量子突破：科学家开发出操纵奇异材料的新方法

量子突破：科学家开发出操纵奇异材料的新方法上图展示了一种控制材料中量子态的新方法。电场诱导铁电基底发生极化转换，从而产生不同的磁性和拓扑状态。图片来源：MinaYoon、FernandoReboredo、JacquelynDeMink/ORNL、美国能源部拓扑材料发现于20世纪80年代，是一种新的材料阶段，其发现者于2016年获得诺贝尔奖。仅利用电场，ORNL的研究人员就能将普通绝缘体转化为磁性拓扑绝缘体。这种奇特的材料允许电流流过其表面和边缘，而没有能量耗散。电场会引起物质状态的改变。领导这项研究的ORNL的MinaYoon说："这项研究可以带来许多实际应用，如下一代电子学、自旋电子学和量子计算。"这些物质可能会带来高速、低功耗的电子产品，与目前的硅基电子产品相比，它们能耗更低、运行更快。ORNL的科学家们在《二维材料》（2DMaterials）上发表了他们的研究成果。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383317.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383317.htm

认识Q-硅 - 一种用于自旋电子量子计算机的新型磁性材料

认识Q-硅-一种用于自旋电子量子计算机的新型磁性材料北卡罗来纳州立大学团队通过使用持续时间仅为纳秒的激光脉冲撞击非晶硅，使其熔化后又迅速冷却以再次硬化从而获得了这一发现。这创造了一种新的硅形式，该团队将其称为Q-硅，类似于他们之前创建Q-碳的工作。Q-硅拥有一些普通旧硅所缺乏的新特性，其中最重要的是室温下的铁磁性。这种磁性对于某些数据存储方法至关重要，并且可以帮助解锁一个称为自旋电子学的新兴领域，顾名思义，该领域通过电子的“自旋”而不是电荷来传输和存储数据，就像当前的电子产品一样。这有可能使设备更小、更快、更节能。这也可能使其成为量子计算机的绝佳材料，量子计算机不仅可以存储1和0的信息，还可以同时存储两者的叠加信息。这使得它们能够执行比任何传统计算机更先进的计算。不仅仅是铁磁性，与普通材料相比，Q-硅还表现出更高的硬度和超导性，这两种特性也有助于自旋电子学和量子计算。该研究的通讯作者杰伊·纳拉扬(JayNarayan)表示：“Q-硅的这一发现将通过增加自旋电子学或基于自旋的量子计算等新功能来彻底改变现代微电子学。简而言之，Q-silicon为自旋电子学与芯片上微电子学的集成提供了一个理想的平台。”该研究发表在《材料研究快报》杂志上。阅读文献：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21663831.2023.2224396...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1368931.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1368931.htm

IBM和日本研究所开发下一代量子计算机 拥有10000个量子比特

IBM和日本研究所开发下一代量子计算机拥有10000个量子比特量子计算机以解决传统计算机无法解决的复杂问题而闻名。它们有望帮助发现新药，通过更高效的分销路线改善物流，以及许多其他应用。该研究所和IBM预计将在未来几天签署谅解备忘录并宣布这笔交易。据该研究所称，这将是IBM首次与外国研究机构在如此大规模的量子计算领域展开合作。正在开发的量子计算机预计将于2029年投入使用。该计算机拥有超过10000个量子比特，有望无误地计算高级组合。合作伙伴还将开发下一代量子计算机所需的半导体和超导集成电路。量子计算机在接近绝对零度的极低温度下运行，因此需要能够承受极端温度的半导体和电路。该研究所隶属于日本经济产业省，以其在人工智能（AI）相关技术方面的实力而闻名，并拥有与IBM合作项目所需的专利。它还希望引入日本零部件制造商，实现量产。IBM预计将在2025年开始销售拥有1000量子比特的量子计算机。该研究所和IBM将说服日本公司使用它们。该研究所将通过培训日本公司使用量子计算机做出贡献，例如制药商。量子计算机仍处于发展阶段。现有的133量子比特的量子计算机仍然会出错，在研究中使用时通常需要超级计算机的帮助。预计10000量子比特的版本无需超级计算机的帮助即可使用。科学家表示，要使量子计算机投入商业使用，硬件需要达到20000到30000个量子比特的水平。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434996.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434996.htm

