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

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量子挤压:麻省理工学院开启精密时钟的新纪元

量子挤压:麻省理工学院开启精密时钟的新纪元根据麻省理工学院的一项新研究,时钟、激光器和其他振荡器可以调整到超量子精度,从而使研究人员能够追踪时间上无限微小的差异。图片来源:麻省理工学院新闻时钟的稳定性取决于其所处环境的噪音。一阵微风就会使钟摆的摆动失去同步。热量也会扰乱原子钟中原子的振荡。消除这些环境影响可以提高时钟的精度。但也仅此而已。麻省理工学院的一项新研究发现,即使消除了来自外界的所有噪声,时钟、激光束和其他振荡器的稳定性仍然容易受到量子力学效应的影响。振荡器的精度最终将受到量子噪声的限制。但理论上,有一种方法可以突破这一量子限制。在他们的研究中,研究人员还表明,通过操纵或"挤压"造成量子噪声的状态,振荡器的稳定性可以得到改善,甚至突破其量子极限。麻省理工学院机械工程系助理教授维维谢克-苏迪尔(VivishekSudhir)说:"我们所展示的是,激光和时钟等振荡器的稳定性实际上是有极限的,这个极限不仅是由它们所处的环境设定的,也是量子力学迫使它们左右晃动的事实设定的。然后,我们已经证明,你甚至有办法绕过量子力学的晃动。但你必须更聪明,而不仅仅是把它与环境隔离开来,必须玩弄量子态本身。"研究小组正在对他们的理论进行实验测试。如果他们能证明可以操纵振荡系统中的量子态,研究人员设想可以将时钟、激光和其他振荡器调整到超量子精度。然后,这些系统就可以用来追踪时间上无限微小的差异,比如量子计算机中单个量子比特的波动,或者在探测器之间闪烁的暗物质粒子的存在。麻省理工学院物理系研究生哈德森-拉夫林(HudsonLoughlin)说:"我们计划在未来几年内展示几种具有量子增强计时能力的激光器。我们希望,我们最近的理论发展和即将进行的实验将推进我们精确计时的基本能力,并实现新的革命性技术。"Loughlin和Sudhir在《自然-通讯》(NatureCommunications)杂志上发表的一篇开放存取论文中详细介绍了他们的工作。激光精度在研究振荡器的稳定性时,研究人员首先研究了激光--一种能产生高度同步光子的波状光束的光学振荡器。激光的发明主要归功于物理学家阿瑟-肖洛(ArthurSchawlow)和查尔斯-汤斯(CharlesTownes)。激光器的设计以"发光介质"为中心,"发光介质"是原子的集合,通常镶嵌在玻璃或晶体中。在最早的激光器中,围绕着发光介质的闪光灯管会刺激原子中的电子跃升能量。当电子放松回到较低能量时,就会以光子的形式发出一些辐射。照明介质两端的两面镜子会将发出的光子反射回原子中,从而激发更多的电子,产生更多的光子。其中一面镜子与激光介质一起充当"放大器",促进光子的产生,而第二面镜子部分透射,充当"耦合器",将一些光子提取出来,形成一束集中的激光。自激光器发明以来,Schawlow和Townes提出了一个假设,即激光器的稳定性应受到量子噪声的限制。此后,其他人通过模拟激光的微观特征来验证他们的假设。通过非常具体的计算,他们表明,激光光子和原子之间难以察觉的量子相互作用确实会限制其振荡的稳定性。Sudhir指出:"但这项工作必须进行极其细致、微妙的计算,这样才能理解这种限制,但仅限于特定种类的激光。我们希望极大地简化这一过程,以了解激光器和各种振荡器。"“施加压力”研究小组并没有把重点放在激光错综复杂的物理特性上,而是致力于简化问题。"Sudhir解释说:"当电气工程师考虑制造振荡器时,他们会使用一个放大器,然后将放大器的输出馈入自己的输入端。这就像蛇吃自己的尾巴。这是一种极为自由的思维方式。你不需要了解激光的细枝末节。取而代之的是一幅抽象的图景,不仅是激光器的图景,也是所有振荡器的图景。"在他们的研究中,研究小组绘制了一幅类似激光振荡器的简化图。他们的模型由一个放大器(如激光的原子)、一条延迟线(例如,光在激光反射镜之间传播所需的时间)和一个耦合器(如部分反射镜)组成。研究小组随后写下了描述系统行为的物理方程,并进行了计算,以了解量子噪声会在系统的哪个位置出现。"通过将这一问题抽象为一个简单的振荡器,我们可以精确定位量子波动进入系统的位置,它们来自两个地方:放大器和使我们能够从振荡器中获得信号的耦合器,"Loughlin说。"如果我们知道了这两点,我们就知道了该振荡器稳定性的量子极限是多少"。科学家们可以利用他们在研究中列出的方程来计算自己振荡器的量子极限。更重要的是,研究小组证明,如果可以"挤压"两个信号源之一的量子噪声,就有可能克服这一量子极限。量子挤压是指以成比例地增加系统某一方面的量子波动为代价,使其最小化。这种效果类似于将气球中的空气从一部分挤入另一部分。在激光器中,研究小组发现,如果耦合器中的量子波动被挤压,就能提高输出激光束的精度或振荡时间,即使激光功率中的噪声会因此增加。"当你发现某种量子力学极限时,总会有这样一个问题:这种极限的可塑性有多大?"Sudhir说。"它真的是一个硬性的限制吗,或者说,通过操纵量子力学,你是否还能提取出一些果汁?在这种情况下,我们发现是有的,这是一个适用于一大类振荡器的结果。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1400943.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1400943.htm

