研究人员创造新型铌酸锂-氮化硅激光器

研究人员创造新型铌酸锂-氮化硅激光器铌酸锂是一种经常被用于光学调制器的材料，用于调节通过设备传输的光的频率或强度。因其管理大量光功率的能力和高"波克尔斯系数"而受到高度重视。这使得该材料在被施加电场时能够改变其光学特性。研究人员通过将铌酸锂与氮化硅相结合实现了他们的突破，这使他们能够生产一种新型的混合集成可调谐激光器。为此，该团队在EPFL制造了基于氮化硅的光的集成电路（"光子集成电路"），然后在IBM将其与铌酸锂晶圆粘合在一起。该研究中开发的芯片。资料来源：GrigoriiLikhachev(EPFL)这种方法产生了一种具有低频率噪声（衡量激光器频率稳定程度的标准）的激光器，同时具有快速的波长调谐功能--这对于用于光探测和测距（LiDAR）应用的激光器来说都是很好的品质。然后，他们进行了一个光学测距实验，用该激光器高精度地测量距离。除了集成激光器，该混合平台还有可能实现用于电信的集成收发器以及用于量子计算的微波-光学传感器。领导该项目的EPFL方面的TobiasJ.Kippenberg教授说："这项成果的显著之处在于，该激光器同时提供了低相位噪声和每秒百万赫兹的快速调谐，这是以前从未用这种芯片级集成激光器实现的。"这项研究得到了地平线2020框架计划、瑞士国家科学基金会和空军科学研究办公室的资助。芯片样品是在EPFL的微纳技术中心（CMi）和IBM研究院的Binnig和Rohrer纳米技术中心（BRNC）制作的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1356589.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1356589.htm

量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特

量子计算的新宠：科学家成功利用激光控制由钡制成的单个量子比特这种新方法是滑铁卢大学量子计算研究所（IQC）开发的，它使用一个小型玻璃波导来分离激光束，并将它们聚焦在相距四微米的地方，大约是一根头发宽度的四百分之一。在并行控制目标量子比特上的每束聚焦激光的精度和程度是以往研究无法比拟的。IQC和滑铁卢大学物理与天文学系教授K.RajibulIslam博士说："我们的设计将串扰量--落在相邻离子上的光量--限制在0.01%的极小相对强度，这在量子界是数一数二的。与以往对单个离子进行敏捷控制的方法不同，基于光纤的调制器不会相互影响。""这意味着我们可以与任何离子对话而不影响其相邻离子，同时还能最大限度地控制每个离子。据我们所知，在学术界和工业界，这是具有如此高精度的最灵活的离子量子比特控制系统。"绿色激光是操纵钡离子能态的正确能量。资料来源：滑铁卢大学钡离子：量子计算的新宠钡离子是科学家们的目标，因为它们在困离子量子计算领域越来越受欢迎。钡离子具有方便的能态，可用作量子位的零级和一级，并能用可见绿光进行操纵，而其他原子类型则不同，同样的操纵需要更高能量的紫外光。这样，研究人员就可以使用紫外线波长所不具备的商用光学技术。研究人员制作了一个波导芯片，它能将一束激光分成16个不同的光通道。然后，每个通道都被导入基于光纤的独立调制器，这些调制器可独立对每束激光的强度、频率和相位进行灵活控制。然后，利用一系列类似望远镜的光学透镜将激光束聚焦到很小的间距。研究人员通过使用精确的摄像传感器对每束激光进行测量，从而确认了它们的聚焦和控制。这项工作是滑铁卢大学利用原子系统构建钡离子量子处理器的努力的一部分，Islam的共同首席研究员、IQC和滑铁卢大学物理和天文系教师CrystalSenko博士说。"我们使用离子是因为它们是完全相同的、自然制造的量子比特，所以我们不需要制造它们。我们的任务是找到控制它们的方法"。创新的波导方法展示了一种简单而精确的控制方法，为操纵离子来编码和处理量子数据以及在量子模拟和计算中的应用带来了希望。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1383059.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1383059.htm

