探秘

“光結(jié)構(gòu)”讓水隨環(huán)境變化自由變色

日本理化學(xué)研究所、東京大學(xué)和物質(zhì)材料研究機構(gòu)的聯(lián)合小組最近開發(fā)出一種新型“動態(tài)光結(jié)構(gòu)”。通過對水中含有的微量氧化鈦納米片進(jìn)行數(shù)百納米為周期的規(guī)整排列，使水在沒有改變成分的情況下可根據(jù)環(huán)境變化瞬時改變顏色。

“光結(jié)構(gòu)”是指材料具有與可見光波長同等周期結(jié)構(gòu)，并根據(jù)周期長短選擇性地反射相應(yīng)波長的光，從而呈現(xiàn)出各種鮮艷的“結(jié)構(gòu)色”。“光結(jié)構(gòu)”對操縱光的提取、封閉和傳播等非常有用，科學(xué)家們對此進(jìn)行了大量研究。但是，獲得“光結(jié)構(gòu)”并非易事，即使利用最新的納米技術(shù)也難以制作，因此通常的“光結(jié)構(gòu)”是由無機結(jié)晶和有機聚合物等硬質(zhì)材料構(gòu)成。

在自然界中，有些生物能巧妙地利用流動性物質(zhì)構(gòu)成“動態(tài)光結(jié)構(gòu)”，比如琉璃雀鯛和霓虹燈魚等魚類，它們可以自由控制體色。而用流動性的人工材料制作“動態(tài)光結(jié)構(gòu)”，使材料根據(jù)環(huán)境變化瞬間變色，卻極其困難，因為秩序性和流動性是一對相反的狀態(tài)。

此次日本研究人員使用氧化鈦納米片進(jìn)行“光結(jié)構(gòu)”的開發(fā)。氧化鈦納米片厚度為0.75納米，橫幅為數(shù)微米，是具有極大軸比的二維無機物質(zhì)，具有高折射率和磁場定向性等獨特性質(zhì)。由于納米片帶有較大負(fù)電荷，彼此之間具有強靜電排斥力，可以讓納米片在水中分散后形成具有一定間隔的層狀周期結(jié)構(gòu)。但納米片的間隔最大為50納米，難以作為“光結(jié)構(gòu)”利用。為此，研究小組開發(fā)出擴大納米片間隔的新方法，讓水中分散的微量氧化鈦納米片以數(shù)百納米為周期有規(guī)律排列，成功獲得了隨環(huán)境變化瞬時變換結(jié)構(gòu)色的“流動性光結(jié)構(gòu)”。

該成果對膠體科學(xué)、自下而上的納米技術(shù)以及超材料的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。研究論文在線發(fā)表于《自然·通信》雜志上。

NASA在木衛(wèi)二上發(fā)壩水汔噴發(fā)痕跡

據(jù)美國航空航天局于9月27日凌晨舉行的一場電話會議稱，宇航員使用MASA的哈勃望遠(yuǎn)鏡在木星衛(wèi)星歐羅巴上發(fā)現(xiàn)了水汽噴發(fā)的痕跡，此次發(fā)現(xiàn)證實了之前關(guān)于歐羅巴有水汽噴發(fā)的觀測。

此次觀測如果得到確認(rèn)，意味著未來將可以更輕易獲得歐羅巴海洋成分的樣本，而不用再費力氣開鑿其表面厚厚的冰層。

“歐羅巴上的海洋環(huán)境被認(rèn)為是太陽系里除地球外最有可能存在生命的地方?！苯芊颉ぜs德（Geoffrey Yoder）說。約德是NASA科學(xué)任務(wù)理事會的副管理員。“而這些羽狀的水汽噴發(fā)如果確實存在，將給歐羅巴的科研取樣提供新的途徑?！?/p>

歐羅巴表面的水汽噴發(fā)據(jù)估計有200km那么高，被噴發(fā)出來的物質(zhì)隨后像降雨一樣降落到其表面。據(jù)推測歐羅巴上的海水含量和地球海水總量相當(dāng)，不過這些水被封存在厚度未知的冰層之下。噴發(fā)的水汽無疑將為科學(xué)家研究其下水分提供巨大便利。

太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScl）的觀測團隊在月球行經(jīng)木星表面時對歐羅巴進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)了這些水汽噴發(fā)的痕跡。該觀測隊原本的目標(biāo)是想弄清楚歐羅巴上有沒有大氣層存在，不料卻發(fā)現(xiàn)了這個意外之喜。

如果歐羅巴表面存在大氣層的話，那么當(dāng)歐羅巴從地球和木星之間經(jīng)過時，歐羅巴上的大氣層會留住一部分木星的光線，看起來會像是一個光環(huán)。觀測團隊此前已經(jīng)用了15個月的時間對歐羅巴進(jìn)行觀測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了水汽噴發(fā)的痕跡。

NASA計劃于2018年發(fā)射詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，屆時科學(xué)家將有機會使用紅外線來確認(rèn)歐羅巴上的水汽噴發(fā)活動。