灵感来自于生命系统 - 研发中心的下一代材料可以适应其历史

灵感来自于生命系统-研发中心的下一代材料可以适应其历史一种新的材料已经被开发出来，它可以根据以前的经验改变其电气行为。这有效地给了它一个基本形式的自适应记忆。(图为艺术家对电学适应性材料的概念）。响应性材料已经在一系列应用中变得很普遍，从在阳光下变黑的眼镜到药物输送系统。然而，现有的材料每次都是以同样的方式反应，它们对变化的反应并不取决于它们的历史，它们也不会根据它们的过去进行调整。这与生命系统有根本的不同，生命系统会根据以前的条件动态地调整其行为。"材料科学的下一个大挑战之一是开发真正的智能材料，其灵感来自于生物体。我们想开发一种能根据其历史调整其行为的材料，"阿尔托大学的学院研究员PengBo说，他是这项研究的资深作者之一。磁珠在磁场中形成的柱子的形状和导电性取决于磁场的强度和历史。资料来源：OlliIkkala/阿尔托大学研究人员合成了微米大小的磁珠，然后用磁场进行刺激。当磁铁打开时，这些磁珠堆积起来形成柱子。磁场的强度影响着磁柱的形状，这反过来又影响着它们导电的能力。"有了这个系统，我们把磁场刺激和电反应结合起来。有趣的是，我们发现，导电性取决于我们是快速还是缓慢地改变磁场。这意味着，电反应取决于磁场的历史。如果磁场在增加或减少，电行为也是不同的。该反应显示出双稳态，这是一种基本的记忆形式。材料的行为就像它对磁场有记忆一样，"Peng解释说。基本学习该系统的记忆还允许它以一种类似于基本学习的方式行事。尽管生物体内的学习是非常复杂的，但其在动物中最基本的元素是神经元之间的连接反应的变化，即所谓的突触。根据它们被刺激的频率，神经元中的突触将变得更难或更容易激活。这种变化被称为短期突触可塑性，使一对神经元之间的连接变得更强或更弱，这取决于它们最近的历史。研究人员能够用他们的磁珠完成类似的事情，尽管其机制完全不同。当他们将磁珠暴露在快速脉动的磁场中时，该材料的导电性能变得更好，而较慢的脉动则使其导电性能变差。阿尔托的杰出教授奥利-伊卡拉（OlliIkkala）说："这让人想起了短期突触可塑性。新材料的功能有点像一个突触。我们所展示的为下一代的生命启发材料铺平了道路，它将借鉴生物的适应、记忆和学习过程。""在未来，可能会有更多的材料在算法上受到类似生命特性的启发，尽管它们不会涉及生物系统的全部复杂性。这样的材料将成为下一代软体机器人以及医疗和环境监测的核心，"Ikkala补充说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334889.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334889.htm

