突破性研究发现液晶可用于高效和可调的自发参量下转换

突破性研究发现液晶可用于高效和可调的自发参量下转换 马克斯-普朗克光科学研究所生成光子对的研究装置。图片来源：Tanya Chekhova将单光子一分为二是量子光子学中最有用的工具之一。它可以产生纠缠光子对、单光子、挤压光以及对光量子技术至关重要的更复杂的光状态。这一过程被称为自发参量下转换（SPDC）。马克斯-普朗克光科学研究所"量子辐射"研究组组长 Maria Chekhova 教授在她的实验室。图片来源：Tanya ChekhovaSPDC 与中心对称关系密切。中心对称是指相对于某一点的对称性，例如，正方形是中心对称的，而三角形则不是。SPDC 的本质是将一个光子一分为二，它打破了中心对称。因此，只有在基本单元是中心不对称的晶体中才可能发生 SPDC。SPDC 不可能发生在普通液体或气体中，因为这些物质是各向同性的。然而，最近研究人员发现了具有不同结构的液晶，即所谓的铁电向列液晶。尽管这些材料是流动的，但却具有强烈的中心对称破缺特征。它们的分子细长、不对称，最重要的是，它们可以在外部电场的作用下重新定向。分子的重新定向会改变所产生的光子对的偏振以及产生率。如果包装得当，这种材料的样品可以成为一种非常有用的装置，因为它可以高效地产生光子对，可以很容易地用电场进行调节，还可以集成到更复杂的装置中。马克斯-普朗克光科学研究所的研究人员利用约瑟夫-斯特凡研究所（斯洛文尼亚卢布尔雅那）从默克电子公司合成的铁电向列液晶中制备的样品，首次在液晶中实现了 SPDC。纠缠光子的生成效率与厚度相近的最佳非线性晶体（如铌酸锂）一样高。只需施加几伏特的电场，他们就能开关光子对的产生，并改变这些光子对的偏振特性。这一发现开创了新一代量子光源：灵活、可调、高效。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究关注"啤酒护目镜"现象：酒精影响脸部对称性检测 但对吸引力判断影响不大

新研究关注"啤酒护目镜"现象：酒精影响脸部对称性检测 但对吸引力判断影响不大 对这种效应的一种可能解释是，酒精会削弱饮酒者发现面部不对称的能力，从而使潜在伴侣在视觉上更有吸引力。现有研究表明，人之所以能吸引他人，其中一部分原因在于其面部两侧的匹配程度。人们认为，对称性越强，基因库就越好。但在酒精的作用下，如果周围的人脸不对称，人们就不太可能注意到。然而，一项新的实验发现，虽然酒精确实会影响面部对称性检测，但对面部吸引力的判断却没有影响。朴茨茅斯大学心理学系的阿利斯泰尔-哈维（Alistair Harvey）博士说："酒精是性行为的重要预测因素，通常在约会前或约会期间饮用。饮酒者更倾向于性行为的原因可能有很多，包括缺乏抑制、期望值过高、个性特征以及啤酒护目镜效应。由于对这一主题的研究有限，我们进行了一次实地实验，以帮助确定为什么人们经常会在一次过多的性爱后经历意想不到的以及后悔莫及的性逸事"。为了收集研究结果，研究小组走访了朴茨茅斯地区的一家当地酒吧。99 名男女自愿参加了这项研究，他们的年龄从 18 岁到 62 岁不等。他们被要求对 18 张面孔的吸引力和对称性进行评分。每种类型的评分都要进行两次，一次是对不对称程度增强的面孔进行评分，另一次是对自然形态的相同面孔进行评分。然后，受试者判断两张相同面孔（一张正常，另一张完全对称）中哪一张更有吸引力，在最后一项任务中，哪一张更对称。该研究采用了一种稳健的程序，除了通常的二元方法（即参与者在一对面孔中选择更有吸引力或更对称的面孔）外，还对单个面孔进行评分。研究结果和影响正如所预测的那样，与较为清醒的饮酒者相比，严重醉酒的人更难区分自然的和完全对称的人脸。但是，醉酒程度较高的观众并没有认为这些人脸更有吸引力。不出所料，男性和女性受试者都认为自然的面孔比经过修饰的面孔更有吸引力。但令人惊讶的是，这种偏差在女性中更为明显。这篇发表在《精神药理学杂志》上的论文说，对这一发现的一种可能解释是，吸引力取决于许多因素，而这些因素只是掩盖了脸部对称性的微小影响。哈维博士补充说："我们并不否认'啤酒护目镜'效应的存在。但我们认为，在使用真人模特而不是静态照片进行实验时，这种现象更容易被发现。图片隐藏了一系列重要的吸引力视觉标准，包括身材、体型、身高、表情和服饰。因此需要进一步研究，以找到拼图中缺失的部分"。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