量子回声：以声波存储信息的革命性方法

量子回声：以声波存储信息的革命性方法加利福尼亚理工学院（Caltech）电子工程与应用物理学助理教授穆罕默德-米尔霍塞尼（MohammadMirhosseini）在最近发表在《自然-物理》（NaturePhysics）杂志上的一篇论文中，展示了他的实验室开发的一种新方法，可以有效地将电量子态转化为声音，反之亦然。这种转换可以存储未来量子计算机所准备的量子信息，而未来的量子计算机很可能是由电路制成的。MohammadMirhosseini和他的团队推出了一种创新方法，通过将电量子态转化为声音来存储量子信息。这种新技术利用声子，避免了以往方法的能量损失。它可以延长存储时间，是量子计算领域的一大进步。图片来源：MaayanIllustration这种方法利用的是所谓的声子，相当于光子这种光粒子的声音。(在量子力学中，所有的波都是粒子，反之亦然）。该实验研究利用声子来存储量子信息，因为制造能够存储这些机械波的小型设备相对容易。要理解声波如何存储信息，可以想象一个回声极强的房间。现在，假设你需要记住下午的杂货清单，于是你打开房间的门，大声喊道："鸡蛋、培根和牛奶！"然后关上房门。一小时后，到了去杂货店的时间，你打开门，把头探进去，听到自己的声音还在回响："鸡蛋、培根和牛奶！"你刚刚用声波储存了信息。穆罕默德-米尔侯赛尼。资料来源：加州理工学院当然，在现实世界中，这样的回声不会持续太久，你的声音最终可能会失真到连自己的话都听不出来，更何况用整个房间来存储一点点数据也太荒谬了。研究团队的解决方案是一种由柔性板组成的微型装置，这种柔性板会被极高频率的声波振动。当在这些板上放置电荷时，它们就能与携带量子信息的电信号相互作用。这样，信息就可以通过管道输入设备进行存储，并通过管道输出以供日后使用--这与本故事前面你大喊大叫进入房间的那扇门完全不同。据穆罕默德-米尔霍塞尼介绍，以前的研究曾对一种被称为压电体的特殊材料进行过调查，以此作为在量子应用中将机械能转化为电能的一种手段。"然而，这些材料往往会造成电波和声波的能量损失，而损失是量子世界的一大杀手，"Mirhosseini说。相比之下，Mirhosseini和他的团队开发的新方法不受特定材料特性的影响，因此与基于微波的现有量子设备兼容。论文的第一作者、米尔霍塞尼研究小组的研究生阿尔基姆-博兹库尔特（AlkimBozkurt）说："对于从事量子应用研究的科研人员来说，制造体积小的有效存储设备一直是另一个实际挑战。不过，我们的方法能让电路中的量子信息存储时间比其他小型机械设备长两个数量级。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376509.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376509.htm

