科学家意外发现二氧化钒具有类似大脑的“记忆”能力

科学家意外发现二氧化钒具有类似大脑的“记忆”能力来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家们意外地发现，一种用于电子产品的材料可以“记住”它以前的物理刺激的历史。如果以正确的方式加以利用，这种材料及其新颖的行为可能会对电子设备的记忆产生巨大影响。这是第一个拥有这种能力的已知材料，但其他材料也可能存在。博士生MohammadSamizadehNikoo正在研究二氧化钒的相变--具体而言，材料从一种状态过渡到另一种状态需要多长时间。当该材料达到68摄氏度时，它经历了一个从绝缘体到金属的相变。他的测试涉及到向材料施加电流，当它从一边移动到另一边时，电流会加热它（并导致它改变状态）。一旦电流通过，材料就会冷却并恢复到其原始状态。在记录了数百次测量后，Nikoo发现了该材料结构中的“记忆”效应。当对该材料施加第二个电流脉冲时，他注意到它改变相变的时间与它的历史直接相关。ElisonMatioli教授说：“二氧化硅似乎‘记住’了第一个相变，并预见到了下一个相变，”他是这一发现的实验室负责人。“我们没有想到会看到这种‘记忆’效应，它与电子状态无关，而是与材料的物理结构有关，”这位教授补充说。进一步的测试显示，这种材料可以记住其最近的刺激，时间长达3小时。“记忆”效应甚至可能持续更长的时间--也许甚至是几天--但该团队没有进行这些测量所需的仪器。研究人员指出，这一发现似乎复制了大脑中发生的情况，二氧化钒“开关”就像神经元一样发挥作用。Matioli说：“没有其他材料会以这种方式表现。”一种能够通过更大的容量、小型化和速度来提高计算性能的材料将是电子制造商的福音，而二氧化钒可以做到这一点。该团队的工作已经发表在《自然》杂志上。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307997.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307997.htm

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-ShenOng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-ShenOng。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-ShenOng说。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1417027.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1417027.htm

研究人员发现一种具有类似大脑学习能力的材料

研究人员发现一种具有类似大脑学习能力的材料瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）电力与宽带隙电子研究实验室(POWERlab)的博士生MohammadSamizadehNikoo在研究二氧化钒的相变期间，有了一个意外的发现。当在室温下时，二氧化硅有一个绝缘相，并在68℃时经历一个尖锐的绝缘体到金属的转变，其晶格结构发生变化。根据SamizadehNikoo的说法，二氧化硅有一种不稳定的“记忆”。"材料在移除激发后会立即恢复到绝缘状态"。他开始为他的论文寻找二氧化钒从一种状态转变为另一种状态需要多长时间。然而，他的调查出现了不同的变化：在收集了数百个测量数据后，他发现了材料结构中的“记忆效应”。在他的实验中，SamizadehNikoo向一个二氧化硅样品施加了电流。他解释说：“电流在材料上移动，沿着一条路径，直到它在另一侧退出。当电流加热样品时，二氧化硅的状态发生了变化。在电流消失后，该材料又回到了原来的状态。”SamizadehNikoo随后向该材料提供了第二个电流脉冲，并发现它改变状态的时间与该材料的历史密切相关。“二氧化钒似乎‘记住’了第一次相变，并预测下一次相变，”POWERlab的负责人ElisonMatioli教授解释说。“我们没有想到会看到这种记忆效应，而且它与电子状态无关，而是与材料的物理结构有关。这是一个新的发现：没有其他材料以这种方式表现出来。”研究人员发现，二氧化钒可能会回忆其最近的外部刺激，时间长达3小时。Matioli说：“事实上，记忆效应可能持续数天，但我们目前没有测量这种效应所需的仪器。”研究小组的这一发现具有重要意义，因为所发现的记忆效应是材料本身的一个固有属性。工程师们依靠记忆来完成各种计算，而可能通过提高容量、速度和小型化来改善计算过程的材料是非常需要的。二氧化钒能满足所有这三个条件。此外，其连续的、结构性的记忆使其区别于典型的材料，后者将数据存储为二进制信息，取决于对电状态的操作。研究人员进行了大量的测量以得出他们的结论。他们还通过将新方法应用于世界各地其他实验室的不同材料来证实他们的结果。这一发现很好地复制了大脑中发生的情况，因为二氧化钒“开关”的作用就像神经元。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1312791.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1312791.htm