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量子模拟突破:原子间距缩小至50纳米

量子模拟突破:原子间距缩小至50纳米《科学》杂志论文截图在量子力学领域,邻近性占据主导地位。原子越近,它们的相互作用就越强。为了操纵和排列原子,科学家通常先将一团原子云冷却到接近绝对零度,然后使用激光束系统将原子限制在光陷阱中。此次,研究团队首先将原子云冷却到大约1微开尔文,仅比绝对零度高一点点,此时原子几乎处于静止状态。然后,他们用激光将冷冻粒子移动到所需位置。研究人员开发出一种技术,可以将原子排列间隔缩小至50纳米。图片来源:物理学家组织网研究人员使用了两束具有不同频率(颜色)和偏振角度的激光。当两束光穿过超冷原子云时,原子会沿着两束激光的偏振方向调整自旋方向,使光束产生两组相同原子,但是自旋相反。每束激光形成一个驻波,即电场强度在空间上呈周期性变化的图案,其空间周期为500纳米。由于它们的偏振不同,每个驻波都会吸引和聚集两组原子中的一组,这取决于它们的自旋。激光可重叠和调谐,使得它们各自的峰值之间距离只有50纳米,这意味着每个激光峰值所吸引的原子将以同样的50纳米隔开。实验中所用原子为镝,镝是自然界最具磁性的原子之一。研究团队用这种新方法操纵两层镝原子,并将两层之间的距离精确地定位为50纳米。在这种极近距离下,磁相互作用比两层之间相隔500纳米的情况强1000倍。研究团队发现,因原子接近而增强的磁力会导致“热化”,即热量从一层传递到另一层,以及各层之间的同步振荡。当层之间的距离拉大,这些效应就会逐渐减弱。研究人员表示,新技术还可用其他原子来研究量子现象。他们计划用该技术来操纵原子,使其形成一个纯磁性量子门,这是一种新型量子计算机的关键组成部分。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429745.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1429745.htm

