研究人员从原子层面了解二维半导体界面上的电荷转移过程

研究人员从原子层面了解二维半导体界面上的电荷转移过程超短闪光打破了电子（红色）和空穴（蓝色）之间的结合，从而实现了对原子薄半导体中电荷转移过程的研究。资料来源：LukasKroll、JanPhilippBange、MarcelReutzel、StefanMathias：《科学进展》，DOI:10.1126/sciadv.adi1323通过使用一种特殊的方法破坏电子和空穴之间的结合，他们得以从微观上深入了解半导体界面上的电荷转移过程。相关成果发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上。当光线照射到半导体上时，其能量会被吸收。因此，带负电荷的电子和带正电荷的空穴在半导体中结合成对，形成激子。在最先进的二维半导体中，这些激子具有极高的结合能。在他们的研究中，研究人员为自己设定了一个挑战：研究激子的空穴。哥廷根大学的物理学家兼第一作者JanPhilippBange解释说："在我们的实验室，我们使用光发射光谱来研究量子材料对光的吸收如何导致电荷转移过程。迄今为止，我们一直专注于电子-空穴对中的电子，我们可以使用电子分析仪测量这些电子。到目前为止，我们还没有任何方法可以直接获取空穴本身。因此，我们对如何不仅描述激子的电子，还能描述其空穴的特性这一问题很感兴趣"。为了回答这个问题，哥廷根大学物理系的马塞尔-罗伊策尔博士和斯特凡-马蒂亚斯教授领导的研究人员使用了一种特殊的光电子显微镜和高强度激光。在这一过程中，激子的破裂会导致实验中测得的电子能量损失。罗伊策尔解释说："这种能量损失是不同激子的特征，取决于电子和空穴相互作用的环境。"在目前的研究中，研究人员使用了一种由两种不同原子厚度的半导体组成的结构，证明激子的空穴从一个半导体层转移到另一个半导体层，类似于太阳能电池。马尔堡大学的埃尔明-马利克教授团队能够通过一个模型来解释这一电荷转移过程，描述微观层面上发生的情况。马蒂亚斯总结道："未来，我们希望利用电子和空穴相互作用的光谱特征来研究量子材料中超短时间和超长尺度的新阶段。这些研究可以成为开发新技术的基础，我们希望将来能为此做出贡献。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426107.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426107.htm

研究人员发明单分子阀门 实现纳米通道中的单分子流动

研究人员发明单分子阀门实现纳米通道中的单分子流动为了克服这一障碍，能够通过非常狭窄的通道（尺寸类似于百万分之一根吸管）输送分子的"纳米流体装置"，作为直接控制溶液中单个分子的一种手段，已经引起了人们的兴趣。由大阪都立大学工程研究生院的YanXu副教授领导的一个联合研究小组已经成功地通过施加外部压力打开和关闭纳米流体装置中的一个纳米阀来调节溶液中单个分子的流动。单分子阀的工作原理示意图，Cy3在纳米通道中的单分子流动研究小组制造了一个纳米流体装置，其顶部是一块薄薄的柔性玻璃板，底部是一块带有小结构的硬质玻璃板，以此形成纳米通道和纳米阀座。通过向柔性玻璃片施加外部压力来打开和关闭阀门，他们成功地直接操纵和控制了溶液中单个分子的流动。他们还发现，当他们将单个荧光分子困在阀门内部的纳米空间时，单个分子的荧光变得更加明亮。这是因为狭小的空间使单分子难以随机移动。Xu教授说，"这种荧光信号放大的效果可以帮助检测极少量的病原体，用于癌症和帕金森病等疾病的早期诊断，而不需要昂贵的设备。"这项研究的结果可能是朝着使用单分子作为溶液中的构件自由组装材料迈出的重要一步。这项技术有可能在各个领域发挥作用，例如开发治疗罕见疾病的个性化药物和创造更好的显示器和电池，应用前景广泛。"我们一直在通过提出和推广'单分子调控化学（SMRC）'的概念来应对各种挑战，在这个概念中，分子被视为构件，溶液中的化学和生物化学反应的所有过程都在单分子基础上进行。Xu教授说："单分子阀门标志着向这一目标迈出了第一步，有朝一日，它可以彻底改变化学、生物学和材料科学，并改变各种行业。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358525.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358525.htm