MIT研究人员发现由光而不是热引起的蒸发现象

MIT研究人员发现由光而不是热引起的蒸发现象 换句话说，虽然温度的波动会产生蒸发现象，但仅凭光束的力量，水也一直在因此变成水蒸气。科学家们将这一过程称为"光分子效应"，源自爱因斯坦在 1905 年对光电效应的解释。普渡大学机械工程学教授阮秀林说："由光而不是热引起蒸发的发现为光与水的相互作用提供了新的颠覆性知识。"阮秀林没有参与麻省理工学院的研究，该研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。他补充说："这可以帮助我们对阳光如何与云、雾、海洋和其他自然水体相互作用以影响天气和气候有新的认识。具有重大的潜在实际应用价值，例如太阳能驱动的高性能海水淡化。这项研究属于罕见的真正革命性的发现，这些发现不会立即被社会广泛接受，而是需要时间，有时甚至是很长时间才能得到证实。"研究人员说，光引起的蒸发和热引起的蒸发之间的区别看似不大，但它不仅会对未来蒸发项目的执行方式产生重大影响，而且还能解释涉及云层的一个长期存在的差异。大约八十年来，对云层吸收阳光的方式进行的测量经常表明，云层吸收的阳光比物理学认为可能吸收的更多。对这些云层产生的光分子效应它导致了额外的、意想不到的蒸发可能有助于解决这个难题。研究小组利用实验室设备向水中发射激光，观察光的蒸发效应 布莱斯-维克马克由于光基蒸发的发现非常惊人，麻省理工学院的研究人员进行了 14 次不同的验证实验，所有实验都支持这一发现。在使用激光进行实验的过程中，他们发现，当被称为横向磁偏振的特定偏振光以 45° 角照射到水面时，蒸发效果最强。绿光的蒸发效果也最强，这让研究小组感到惊讶，因为绿光是使水看起来最透明的颜色，因为它与水的相互作用最小。"手稿中的观察结果指出了一种新的物理机制，它从根本上改变了我们对蒸发动力学的看法，"佐治亚理工学院机械工程副教授 Shannon Yee 说，他也没有参与这项工作。"谁能想到，我们还在学习像水蒸发这样的常识呢？"已经有一些公司与研究人员接触，认为光分子效应可以帮助他们的业务，其中包括一家公司希望将其用于纸厂的纸张干燥，另一家公司则希望利用这一过程蒸发糖浆。虽然这些应用可能是可行的，但研究人员认为，更多的工作将使他们的研究成果成倍受益。研究报告的合著者、麻省理工学院动力工程教授陈刚说："这种现象应该非常普遍，我们的实验实际上只是一个开始。证明和量化这种效应所需的实验非常耗时。从了解水本身，到扩展到其他材料、其他液体甚至固体，都存在很多变数。" ... PC版： 手机版：

