麻省理工学院的研究人员实现在硅片上直接生长出晶体管

麻省理工学院的研究人员实现在硅片上直接生长出晶体管麻省理工学院的团队克服了这一挑战，创造了一种低温生长工艺，保留了芯片的完整性，使二维半导体晶体管可以直接集成在标准硅电路之上。新方法在整个8英寸晶圆上生长出一个光滑、高度均匀的层，而不像以前的方法，在将二维材料转移到芯片或晶圆之前，要在其他地方生长二维材料。这一过程经常导致不完美，对设备和芯片性能产生负面影响。此外，这项新技术可以在不到一个小时的时间里在8英寸晶圆上生长出一层均匀的TMD材料，与以前的方法相比，这是一个重大的改进，因为以前的方法需要一天以上的时间才能完成一个单层。这项技术的增强的速度和均匀性使它适合于商业应用，因为8英寸或更大的晶圆是必不可少的。研究人员专注于二硫化钼，一种灵活、透明的二维材料，具有强大的电子和光子特性，是半导体晶体管的理想选择。他们为金属有机化学气相沉积工艺设计了一种新炉子，它有独立的低温和高温区域。硅片被放置在低温区，同时气化的钼和硫前体流入炉内。钼保持在低温区，而硫前体在高温区分解，然后流回低温区，在硅片表面生长出二硫化钼。人工智能、汽车和高性能计算等新兴应用要求计算非常密集，而堆叠晶体管可能是一个挑战。这种新方法对行业有重大影响，能够快速、有效地将二维材料整合到工业制造中。未来的发展包括对该技术进行微调，以生长多层二维晶体管，并探索柔性表面的低温生长工艺，如聚合物、纺织品，甚至是纸张。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357631.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357631.htm

光电纳米技术的创新：麻省理工学院培育出精确的纳米LED阵列

光电纳米技术的创新：麻省理工学院培育出精确的纳米LED阵列麻省理工学院的一个新平台使研究人员能够"生长"卤化物包晶纳米晶体，并精确控制每个晶体的位置和尺寸，将它们集成到纳米级发光二极管中。图为纳米晶体阵列发光效果图。图片来源：SampsonWilcox,RLE提供卤化物钙钛矿是一类材料，因其优异的光电特性以及在高性能太阳能电池、发光二极管和激光器等器件中的潜在应用而引起人们的关注。这些材料已主要应用于薄膜或微米尺寸的设备应用中。在纳米尺度上精确集成这些材料可以开辟更非凡的应用，例如片上光源、光电探测器和忆阻器。然而，实现这种集成仍然具有挑战性，因为这种精致的材料可能会被传统的制造和图案化技术损坏。为了克服这一障碍，麻省理工学院的研究人员发明了一种技术，可以在需要的地方现场生长单个卤化物钙钛矿纳米晶体，并精确控制位置，尺寸在50纳米以内。（一张纸的厚度为100000纳米）纳米晶体的尺寸也可以通过该技术精确控制，这一点很重要，因为尺寸会影响其特性。由于材料是局部生长的，具有所需的特征，因此不需要可能造成损坏的传统光刻图案化步骤。NanOLED阵列（如图所示）可应用于光通信和计算、无透镜显微镜、新型量子光源以及用于增强和虚拟现实的高密度、高分辨率显示器。图片来源：研究人员提供该技术还具有可扩展性、多功能性，并且与传统的制造步骤兼容，因此它可以使纳米晶体集成到功能性纳米级器件中。研究人员用它来制造纳米级发光二极管（nanoLED）阵列，这是一种在电激活时发光的微小晶体。这种阵列可应用于光通信和计算、无透镜显微镜、新型量子光源以及用于增强和虚拟现实的高密度、高分辨率显示器。“正如我们的工作所示，开发新的工程框架将纳米材料集成到功能性纳米器件中至关重要。通过超越纳米制造、材料工程和设备设计的传统界限，这些技术可以让我们在极端纳米尺度上操纵物质，帮助我们实现非常规设备平台，这对于满足新兴技术需求非常重要。”Landsman电气工程和计算机科学(EECS)职业发展助理教授、电子研究实验室(RLE)成员，也是描述这项工作的新论文的资深作者。