“哈勃望遠(yuǎn)鏡獨一無二的觀測能力促使了這一次的發(fā)現(xiàn)。”NASA天體物理學(xué)部的主任保羅·赫茲（Paul Hertz）說，“這一發(fā)現(xiàn)為未來太空探索開啟了一扇新的大門?！?/p>

來源：環(huán)球網(wǎng)

量子信息處理器相關(guān)研究獲進(jìn)展

囚禁在光阱中的單個中性原子及原子陣列是極具前途的量子信息處理與量子模擬的眾多物理候選體系之一。中性原子體系與外部環(huán)境的耦合較之其他體系（如離子、NV色心、量子點、超導(dǎo)線路等）弱，利于大規(guī)模單原子陣列的制備。而要在大規(guī)模的中性原子寄存器中實現(xiàn)量子信息處理，其中一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是單量子比特的相干性在陣列的不同格點中轉(zhuǎn)移時要能夠很好地保持。

通常，量子比特是編碼在Rh原子的兩個超精細(xì)能級的鐘躍遷態(tài)中，超精細(xì)能級劈裂導(dǎo)致阱中原子上下能級的光頻移不同，即產(chǎn)生微分光頻移。在之前的實驗中，微分光頻移是引發(fā)單原子量子比特轉(zhuǎn)移中相干性丟失的主要因素，通常的動力學(xué)退耦的方法也無濟于事。這一難題極大地限制了大規(guī)模中性原子量子信息處理平臺的實現(xiàn)與應(yīng)用。

近日，中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所研究員詹明生領(lǐng)導(dǎo)的課題組實現(xiàn)了一種新型的魔幻光阱——魔幻光強偶極阱，將囚禁在該微型光阱中的單個中性原子量子比特的相干時間延長上百倍，從毫秒量級提高至百毫秒量級。

研究組骨干副研究員何曉東與博士生楊佳恒等人利用單原子操控實驗平臺，在國際上首次測量了基態(tài)原子在矢量光場中的超極化率，接著通過控制矢量激光場和原子間微弱的相互作用，構(gòu)造了單原子的魔幻光強偶極阱，有效地消除了有害的微分光頻移。在該阱中，單量子比特的壽命從幾毫秒提高到225毫秒。更為重要的是，他們成功地利用一個運動的魔幻阱將一個靜止量子比特從另一個靜止的魔幻阱中提取出來，變成移動比特，轉(zhuǎn)移后送回到原處。通過測量運動量子比特的干涉條紋，發(fā)現(xiàn)量子比特的相干性并沒有因為轉(zhuǎn)移而丟失。該研究成果為下一步利用囚禁在光偶極阱陣列中的單原子構(gòu)造可擴展的量子信息處理器奠定了基礎(chǔ)。

來源：武漢物理與數(shù)學(xué)研究所

中國國際石星烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立

石墨烯是一種新材料，雖然僅有一個原子的厚度，但卻比鋼鐵強韌200倍。同時這種材料兼具彈性好、導(dǎo)電性強、透光率高等諸多優(yōu)質(zhì)性能于一身。2016年9月18日，中國國際石墨烯資源產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在北京舉行成立儀式，并宣布在美國洛杉磯和紐約、澳大利亞悉尼、葡萄牙里斯本、新加坡、印度新德里、日本東京等地設(shè)18個分部，全面助推全球石墨烯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。這一聯(lián)盟是國際石墨烯領(lǐng)域中，地域最廣、起點最高、門類最全的集科技、資本、企業(yè)、人才、信息、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)促進(jìn)等為一體的國際交流互動平臺。

中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授劉忠范指出，中國有著世界上最龐大的石墨烯研究隊伍和全球三分之一的專利數(shù)量，高居榜首。目前近20個石墨烯產(chǎn)業(yè)園在建或已經(jīng)建成，300多家企業(yè)從事石墨烯及相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)或為其提供儀器設(shè)備。中國石墨烯行業(yè)正從基礎(chǔ)研究向產(chǎn)業(yè)化過渡，未來有可能在觸摸屏、柔性電子器件等領(lǐng)域率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。因發(fā)現(xiàn)石墨烯獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎的英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·海姆在當(dāng)日的論壇上表示，從世界范圍來看，各國在專利申請方面都存在共同問題，即科研機構(gòu)申請的專利數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過企業(yè)，但真正做成商業(yè)化的較少。目前，在商業(yè)化應(yīng)用方面中國處于引領(lǐng)位置，這主要由于中國對石墨烯的發(fā)展非常重視和支持。

當(dāng)前在世界各國謀求新一輪科技與產(chǎn)業(yè)升級的大背景下，石墨烯材料的應(yīng)用研究已經(jīng)被許多國家提升至國家戰(zhàn)略高度。據(jù)了解，包括英國、美國、西班牙、韓國等國家都對石墨烯的研發(fā)投入大量資金?！吨袊圃?025》技術(shù)路線圖更是明確指出，中國石墨烯產(chǎn)業(yè)“2020年形成百億產(chǎn)業(yè)規(guī)模，2025年整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破千億”的發(fā)展目標(biāo)。

來源：科技世界網(wǎng)endprint