突破性新数据帮助研究人员了解北极冰川消失的细节

突破性新数据帮助研究人员了解北极冰川消失的细节 《地球系统科学数据》（Earth System Science Data）杂志刊登了这一创新数据集，为更好地了解冰川崩裂或冰山破裂背后的机制提供了重要工具，有助于加深我们对斯瓦尔巴群岛和北极地区冰川消失背后的气候驱动因素的了解。在过去的几十年里，冰川的大量消失速度加快，大大加剧了全球海平面的上升。然而，人们对冰川消失背后的许多机制，尤其是海洋末端冰川的融冰动力学，还不甚了解。"这项新研究使用了最先进的深度学习模型，利用高分辨率卫星图像，以前所未有的密度生成了斯瓦尔巴特潮水冰川38年的凿冰前沿变化记录，"欧盟资助的北极PASSION项目研究员、布里斯托尔冰川学中心的Tian Li博士说，他也是这项研究的第一作者。斯瓦尔巴的大部分海洋末端冰川都在消退，只有几处例外。图片来源：Tian Li 博士数据集包括近125000条冰川融化前沿痕迹，结果显示斯瓦尔巴群岛的大部分冰川都呈后退趋势。利用广泛的卫星数据目录，研究人员能够分析季节和年度变化，并捕捉到冰川在短时间内大幅移动的突增事件的时间。这些发现有助于更好地了解和预测北极地区未来的冰川流失。Tian Li说："该数据集可用于改进斯瓦尔巴潮汐冰川的质量平衡评估。此外，它还有助于探索控制冰川崩落的驱动因素和过程。这对于了解冰川融化动态至关重要，而冰川融化动态是冰川如何应对气候变化的关键指标。"该数据集是Arctic PASSION建立北极冰冻圈系统关键气候变量改进观测系统工作成果的一部分，也将被纳入Arctic PASSION建立北极陆冰端到端业务预报和监测系统的工作中。展望未来，研究团队计划将该方法应用于北极地区的所有其他潮水冰川。斯瓦尔巴数据产品在线平台可在这里找到： ... PC版： 手机版：

日本研究人员找到将塑料垃圾转化为化学宝藏的突破性新方法

日本研究人员找到将塑料垃圾转化为化学宝藏的突破性新方法 北海道大学的研究人员开发出了一种开创性的方法，通过利用塑料废弃物引发自由基链式反应来解毒有害化学物质，从而实现塑料废弃物的再利用。这种方法既提高了安全性和效率，又解决了塑料垃圾的环境问题，为可持续发展和具有经济吸引力的化学工艺铺平了道路。艺术想象图描绘了从塑料纤维中产生的被称为自由基的极高活性分子。图片来源：Koji Kubota 和 Hajime Ito北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）的研究人员领导的研究小组开发出一种方法，利用普通塑料材料而不是潜在的爆炸性化合物来引发自由基链式反应。这种方法大大提高了过程的安全性，同时还提供了一种重新利用聚乙烯和聚醋酸乙烯等普通塑料的方法。这些研究成果已发表在《美国化学学会杂志》上。(上图）利用机械力引发自由基链式反应的一般方案。(下图）利用杂货袋碎片在球磨罐中引发反应。资料来源：Koji Kubota 等人，《美国化学学会杂志》。2023 年 12 月 22 日研究人员利用球磨机（一种在钢罐中快速摇动钢球以混合固体化学物质的机器）进行研究。当钢球撞击塑料时，机械力会打破化学键，形成自由基，自由基具有高活性的非键电子。这些自由基促进了自我维持的链式反应，从而促进了有机卤化物的脱卤反应，即用氢原子取代卤原子。"使用商品塑料作为化学试剂是有机合成的一个全新视角，"Koji Kubota 副教授说。"我相信，这种方法不仅能开发出安全、高效的基于自由基的反应，还能为利用废塑料这一严重的社会问题提供新的途径"。北海道大学化学反应设计与发现研究所（WPI-ICReDD）研究团队的 Koji Kubota 副教授（左）和 Hajime Ito 教授（右）。资料来源：WPI-ICReDD在球磨罐中加入普通杂货袋的塑料碎片并成功进行反应，证明了废塑料的再利用。研究小组还展示了他们的方法可用于处理工业中广泛使用的剧毒多卤化合物。他们利用聚乙烯引发自由基反应，从一种常用于阻燃剂的化合物中去除多个卤原子，从而降低了其毒性。研究人员预计，由于这种方法在成本和安全性方面的优势，它将赢得业界的关注。Hajime Ito 教授评论说："我们的新方法使用稳定、廉价和丰富的塑料材料作为自由基链式反应的引发剂，在促进开发具有工业吸引力、安全和高效的化学工艺方面具有巨大潜力。"这项研究得到了日本学术振兴会、日本科学技术振兴机构和日本文部科学省的资助。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