Niroui的合著者包括主要作者PatriciaJastrzebska-Perfect，她是EECS研究生；朱伟坤，化学工程系研究生；MayuranSaravanapavanantham、SarahSpector、RobertoBrenes和PeterSatterthwaite，均为EECS研究生；郑莉，RLE博士后；RajeevRam，电气工程教授。该研究于7月6日发表在《自然通讯》杂志上。微小的晶体，巨大的挑战使用传统的纳米级制造技术将卤化物钙钛矿集成到片上纳米级器件中是极其困难的。在一种方法中，可以使用光刻工艺对易碎的钙钛矿薄膜进行图案化，该工艺需要可能损坏材料的溶剂。在另一种方法中，首先在溶液中形成较小的晶体，然后以所需的图案从溶液中拾取并放置。“这两种情况都缺乏控制、分辨率和集成能力，这限制了材料扩展到纳米设备的方式，”尼鲁伊说。相反，她和她的团队开发了一种方法，可以在精确的位置直接“生长”卤化物钙钛矿晶体到所需的表面，然后在该表面上制造纳米器件。他们的流程的核心是本地化纳米晶体生长中使用的解决方案。为此，他们创建了一个带有小孔的纳米级模板，其中包含晶体生长的化学过程。它们修改模板的表面和孔的内部，控制一种称为“润湿性”的特性，因此含有钙钛矿材料的溶液不会聚集在模板表面上，并将被限制在孔内。“现在就有了这些非常小的、确定性的反应堆，材料可以在其中生长，”她说。他们将含有卤化物钙钛矿生长材料的溶液施加到模板上，随着溶剂蒸发，材料生长并在每个孔中形成微小的晶体。一种多功能且可调节的技术研究人员发现孔的形状在控制纳米晶体的位置方面起着关键作用。如果使用方形孔，由于纳米级力的影响，晶体有相同的机会放置在孔的四个角中。对于某些应用来说，这可能已经足够了，但对于其他应用来说，纳米晶体的放置需要更高的精度。通过改变孔的形状，研究人员能够设计这些纳米级的力，使晶体优先放置在所需的位置。当溶剂在孔内蒸发时，纳米晶体会经历压力梯度，产生定向力，确切的方向由孔的不对称形状确定。Niroui说：“这使我们不仅在生长方面，而且在这些纳米晶体的放置方面都具有非常高的精度。”他们还发现可以控制井内形成的晶体的大小。改变孔的大小以允许内部更多或更少的生长溶液产生更大或更小的晶体。通过制造精确的nanoLED阵列展示了其技术的有效性。在这种方法中，每个纳米晶体都被制成发光的纳米像素。这些高密度nanoLED阵列可用于片上光通信和计算、量子光源、显微镜以及增强和虚拟现实应用的高分辨率显示器。未来，研究人员希望探索这些微小光源的更多潜在应用。他们还想测试这些设备的极限，并努力将它们有效地整合到量子系统中。除了纳米级光源之外，该过程还为开发基于卤化物钙钛矿的片上纳米器件开辟了其他机会。他们的技术还为研究人员提供了一种更简单的方法来研究单个纳米晶体水平的材料，他们希望这将激励其他人对这些和其他独特材料进行更多研究。Jastrzebska-Perfect补充道：“通过高通量方法研究纳米级材料通常需要对材料进行精确定位并按该规模进行设计。通过提供局部控制，我们的技术可以改善研究人员研究和调整材料性能以适应不同应用的方式。”“该团队开发了一种非常聪明的方法，可以在基板上确定性地合成单个钙钛矿纳米晶体。他们可以以前所未有的规模控制纳米晶体的精确放置，从而为基于单纳米晶体制造高效纳米级LED提供了一个平台。”加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学教授AliJavey说道，他没有参与这项研究。“这是一项令人兴奋的工作，因为它克服了该领域的基本挑战。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370463.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370463.htm