研究人员发现利用量子光探测量子声音的开创性方法

研究人员发现利用量子光探测量子声音的开创性方法最近发表在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）杂志上的一项研究揭示了分子振动与光粒子（即光子）之间的量子力学相互作用。希望这一发现能帮助科学家更好地理解光与物质在分子尺度上的相互作用。量子效应在从新量子技术到生物系统等各种应用中的重要性的基本问题铺平了道路。UEA物理学院的马格努斯-博格（MagnusBorgh）博士说："化学物理学界对光粒子的能量在分子内传递过程的性质长期存在争议。从根本上说，它们是量子力学还是经典力学？分子是复杂而混乱的系统，不断振动。这些振动如何影响分子中的任何量子力学过程？""对这些过程的研究通常使用依赖偏振的技术--这与太阳镜中用于减少反射的光的特性相同。但这是一种经典现象。量子光学是研究光的量子性质及其与原子尺度物质相互作用的物理学领域，它的技术可以提供一种直接研究分子系统中真正量子效应的方法。"光子相关性在量子行为中的意义通过研究置于激光场中的分子发出的光的相关性，可以揭示量子行为。相关性回答了两个光子发射距离很近的可能性有多大的问题，并可使用标准技术进行测量。UEA理论化学博士生本-汉弗莱斯（BenHumphries）说："我们的研究表明，当分子与周围环境交换声子（量子力学的声音粒子）时，会在光子相关性中产生可识别的信号。"虽然光子在世界各地的实验室中都能被常规地产生和测量，但单个的量子振动，也就是相应的声音粒子--声子，一般无法进行类似的测量。新发现为研究分子中的量子声音世界提供了一个工具箱。首席研究员、UEA化学学院的加思-琼斯（GarthJones）博士说："我们还计算了光子和声子之间的相关性。他补充说："如果我们的论文能够启发人们开发新的实验技术，直接探测单个声子，那将是非常令人兴奋的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392893.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392893.htm

剑桥大学研究人员的新发现可能改变电化学设备的未来

剑桥大学研究人员的新发现可能改变电化学设备的未来艺术家绘制的水中电子聚合物图--同时传导离子电荷和电子电荷。资料来源：ScottT.Keene在快速发展的生物电子学领域，被称为共轭聚合物的软导电材料被用于开发可在传统临床环境之外使用的医疗设备。例如，这类材料可用于制造远程监测病人健康状况的可穿戴传感器，或积极治疗疾病的植入式设备。在这类设备中使用共轭聚合物电极的最大好处是，它们能够将负责大脑和身体电信号的离子与电子（电子设备中的电信号载体）无缝耦合。这种协同作用改善了大脑与医疗设备之间的连接，有效地转换了这两种信号。在发表于《自然-材料》（NatureMaterials）上的这项有关共轭聚合物电极的最新研究中，研究人员报告了一项意想不到的发现。人们通常认为，离子的运动是充电过程中最慢的部分，因为离子比电子重。然而，这项研究发现，在共轭聚合物电极中，"空穴"（供电子移动的空隙）的移动可能是材料充电速度的限制因素。研究人员使用专门的显微镜对充电过程进行了实时密切观察，发现当充电水平较低时，空穴的移动效率很低，导致充电过程比预期的慢得多。换句话说，与标准知识相反，在这种特殊材料中，离子的传导速度比电子快。这一意外发现为我们深入了解影响充电速度的因素提供了宝贵的线索。令人兴奋的是，研究小组还确定，通过操纵材料的微观结构，可以调节充电过程中空穴移动的速度。这种新发现的控制和微调材料结构的能力可以让科学家们设计出性能更好的共轭聚合物，从而实现更快、更高效的充电过程。第一作者、剑桥大学卡文迪什实验室和电气工程部的斯科特-基恩（ScottKeene）说："我们的发现挑战了人们对电化学设备充电过程的传统认识。在低水平充电过程中，作为电子移动空隙的空穴的移动效率会出奇地低，从而导致意想不到的减速"。这些发现影响深远，为未来生物电子学、能量存储和类脑计算等应用领域的电化学设备研发提供了一条大有可为的途径。这项研究的资深作者、工程系电子工程分部菲利普亲王技术教授GeorgeMalliaras说："这项工作阐明了共轭聚合物电化学掺杂过程中发生的基本步骤，并强调了聚合物带状结构的作用，从而解决了有机电子学中一个长期存在的问题。""随着对充电过程有了更深入的了解，我们现在可以探索创造能与人体无缝结合的尖端医疗设备、提供实时健康监测的可穿戴技术以及效率更高的新型能源存储解决方案的新可能性，"共同第一作者、剑桥大学卡文迪什实验室的AkshayRao教授总结道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379111.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379111.htm