二维材料中首次实现核自旋量子位控制

二维材料中首次实现核自旋量子位控制据15日发表在《自然·材料》上的论文，美国普渡大学的研究人员通过使用光子和电子自旋量子位来控制二维（2D）材料中的核自旋，实现了在2D材料中写入和读取带有核自旋的量子信息。他们用电子自旋量子位作为原子尺度的传感器，首次在超薄六方氮化硼中实现了对核自旋量子位的实验控制。该研究工作拓展了量子科学和技术的前沿，使原子尺度的核磁共振光谱等应用成为可能。研究人员表示，这是第一个展示2D材料中核自旋的光学初始化和相干控制的工作。自旋量子位可以被用作传感器，例如探测蛋白质结构，或者以纳米级分辨率探测目标的温度。捕获在3D金刚石晶体缺陷中的电子能产生10—100纳米范围的成像和传感分辨率，而嵌入在单层或2D材料中的量子位可更接近目标样本，提供更高的分辨率和更强的信号。为实现这一目标，2019年，六方氮化硼中的第一个电子自旋量子位诞生。此次，研究团队在超薄六方氮化硼中建立了光子和核自旋之间的界面。核自旋可以通过周围的电子自旋量子位进行光学初始化——设置为已知的自旋。一旦被初始化，就可以用无线电频率来改变核自旋量子位，本质上是“写入”信息，或者测量核自旋量子位的变化，即“读取”信息。他们的方法一次利用3个氮原子核，其相干时间是室温下的电子量子位的30多倍。2D材料可以直接层叠在另一种材料上，从而形成一个内置的传感器。研究人员表示，2D核自旋晶格适用于大规模的量子模拟。它可在较高的温度下工作。为控制核自旋量子位，研究人员首先从晶格中移除一个硼原子，并用一个电子取代它。电子位于3个氮原子的中心。每个氮核都处于随机自旋态，可以是-1、0或+1。研究人员用激光将电子泵浦到自旋态为0，这对氮核的自旋影响可忽略不计。最后，受激电子与周围的3个氮核之间的超精细相互作用迫使原子核的自旋发生变化。当循环重复多次时，原子核的自旋达到+1状态，无论重复相互作用如何，它都保持不变。当所有3个原子核都设置为+1状态时，它们就可用作3个量子位。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304905.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304905.htm

日本东北大学制造出具有优秀热性能表现的碲化铌材料 催生下一代相变存储器

日本东北大学制造出具有优秀热性能表现的碲化铌材料催生下一代相变存储器尽管这一领域尚处于起步阶段，但相变存储器因其存储密度高、读写速度快，有可能为数据存储带来革命性的变化。但是，与这些材料相关的复杂开关机制和复杂的制造方法仍然给大规模生产带来了挑战。各种二维TM卤化物的Tc值（结晶温度）和Tm值（熔点）比较；在本研究中，NbTe4的Tc值和Tm值由结晶和熔峰的起始温度定义。资料来源：YiShuang等人近年来，二维（2D）范德华（vdW）过渡金属二钙化物已成为相变存储器中一种很有前途的PCM。现在，东北大学的一组研究人员强调了利用溅射技术制造大面积二维范德华四钙化物的潜力。利用这种技术，他们制备并鉴定出了一种极具前景的材料--碲化铌（NbTe4），这种材料具有约447ºC的超低熔点（起始温度），使其有别于其他TMD。东北大学材料科学高等研究所助理教授、论文合著者双懿解释说："溅射是一种广泛使用的技术，它是将材料薄膜沉积到基底上，从而实现对薄膜厚度和成分的精确控制。我们沉积的NbTe4薄膜最初是无定形的，但可以通过在272ºC以上的温度下退火结晶成二维层状结晶相。"砷沉积和350℃退火NbTe4薄膜的选区电子衍射和横截面TEM图像。图片来源：YiShuang等人与Ge2Sb2Te5(GST)等传统的非晶-结晶PCM不同，NbTe4同时具有低熔点和高结晶温度。这种独特的组合降低了重置能量，提高了非晶相的热稳定性。在制造出NbTe4s后，研究人员对其开关性能进行了评估。与传统的相变存储器化合物相比，它的操作能量大大降低。估计的10年数据保持温度高达135ºC-优于GST的85ºC-这表明NbTe4具有出色的热稳定性，可用于高温环境，如汽车行业。此外，NbTe4的快速开关速度约为30纳秒，进一步凸显了其作为下一代相变存储器的潜力。Shuang补充说："我们为开发高性能相变存储器开辟了新的可能性。NbTe4具有低熔点、高结晶温度和优异的开关性能，是解决目前PCM所面临的一些挑战的理想材料。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381699.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381699.htm