麻省理工学院在将二维材料集成到设备方面取得突破

麻省理工学院在将二维材料集成到设备方面取得突破这幅艺术家的作品展示了麻省理工学院研究人员开发的一种新型集成平台。通过对表面力进行工程设计，他们只需一个接触和释放步骤，就能将二维材料直接集成到设备中。图片来源：SampsonWilcox/电子研究实验室提供但是，将二维材料集成到计算机芯片等设备和系统中是众所周知的难题。这些超薄结构可能会受到传统制造技术的破坏，这些技术通常依赖于使用化学品、高温或蚀刻等破坏性工艺。为了克服这一挑战，麻省理工学院和其他大学的研究人员开发出了一种新技术，只需一步就能将二维材料集成到设备中，同时保持材料表面和由此产生的界面原始无缺陷。他们的方法依赖于纳米级的工程表面力，使二维材料可以物理叠加到其他预制设备层上。由于二维材料不会受损，研究人员可以充分利用其独特的光学和电学特性。所开发的平台利用行业兼容的工具集，使这一过程可以扩展。在这里，主要作者彼得-萨特斯韦特（PeterSatterthwaite）使用MIT.nano中修改过的配准工具进行图案化配准集成。他们利用这种方法制造出了二维晶体管阵列，与使用传统制造技术制造出的器件相比，实现了新的功能。他们的方法用途广泛，可用于多种材料，可在高性能计算、传感和柔性电子器件等领域广泛应用。释放这些新功能的核心是形成清洁界面的能力，所有物质之间存在的特殊力量（称为范德华力）将这些界面连接在一起。电子工程与计算机科学（EECS）助理教授、电子学研究实验室（RLE）成员FarnazNiroui是介绍这项工作的新论文的资深作者。"范德华积分有一个基本限制，"她解释说，"由于这些作用力取决于材料的内在特性，因此无法轻易调整。因此，有些材料无法仅利用其范德华相互作用来直接相互整合。我们提出了一个解决这一限制的平台，以帮助范德华集成变得更加通用，从而促进具有新功能和改进功能的基于二维材料的设备的开发。"Niroui与论文第一作者、电子工程与计算机科学研究生PeterSatterthwaite，电子工程与计算机科学教授、RLE成员JingKong，以及麻省理工学院、波士顿大学、台湾国立清华大学、台湾国家科学技术委员会和台湾国立成功大学的其他人共同撰写了这篇论文，这项研究最近发表在《自然-电子学》上。纳米级表面力的多样性使研究人员能够将粘合剂基质转移到许多不同的材料上。例如，在这里，通过使用粘合聚合物，他们能够将图案化的石墨烯（一原子厚的碳薄片）从源基底（上图）转移到接收粘合聚合物（下图）上。图片来源：Niroui小组提供使用传统制造技术制造计算机芯片等复杂系统可能会变得一团糟。通常情况下，像硅这样的硬质材料会被凿成纳米级，然后与金属电极和绝缘层等其他元件连接，形成有源器件。这种加工过程会对材料造成损害。最近，研究人员专注于使用二维材料和一种需要连续物理堆叠的工艺，自下而上地构建设备和系统。在这种方法中，研究人员不是使用化学胶水或高温将脆弱的二维材料粘合到硅等传统表面上，而是利用范德华力将一层二维材料物理集成到设备上。范德华力是存在于所有物质之间的自然吸引力。例如，壁虎的脚会因为范德华力而暂时粘在墙上。虽然所有材料都存在范德华力，但根据材料的不同，范德华力并不总是强大到足以将它们粘在一起。例如，一种名为二硫化钼的流行半导体二维材料会粘在黄金上，但不会通过与二氧化硅等绝缘体表面的物理接触直接转移到该表面上。然而，通过整合半导体层和绝缘层制成的异质结构是电子设备的关键组成部分。以前，实现这种集成的方法是将二维材料粘合到一个中间层（如金）上，然后使用该中间层将二维材料转移到绝缘体上，最后再使用化学品或高温去除中间层。麻省理工学院的研究人员没有使用这种牺牲层，而是将低粘性绝缘体嵌入高粘性基质中。这种粘合基质使二维材料粘附在嵌入的低粘合力表面上，提供了在二维材料和绝缘体之间形成范德华界面所需的力。制作矩阵为了制造电子设备，他们在载体基底上形成金属和绝缘体的混合表面。