科学家发现光与磁之间的突破性联系

科学家发现光与磁之间的突破性联系 耶路撒冷希伯来大学应用物理和电气工程研究所自旋电子学实验室主任阿米尔-卡普亚教授宣布了光磁相互作用领域的一项关键性突破。该团队的这一意外发现揭示了光学激光束控制固体磁性状态的机制，有望在各行各业得到切实应用。卡普亚教授说："这一突破标志着我们对光与磁性材料之间相互作用的理解发生了范式转变。它为光控高速存储技术，特别是磁阻随机存取存储器（MRAM）和创新光学传感器的开发铺平了道路。事实上，这一发现标志着我们对光磁动力学理解的重大飞跃。"利用光束进行磁记录（应用）。资料来源：Amir Capua与光辐射的快速行为相比，磁铁的反应速度较慢，因此通常较少受到关注。通过研究，研究小组得出了一个新的认识：快速振荡光波的磁性成分具有控制磁铁的能力，从而重新定义了物理原理关系。有趣的是，他们发现了一种描述相互作用强度的基本数学关系，它将光的磁场振幅、频率和磁性材料的能量吸收联系在一起。这一发现与量子技术领域密切相关，并结合了迄今为止几乎没有重叠的两个科学界的原理："我们是利用量子计算和量子光学界公认的原理，但在自旋电子学和磁学界却不太适用的原理，才得出这一认识的，当磁性材料和辐射处于完全平衡状态时，二者之间的相互作用已被充分证实。然而，迄今为止，人们对辐射和磁性材料不平衡的情况只做了非常片面的描述。这种非平衡状态是量子光学和量子计算技术的核心。我们借用量子物理学的原理，对磁性材料中的这种非平衡状态进行了研究，从而获得了磁体甚至可以对光的短时间尺度做出反应的基本认识。此外，这种相互作用被证明是非常重要和有效的。我们的发现可以解释过去二三十年间报道的各种实验结果。"这一发现具有深远的意义，特别是在利用光和纳米磁体进行数据记录的领域。它预示着超高速、高能效光控 MRAM 的潜在实现，以及各行各业信息存储和处理领域的重大变革。此外，在发现这一发现的同时，研究小组还推出了一种能够检测光的磁性部分的专用传感器。与传统传感器不同的是，这种尖端设计提供了各种应用的多功能性和集成性，有可能彻底改变以各种方式利用光的传感器和电路设计。这项研究由自旋电子学实验室的博士候选人 Benjamin Assouline 负责，他在这一突破性发现中发挥了至关重要的作用。由于认识到这一突破的潜在影响，该团队已申请了多项相关专利。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

突破性人体研究证实"神奇材料"石墨烯是安全的

突破性人体研究证实"神奇材料"石墨烯是安全的 临床试验透视首次人体受控接触临床试验使用的是超纯氧化石墨烯薄膜一种与水兼容的材料。研究人员表示，还需要进一步研究这种氧化石墨烯材料或其他形式的石墨烯是否会产生不同的效果。研究小组还希望确定，长时间接触这种比头发丝还要细几千倍的材料是否会带来额外的健康风险。科学家于 2004 年首次分离出石墨烯，并将其誉为"神奇"材料。可能的应用领域包括电子产品、手机屏幕、服装、涂料和水净化。全世界都在积极探索石墨烯，以帮助对癌症和其他健康问题进行有针对性的治疗，并以植入式设备和传感器的形式使用石墨烯。不过，在用于医疗之前，所有纳米材料都需要经过测试，以确定是否存在潜在的不良影响。研究方法和结果爱丁堡大学和曼彻斯特大学的研究人员招募了 14 名志愿者，在严格控制的接触和临床监测条件下参与研究。志愿者们在从荷兰国家公共卫生研究所带到爱丁堡的一个专门设计的移动暴露室中骑自行车时，通过面罩呼吸了这种物质两个小时。在暴露前和每隔两小时测量一次对肺功能、血压、凝血和血液中炎症的影响。几周后，志愿者被要求返回诊所，重复接触不同大小的氧化石墨烯或清洁空气，以进行比较。结果发现，石墨烯对肺功能、血压或其他大多数生物参数没有不良影响。不过，研究人员注意到，吸入这种材料可能会影响血液凝结的方式，但他们强调这种影响非常小。结论和未来方向爱丁堡大学心血管科学中心的马克-米勒（Mark Miller）博士说："石墨烯等纳米材料前景广阔，但我们必须确保它们是以安全的方式制造的，然后才能更广泛地应用于我们的生活。能够在人体志愿者身上探索这种独特材料的安全性，是我们在了解石墨烯如何影响人体方面迈出的一大步。通过精心设计，我们可以安全地充分利用纳米技术"。曼彻斯特大学和巴塞罗那加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所（ICN2）的科斯塔斯-科斯塔雷洛斯（Kostas Kostarelos）教授说："这是有史以来第一项涉及健康人群的对照研究，它证明了非常纯净的氧化石墨烯（具有特定的尺寸分布和表面特征）可以进一步开发，从而最大限度地降低对人类健康的危害。""我们花了十多年的时间，从材料和生物科学的角度，同时也从临床能力的角度，通过召集该领域的一些世界顶尖专家，安全地开展了这项受控研究"。英国心脏基金会首席科学与医学官布莱恩-威廉姆斯（Bryan Williams）教授说："这种石墨烯可以安全地开发出来，而且短期副作用极小，这一发现为开发新设备、创新治疗方法和监测技术打开了大门。我们期待在更长的时间内看到更大规模的研究，以更好地了解我们如何安全地使用石墨烯等纳米材料，在向患者提供救命药物方面取得飞跃。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

