明尼苏达大学工程师开发出超声元表面 可移动大型物体而不接触它们

明尼苏达大学工程师开发出超声元表面可移动大型物体而不接触它们如果你想移动某样东西，你通常必须触摸它，但在一些物品易碎或表面敏感的情况下，这并不是最好的方法。非接触式操纵是一个不断增长的技术研究领域，它可以在不需要任何物理接触的情况下，对物体施加一种力来移动它们。这通常涉及使用超声波或光束，它们可以施加足够的压力，使某些物体悬浮或移动。但并不奇怪的是，这些物体通常需要极其微小和/或轻，这限制了该技术的实用性。在新的研究中，研究人员试验了一种新的方式，在不接触较大物体的情况下移动它们。目标物体安装了一个超材料表面，该表面经过特殊设计，可以反射声波，使物体向后、向侧、甚至像牵引光束一样向前移动。这项研究的资深作者OgnjenIlic说："我们的研究与众不同之处在于，如果我们把物体的表面变成超材料表面，或'超表面'，我们就可以操纵和捕获更大的物体。当我们在物体表面放置这些微小的图案时，我们基本上可以将声音反射到我们想要的任何方向。这样做，我们可以控制施加在物体上的声学力量。"不过，这种技术确实引入了自己的局限性。它不能被用来移动没有经过重新设计表面的任何已经存在的东西，因为不仅是桌面，目标物体本身也需要有特定的元表面设计，蚀刻和连接，然后才能工作。而在所有这些之后，如果想让物体以不同的方式移动，就需要更换元表面。也就是说，它只可以在特定的重复运动中派上用场，例如特定的生产线上。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334717.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334717.htm

研究：新方法有望制造性能更好的低成本光电材料

研究：新方法有望制造性能更好的低成本光电材料一项新发表在英国《自然》期刊上的国际研究表明，用一种新方法对半导体材料氧化亚铜进行“扭曲”后，发现其捕获光能后转化为可用电能的性能提升70%。这种方法有望制造性能更好的低成本光电材料。新华社报道，铜氧化物是价格低廉、储量丰富的半导体材料，具有良好的导电性和光学性能，可用于制造太阳能电池、光电器件、传感器等。铜氧化物虽然在捕捉阳光并将其转化为电荷方面相当有效，但容易丢失电荷，材料性能有限。研究人员说，他们发现电荷在这种半导体材料中沿着对角线方向移动时，比沿着表面或边缘移动要远得多，而能让电荷移动得更远就意味着材料性能更好。为优化这种低成本材料的性能，研究人员利用薄膜沉积技术，在常温常压下制备出高质量的氧化亚铜晶体薄膜，通过精确控制晶体的生长和流速，使晶体的生长方向“扭向”对角线方向，并观察晶体的生长方向如何影响电荷在材料中的有效移动。他们发现，对这种新技术制造的氧化亚铜光电阴极的测试表明，与现有的电沉积氧化物制成的光电阴极相比，性能提高70%以上，同时晶体薄膜稳定性也显著提升。2024年5月5日1:55PM

从阴影中走出来：一种X射线彩色成像的新方法

从阴影中走出来：一种X射线彩色成像的新方法上图展示了如何使用新开发的方法创建一个图像。两种颜色--绿色和品红色--是由样品中的荧光原子（左）由于X射线的激发而发出的。灰色的圆形物体代表一个在检测器上投下阴影的光学器件。然后，该算法产生一个具有两种颜色的实际图像--其强度代表了样品中荧光原子的密度。与可见光相比，对于"不可见"的辐射，如X射线、中子或伽马射线，还没有类似的强大镜头可以诠释。然而，这些类型的辐射是必不可少的，例如，在核医学和放射学，以及工业测试和材料分析中。X射线荧光的用途包括分析绘画和文物中的化学成分，以确定真实性、来源或生产技术，或在环境保护中分析土壤样本或植物。半导体元件和计算机芯片的质量和纯度也可以用X射线荧光分析来检查。科学家们使用了慕尼黑PNSensor公司开发的X射线彩色相机和一个新颖的成像系统，该系统基本上由物体和探测器之间的一个特殊结构的金涂层板组成，这意味着样品会投下阴影。检测器中测量的强度模式提供了关于样品中荧光原子分布的信息，然后可以用计算机算法进行解码。这种新方法意味着平板可以非常接近物体或检测器，与使用X射线透镜时不同，这使得这是一种实用的方法。第一作者哥廷根大学X射线物理研究所的博士后研究员JakobSoltau博士解释说："我们已经开发了一种算法，使我们能够快速和稳健地创建一个清晰的图像，同时为每一种X射线颜色。"共同作者、同一研究所的博士生PaulMeyer补充说。"这些光学器件根本无法与普通透镜相比；它们是由瑞士的一家新公司按照我们的精确规格制造的"。这家新成立的公司XRNanotech专门从事纳米结构的研究，由在哥廷根大学完成博士学位的FlorianDöhring博士创立。研究小组负责人蒂姆-萨尔迪特教授总结道。"接下来，我们希望将这种方法扩展到生物样本的三维成像，以及探索成像中的现象，如X射线、中子或核医学中的伽马射线的非弹性散射"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343959.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343959.htm