然后将该表面剥离并翻转，就会看到一个完全光滑的顶面，其中包含所需的器件构件。这种光滑度非常重要，因为表面和二维材料之间的间隙会阻碍范德华相互作用。然后，研究人员在完全洁净的环境中单独制备二维材料，并将其与制备好的器件堆栈直接接触。"一旦混合表面与二维层接触，无需任何高温、溶剂或牺牲层，它就能拾取二维层并将其与表面整合在一起。"萨特斯韦特解释说："通过这种方式，我们可以实现传统上被禁止的范德华集成，但现在却可以实现，而且只需一步就能形成功能齐全的器件。"这种单步工艺可使二维材料界面保持完全清洁，从而使材料达到其性能的基本极限，而不会受到缺陷或污染的影响。而且，由于二维材料的表面也保持原始状态，研究人员可以对二维材料的表面进行工程设计，以形成与其他元件的特征或连接。例如，他们利用这种技术制造出了p型晶体管，而利用二维材料制造这种晶体管通常是具有挑战性的。他们的晶体管在以前的研究基础上有所改进，可以为研究和实现实用电子产品所需的性能提供一个平台。展望未来他们的方法可以大规模地制造更大的装置阵列。粘合基质技术还可用于一系列材料，甚至与其他力量结合使用，以增强这一平台的多功能性。例如，研究人员将石墨烯集成到器件上，利用聚合物基质形成所需的范德华界面。在这种情况下，粘附依靠的是化学作用，而不仅仅是范德华力。未来，研究人员希望以此平台为基础，整合各种二维材料库，在不受加工损伤影响的情况下研究其内在特性，并利用这些卓越功能开发新的设备平台。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423078.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423078.htm

麻省理工学院物理学家首次在三维晶体中捕获电子 有助于解开超导之谜

麻省理工学院物理学家首次在三维晶体中捕获电子有助于解开超导之谜麻省理工学院的物理学家在纯净的晶体中捕获了电子，标志着在三维材料中首次实现了电子平带。这种罕见的电子状态得益于一种特殊的立方体原子排列（如图），这种排列类似于日本的"编织篮"艺术。该成果为科学家探索三维材料中的稀有电子状态提供了一种新的途径。图片来源：研究人员提供发现三维平带现在，麻省理工学院的物理学家成功地将电子困在了纯净的晶体中。这是科学家首次在三维材料中实现电子平带。通过一些化学操作，研究人员还表明他们可以将晶体转化为超导体--一种零电阻导电的材料。这些成果为探索三维材料中的超导性和其他奇异电子状态打开了大门。这种罕见的电子状态得益于一种特殊的立方体原子排列（如图），这种排列类似于日本的"Kagome"编织篮艺术。图片来源：研究人员提供由于晶体的原子几何结构，电子被困状态成为可能。物理学家合成的这种晶体的原子排列类似于日本编织艺术"kagome"中的编织图案。研究人员发现，在这种特定的几何结构中，电子不是在原子间跳跃，而是被"关在笼子里"，固定在同一能带上。潜在应用和研究动机研究人员说，这种平带状态几乎可以用任何原子组合来实现--只要它们以这种卡戈米启发的三维几何形状排列。这些成果于11月8日发表在《自然》（Nature）杂志上，为科学家探索三维材料中的稀有电子态提供了一种新方法。有朝一日，这些材料可能会被优化，以实现超高效电力线、超级计算量子比特以及更快、更智能的电子设备。研究报告的作者、物理学副教授约瑟夫-格切尔斯基（JosephCheckelsky）说："既然我们知道可以用这种几何形状制造出平面带，我们就有很大的动力去研究其他结构，这些结构可能具有其他新的物理特性，可以成为新技术的平台。"Checkelsky在麻省理工学院的共同作者包括：研究生JoshuaWakefield、MinguKang、PaulNeves和博士后DongjinOh（他们是共同第一作者）；研究生TejLamichhane和AlanChen；博士后ShiangFang和FrankZhao；本科生RyanTigue；核科学与工程学副教授李明达、物理学副教授里卡多-科明（他与查尔斯基合作指导了这项研究）以及其他多个实验室和机构的合作者。