"智能锈"纳米粒子如何彻底改变水质清洁方式

"智能锈"纳米粒子如何彻底改变水质清洁方式更有效的是，它具有磁性，可以用磁铁轻松地从水中吸走污染物。最近，研究小组对这些颗粒进行了优化，以捕获对水生生物有害的雌激素荷尔蒙。介绍和意义研究人员在美国化学学会（ACS）秋季会议上展示了他们的成果。美国化学学会2023年秋季会议有大约12000个关于各种科学主题的报告。海洋、湖泊和河流中的水会受到各种污染物的污染，因此需要一种简单而廉价的清洁方法。一个研究小组正在设计一种磁性纳米粒子，这种粒子可以靶向雌激素等特定污染物，这些污染物被废水带入水道，可能对水生生物有害。这些颗粒由氧化铁制成，我们大多数人都知道氧化铁是铁锈。研究人员可以改变颗粒的表面，使其能够吸附各种污染物。然后，磁铁就能将颗粒连同附着在颗粒上的污染物一起吸出水面。资料来源：美国化学学会"我们的'智能锈'便宜、无毒、可回收，"该项目的首席研究员马库斯-哈利克博士说。"我们已经证明了它对各种污染物的用途，显示出这项技术在大幅改善水处理方面的潜力。"智能锈背后的科学多年来，Halik的研究团队一直在研究去除水中污染物的环保方法。他们使用的基础材料是超顺磁性氧化铁纳米颗粒，这意味着它们会被磁铁吸引，但不会相互吸引，因此颗粒不会结块。为了让它们变得"聪明"，研究小组开发了一种技术，将膦酸分子附着在纳米大小的球体上。埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希-亚历山大大学的哈里克说："我们在氧化铁内核上添加一层分子后，它们看起来就像从这些颗粒表面伸出的毛发。然后，通过改变与膦酸另一侧结合的物质，研究人员可以调整纳米粒子表面的特性，从而强力吸附不同类型的污染物。"早期版本的智能铁锈能吸附从地中海采集的原油和从研究人员所在大学附近采集的池塘水中的草甘膦。此外，研究小组还证明，智能锈可以去除实验室和河水样本中添加的纳米塑料和微塑料。针对荷尔蒙污染物到目前为止，该团队已经锁定了大部分大量存在的污染物。卢卡斯-穆勒（LukasMüller）是一名研究生，他将在本次会议上展示自己的新成果。当我们体内的一些激素被排出体外时，它们会被冲入废水中，最终进入水道。天然和合成雌激素就是这样一类激素，这些污染物的主要来源包括人类和牲畜的排泄物。环境中的雌激素含量很低，因此很难清除。然而，即使这些含量也已被证明会影响一些植物和动物的新陈代谢和繁殖，不过长期低含量的这些化合物对人类的影响还不完全清楚。穆勒说："我从最常见的雌激素雌二醇开始，然后是其他四种分子结构相似的衍生物。雌激素分子具有笨重的类固醇主体和带轻微负电荷的部分。为了利用这两个特点，他在氧化铁纳米粒子上涂上了两组化合物：一组带长电荷，另一组带正电荷。研究人员推测，这两种分子在纳米粒子表面形成了数十亿个"口袋"，将雌二醇吸入并困住。"由于肉眼看不到这些"口袋"，Müller一直在使用高科技仪器来验证这些雌激素捕获"口袋"是否存在。初步结果显示，从实验室样本中提取激素的效率很高，但研究人员还需要从固态核磁共振光谱和小角中子散射等其他实验来验证口袋假说，并且正试图用不同的拼图来理解分子究竟是如何在纳米粒子表面组装的。未来展望展望未来，研究小组打算在现实世界的水样中测试这些颗粒，并确定它们可以重复使用的次数。研究人员说，由于每个纳米粒子都有很大的表面积和很多口袋，因此它们应该能够去除多个水样中的雌激素，从而降低每次清洗的成本。Halik总结说："通过反复循环使用这些颗粒，这种水处理方法对材料的影响可能会变得非常小。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378321.htm