剑桥大学研究人员开发出一种生产低排放混凝土的突破性方法

剑桥大学研究人员开发出一种生产低排放混凝土的突破性方法 这种方法被研究人员称为"绝对的奇迹"，它利用电弧炉（常用于钢材回收）同时回收水泥（混凝土的主要碳密集元素）。混凝土是地球上使用量仅次于水的第二大材料，其排放量约占人为二氧化碳排放总量的 7.5%。如何在满足全球需求的同时减少混凝土的排放，是全球最大的脱碳挑战之一。剑桥大学的研究人员发现，废水泥是石灰助熔剂的有效替代品，石灰助熔剂在钢材回收过程中用于去除杂质，通常最终成为一种被称为炉渣的废品。但用废旧水泥替代石灰后，最终产品是可用于制造新混凝土的再生水泥。剑桥大学的研究人员在《自然》杂志上报道了他们开发的水泥回收方法，这种方法不会给混凝土或钢材的生产增加大量成本，而且由于减少了对石灰助熔剂的需求，大大降低了混凝土和钢材的排放量。零排放的测试和潜力该项目的合作伙伴材料加工研究所（Materials Processing Institute）最近进行的测试表明，可在电弧炉（EAF）中大规模生产再生水泥，这是首次实现这一目标。如果电弧炉由可再生能源驱动，这种方法最终可以生产出零排放的水泥。剑桥大学工程系的朱利安-艾尔伍德教授是这项研究的负责人，他说："我们与建筑行业的成员就如何减少该行业的排放量举行了一系列研讨会。这些讨论产生了很多好主意，但有一点他们无法或不愿考虑，那就是一个没有水泥的世界。"在英国材料加工研究所的电弧炉中首次生产电水泥的照片。资料来源：材料加工研究所混凝土由沙子、砾石、水和作为粘合剂的水泥制成。虽然水泥在混凝土中所占的比例很小，但却造成了近 90% 的混凝土排放量。水泥是通过一种名为"熟料"的工艺制成的，在这种工艺中，石灰石和其他原材料被粉碎，并在大型窑炉中被加热到约 1450°C 的温度。这一过程将原料转化为水泥，但在石灰石脱碳转化为石灰的过程中会释放出大量的二氧化碳。替代材料的挑战过去十年来，科学家们一直在研究水泥的替代品，并发现混凝土中大约一半的水泥可以用粉煤灰等替代材料代替，但这些替代材料需要被剩余的水泥化学激活才能硬化。Allwood说："这也是一个数量问题我们没有足够的替代品来满足全球每年约40亿吨的水泥需求。我们已经找到了低悬果实，可以通过精心混合和掺和来帮助我们减少水泥用量，但要想一直实现零排放，我们需要开始跳出固有思维。"第一作者、工程系的 Cyrille Dunant 博士说："我在以前的工作中就有一个模糊的想法，如果有可能粉碎旧混凝土，取出沙子和石子，加热水泥就能去除水分，然后就能重新形成熟料。液态金属浴将有助于这种化学反应的进行，而用于回收钢材的电弧炉则很有可能。我们必须尝试一下。"在英国材料加工研究所的电弧炉中首次生产电水泥的照片。资料来源：材料加工研究所熟化过程需要热量和正确的氧化物组合，所有这些都存在于废旧水泥中，但需要重新激活。研究人员测试了一系列由拆除废料制成的炉渣，并添加了石灰、氧化铝和二氧化硅。炉渣在材料加工研究所的电弧炉中与钢水一起加工，然后迅速冷却。"我们发现水泥熟料和氧化铁的组合是一种极好的炼钢熔渣，因为它发泡且流动性好，"Dunant 说。"如果平衡得当，炉渣冷却得足够快，最终就能得到活性水泥，而不会增加炼钢工艺的任何成本。"通过这种回收工艺制作的水泥比传统水泥含有更多的氧化铁，但研究人员表示，这对水泥的性能影响不大。剑桥电动水泥工艺的规模一直在迅速扩大，研究人员表示，到 2050 年，他们的年产量将达到 10 亿吨，大约相当于目前水泥年产量的四分之一。"生产零排放水泥绝对是一个奇迹，但我们还必须减少水泥和混凝土的用量，"Allwood 说。"混凝土既便宜又结实，而且几乎可以在任何地方制造，但我们却用得太多了。我们可以在不影响安全的情况下大幅减少混凝土的用量，但这需要政治意愿。剑桥电动水泥不仅是建筑行业的一次突破，我们还希望它能成为一面旗帜，帮助政府认识到，在实现零排放的道路上，创新的机会远远超出了能源领域。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：