设置三维陷阱近年来，物理学家已经成功地在二维材料中捕获电子并确认其电子平带状态。但科学家们发现，被困在二维中的电子很容易从三维中逃逸出来，这使得平带态难以在二维中维持。在他们的新研究中，Checkelsky、Comin和他们的同事希望在三维材料中实现平带，这样电子就会被困在所有三个维度中，任何奇异的电子状态都能得到更稳定的维持。他们认为，"Kagome"可能会在其中发挥作用。在之前的工作中，科学家们观察到二维原子晶格中的电子被捕获，这种晶格类似于一些可果美的图案。当原子排列成相互连接、共用边角的三角形图案时，电子被限制在三角形之间的六边形空间内，而不是在晶格中跳跃。但是，和其他研究人员一样，研究人员发现电子可以向上逸出晶格，穿过三维空间。研究小组想知道由类似晶格组成的三维结构能否将电子封闭起来？他们在材料结构数据库中寻找答案，发现了一种原子的特定几何构型，一般被归类为火成岩--一种原子几何高度对称的矿物。火成岩的三维原子结构形成了一个重复的立方体图案，每个立方体的表面都像一个Kagome状的晶格。他们发现，从理论上讲，这种几何结构可以有效地将电子俘获在每个立方体中。为了验证这一假设，研究人员在实验室中合成了一种烧绿石晶体。"这与自然界制造晶体的方式并无二致，"Checkelsky解释说。"我们把某些元素放在一起--在本例中是钙和镍--在极高的温度下熔化它们，然后冷却，原子本身就会排列成这种晶体状的Kagome构造。"随后，他们测量了晶体中单个电子的能量，看它们是否确实属于同一平坦的能量带。要做到这一点，研究人员通常要进行光发射实验，在实验中，他们将单个光子照射到样品上，进而发射出单个电子。然后，探测器可以精确测量单个电子的能量。科学家利用光发射来确认各种二维材料中的平带状态。由于这些材料在物理上是平面的、二维的，因此使用标准激光进行测量相对简单。但对于三维材料来说，这项任务更具挑战性。科明解释说："这个实验通常需要一个非常平整的表面。但如果你观察一下这些三维材料的表面，它们就像落基山脉一样，呈现出非常波状的地貌。在这些材料上进行实验非常具有挑战性，这也是没有人证明它们能承载被困电子的部分原因"。研究小组利用角度分辨光发射光谱（ARPES）清除了这一障碍，这种超聚焦光束能够瞄准凹凸不平的三维表面上的特定位置，并测量这些位置上的单个电子能量。这就像直升机在非常小的垫子上着陆一样，在岩石上到处都是。利用ARPES，研究小组在大约半小时内测量了合成晶体样品上数千个电子的能量。他们发现，绝大多数晶体中的电子表现出完全相同的能量，这证实了三维材料的平带状态。迈向超导为了了解他们能否操纵配位电子进入某种奇特的电子状态，研究人员合成了相同的晶体几何形状，这次用铑和钌原子代替了镍原子。根据纸上计算，研究人员认为这种化学交换应该将电子的平带转移到零能--一种自动导致超导的状态。而事实上，他们发现，当他们用略微不同的元素组合，在相同的卡戈米式三维几何中合成出一种新晶体时，晶体的电子呈现出平带，这次是超导状态。科明说："这为我们思考如何找到新的、有趣的量子材料提供了一种新的范式。我们发现，有了这种可以捕获电子的原子排列的特殊成分，我们总能找到这些平带。这不仅仅是运气好。从这一点出发，我们面临的挑战是如何进行优化，以实现平带材料的承诺，从而有可能在更高温度下维持超导性。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395965.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395965.htm

麻省理工学院研究人员实现前所未有的原子接近度

