迄今最小流量驱动电机仅25纳米

迄今最小流量驱动电机仅25纳米荷兰代尔夫特理工大学研究人员制造出世界上最小的流量驱动电机。受荷兰标志性风车和生物马达蛋白的启发，研究人员构建出一种通过DNA自我配置的流动驱动转子，可将电能或盐梯度的能量转化为有用的机械功。这一成果为在纳米尺度上设计主动机器人开辟了新的途径。相关论文发表在最近的《自然·物理》杂志上。几千年来，旋转电机一直是人类社会的动力源。从荷兰及世界各地的风车和水轮，到今天代表绿色能源未来的先进的离岸风力涡轮机。这些由水流或风力驱动的旋转马达在生物细胞中也有突出的应用，FoF1-ATP合成酶就是一个例子，它能产生细胞运行所需的燃料。但到目前为止，要制造纳米级的合成结构仍然很难。此次制造的流量驱动电机是由DNA材料制成的。这种结构与薄膜中的纳米孔（一个微小的开口）对接。在电场作用下，只有7纳米粗细的DNA束自组织成转子状结构，随后进入每秒10转以上的持续旋转运动。7年来，研究人员一直在尝试自下而上地综合制造这样的旋转纳米电机。他们使用DNA折叠技术，利用互补DNA碱基对之间的特定相互作用来构建2D和3D纳米物体。通过施加电压等方式形成离子流产生能量，使转子旋转。其旋转方向由转子的手性设定，左旋顺时针旋转；右旋则逆时针旋转。研究人员还展示了这种“纳米涡轮机”承载负荷的能力。研究人员表示，这一成果是一个里程碑，因为它是迄今为止首次在纳米尺度上实现的流量驱动有源转子实验。这项工作的重要性并不仅限于这个简单的转子本身，它背后的技术和物理机制为制造合成纳米电机开辟了一条全新途径——流量驱动的纳米涡轮机，这是一个尚未被探索的领域。研究人员表示，他们制造出第一个纳米级涡轮机，再现了美丽的荷兰风车，但这一次它只有25纳米，相当于体内一个蛋白质的大小。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1301827.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1301827.htm

纳米技术的突破：超薄铁电薄膜可被用来制造更小、更高效的电子设备

纳米技术的突破：超薄铁电薄膜可被用来制造更小、更高效的电子设备开发具有新电子功能的越来越薄的材料是一个极具竞争力的研究领域。这种装置在铁电体中尤其重要，铁电体是一种具有可被电场逆转的极化作用的材料。这种逆转极化的能力使这些材料在记忆和振动发电方面很有用。然而，随着这些设备中使用的材料变得更小，它们表现出意想不到的特性，使其工业使用变得复杂。一个大问题是"尺寸效应"，因为当材料的厚度减少到几纳米时，其铁电特性就会消失。现在，名古屋大学材料化学系和可持续发展材料与系统研究所（IMASS）的一个团队在MinoruOsada教授的领导下，使用水溶液工艺成功合成了厚度为1.8纳米的具有铁电特性的无缺陷BaTiO3纳米片。该成果是迄今为止最薄的独立薄膜。虽然很薄，但该薄膜表现出铁电特性，代表了在制造薄的铁电活性薄膜方面的一个重要突破。"然而，对于BaTiO3这种典型的铁电材料，用传统的合成方法很难合成纳米片。因此，有必要开发一种新的合成方法，"Osada说。"一般来说，BaTiO3的合成需要一个煅烧过程，需要1000℃或更高的温度。相比之下，我们用我们的工艺在60℃的低温下合成了BaTiO3纳米片。由于使用这种方法可以通过改变反应时间来控制薄膜的厚度，因此实现了具有2至6个晶格的纳米片的合成。""如果能在铁电中合成厚度为几纳米的纳米片，就有望发现新的特性和应用。我们的发现应该为存储器和电容器等设备的小型化提供一种重要技术，由于现有技术在材料和工艺方面都已经达到了极限，像我们这样的技术是至关重要的。它们通过新材料和新工艺的手段提供了性能的大幅提高和技术创新。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356981.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356981.htm