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：

新型超快激光技术可改善肿瘤放射治疗效果

新型超快激光技术可改善肿瘤放射治疗效果 这项应用是国家科学研究院（INRS）先进激光光源实验室（ALLS）的研究团队在能源材料电信研究中心（EMT Centre）主任弗朗索瓦-莱加雷（François Légaré）教授指导下开展的最新工作中发现的。同时也是与麦吉尔大学健康中心（MUHC）的医学物理学家合作的成果。该团队的研究成果发表在《激光与光子学评论》（Laser & Photonics Reviews）杂志上，其惊人的结果使人们对高功率激光脉冲的某些知识产生了质疑，而这些知识已成为科学界的共识。国家科学研究中心 EMT 中心主任弗朗索瓦-莱加雷（François Légaré）说："我们首次证明，在特定条件下，激光束在环境空气中紧密聚焦，可以加速电子，使其能量达到 MeV（兆电子伏特）范围，与用于癌症放射治疗的某些辐照装置的能量数量级相同。"从左至右Steve MacLean（无限潜能实验室首席技术官）、Sylvain Fourmaux（法国国家科研中心助理研究员）、François Fillion-Gourdeau（无限潜能实验室助理研究员）、Stéphane Payeur（法国国家科研中心研究员）、Simon Vallières（法国国家科研中心博士后研究员）和 François Légaré（EMT 中心主任）。资料来源：国家科研所在环境空气中聚焦足够高强度的激光脉冲会在焦点处产生等离子体，这一点已经得到证实。该等离子体是电子源，最多可将电子加速到几千电子伏（keV）的能量。直到最近，由于物理限制，在环境空气中还无法达到更高的能量。研究小组能够证明，在环境空气中加速的电子能够达到 MeV（兆电子伏特）范围内的能量，或者说比以前无法逾越的极限高出约 1000 倍。更好的癌症治疗方法国家科学研究中心 EMT 中心团队的突破为医学物理学的重大进展打开了大门。一个典型的例子就是FLASH放射疗法，这是一种治疗对传统放射疗法有抵抗力的肿瘤的新方法。这种技术可以在极短的时间内（微秒而不是几分钟）提供高剂量的放射线。这可以更好地保护肿瘤周围的健康组织。这种"闪光"效应在研究中还不太清楚，但似乎涉及健康组织的快速脱氧，降低了它们对辐射的敏感性。实验装置。超短红外激光脉冲在环境空气中紧密聚焦，产生高剂量的电离辐射。资料来源：Simon Vallières（法国国家科学研究中心）"没有任何研究能够解释 FLASH 效应的本质。不过，FLASH 放射疗法中使用的电子源与我们在环境空气中强烈聚焦激光产生的电子源具有相似的特性。"博士后研究员、该研究第一作者西蒙-瓦利埃尔（Simon Vallières）说："一旦辐射源得到更好的控制，进一步的研究将使我们能够探究FLASH效应的原因，并最终为癌症患者提供更好的放射治疗。"更安全的处理这一发现具有具体的意义。首先，在处理环境空气中紧密聚焦的激光束时需要格外小心。"观测到的电子能量（兆电子伏）使它们能够在空气中飞行三米多远，或在皮肤下飞行几毫米。"Simon Vallières解释说："这给激光源的使用者带来了辐射风险。"此外，通过在放射源附近进行测量，研究小组观察到电子辐射剂量率很高，是传统放射治疗所用剂量率的三到四倍。西蒙-瓦利埃尔说："发现这种辐射危害是在实验室实施更安全操作的一个机会。这位年轻的研究人员指出，在环境空气中处理高度集中的激光束必须小心谨慎，科学家们需要避免接触高剂量的辐射，因为它们对人体健康有害。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家在突破性实验中展示了有效的聚变“火花塞”