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麻省理工学院首次控制量子随机性

麻省理工学院首次控制量子随机性想象一下,平静的海面突然起了波浪--这与量子层面的真空中发生的情况类似。在此之前,科学家们已经利用这些波动生成了随机数。它们也是量子科学家在过去一百年中发现的许多迷人现象的原因。利用真空波动生成可调谐随机数的实验装置。图片来源:CharlesRoques-Carmes、YannickSalamin麻省理工学院博士后CharlesRoques-Carmes和YannickSalamin、麻省理工学院教授MarinSoljačić和JohnJoannopoulos及其同事最近在《科学》(Science)杂志上发表了一篇论文,对上述发现进行了描述。传统上,计算机以确定性的方式运行,按照一系列预定义的规则和算法逐步执行指令。在这种模式下,如果多次运行相同的操作,总会得到完全相同的结果。这种确定性方法为我们的数字时代打下了基础,但也有其局限性,尤其是在模拟物理世界或优化复杂系统时,这些任务往往涉及大量的不确定性和随机性。从量子真空中生成可调随机数的艺术插图。图片来源:陈磊这就是概率计算概念发挥作用的地方。概率计算系统利用某些过程的内在随机性来执行计算。它们不会只提供一个"正确"的答案,而是提供一系列可能的结果,每个结果都有其相关的概率。这使它们非常适合模拟物理现象和解决优化问题,因为在这些问题中可能存在多种解决方案,而对各种可能性的探索可以找到更好的解决方案。工作的主要作者之一CharlesRoques-Carmes博士正在操作实验系统。图片来源:AnthonyTulliani然而,概率计算的实际应用在历史上一直受到一个重大障碍的阻碍:缺乏对量子随机性相关概率分布的控制。不过,麻省理工学院团队开展的研究揭示了一种可能的解决方案。具体来说,研究人员已经证明,向光学参量振荡器(一种自然生成随机数的光学系统)注入微弱的激光"偏压",可以作为"偏压"量子随机性的可控源。"尽管对这些量子系统进行了广泛的研究,但非常微弱的偏置场的影响尚未得到探索,"该研究的研究员CharlesRoques-Carmes说。"我们发现的可控量子随机性不仅让我们能够重新审视量子光学中已有几十年历史的概念,而且还为概率计算和超精确场传感开辟了潜力。"该团队成功展示了操纵与光参量振荡器输出状态相关的概率的能力,从而创造了有史以来第一个可控光子概率位(p-bit)。此外,该系统还显示出对偏置场脉冲时间振荡的敏感性,甚至远低于单光子水平。工作的主要作者之一YannickSalamin博士正在操作实验系统。资料来源:AllysonMacBasino团队另一位成员YannickSalamin说:"我们的光子p比特生成系统目前可以每秒生成10,000个比特,每个比特都可以遵循任意的二项分布。我们预计,这项技术将在未来几年不断发展,从而产生更高速率的光子p位,并实现更广泛的应用。"麻省理工学院的MarinSoljačić教授强调了这项工作的广泛意义:"通过使真空波动成为可控元素,我们正在推动量子增强概率计算的发展。在组合优化和晶格量子色动力学模拟等领域模拟复杂动力学的前景非常令人兴奋"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382749.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1382749.htm

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麻省理工学院的工程师们培育出"完美"的仅有原子厚度的材料

