2021-10-11 12:55:12| 人氣36| 回應0 | 上一篇 | 下一篇
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重大突破!科學家發現光子與聲子結合的新方法



光子是一個能量包,它是量子力學的基礎。聲子是幾個原子的集體振動,這兩個概念在物理學中都非常重要。此外,光子理論是大多數現代物理學所依賴的基本理論。

近日,紐約城市學院的研究團隊發現了一種將兩種不同狀態的物質結合起來的新方法。他們第一次將光子和聲子相結合,並以穩健和可控的方式控制它們的傳播。


該研究利用了拓撲光子學,這是光子學的一個新興方向。它利用了數學拓撲領域關於守恆量的基本思想—拓撲不變量,即在連續變形下改變幾何物體的部分時保持不變的守恆量。這種不變量的一個最簡單的例子是洞的數量,例如,從拓撲的角度來看,這使得甜甜圈和馬克杯等價。


拓撲性質賦予光子螺旋性,當光子在傳播時自旋,會出現一些獨特的性能。由於與晶體振動的相互作用,這些螺旋光子可以利用振動引導紅外光。

這項研究的意義重大,特別是允許研究人員推進用於確定分子振動模式的拉曼光譜。該研究還為振動光譜(也稱為紅外光譜)帶來了希望,它通過吸收、發射或反射來測量紅外輻射與物質的相互作用。而且,還可利用它來研究、識別和表徵化學物質。


研究的主要作者、CCNY格羅夫工程學院物理學家Alexander Khanikaev說:「我們將螺旋光子與六方氮化硼中的晶格振動耦合,創造了一種新的混合物質,稱為聲子—極化激元(phonon-polaritons)。它一半是光,一半是振動。由於紅外光和晶格振動與熱有關,我們創造了光和熱一起傳播的新通道。」

新方法還可以實現定向輻射傳熱,這是一種通過電磁波散發熱量的能量傳遞形式。

該研究論文題為「Topological phonon-polariton funneling in midinfrared metasurfaces」,已發表在Science上。

(前瞻經濟學人APP資訊組/前瞻網)

參考資料:https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211008160507.htm


*[曾經用60年才能完成的工作如今只要幾個小時:機器學習能快速揭示細胞內部結構]*




一個細胞的數據由數萬張圖像組成,若通過這些圖像追蹤該細胞的所有細胞器,需要一個人花60多年時間。

因此,美國科學家藉由高功率顯微鏡和機器學習,研發出一種新算法,可在數小時內繪製出整個細胞,在整個細胞的超高分辨率圖像中自動識別大約30種不同類型的細胞器和其他結構。


研究人員表示,該算法還能判斷特定的數字組合是否合理。例如,一個像素不能既位於內質網內,同時又位於線粒體內。

目前,研究團隊正在將成像提升到更高的細節水平,並進一步優化工具和資源,創建一個更為廣泛的細胞標註數據庫和更多種細胞和組織的詳細圖像。

這些成果將支持未來的新研究領域——4D細胞生理學,以了解細胞在構成有機體的不同組織中的相互作用。

相關論文發表在最新一期的《自然》雜誌上。(前瞻經濟學人APP資訊組/前瞻網)


*[受大自然啟發的新型玻璃:強度提高3倍,抗斷裂性提高5倍]*




麥吉爾大學的科學家受軟體動物外殼內層的啟發,開發出更強大、更堅韌的玻璃。這種新材料在受到衝擊時不會碎裂,而是具有塑料彈性,將來可用於改進手機屏幕以及其他應用。

雖然像鋼化和層壓這樣的技術可以幫助強化玻璃,但它們的成本較高,而且一旦表面受損就不再起作用。到目前為止,工程師仍在強度、韌性和透明度之間進行徘徊。新開發的材料不僅比普通玻璃強三倍,而且抗斷裂能力也強五倍以上。


通過模仿珍珠層,科學家創造了一種新的丙烯酸複合材料玻璃。珍珠具有剛性材料的硬度和軟性材料的耐久性。它是由堅硬的粉筆狀物質組成的,這些粉筆狀物質與具有高度彈性的軟性蛋白質分層。這種結構產生了特殊的強度,使它比構成它的材料要堅硬3000倍。


科學家們採用了珍珠的結構,並用玻璃片和丙烯酸層進行了複製,產生了一種特別堅固但不透明的材料。這種玻璃很容易生產,而且價格低廉。隨後,他們又進一步通過調整丙烯酸的折射率,使其與玻璃無縫融合,成為真正透明的複合材料。下一步,他們計劃通過納入智能技術來改進它,使玻璃能夠改變其屬性,如顏色和導電性等。

該研究論文題為"Centrifugation and index-matching yields a strong and transparent bioinspired nacreous composite",已發表在《科學》期刊上。(前瞻經濟學人APP資訊組/前瞻網)

參考資料:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf0277


台長: 聖天使

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