一种将光转化为电能的令人惊讶的新方法

一种将光转化为电能的令人惊讶的新方法波士顿学院的一个研究小组发现，光电流沿着Weyl半金属的一条晶轴流入（蓝色图示），并沿着垂直轴流出（黄色/橙色图示），这里表示的是该小组利用量子磁场传感器开发的一种新技术来观察电流的流动情况。资料来源：波士顿学院Zhou实验室许多当代技术，如照相机、光纤系统和太阳能电池板都依赖于将光转换为电信号。然而，在大多数材料中，简单地将光照在其表面并不能产生电，因为没有特定的电的流动方向。为了克服这些限制并创造新的光电子装置，研究人员正在研究韦尔半金属中电子的独特特性。"大多数光电设备需要两种不同的材料来创造空间上的不对称性，"Zhou说，他与不列颠哥伦比亚省的八位同事和新加坡南洋理工大学的两位研究人员合作。"研究表明，单一材料内的空间不对称性，特别是其热电传输特性的不对称性可以引起自发的光电流。"该团队研究了二碲化钨和四碲化钽材料，这两种材料都属于Weyl半金属的范畴。研究人员怀疑这些材料将是产生光电流的良好候选材料，因为它们的晶体结构是固有的反转不对称的；也就是说，晶体不会通过围绕一个点的反转方向映射到自身。Zhou的研究小组着手了解为什么Weyl半金属能有效地将光转化为电能。以前的测量只能确定从一个设备出来的电量，就像测量有多少水从水槽流进排水管一样。为了更好地了解光电流的来源，团队试图将设备内的电流可视化--类似于制作水槽中的水流漩涡图。"作为项目的一部分，我们开发了一种新技术，使用称为钻石中的氮空穴中心的量子磁场传感器，对光电流产生的局部磁场进行成像，并重建光电流流动的全部流线，"手稿的主要作者，研究生WangYuxuan说。研究小组发现，电流在光照到材料的地方以四倍的涡流模式流动。研究小组进一步观察了循环流动模式如何被材料的边缘所改变，并发现边缘的精确角度决定了流出设备的总光电流是正的、负的还是零。Zhou说："这些从未见过的流动图像使我们能够解释，光电流的产生机制竟然是由于各向异性的光热电效应--也就是说，沿着Weyl半金属的不同面内方向，热量如何转化为电流的差异。"各向异性热电的出现并不一定与Weyl半金属所显示的反转不对称性有关，因此，可能存在于其他类别的材料。这一发现为寻找其他高光敏性材料开辟了一个新的方向，它展示了量子化传感器对材料科学中开放问题的颠覆性影响。未来的项目将使用独特的光电流流动显微镜来了解其他奇异材料中光电流的起源，并推动检测灵敏度和空间分辨率的极限。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347419.htm