革命性的可再生能源生产方式：利用阳光从空气中生产氢气燃料

革命性的可再生能源生产方式：利用阳光从空气中生产氢气燃料当该装置简单地暴露在阳光下时，它从空气中获取水分并产生氢气。该成果于2023年1月4日发表在《先进材料》上。该技术的革新之处在于新型气体扩散电极是透明的、多孔的和导电的，使这种以太阳能为动力的技术能够将水-来自空气中的气体状态变成氢燃料。"为了实现一个可持续发展的社会，我们需要有办法将可再生能源储存为可以作为燃料和工业原料的化学品。太阳能是最丰富的可再生能源形式，我们正在努力开发具有经济竞争力的方法来生产太阳能燃料，"EPFL光电纳米材料分子工程实验室的西武拉说，他是这项研究的主要研究者。凯文-西武拉在他的实验室。资料来源：AlainHerzog/EPFL来自植物叶片的灵感在研究人员对可再生无化石燃料的研究中，EPFL的工程师与丰田汽车欧洲公司合作，从植物能够利用空气中的二氧化碳将太阳光转化为化学能的方式中获得灵感。植物从其环境中收获二氧化碳和水，并在阳光的额外能量的推动下，将这些分子转化为糖和淀粉，这一过程被称为光合作用。阳光的能量以化学键的形式储存在糖和淀粉的内部。由Sivula和他的团队开发的透明气体扩散电极，当涂上光收集半导体材料时，非常像一片人造叶子，从空气和阳光中收集水以产生氢气。阳光的能量以氢键的形式被储存起来。但这种装置的基底不是用传统的对阳光不透明的层来构建电极，而是实际上是一个由毛毡玻璃纤维组成的3维网。这项工作的主要作者MarinaCaretti说："开发我们的原型设备是具有挑战性的，因为透明的气体扩散电极以前没有被证明过，我们必须为每个步骤开发新的程序。然而，由于每个步骤都相对简单且可扩展，我认为我们的方法将为广泛的应用打开新的视野，从用于太阳能驱动的氢气生产的气体扩散基板开始。"从液态水到空气中的湿度Sivula和其他研究小组先前已经表明，通过使用一种被称为光电化学（PEC）电池的装置从液态水和阳光中产生氢燃料，有可能进行人工光合作用。一般来说，PEC电池是一种利用入射光刺激浸在液体溶液中的光敏材料（如半导体）来引起化学反应的装置。但就实际用途而言，这一过程有其缺点，例如，制造使用液体的大面积PEC装置很复杂。Sivula想表明，PEC技术可以改用于收集空气中的湿度，从而导致他们开发了新的气体扩散电极。电化学电池（例如燃料电池）已经被证明可以用气体而不是液体来工作，但是之前使用的气体扩散电极是不透明的，与太阳能供电的PEC技术不兼容。现在，研究人员正将他们的努力集中在优化该系统上。理想的纤维尺寸是多少？理想的孔径大小？理想的半导体和膜材料是什么？这些都是欧盟项目"Sun-to-X"正在研究的问题，该项目致力于推进这项技术，并开发将氢气转化为液体燃料的新方法。制作透明的气体扩散电极为了制造透明的气体扩散电极，研究人员从一种玻璃棉开始，它是一种石英（也称为氧化硅）纤维，并通过在高温下将纤维熔合在一起，将其加工成毡片。接下来，晶片被涂上一层透明的掺氟氧化锡薄膜，这种薄膜以其出色的导电性、坚固性和易于扩展而闻名。这些最初的步骤产生了一个透明、多孔和导电的晶圆，这对于最大限度地接触空气中的水分子和让光子通过至关重要。然后，晶圆再次被涂层，这次是一层吸收阳光的半导体材料的薄膜。这第二层薄涂层仍然让光通过，但由于多孔基质的大表面积而显得不透明。就像现在这样，一旦暴露在阳光下，这种涂层的晶圆已经可以生产氢燃料。科学家们继续建造了一个包含涂层晶片的小室，以及一个用于分离产生的氢气以进行测量的薄膜。当他们的小室在潮湿的条件下暴露在阳光下时就会产生氢气，实现了科学家们设定的目标，显示出用于太阳能驱动的氢气生产的透明气体扩散电极的概念是可以实现的。虽然科学家们在他们的演示中没有正式研究太阳能到氢气的转换效率，但他们承认，对于这个原型来说效率相对不高，目前还不如在基于液体的PEC电池中实现得更好。基于所使用的材料，涂层硅片的最大理论太阳能-氢气转换效率为12%，而液体电池的效率已被证明高达19%。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1339415.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1339415.htm

新的聚合物突破可能带来回收利用的革命性变革

新的聚合物突破可能带来回收利用的革命性变革Sumerlin团队使用的聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，更广为人知的名称是有机玻璃。图片来源：GustavoRaskosky/莱斯大学美国乃至整个地球都面临着一个紧迫的塑料问题，这已不是什么秘密。尽管近几十年来塑料的使用量急剧增加，但目前只有约10%的塑料最终得到了回收利用。"我们的工作是对联合国可持续发展目标提出的行动号召的回应，"Sumerlin说。"为了减少塑料对环境的负面影响，新的回收战略已势在必行。"塑料回收过程通常包括三个关键阶段：收集、分类和再加工。消费者废弃物的收集依靠个人将可回收物放入指定的垃圾箱，然后由回收人员收集。随后，在回收厂进行分类，工人们将收集到的塑料进行整理，筛除非塑料材料，并将相似的塑料集中在一起进行再加工。在最后的再加工阶段，分拣出的塑料通常会被分解成更小的碎片，然后再熔化在一起并成型，从而制造出新的产品。这种方法通常会产生质量较低的再生塑料，因为构成这些塑料的聚合物分子会被分解成较短的部分。与这种工业标准的热再加工不同，Sumerlin的团队探索了一种不同的方法，即化学再循环。他们采用的是一种实验性的、前景广阔的策略，即诱导聚合物解聚，使其完全变回原来由更小的单体分子组成的聚合物。由此产生的单体可用于制备新的聚合物，其性能与塑料相似，甚至更好。虽然这种方法已被证明在工业上是可行的，但Sumerlin的研究生团队开发了一种全新的方法，大大降低了实现解聚所需的能量。这项实验工作由Sumerlin小组的研究人员团队完成，由研究生JamesYoung和RhysHughes领导。Sumerlin说："这不仅可以用更少的能源回收塑料，还可以获得质量更好的塑料。"近年来，UF的聚合物研究一直受到广泛关注和资助。今年4月，Sumerlin和同事AustinEvans获得了美国国防部颁发的著名的MURI基金，以推动他们在这一领域的研究。这些突破性的发现可能仅仅是释放聚合物全部潜能的第一步。目前，在Sumerlin和他的团队的努力下，回收利用的未来充满了无限可能，有望创造一个更环保、更可持续发展的明天。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376077.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376077.htm