"量子雪崩" - 可能彻底改变微电子学和超级计算机的现象

"量子雪崩"-可能彻底改变微电子学和超级计算机的现象对"量子雪崩"的新研究揭开了绝缘体到金属转变的神秘面纱，发现了电阻开关的新见解，并为微电子学带来了潜在的突破。对于需要多大的电场等问题，科学家们展开了激烈的争论，比如布法罗大学凝聚态物质理论家JongHan。韩博士是文理学院物理学教授，他是一项研究的第一作者，该研究采用新方法解答了绝缘体到金属转变的一个长期谜团。这项题为"通过隙内梯形态的量子雪崩导致的相关绝缘体塌缩"的研究于今年五月发表在《自然-通讯》（NatureCommunications）上。布法罗大学物理学教授JongHan是一项新研究的第一作者，该研究有助于解开一个长期存在的物理学谜团，即绝缘体如何通过电场转变为金属，这一过程被称为电阻开关。图片来源：布法罗大学DouglasLevere电子通过量子路径运动Han说，金属和绝缘体的区别在于量子力学原理，量子力学原理规定电子是量子粒子，它们的能级在具有禁带间隙的带中运动。自20世纪30年代以来，朗道-齐纳公式一直是确定将绝缘体的电子从低能段推向高能段所需电场大小的蓝图。但此后几十年的实验表明，材料所需的电场要比朗道-齐纳公式估计的小得多，大约小1000倍。"因此，存在着巨大的差异，我们需要一个更好的理论，"Han说。解决差异为了解决这个问题，Han决定考虑一个不同的问题：当已经在绝缘体上带的电子被推动时会发生什么？Han利用计算机模拟了电阻开关，其中考虑到了上带电子的存在。结果表明，一个相对较小的电场就能引发下带和上带之间间隙的塌缩，为电子在带间上下移动创造量子路径。Han打了个比方："想象一些电子在二楼移动。当地板被电场倾斜时，电子不仅开始移动，而且以前被禁止的量子跃迁打开了，地板的稳定性突然崩溃，使不同楼层的电子上下流动。那么，问题就不再是底层的电子如何跳起来，而是更高的楼层在电场作用下的稳定性"。这一想法有助于解决朗道-齐纳公式中的一些差异。它还在一定程度上澄清了关于由电子本身引起的绝缘体到金属的转变或由极热引起的转变的争论。Han的模拟表明，量子雪崩并非由热量引发。然而，从绝缘体到金属的完全转变要等到电子和声子（晶体原子的量子振动）的温度达到平衡时才会发生。Han说，这表明电子和热转换的机制并不是相互排斥的，而是可以同时发生的。"因此，我们找到了一种理解整个电阻开关现象某些角落的方法，"Han说。"但我还认为这是一个很好的起点。"研究可改进微电子学这项研究的共同作者是哥伦比亚大学工程与应用科学学院电子工程系教授兼系主任乔纳森-伯德（JonathanBird）博士，他提供了实验背景。他的团队一直在研究在低温下呈现出新状态的新兴纳米材料的电学特性，这可以让研究人员学到很多关于支配电学行为的复杂物理知识。伯德说："虽然我们的研究侧重于解决新材料物理学的基本问题，但我们在这些材料中揭示的电学现象最终可能为新的微电子技术奠定基础，例如用于人工智能等数据密集型应用的紧凑型存储器。"潜在应用这项研究对于试图模拟人类神经系统电刺激的神经形态计算等领域也至关重要。"不过，我们的重点主要是理解基本现象学，"伯德说。自论文发表以来，Han已经设计出一种分析理论，与计算机的计算结果非常吻合。不过，他还有更多的研究要做，比如量子雪崩发生所需的确切条件。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376849.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376849.htm

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命

BBC：量子技术突破可能带来计算机革命研究人员离实现制造多任务的“量子”计算机又近了一步，那将是比现有的最先进的超级计算机更强大的计算机。量子计算机利用了亚原子粒子的怪异特性。所谓的量子波粒能够同时存在于两个地方，而且即使分隔数百万英里仍然匪夷所思地能够保持关联性。英国苏塞克斯大学（SussexUniversity）的研究团队实现了在电脑芯片之间以前所未有的速度和精度传送量子信息。一个研究当中的障碍就是需要在芯片之间迅速和可靠地传送量子信息：信息受损就会产生误差。不过汉辛格教授的团队已经取得了突破，他们发表在《自然通讯》期刊上的研究表明，他们可能已经克服了上述障碍。这个团队研发了从一个芯片向另外一个芯片以创纪录的速度传送信息的系统，传送可靠率达到了99.999993%。研究人员说，这显示了在原则上许多芯片能够插在一起形成算力更强大的量子计算机。——（节选）