麻省理工学院研究人员实现前所未有的原子接近度麻省理工学院的物理学家们开发出了一种技术，可以将原子（用箭头表示的球体）排列得比以前更紧密，最小可达50纳米。该研究小组计划利用这种方法将原子操纵到可以产生第一个纯磁性量子门的配置中--这是新型量子计算机的关键构件。在这张图片中，磁相互作用由彩色线条表示。图片来源：研究人员提供；麻省理工学院新闻他们通常的做法是将原子冷却到静止状态，然后用激光将粒子排列到相距500纳米的位置--这个限制是由光波长决定的。现在，麻省理工学院的物理学家们开发出了一种技术，可以将原子排列得更近，最小仅为50纳米。一个红血球的宽度约为1000纳米。物理学家在镝实验中展示了这种新方法，镝是自然界中磁性最强的原子。他们利用新方法操纵了两层镝原子，并将两层原子精确定位在50纳米之间。在这种极端接近的情况下，磁相互作用的强度是相隔500纳米的两层原子的1000倍。不同颜色的激光用于冷却和捕获镝原子。图片来源：研究人员提供更重要的是，科学家们能够测量原子接近所产生的两种新效应。它们增强的磁力导致了"热化"，即热量从一层传递到另一层，以及层间的同步振荡。当原子层之间的距离越远，这些效应就越弱。麻省理工学院约翰-麦克阿瑟物理学教授沃尔夫冈-凯特尔（WolfgangKetterle）说："我们已经把原子的间距从500纳米提高到50纳米，可以利用这一点做很多事情。在50纳米处，原子的行为有了很大的不同，我们正在进入一个新的领域。"凯特尔和他的同事说，这种新方法可以应用于许多其他原子，以研究量子现象。该研究小组计划利用这种技术将原子操纵成可以产生第一个纯磁性量子门的构型--这是新型量子计算机的关键构件。研究小组于5月2日在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。该研究的共同作者包括第一作者、物理系研究生杜力，以及皮埃尔-巴拉尔、迈克尔-坎塔拉、朱利叶斯-德-洪德和卢宇坤--他们都是麻省理工学院-哈佛超冷原子中心、物理系和电子研究实验室的成员。研究人员调整激光系统的控制电子装置。图片来源：研究人员提供为了操纵和排列原子，物理学家通常首先将原子云冷却到接近绝对零度的温度，然后使用激光束系统将原子集中到一个光学陷阱中。激光是一种具有特定波长（电场最大值之间的距离）和频率的电磁波。波长将光所能形成的最小图案限制在500纳米，即所谓的光学分辨率极限。由于原子会被特定频率的激光吸引，因此原子会被定位在激光强度的峰值点上。因此，现有技术对原子粒子的定位距离有限，无法用于探索更短距离内发生的现象。凯特尔解释说："传统技术止步于500纳米，受限的不是原子，而是光的波长。我们现在发现了一种新的光技巧，可以突破这一限制。"该团队的新方法与当前的技术一样，首先冷却原子云--在这种情况下，冷却到大约1微开尔文，仅比绝对零度高出一线--此时，原子接近静止。然后，物理学家可以使用激光将冻结的粒子移动到所需的构型中。然后，杜和他的合作者使用了两束激光，每束激光都有不同的频率（即颜色）和圆偏振（即激光电场的方向）。当这两束激光穿过超冷原子云时，原子会沿着两束激光中任何一束的偏振，向相反的方向自旋。结果，两束激光产生了两组相同的原子，只是自旋方向相反。每束激光都形成了一个驻波，即空间周期为500纳米的电场强度周期性模式。由于它们的偏振不同，每个驻波都能根据原子的自旋吸引和俘获两组原子中的一组。激光可以叠加和调整，使其各自峰值之间的距离小到50纳米，这意味着被引力吸引到各自激光峰值的原子将被同样的50纳米分开。但要做到这一点，激光器必须非常稳定，不受任何外部噪音的影响，例如实验中的震动甚至呼吸声。研究小组意识到，他们可以通过一根光纤来引导这两束激光，从而使它们保持稳定。杜力说："通过光纤发送两束激光的想法意味着整台机器可能会剧烈晃动，但两束激光彼此保持绝对稳定。"作为对新技术的首次测试，研究小组使用了镝原子--一种稀土金属，它是元素周期表中磁性最强的元素之一，尤其是在超低温条件下。