麻省理工学院的工程师们培育出"完美"的仅有原子厚度的材料再来谈谈二维材料-精致的、二维的完美晶体片,其厚度只有一个原子。在纳米尺度上,二维材料可以比硅更有效地传导电子。因此,寻找下一代晶体管材料的工作集中在二维材料上,作为硅的潜在继承者。但是在电子工业能够过渡到二维材料之前,科学家们必须首先找到一种方法,在工业标准的硅片上安放这些材料,同时保留其完美的结晶形式。而麻省理工学院的工程师现在可能有一个解决方案。该团队已经开发出一种方法,可以使芯片制造商通过在现有的硅和其他材料的晶圆上生长,用二维材料制造出更小的晶体管。这种新方法是一种"非外延式单晶生长"的形式,该团队首次使用这种方法在工业硅晶圆上生长出纯净的、无缺陷的完美二维材料。通过他们的方法,研究小组用一种叫做过渡金属二氯化物(TMDs)的二维材料制造了一个简单的功能晶体管,众所周知,这种材料在纳米尺度上的导电性能比硅更好。麻省理工学院机械工程系副教授JeehwanKim说:"我们预计我们的技术可以使基于二维半导体的高性能下一代电子设备得到发展。我们已经解开了一个使用二维材料追赶摩尔定律的方法。"Kim和他的同事在最近发表于《自然》杂志的一篇论文中详细介绍了他们的方法。这项研究的麻省理工学院合作者包括KiSeokKim、DoyoonLee、CelestaChang、SeunghwanSeo、HyunseokKim、JihoShin、SanghoLee、JunMinSuh和Bo-InPark,以及德克萨斯大学达拉斯分校、加州大学河滨分校、圣路易斯华盛顿大学和韩国各地机构的合作者。通过在涂有"掩膜"的晶圆上沉积原子(左上),麻省理工学院的工程师可以将原子聚集在掩膜的各个口袋里(中间),并鼓励原子生长成完美的二维单晶层(右下)。资料来源:JeehwanKim,KiSeokKim,et.晶体拼接为了生产二维材料,研究人员通常采用手工工艺,将原子厚度的薄片从块状材料中小心翼翼地剥离出来,就像剥去洋葱的一层。但是大多数块状材料是多晶体的,包含多个以随机方向生长的晶体。在一个晶体与另一个晶体相遇的地方,"晶界"就像一个电障。任何流经一个晶体的电子在遇到一个不同方向的晶体时突然停止,从而抑制了材料的导电性。即使在剥离二维薄片后,研究人员也必须在薄片上寻找"单晶"区域--这是一个繁琐而耗时的过程,很难在工业规模上应用。最近,研究人员发现了其他制造二维材料的方法,即在蓝宝石晶片上生长二维材料--一种具有六角形原子图案的材料,它推动二维材料以相同的单晶方向组装。"但在内存或逻辑行业中没有人使用蓝宝石,"Kim说。"所有的基础设施都是基于硅的。对于半导体加工,你需要使用硅晶圆。"然而,硅晶圆缺乏蓝宝石的六边形支撑支架。当研究人员试图在硅上生长二维材料时,其结果是晶体的随机拼凑,胡乱地合并,形成许多阻碍导电性的晶界。"人们认为在硅上生长单晶二维材料几乎是不可能的,"Kim说。"现在我们表明它可以,我们的诀窍是从源头防止形成晶界。"“种子袋”该团队新的"非外延式单晶生长"不需要剥离和搜索二维材料的薄片。相反,研究人员使用传统的气相沉积方法,将原子抽过硅片。原子最终在晶圆上"定居"并形成晶核,直接生长为二维晶体方向。如果不加处理,每个"核"或晶体的种子将在硅片上以随机的方向生长。但是Kim和他的同事们找到了一种方法,使每个生长中的晶体对齐,在整个硅片上形成单晶区域。为了做到这一点,他们首先在硅片上覆盖了一层"掩膜"-一层二氧化硅涂层,他们将其图案化为微小的口袋,每一个口袋都被设计用来捕获一个晶体种子。然后,他们在被遮蔽的硅片上流淌着原子的气体,这些原子沉淀在每个口袋里,形成一种二维材料--在这种情况下是一种过渡金属二氯化物。掩膜的口袋聚集了原子,并鼓励它们以相同的单晶方向在硅片上组装。"这是一个非常令人震惊的结果,"Kim说,"到处都有单晶生长,即使2D材料和硅片之间没有外延关系。"利用他们的遮蔽方法,该团队制造了一个简单的TMD晶体管,并显示其电气性能与相同材料的纯片一样好。他们还应用该方法设计了一个多层器件。在用图案化的掩模覆盖硅片后,他们生长出一种二维材料来填充每个方块的一半,然后在第一层上生长出第二种二维材料来填充其余方块。结果是在每个方块内形成了超薄的单晶双层结构,往后,多种二维材料可以通过这种方式生长并堆叠在一起,以制造超薄、灵活和多功能的薄膜。"直到现在,还没有办法在硅片上以单晶形式制造二维材料,因此整个社区几乎放弃了为下一代处理器追求二维材料,"Kim说。"现在我们已经完全解决了这个问题,有了制造小于几纳米的器件的方法。这将改变摩尔定律的范式"。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343087.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1343087.htm