EPFL Galatea实验室科学家用玻璃制造出飞秒激光器

EPFLGalatea实验室科学家用玻璃制造出飞秒激光器科学家们用玻璃制造出了一种紧凑型飞秒激光器，彻底改变了对准过程，有望推动量子光学和技术微型化的发展。这一创新方法得到了欧洲研究理事会的资助，有望实现商业化。图片来源：JamaniCaillet/EPFLGalatea实验室是光学、力学和材料科学的交叉学科，飞秒激光器是贝鲁厄工作的关键要素。这些激光器能发出极短而稳定的光脉冲，可应用于激光眼科手术、非线性显微镜、光谱学和可持续数据存储等多个领域。通常情况下，商用飞秒激光器是通过将光学元件安装在基板（如光学面包板）上制成的，因此必须进行细致的对准。"我们使用飞秒激光来研究材料的非线性特性，以及如何改变材料的体积，"Bellouard解释说。"通过痛苦的复杂光学对准练习，让你梦想用更简单、更可靠的方法来对准复杂的光学器件"。Bellouard及其团队的解决方案是什么？使用商用飞秒激光器用玻璃制作飞秒激光器，大小不超过一张信用卡，对准麻烦更少。研究成果发表在《光学》（Optica）杂志上。如何用玻璃制造飞秒激光器要利用玻璃基板制造飞秒激光器，科学家们首先要从一块玻璃板开始。Bellouard解释说："我们希望制造出稳定的激光器，所以我们使用玻璃，因为玻璃的热膨胀率比传统基板低，是一种稳定的材料，而且对我们使用的激光来说是透明的。"科学家们使用商用飞秒激光器在玻璃上蚀刻出特殊的刘海，以便精确放置激光器的重要组件。即使是微米级精度的制造，刘海和组件本身的精度也不足以达到激光品质的对准。换句话说，反射镜还没有完全对准，因此在这个阶段，他们的玻璃装置还不能作为激光器使用。使用蚀刻技术制造GigaFemto激光器。图片来源：JamaniCaillet/EPFL科学家们还从以前的研究中了解到，他们可以使玻璃局部膨胀或收缩。为什么不用这种技术来调整反射镜的排列呢？因此，最初的蚀刻设计是让一面镜子位于一个刘海中，刘海中的微机械挠性设计可以在飞秒激光照射时局部搅拌镜子。这样，商用飞秒激光器就能被第二次使用，这次是为了校准反射镜，并最终制造出稳定的小型飞秒激光器。Bellouard说："这种利用激光与物质相互作用对自由空间光学元件进行永久对准的方法可以扩展到各种光学电路，对准分辨率极高，可达亚纳米级。"应用及其他Galatea实验室正在进行的研究项目将探索如何在量子光学系统组装中使用这项技术，从而突破目前可实现的微型化和对准精度的极限。对准过程仍由人类操作员监督，通过练习，可能需要几个小时才能完成。尽管激光器体积很小，但其峰值功率可达约千瓦，发射脉冲的时间不到200飞秒，仅够光穿过人的头发。这项新颖的飞秒激光技术将由Cassio-P公司推出，该公司将由Galatea实验室的AntoineDelgoffe领导。Bellouard总结道："飞秒激光器是可以自我复制的，那是否意味着我们已经到了自我克隆制造设备的阶段？"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399729.htm