然而，在原子尺度上，该元素的磁相互作用在500纳米的距离上也相对较弱。就像普通冰箱磁铁一样，原子之间的磁吸引力会随着距离的增加而增加，科学家们怀疑，如果他们的新技术能将镝原子间隔到50纳米的距离，就可能观察到磁性原子之间原本微弱的相互作用。坎塔拉说："我们可能会突然产生磁相互作用，这种作用过去几乎可以忽略不计，但现在却非常强大。"研究小组将他们的技术应用于镝，首先对原子进行过冷处理，然后通过两束激光将原子分成两个自旋组或自旋层。他们发现，两层镝原子确实向各自的激光峰引力，这实际上将原子层分开了50纳米--这是任何超冷原子实验所能达到的最近距离。在这种极度接近的情况下，原子的自然磁性相互作用得到了显著增强，比相距500纳米的原子强1000倍。研究小组观察到，这些相互作用产生了两种新的量子现象：集体振荡，即一层的振动导致另一层同步振动；热化，即一层纯粹通过原子的磁波动将热量传递给另一层。杜指出："到目前为止，只有当原子处于同一物理空间并发生碰撞时，它们之间才能交换热量。现在，我们看到了被真空隔开的原子层，它们通过波动的磁场交换热量。"该团队的研究成果引入了一种新技术，可用于将多种类型的原子靠近放置。他们还表明，原子放置得足够近时，会表现出有趣的量子现象，可以利用这些现象来制造新的量子材料，并有可能制造出用于量子计算机的磁驱动原子系统。坎塔拉说："我们将超分辨率方法带入了这一领域，它将成为进行量子模拟的通用工具。可能有许多变体，我们正在研究这些变体"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430651.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430651.htm

麻省理工学院工程师利用日本剪纸工艺制作出超强轻质结构

麻省理工学院工程师利用日本剪纸工艺制作出超强轻质结构麻省理工学院的研究人员利用日本的剪纸和折纸艺术-Kirigami，开发出了具有可调机械性能（如刚度和柔度）的超强轻质材料。这些材料可用于飞机、汽车或航天器。图片来源：研究人员提供麻省理工学院的研究人员修改了一种常见的折纸折痕图案，使波纹结构的尖点变成了刻面。这些刻面就像钻石上的刻面一样，提供了平坦的表面，可以用螺栓或铆钉更方便地将板材固定在上面。图片来源：研究人员提供麻省理工学院的研究人员利用日本古老的折纸和剪纸艺术-Kirigami，制造出了一种名为"板格"的高性能结构材料，其规模远远超过了科学家们之前通过添加剂制造所能实现的规模。这项技术使他们能够用金属或其他材料制造出具有定制形状和特别定制机械性能的这些结构。"这种材料就像钢软木。它比软木轻，但具有高强度和高刚度，"麻省理工学院比特与原子中心（CBA）负责人尼尔-格申菲尔德（NeilGershenfeld）教授说，他是有关这种方法的一篇新论文的资深作者。研究人员开发了一种模块化制造工艺，在这种工艺中，许多较小的部件被成型、折叠并组装成三维形状。利用这种方法，他们制造出了超轻、超强的结构和机器人，在特定载荷下，它们可以变形并保持形状。研究人员通过在顺应面上张紧钢丝，然后将其连接到滑轮和电机系统，从而驱动波纹结构，使其能够向任一方向弯曲。图片来源：研究人员提供由于这些结构重量轻、强度高、刚度大，而且相对容易大规模生产，因此在建筑、飞机、汽车或航空航天部件中特别有用。与格申菲尔德一起撰写论文的还有共同第一作者、CBA研究助理阿方索-帕拉-鲁比奥（AlfonsoParraRubio）和麻省理工学院电气工程与计算机科学研究生克拉拉-蒙迪洛娃（KlaraMundilova），以及CBA研究生大卫-普雷斯（DavidPreiss）和麻省理工学院计算机科学教授埃里克-德梅因（ErikD.Demaine）。该研究成果在美国机械工程师学会工程计算机与信息大会上发表。