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麻省理工学院研究人员在太空中发现目前最大最复杂的分子

麻省理工学院研究人员在太空中发现目前最大最复杂的分子科学家利用射线望远镜对恒星形成区NGC6334I的观测,首次在太空中发现了2-甲氧基乙醇。图片来源:研究人员提供该研究小组的开放存取论文《利用ALMA对NGC6334I的观测,旋转光谱和首次星际探测到2-甲氧基乙醇》(RotationalSpectrumandFirstInterstellarDetectionof2-MethoxyethanolUsingALMAObservationsofNGC6334I)发表在《天体物理学杂志通讯》(TheAstrophysicalJournalLetters)上。扎卡里-弗里德(ZacharyT.P.Fried)是麦奎尔研究小组的一名研究生,也是这篇论文的第一作者,他努力拼凑从全球各地收集到的拼图,从麻省理工学院延伸到法国、佛罗里达州、弗吉尼亚州和哥本哈根,从而实现了这一激动人心的发现。弗里德解释说:"我们小组试图了解恒星和太阳系最终将形成的空间区域中存在哪些分子。这使我们能够拼凑出化学是如何随着恒星和行星的形成过程而演变的。我们通过观察分子的旋转光谱来实现这一目标,这是分子在太空中翻滚时发出的独特光斑。这些图案就是分子的指纹(条形码)。要探测太空中的新分子,我们首先必须知道我们要寻找的分子是什么,然后我们可以在地球上的实验室里记录下它的光谱,最后我们再利用望远镜在太空中寻找这种光谱"。麦奎尔小组最近开始利用机器学习来建议寻找好的目标分子。2023年,其中一个机器学习模型向研究人员推荐了一种名为2-甲氧基乙醇的分子。弗里德说:"太空中有许多'甲氧基'分子,如二甲醚、甲氧基甲醇、甲基乙基醚和甲酸甲酯,但2-甲氧基乙醇将是迄今为止所见过的最大、最复杂的分子。"为了利用射线望远镜观测探测到这种分子,研究小组首先需要测量和分析它在地球上的旋转光谱。研究人员将里尔大学(法国里尔)、佛罗里达新学院(佛罗里达州萨拉索塔)和麻省理工学院的麦奎尔实验室的实验结合起来,测量了从微波到亚毫米波(约8到500千兆赫)频率的宽带区域的光谱。从这些测量中收集到的数据允许利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)对两个不同恒星形成区的观测来寻找该分子:NGC6334I和IRAS16293-2422B。麦奎尔小组的成员与美国国家射电天文台(弗吉尼亚州夏洛茨维尔)和丹麦哥本哈根大学的研究人员一起分析了这些望远镜的观测结果。弗里德说:"最终,我们观测到25条2-甲氧基乙醇的旋转线与NGC6334I观测到的分子信号一致(条码吻合!),从而在这一来源中安全地探测到了2-甲氧基乙醇。这使我们能够推导出NGC6334I分子的物理参数,如丰度和激发温度。这也使得我们能够研究已知星际前体可能的化学形成途径。"像这样的分子发现有助于研究人员更好地理解恒星形成过程中太空分子复杂性的发展。含有13个原子的2-甲氧基乙醇在星际标准中是相当大的--截至2021年,在太阳系外只探测到6种大于13个原子的物质,其中许多是由McGuire的研究小组发现的,而且都是环状结构。Fried说:"对大分子的持续观测以及随后对其丰度的推导,使我们能够进一步了解大分子的形成效率以及它们可能是通过哪些特定反应产生的。此外,由于我们在NGC6334I中探测到了这种分子,而在IRAS16293-2422B中却没有探测到,因此我们获得了一个独特的机会,来研究这两个来源的不同物理条件可能会如何影响可能发生的化学反应"。编译来源:ScitechDaily...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429651.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1429651.htm

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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

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