量子技术的突破：新方法保护信息不受退相干和泄密影响

量子技术的突破：新方法保护信息不受退相干和泄密影响开放式量子系统和非赫米特拓扑学的图解资料来源：JoseLado,Aalto大学。通常情况下，将像量子计算机这样的系统与环境相连会导致退相干和信息泄露，损害系统内的数据。然而，研究人员已经设计出一种技术，将这一问题转化为一种有益的解决方案。这项研究是由阿尔托博士研究员陈光泽在何塞-拉多教授的指导下，与来自清华大学计算机研究所的宋飞合作进行的。他们的方法结合了两个领域的技术，量子多体物理学和非赫米特量子物理学。防范退相干和泄密量子系统中最令人好奇和强大的现象之一是多体量子关联。理解这些现象并预测其行为是至关重要的，因为它们是量子计算机和量子传感器的关键部件的奇异特性的基础。虽然在预测物质与其环境隔离时的量子关联方面已经取得了很多进展，但当物质与其环境耦合时，科学家们至今仍无法做到这一点。在新的研究中，研究小组表明，在适当的情况下，将一个量子设备与外部系统连接起来可以成为一种优势。当一个量子设备是所谓的非赫米特拓扑结构的宿主时，它会导致强大的保护性量子激发，其弹性源于它们对环境开放这一事实。这些开放的量子系统有可能为量子技术带来颠覆性的新策略，利用外部耦合来保护信息免受退相干和泄露。从理想化条件到现实世界这项研究建立了一种新的理论方法，计算量子粒子与环境耦合时的相关性。"我们开发的方法使我们能够解决同时呈现耗散和量子多体相互作用的相关量子问题。"陈说："作为一个概念证明，我们为具有24个相互作用的量子比特的系统演示了该方法，这些量子比特具有拓扑激发的特点。"拉多教授解释说，他们的方法将有助于将量子研究从理想化条件转向现实世界的应用。"预测相关量子物质的行为是量子材料和设备的理论设计的关键问题之一。然而，当考虑到量子系统与外部环境耦合的现实情况时，这个问题的难度变得更大。他说："我们的结果代表了在解决这个问题上的一个进步，为理解和预测量子技术中现实条件下的量子材料和设备提供了一种方法。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355021.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355021.htm

量子物质突破：研究人员发现独特的量子行为

量子物质突破：研究人员发现独特的量子行为一个科学家小组将冷原子气体的操纵潜力提高了一倍，创造出了一种新型物质。这一突破可以通过激发特制气体中的"密度波"来推动量子技术的发展。密度波插图。由HaraldRitsch绘制。资料来源：因斯布鲁克大学/EPFL过去，冷原子气体因能够"编程"原子之间的相互作用而闻名于世，洛桑联邦理工学院的让-菲利普-布兰特教授（Jean-PhilippeBrantut）说。"我们的实验让这种能力翻了一番！"他们与因斯布鲁克大学的赫尔穆特-里奇（HelmutRitsch）教授小组合作，取得了一项突破性进展，这不仅会影响量子研究，还会影响未来的量子技术。长期以来，科学家们一直对了解材料如何自组织成晶体等复杂结构感兴趣。在量子物理学这个常常令人费解的世界里，粒子的这种自组织表现为"密度波"，即粒子排列成一种有规律的、重复的模式或"秩序"；就像一群穿着不同颜色衬衫的人站成一排，但没有两个穿着相同颜色衬衫的人站在一起。在金属、绝缘体和超导体等多种材料中都能观察到密度波。然而，对它们的研究一直很困难，尤其是当这种秩序（波中粒子的模式）与其他类型的组织（如超流体--一种允许粒子无阻力流动的特性）同时出现时。值得注意的是，超流动性并不仅仅是一种理论上的好奇心；它对于开发具有独特性质的材料（例如高温超导性，它可以带来更高效的能量传输和存储）或建造量子计算机具有巨大的意义。为了探索这种相互作用，布兰特和他的同事们创造了一种"单元费米气体"，这是一种由冷却到极低温度的锂原子组成的稀薄气体，其中的原子经常相互碰撞。然后，研究人员将这种气体置于光腔中，光腔是一种用于将光线长时间限制在狭小空间内的装置。光腔由两面反射镜组成，能将射入的光线在两面反射镜之间来回反射数千次，从而使光粒子（光子）在光腔内积聚。在这项研究中，研究人员利用空腔使费米气体中的粒子发生远距离相互作用：第一个原子会发射一个光子，光子反弹到镜子上，然后被气体中的第二个原子重新吸收，无论它与第一个原子的距离有多远。当发射和重新吸收的光子足够多时（在实验中很容易调整），原子就会集体组织成密度波模式。布兰特说："原子在费米气体中直接相互碰撞，同时又在很远的距离上交换光子，这是一种新型物质，其中的相互作用是极端的。我们希望，我们在那里看到的东西将增进我们对物理学中遇到的一些最复杂材料的理解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372485.htm