超导研究的新时代 - 科学家们发现"Goldilocks"材料

超导研究的新时代-科学家们发现"Goldilocks"材料这些超导体的基础在于镍，促使许多科学家将这一时期的超导研究称为"镍时代"。在许多方面，镍酸盐与铜酸盐相似，后者是在20世纪80年代发现的，以铜为基础。但是现在，一类新的材料正在发挥作用：在维也纳大学和日本的大学之间的合作中，有可能在计算机上比以前更精确地模拟各种材料的行为。科学家发现了"Goldilocks区"，在这个区里，超导性工作得特别好。而这个区域既不是用镍也不是用铜，而是用钯来达到。这可能为超导研究带来一个新的"钯金时代"。这些结果现在已经发表在科学杂志《物理评论快报》上。寻找更高的过渡温度在高温下，超导体的行为与其他导电材料非常相似。但是当它们被冷却到某个"临界温度"以下时，它们就会发生巨大的变化：它们的电阻完全消失，突然间它们可以毫无损失地导电。材料在超导和正常导电状态之间变化的这一极限，被称为"临界温度"。"我们现在已经能够计算出整个系列材料的这个"临界温度"。通过我们在高性能计算机上的建模，我们能够高度准确地预测镍酸盐超导的相图，正如后来的实验所显示的那样，"来自维也纳大学固体物理研究所的KarstenHeld教授说。许多材料只有在绝对零度以上（-273.15°C）才会成为超导体，而其他材料即使在更高的温度下也能保持其超导特性。一种在正常室温和正常大气压力下仍然保持超导性的超导体将从根本上改变我们产生、运输和使用电力的方式。然而，这样一种材料还没有被发现。尽管如此，高温超导体，包括那些杯状物类的超导体，在技术方面发挥着重要作用--例如，在传输大电流或产生极强的磁场方面。铜？镍？还是钯？寻找最佳的超导材料是很困难的：有许多不同的化学元素会出现问题。可以把它们放在不同的结构中，可以添加其他元素的微小痕迹来优化超导性。KarstenHeld教授说："为了找到合适的候选材料，你必须在量子物理学层面上了解电子在材料中如何相互作用。"这表明，电子的相互作用强度有一个最佳值。相互作用必须是强的，但也不能太强。在这两者之间有一个"黄金地带"，使其有可能达到最高的过渡温度。钯酸盐是最佳解决方案这个中等相互作用的黄金区域既不能用铜酸盐也不能用镍酸盐来达到--但人们可以用一种新型的材料来击中靶心：所谓的钯酸盐。"钯在周期表中直接比镍低一行。属性相似，但那里的电子平均离原子核和彼此更远一些，所以电子相互作用更弱，"卡斯滕-海德说。该模型计算显示了如何实现钯数据的最佳过渡温度。"计算结果是非常有希望的，"卡斯滕-赫尔德说。"我们希望，我们现在可以利用它们来启动实验研究。如果我们有一个全新的、额外的钯类材料可用来更好地理解超导性，并创造出更好的超导体，这可能会使整个研究领域向前发展。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356697.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356697.htm

科学家展示新的固态制冷剂材料 有望实现更环保的冷却

科学家展示新的固态制冷剂材料有望实现更环保的冷却尽管冰箱和空调很有用，但它们用作制冷剂的气体会泄漏到大气中，成为气候变化的主要因素。现在，哈佛大学的工程师们展示了一种新的冷却设备原型，它使用一种固态材料作为制冷剂。像冰箱和空调这样的设备从材料的相变循环中获得其冷却能力。在气态形式下，制冷剂通常是一种氢氟碳化物（HFC），将从其周围吸收热量，从而冷却一个房间或冰箱内部。然后，这种气体进入压缩机，将其压缩，变成液体，并释放出储存的热量，排放到外面。随着压力的降低，液体被允许膨胀成气体，再次开始循环。这就是所谓的压卡效应。这是一个有效的过程，几十年来一直为我们服务，但是这些氢氟碳化物在使用过程中，如果被损坏，以及在被移动或处理时，会从设备中泄漏出来。一旦进入大气层，它们是比二氧化碳更有力的气候变化驱动因素，因此找到减少这些排放的方法是环境行动计划的一个关键部分。仍然可以进行压卡效应的固体制冷剂可以帮助解决这个问题。这项新研究从一个被称为金属卤化物钙钛矿的类别中发现了一种有希望的材料，这种材料作为新一代的太阳能电池材料已经很出色。在这种情况下，这种材料可用于冷却，其方式与那些在液态和气态之间切换的材料基本相同，只是它在这两个形态下都是固体。这些固体制冷剂材料的秘密在于其原子结构。通常情况下，它们是由长长的柔性分子链组成的，是无序的，有点软绵绵的，但在压力下，它们会变硬，变成更有序的状态，在这个过程中释放热量。释放压力，它们可以再次从周围环境中吸收热量。虽然这两种形态都是固体，但该团队将这种过渡比作部分融化的蜡。该团队用一个原型设备展示了这个想法。固体制冷剂与水或油等惰性液体一起被装入一个金属管。一个液压活塞对液体施加压力，这反过来又将其传递给制冷剂。液体也有助于将热量从系统中转移出去。该系统显示了前景，但该团队表示仍有一些问题需要解决。首先，所涉及的压力在液压系统中是可能的，但对于消费者设备来说有点太高了--大约2900psi，而传统空调的最高压力是150psi。其他特定的材料也可能更好地传导热量。其他科学家已经研究了使用塑料晶体或形状记忆合金作为潜在的固态制冷剂。随着更多的工作，这类新材料可以帮助使冷却设备更加环保。这项新的研究在美国化学学会秋季会议上发表，该团队的介绍可以在下面的视频中看到。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307711.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307711.htm

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