研究人员开发出分子设计新准则 可防止电子通过原子振动耦合损失能量

研究人员开发出分子设计新准则可防止电子通过原子振动耦合损失能量对于这些系统中的电子来说，与这些振动相连意味着它们也在不断运动，以百万分之一亿秒的时间尺度随着原子的旋律起舞。但是，所有这些舞动都会导致能量损失，并限制有机分子在发光二极管（OLED）、红外传感器以及用于研究细胞和标记癌细胞等疾病的荧光生物标记物等应用中的性能。现在，研究人员利用激光光谱技术发现了能够阻止这种分子舞蹈的"新分子设计规则"。他们的研究成果发表在《自然》杂志上，揭示了能够阻止电子与原子振动耦合的关键设计原则，从而有效地关闭了分子的紧张舞蹈，推动分子实现无与伦比的性能。艺术家绘制的有机分子光发射特性受原子量子舞动调节的示意图。图片来源：剑桥大学卡文迪什实验室PratyushGhosh编辑该研究的第一作者、圣约翰学院博士生普拉蒂什-戈什（PratyushGhosh）说："所有有机分子，如活细胞中或手机屏幕中的有机分子，都是由碳原子通过化学键相互连接而成的。这些化学键就像微小的振动弹簧，电子通常会感受到它们，从而损害分子和设备的性能。然而，我们现在发现，当我们将分子的几何和电子结构限制在某些特殊构型时，某些分子可以避免这些有害影响。"为了证明这些设计原理，科学家们设计了一系列高效的近红外发射（680-800纳米）分子。在这些分子中，振动造成的能量损失--实质上是电子随原子的旋律起舞--比以前的有机分子低100多倍。这种对设计发光分子的新规则的理解和开发，为未来开辟了一条极其有趣的轨迹，这些基本观察结果可以应用于各行各业。"这些分子如今也有广泛的应用。现在的任务是将我们的发现转化为更好的技术，从增强型显示器到用于生物医学成像和疾病检测的改良分子，"领导这项研究的卡文迪什实验室的AkshayRao教授总结道。编译来源：ScitechDailyOI:10.1038/s41586-024-07246-x...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1431700.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1431700.htm

研究人员成功冷却了正电子原子 对反物质研究产生了重大影响

研究人员成功冷却了正电子原子对反物质研究产生了重大影响正电子冷却。欧洲核子研究中心的AEgIS合作小组在实验中演示了使用基于变石的激光系统对正电子进行激光冷却。资料来源：欧洲核子研究中心-米兰理工大学研究人员成功冷却了正电子原子，对反物质研究产生了重大影响，并促成了量子电动力学的新实验和反物质玻色-爱因斯坦凝聚物的可能性。被正电子束击中的多孔靶（室温）中流出的Ps原子的等效温度从380K降至170K，相应地，Ps均方根速度的横向分量也从54km/s降至37km/s。正电子的独特性质Ps是氢的小兄弟，正电子取代了质子。因此，它比氢轻约2000倍，能级降低了2倍。它很不稳定：在真空和基态下，两个粒子的自旋平行，它的湮灭寿命只有142毫微秒。在其短暂的生命周期内，必须进行Ps冷却，这使得这一过程相对于普通原子而言极具挑战性。使用大带宽脉冲激光器的好处是可以冷却大部分正电子云，同时延长它们的有效寿命，从而在冷却后获得更多的Ps供进一步实验使用。对反物质研究的影响AEgIS实验的目的是测量反氢气的重力加速度（作为反物质弱等价原理的测试），在该实验中，最后一个加速度是通过处于激发态的Ps与被困反质子之间的反应获得的。Ps的速度越低，形成反氢的概率就越高，因此必须尽可能产生动能最低的Ps。推进基础科学和潜在应用获得足够"冷"的Ps原子对基础科学至关重要，例如，对Ps激发能级进行精密光谱分析，可以前所未有的精度测试量子电动力学，或用纯轻子系统测试等效原理。此外，建立一个冷铂原子集合体的可能性可以为第一个反物质玻色-爱因斯坦凝聚态（BEC，已通过激光冷却普通原子获得）铺平道路，在这种状态下，量子力学现象会宏观地显现出来。正电子玻色-爱因斯坦凝聚态将导致受激湮灭，这已被提议作为产生伽马射线能量范围内的相干电磁辐射的一种方法。该成果已作为编辑亮点发表在《物理评论快报》上。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421597.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421597.htm