）。反双极晶体管的突破性进展反双极器件是一类正（空穴）负（电子）电荷载流子都能在半导通道内同时传输的晶体管。然而，现有的反双极型器件主要使用二维或有机材料，这些材料对于大规模半导体器件集成来说并不稳定。此外，它们的频率特性和能效也很少被探索。针对这些限制，香港城市大学协理副校长（企业）兼材料科学与工程学系副系主任何颂贤教授领导的研究团队着手研究开发信息密度更高、互连更少的反双极器件电路，并探索其频率特性。基于 GaAsSb/MoS2 异质结的三元逆变器示意图研究小组采用先进的化学气相沉积技术制造出了一种新型的混合维异质晶体管，它结合了高质量砷化镓锑纳米线和MoS2纳米片的独特性能。革命性的混维晶体管新型反双极性晶体管性能卓越。由于混维GaAsSb/MoS2结具有很强的界面耦合和带状结构排列特性，这种异质晶体管具有突出的反双极传输特性，并能实现跨导翻转。与 CMOS 技术中的传统频率倍增器相比，转导的翻转使频率响应输入的模拟电路信号加倍，从而大大减少了所需器件的数量。何教授说："我们的混维反双极晶体管可以同时实现多值逻辑电路和频率乘法器，这在反双极晶体管应用领域尚属首次。"香港城市大学教授何颂贤多值逻辑特性简化了复杂的布线网络，降低了芯片功耗。器件尺寸的缩小以及结区的缩小使器件既快速又节能，从而实现了高性能的数字和模拟电路。"何教授说："我们的研究结果表明，混合维反双极器件能够实现具有高信息存储密度和信息处理能力的芯片电路设计。迄今为止，半导体行业的大多数研究人员都专注于器件的微型化，以保持摩尔定律的发展。但是，反双极型器件的出现显示了现有基于二进制逻辑的技术的相对优越性。这项研究开发的技术代表着向下一代多功能集成电路和电信技术迈进了一大步。"这项研究还为进一步简化复杂的集成电路设计以提高性能提供了可能。这种混维反双极性器件的跨导翻转功能显示了在数字和模拟信号处理中的广泛应用，包括三元逻辑反相器、先进光电子学和倍频电路。何教授补充说："新的器件结构预示着未来多功能电子技术革命的潜力。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员开发出可抵御攻击和伪造的自毁电路

研究人员开发出可抵御攻击和伪造的自毁电路 一旦受到破坏，该系统就会提高电路上的工作电压，从而引发电迁移实际上就是将金属原子吹离原位，形成开路和空洞。类似的方法还可用于将工作电压从不到 1 伏提高到 2.5 伏左右，从而加速随时间变化的介质击穿，形成短路与损毁。Eric Hunt-Schroeder领导的团队与Marvell Technology公司合作完成了这个项目。Hunt-Schroeder 说，他是在读到研究人员能够使用扫描电子显微镜克隆基于 SRAM 的 PUF 后，受到启发而开发自毁机制的。这项技术还能有效防止假冒芯片充斥市场。Hunt-Schroeder 指出，当公司用完芯片后，他们可以确保芯片被销毁，使其毫无用处。自毁系统是会议期间重点介绍的几种新型安全技术之一。哥伦比亚大学的一个团队展示了一种能够检测电路上是否连接了探针的解决方案，这有助于抵御坏人对系统进行物理访问的攻击。与此同时，UT 奥斯汀分校的研究人员想出了一种方法，可以屏蔽来自电源和电磁源的信号。在测试中，研究小组在尝试了大约 500 次之后，就能从一个未受保护的芯片中获取密钥。而在有保护措施的情况下，即使尝试了 4000 万次，他们也无法破解密钥。 ... PC版： 手机版：