像晶格这样的结构材料经常被用作一种复合材料的核心，这种复合材料被称为三明治结构。要设想夹层结构，可以想象一下飞机机翼，在机翼上，一系列相交的对角梁构成了夹在顶部和底部面板之间的网格核心。这种桁架结构具有很高的刚度和强度，但重量却很轻。板格是由板而不是梁的三维交叉组成的蜂窝结构。这些高性能结构的强度和刚度甚至超过了桁架晶格，但由于其形状复杂，使用3D打印等普通技术制造它们具有挑战性，尤其是在大规模工程应用中。麻省理工学院的研究人员利用桐纸克服了这些制造难题，桐纸是一种通过折叠和切割纸张来制作3D形状的技术，其历史可追溯到7世纪的日本艺术家。研究人员利用他们的方法制造出了压缩强度超过62千牛顿的铝结构，但每平方米的重量仅为90千克。图片来源：研究人员提供Kirigami已被用于利用部分折叠的之字形折痕制作板格。但要制作夹层结构，必须将平板连接到波纹芯材的顶部和底部，再连接到人字形折痕形成的窄点上。这通常需要强力粘合剂或焊接技术，从而导致组装速度慢、成本高，而且难以扩大规模。麻省理工学院的研究人员修改了一种常见的折纸折痕图案，使波纹结构的尖点变成了刻面。这些刻面就像钻石上的刻面一样，提供了平整的表面，可以用螺栓或铆钉更方便地将板块固定在上面。ParraRubio说："在重量和内部结构保持不变的情况下，板晶格在强度和刚度方面优于梁晶格。通过使用双光子光刻技术进行纳米级生产，理论刚度和强度已达到H-S上限。板晶格的构建非常困难，因此在宏观尺度上的研究很少。我们认为，折叠是一条更容易利用金属制成的这种板状结构的途径。"此外，研究人员设计、折叠和切割图案的方式使他们能够调整某些机械性能，如刚度、强度和弯曲模量（材料的抗弯倾向）。他们将这些信息以及三维形状编码成折痕图，用来创建这些叽里纸波纹。例如，根据褶皱的设计方式，可以对一些细胞进行塑形，使其在压缩时保持形状，而对另一些细胞进行修改，使其弯曲。通过这种方式，研究人员可以精确控制结构的不同区域在压缩时的变形情况。由于可以控制结构的灵活性，这些波纹可用于机器人或其他具有移动、扭曲和弯曲部件的动态应用中。为了制作像机器人这样的大型结构，研究人员采用了模块化组装工艺。他们批量生产较小的折痕图案，并将其组装成超轻、超强的三维结构。较小的结构具有较少的折痕，从而简化了制造过程。研究人员利用经过改良的三浦织图案，创造出一种能产生所需形状和结构特性的折痕图案。然后，他们利用一台独特的机器--Zund切割台--切割出平整的金属板，并将其折叠成三维形状。"要制造汽车和飞机等产品，需要在模具上投入巨资。这种制造工艺不需要工具，就像3D打印一样。但与3D打印不同的是，我们的工艺可以设定记录材料特性的极限，"格申菲尔德说。利用他们的方法，他们制造出的铝结构压缩强度超过62千牛顿，但每平方米重量仅为90千克。(软木每平方米重约100千克）他们的结构非常坚固，可以承受的力是普通铝波纹的三倍。这种多用途技术可用于钢材和复合材料等多种材料，因此非常适合生产飞机、汽车或航天器的轻质减震部件。不过，研究人员发现，他们的方法可能难以建模。因此，他们计划在未来为这些叽里格米板格结构开发用户友好的CAD设计工具。此外，他们还希望探索各种方法，以降低模拟设计所需性能的计算成本。帕拉-卢比奥、蒙迪洛娃和其他麻省理工学院的研究生还利用这种技术用铝复合材料制作了三件大型折叠艺术品，并在麻省理工学院媒体实验室展出。尽管每件作品都长达数米，但这些结构的制作只用了几个小时。"归根结底，艺术作品之所以成为可能，是因为我们在论文中展示了数学和工程方面的贡献。但我们也不想忽视我们作品的美学力量，"ParraRubio说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1384883.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1384883.htm