科学家打破对称激发极化子 开启纳米光子学的未来

科学家打破对称激发极化子开启纳米光子学的未来在发表于《eLight》的一篇新论文中，由华中科技大学张新亮教授、李培宁教授和中国地质大学戴志高教授领导的科学家团队开发出一种新技术，通过控制近场激发源，实现各向异性HPs的平面内激发和传播。他们的研究拓展了操纵非对称极化子的可能性，可应用于可重构的极化子器件。晶体表面的光盘天线为打破双曲极化子的对称性提供了面内极化激发源。资料来源：中国地质大学/刘璐最近，人们在低对称性单斜晶体中发现了双曲剪切极化子，也称为镜像对称断裂极化子。这些剪切极化子的非对称性源于低对称晶体固有的非赫密特介电常数张量，而高对称晶体不具备这种特性。研究小组研究了线性极化面内源对在高对称性、低损耗系统中产生具有增强定向传播的对称破缺HP的影响。研究小组通过理论和实验证明，控制近场激励源可以配置平面内HP的激励和传播。它可以打破平面高压的镜像对称性，而无需低晶体对称性。该团队的源配置方法能够在宽广的频率范围内调整非对称极化子的传播，从而为纳米尺度上光引导和传播的动态稳健控制建立了新的自由度。他们的研究成果拓展了操纵极化子的可能性，并可应用于可重构极化子器件，用于偏振相关的纳米光子电路或光隔离。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381075.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381075.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

MIT率先推出用于光学量子计算机和通信远程传输设备的量子光源

MIT率先推出用于光学量子计算机和通信远程传输设备的量子光源 该结果于6月22日发表在《自然光子学》杂志上，论文作者为麻省理工学院研究生AlexanderKaplan、化学教授MoungiBawendi和其他六人。显微成像显示钙钛矿纳米晶体的尺寸均匀性。图片来源：研究人员提供大多数量子计算概念都使用超冷原子或单个电子的自旋作为量子位，构成此类设备的基础。但大约二十年前，一些研究人员提出了使用光而不是物理物体作为基本量子位单元的想法。除其他优点外，这将消除对复杂且昂贵的设备来控制量子位以及输入和提取数据的需要。相反，普通的镜子和光学探测器就足够了。“有了这些类似量子位的光子，”卡普兰解释道，“只要你有适当准备的光子，只需‘家用’线性光学器件，你就可以建造一台量子计算机。”这些光子的准备是关键。每个光子都必须与前一个光子的量子特性精确匹配，等等。一旦实现完美匹配，“真正重大的范式转变就是从需要非常奇特的光学器件、非常奇特的设备，转变为只需要简单的设备。需要特别的是光本身。”然后，他们采用这些彼此相同且无法区分的单光子，并使它们相互作用。这种不可区分性至关重要：如果有两个光子，并且“它们的一切都是一样的，你不能说第一和第二，你就无法以这种方式跟踪它们。这就是让他们能够以某些非经典方式进行互动的原因。”卡普兰说：“如果我们希望光子具有这种非常特殊的属性，即在能量、偏振、空间模式、时间以及所有我们可以用量子力学编码的东西上有很好的定义。”他们最终使用的来源是一种铅盐石钙钛矿纳米粒子。卤化铅钙钛矿薄膜作为潜在的下一代光伏发电而受到广泛关注，因为它们比当今标准的硅基光伏发电更轻，更容易加工。纳米颗粒形式的卤化铅钙钛矿以其极快的低温辐射率而闻名，这使它们有别于其他胶体半导体纳米颗粒。光发射得越快，输出就越有可能具有明确的波函数。因此，快速的辐射速率使卤化铅钙钛矿纳米颗粒能够独特地发射量子光。为了测试它们产生的光子确实具有这种不可区分的特性，标准测试是检测两个光子之间的一种特定类型的干涉，称为红欧曼德尔干涉。卡普兰说，这种现象是许多基于量子的技术的核心，因此证明它的存在“已成为确认光子源可用于这些目的的标志”。很少有材料能够发出符合这项测试的光。“它们几乎可以用一只手列出来。”虽然他们的新源尚不完美，仅在大约一半的情况下产生HOM干扰，但其他源在实现可扩展性方面存在重大问题。“其他来源之所以一致，是因为它们是用最纯净的材料制成的，而且它们是一个接一个、一个原子接一个原子地单独制成的。因此，可扩展性和再现性都很差，”卡普兰说。相比之下，钙钛矿纳米粒子是在溶液中制成的，然后简单地沉积在基材材料上。“我们基本上只是将它们旋转到一个表面上，在这种情况下只是一个普通的玻璃表面，我们看到他们经历了以前只有在最严格的准备条件下才能看到的行为。因此，尽管这些材料可能还不完美，“它们的可扩展性非常好，我们可以制造很多。而且它们目前还没有得到优化。我们可以将它们集成到设备中，并且可以进一步改进它们，”卡普兰说。在现阶段，这项工作是“一个非常有趣的基本发现”，展示了这些材料的功能。“这项工作的重要性在于，希望它可以鼓励人们研究如何在各种设备架构中进一步增强这些功能。”而且，通过将这些发射器集成到称为光学腔的反射系统中，就像其他光源所做的那样，“我们完全有信心将它们集成到光学腔中将使它们的性能达到竞争水平。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367293.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367293.htm