科学家在突破性实验中展示了有效的聚变“火花塞” 罗切斯特大学激光能效实验室在进行直接驱动惯性聚变实验时从欧米茄靶室内部看到的景象。科学家们向装有氘和氚燃料的小胶囊发射了28千焦耳的激光能量，使胶囊发生内爆，产生足够热的等离子体，从而引发燃料核之间的聚变反应。内爆中心的温度高达 1 亿摄氏度（1.8 亿华氏度）。内爆的速度通常为每秒 500 到 600 公里（每小时 110 到 135 万英里）。内核的压力是大气压力的 800 亿倍。图片来源：罗切斯特大学激光能学实验室/尤金-科瓦卢克（Eugene Kowaluk）摄在《自然-物理》（Nature Physics）杂志刊登的两篇研究报告中，该团队分享了他们的研究成果，并详细介绍了这些方法的扩展潜力，目的是在未来的设施中成功实现核聚变。LLE 是美国能源部最大的大学项目，拥有 OMEGA 激光系统，该系统是世界上最大的学术激光器，但其能量几乎只有加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置 (NIF) 的百分之一。利用 OMEGA，罗切斯特的科学家们完成了数次成功尝试，向装满氘和氚燃料的小胶囊发射 28 千焦耳的激光能量，使胶囊发生内爆并产生足够热的等离子体，从而引发燃料核之间的聚变反应。实验引起的聚变反应产生的能量超过了中央热等离子体中的能量。OMEGA实验采用激光直接照射胶囊的方式，不同于在 NIF 上使用的间接驱动方式。在使用间接驱动方法时，激光会转化为X射线，进而驱动太空舱内爆。NIF 使用间接驱动法，利用约 2000 千焦耳的激光能量用 X 射线辐照胶囊。这使得NIF 在实现聚变点火方面取得了 2022 年的突破聚变反应可从目标产生净能量增益。成就与未来展望第一篇论文的第一作者康纳-威廉姆斯（Connor Williams）23 岁获得物理学和天文学博士学位，现在是桑迪亚国家实验室从事辐射和集成电路框架目标设计的科学家。他说："这是以后想完成任何事情的必要条件，比如燃烧等离子体或实现点火。"罗切斯特研究小组展示了他们仅用28千焦耳的激光能量就能达到如此水平的内爆性能，他们对将直接驱动方法应用于能量更大的激光器的前景感到兴奋。展示火花塞是重要的一步，但是OMEGA太小，无法压缩足够的燃料来实现点火。"如果能最终制造出火花塞并压缩燃料，那么与间接驱动相比，直接驱动具有许多有利于聚变能源的特性，在将OMEGA的结果放大到几兆焦的激光能量后，聚变反应预计会变得自我维持，这种情况被称为'燃烧等离子体。"21岁的Varchas Gopalaswamy博士（机械工程）说，他是LLE的科学家，领导了第二项研究，探索在兆焦耳级激光器上使用直接驱动方法的影响，类似于NIF的大小。戈帕拉斯瓦米说，直接驱动集成电路框架是实现激光核聚变中热核点火和净能量的一种很有前途的方法。LLE首席科学家、机械工程系和物理与天文学系罗伯特-L-麦克罗里（Robert L. McCrory）教授里卡多-贝蒂（Riccardo Betti）说："最近这些实验取得成功的一个主要因素是开发了一种基于统计预测并通过机器学习算法验证的新型内爆设计方法。这些预测模型让我们能够在进行有价值的实验之前，缩小有希望的候选设计的范围。"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：