一种研究夸克的新方法已经被提出

一种研究夸克的新方法已经被提出夸克是基本粒子，是物质的基本组成部分。它们是我们所知的最小的东西，并不是由任何更小或更简单的东西组成的。夸克有六种不同的"口味"：up,down,charm,strange,top与bottom。它们在自然界中从未被单独发现，而是总是与其他夸克结合在一起，形成原子核中的质子和中子，以及其他亚原子粒子如介子。夸克被认为是质子和中子的组成部分，它们构成了宇宙中的大部分物质。对物质的研究似乎有点像打开一叠俄罗斯的马特罗什卡娃娃（套娃），每一层都揭示了另一个熟悉的，但不同的，比前一层更小和更难探索的组件排列。在我们的日常规模中，我们有可以看到和触摸的物体。无论是玻璃中的水还是玻璃本身，这些大多都是分子的排列，小到无法看到。物理学工具、显微镜、粒子加速器等等，让我们更深入地观察，发现分子是由原子构成的。但这并没有停止--原子是由一个被电子包围的原子核构成的。而原子核又是核子（质子和中子）的排列，它赋予原子以特性和质量。但它也没有结束；核子还由不太熟悉的东西组成，即夸克和胶子。而正是在这个规模上，我们对基础物理学知识的限制出现了障碍。至于探索夸克和胶子，它们最好必须相互隔离；然而，目前，这似乎是不可能的。当粒子加速器粉碎原子并创造出原子碎片雨时，夸克和胶子再次结合的速度太快，研究人员无法详细地探索它们。来自东京大学物理系的新研究表明，我们很快就能打开马特罗什卡娃娃的下一层。"为了更好地了解我们的物质世界，我们需要做实验，为了改进实验，我们需要探索我们做事的新方法，"福岛健二教授说。"我们已经概述了一种可能的方法来确定负责夸克禁闭的机制。这一直是物理学中的一个长期问题，如果实现的话，可以揭开关于物质和宇宙结构的一些深层奥秘。"亚原子夸克的质量小得令人难以置信：一个核子中的夸克加起来占总质量的不到2%，胶子似乎完全没有质量。因此，物理学家建议，大部分的原子质量实际上来自夸克和胶子的结合方式，而不是来自这些东西本身。它们被所谓的强力所束缚，这是自然界四种基本力量之一，包括电磁力和引力，而且人们认为强力本身就赋予了核子以质量。这是一个被称为量子色动力学（QCD）的理论的一部分，其中"chromo"来自希腊语，表示颜色，这就是为什么有时会听到夸克被称为红色、绿色或蓝色，尽管事实上它们是无色的。福岛说："严格证明强力产生质量仍然遥不可及。障碍在于QCD描述事物的方式使理论计算变得困难。我们的成就是证明，在一组特殊的情况下，强作用力可以实现夸克的封闭。我们通过将夸克的一些观察到的参数解释为一个新的变量，我们称之为虚角速度。虽然在本质上是纯粹的数学，但它可以被转换回我们可以控制的真实数值。一旦我们学会如何将我们的想法转化为实验，这应该会导致实现快速旋转夸克物质的异国状态的手段。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1340289.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1340289.htm

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法

研究人员展示了"挤压"红外光的新方法研究人员已经证明，一种特定类型的氧化物膜可以比块体晶体更有效地限制红外光，这对下一代红外成像技术具有重要意义。这些薄膜膜在压缩波长的同时保持所需的红外频率，从而实现更高的图像分辨率。研究人员利用过渡金属钙钛矿材料和先进的同步加速器近场光谱，表明这些膜中的声子极化子可以将红外光限制在其波长的10%以内。这一突破可能带来光子学、传感器和热管理领域的新应用，并可能轻松集成到各种设备中。图片来源：北卡罗来纳州立大学YinLiu“薄膜膜保持了所需的红外频率，但压缩了波长，使成像设备能够以更高的分辨率捕捉图像，”该论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授YinLiu说道。“我们已经证明，我们可以将红外光限制在其波长的10%以内，同时保持其频率-这意味着波长循环所需的时间相同，但波峰之间的距离要近得多。块状晶体技术将红外光限制在其波长的97%左右。”“这种行为以前只是理论上的，但我们能够通过我们制备薄膜膜的方式和我们对同步加速器近场光谱的新用途首次在实验中证明它，”该论文的共同主要作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授RuijuanXu说道。为了这项工作，研究人员使用了过渡金属钙钛矿材料。具体来说，研究人员使用脉冲激光沉积在真空室中生长出100纳米厚的钛酸锶(SrTiO3)晶体膜。这种薄膜的晶体结构质量很高，这意味着它几乎没有缺陷。然后将这些薄膜从生长它们的基底上取下，并放置在硅基底的氧化硅表面上。研究人员随后利用劳伦斯伯克利国家实验室先进光源的技术，在钛酸锶薄膜暴露于红外光时对其进行同步近场光谱分析。这使研究人员能够在纳米级捕捉到材料与红外光的相互作用。要了解研究人员学到了什么，我们需要讨论声子、光子和极化子。声子和光子都是能量在材料之间传播的方式。声子本质上是由原子振动引起的能量波。光子本质上是电磁能的波。可以把声子看作是声能的单位，而光子是光能的单位。声子极化子是准粒子，当红外光子与“光学”声子（即可以发射或吸收光的声子）耦合时就会产生。“理论论文提出了这样一种观点，即过渡金属钙钛矿氧化物膜将允许声子极化子限制红外光，”刘说。“而我们的工作现在表明，声子极化子确实限制了光子，并且还阻止光子超出材料表面。这项工作建立了一类用于控制红外波长光的新型光学材料，在光子学、传感器和热管理方面具有潜在的应用，想象一下，能够设计出使用这些材料通过将热量转化为红外光来散热的计算机芯片。”“这项工作也令人兴奋，因为我们展示的制造这些材料的技术意味着薄膜可以很容易地与各种各样的基底集成，”徐说。“这应该可以轻松地将这些材料整合到许多不同类型的设备中。”编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434557.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434557.htm