追逐幽灵粒子：新发现可帮助回答物理学中最令人困惑的问题之一

追逐幽灵粒子：新发现可帮助回答物理学中最令人困惑的问题之一由明尼苏达大学双城分校理论物理学家领导的一个团队发现了一种寻找轴子的新方法，轴子是可以帮助解决这个谜团的假想粒子。与费米拉布国家加速器实验室的实验研究人员合作，物理学家们的新策略为在粒子对撞机实验中检测轴子开辟了以前未曾探索过的机会。研究人员的论文在美国物理学会出版的同行评审科学杂志《物理评论快报》上发表并作为编辑的建议。明尼苏达大学的研究人员寻找假设的轴子的新方法包括测量粒子"衰变"为两个μ子，这些粒子基本上是电子的较重版本--如上图所示。资料来源：明尼苏达大学的雷蒙德-科"作为粒子物理学家，我们正在努力发展我们对自然的最佳理解，"该论文的共同作者、明尼苏达大学物理和天文学学院助理教授刘震说。"在过去的一个世纪里，科学家们通过既定的理论框架在寻找基本粒子方面取得了巨大的成功。因此，中子为什么不与电场耦合是极其令人费解的，因为在我们已知的理论中，我们期望它们会这样。如果我们真的发现了轴子，这将是我们对自然界结构的基本理解的一个巨大进步。"研究亚原子粒子和可能发现新粒子的主要手段之一是对撞机实验。从本质上讲，科学家们强迫粒子束进行碰撞--当它们相互撞击时，它们产生的能量会产生其他粒子，并通过一个探测器，使研究人员能够分析它们的特性。刘和他的团队提出的方法涉及测量"衰变"产物--或者当一个不稳定的重粒子转化为两个μ介子（已知的粒子，基本上是电子的较重版本）的多个较轻粒子时会发生什么。通过从探测器中的μ子轨道向后重建这种衰变，研究人员相信他们有机会找到轴子并证明其存在。该论文的共同作者、明尼苏达大学物理和天文学学院和威廉-费恩理论物理研究所的博士后研究员RaymondCo说："通过这项研究，我们正在扩大我们可以搜索轴子粒子的方法。人们以前从未将轴子衰变为μ子作为在中微子或对撞机实验中搜索轴子粒子的一种方式。这项研究开辟了新的可能性，为我们领域的未来努力铺平道路。"刘和Co，以及明尼苏达大学物理学和天文学博士后研究员Kun-FengLyu和加州大学伯克利分校博士后研究员SoubhikKumar是这项研究的理论部分的支持者。他们是ArgoNeuT合作的一部分，该合作汇集了来自全国各地的理论家和实验家，通过费米实验室的实验研究粒子。在这篇论文中，明尼苏达大学领导的理论团队与实验研究人员合作，利用他们的新方法和ArgoNeuT实验的现有数据进行轴子的搜索。研究人员计划在未来使用实验结果来进一步完善他们对轴子产生率的理论计算。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366105.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366105.htm