新型分子光开关可以以三种不同的形式存在 有望打开数据存储新时代

新型分子光开关可以以三种不同的形式存在有望打开数据存储新时代这项研究开发了一种方法，可通过控制倍率和光异构化条件在不同形式之间进行定量切换。图片来源：LucieWohlrábová/IOCBPrague尽管科学家们知道类似的分子可以进入第三种状态，但他们选择不对其进行研究。理由是他们无法控制各个分子形态之间的转换，第三种形态的存在只会使分子的行为复杂化。现在，TomášSlanina博士领导的研究小组的研究人员克服了这一障碍。由博士生JakubCopko和TomášSlanina博士共同撰写的相关论文现已发表在《化学通讯》（ChemicalCommunications）杂志上。论文作者之一JakubCopko说："我们能够随心所欲地在三种状态之间精确、有选择地切换分子。"光开关的结构变化通常表现为其宏观特性的改变。例如，当暴露在特定参数的光线下时，分子会改变颜色，甚至肉眼可见。例如，蓝色可以变成黄色，反之亦然，这两种颜色可以分别被视为0和1。因此，单个分子的功能与内存位相同，也很容易读取。TomášSlanina博士指出："不过，它们之间有一个区别，那就是由于体积微小，它们能够存储的信息量要比硅基芯片多出一个数量级：这一切只有在光开关足够稳定，不会在没有光的情况下自发地在不同状态之间切换的情况下才能实现。正是这一要求至今难以满足，因此专家们甚至从未尝试过在一个分子内实现向第三种状态的转换。多亏了我们现在的发现，这才成为可能。"从第二种状态过渡到第三种状态时，发生重大变化的不是颜色，而是分子的几何形状。当需要对分子进行"塑形"，使其与目标活性中心相吻合，或反之，将其挤出目标活性中心时，这一点就显得尤为方便。所有这些都是由特定波长的光脉冲触发的。可能的实际应用范围非常广泛。然而，由于它是最近才发现的，专家们才刚刚开始发掘它的潜力。JakubCopko（左）和布拉格IOCB氧化还原光化学组组长TomášSlanina。图片来源：TomášBelloň/布拉格IOCBTomášSlanina小组的科学家们长期以来一直在研究光开关。具体来说，他们一直在关注一种被称为"fulgids"的物质，尽管与其他光开关相比，这种物质通常具有更好的特性，但全世界只有少数几个实验室在研究这种物质。原因很简单：迄今为止，它们的制备非常复杂。不过，JakubCopko也设法消除了这一障碍。他解释说："当我开始攻读博士学位时，我需要花费长达一个月的时间才能制备出一个fulgids。现在，多亏了我们的化学捷径，一个下午就能做好。"他采用所谓的单锅反应，即所有化学转化都在一个烧瓶中进行，无需分离和纯化所有中间产物。这不仅大大加快了制备过程，而且使反应更纯净，产率更高，并减少了对环境的影响。TomášSlanina补充道："我们正在努力确保fulgids不仅仅是教科书上的一类物质，而是能够得到更广泛的关注。它可以推动全球光开关领域的发展。"得益于他的研究小组的工作，这种光开关的制备现在变得非常简单，即使没有任何光开关化学方面的经验，也可以在任何合成化学实验室完成。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426261.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426261.htm