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比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

簡介03 Nature研究提出比電晶體快1000倍的新型光開關圖源:原文Fig

粘性蛛網在哪裡獲得

比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

導讀

《知識分子》每週有一個專欄,專門遴選介紹面向人類認知前沿的有趣的科學進展。《賽先生》在持續梳理了20期技術前沿資訊以後,覺得讀者也許對未來改變生活的技術前沿資訊也感興趣,這是我們刊發的第四期內容,歡迎您閱後對技術前沿資訊專欄提出寶貴建議。

01 蘇格蘭科學家試圖將魚類下腳料加工成衣物原料

比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

圖源:unsplash

隨著人們對水產品需求的不斷增加,捕撈業和養殖業也在快速發展,2020年我國水產品總產量高達6545萬噸。在對魚類的加工過程中會產生內臟、殘骸等大量廢物

(40%-55%)

。目前,這些廢物必須經過昂貴且能源密集型的處理和分離,僅有少量作為飼料或者魚油,總體回收再利用程度很低。

最近,蘇格蘭科學家的一項研究提出了新思路,他們嘗試使用生物酶提取廢物中的脂肪成分,如己二酸、脂肪酸及魚油。其中,己二酸是合成尼龍的原料,也可用於合成一系列基於聚氨酯的產品

(如泡沫塑膠、氨綸)

,還能用於藥品、食品新增劑和調味劑等。

但是,該處理過程會產生一氧化二氮,雖可用於外科手術麻醉,但它對氣候的危害可能比二氧化碳更大。儘管如此,該研究對於尋找可持續的、基於生物替代品來生產己二酸

(通常來自石化產品)

也有重要意義。

02 完全自主導航無人機以40km/h的高速穿越森林

比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

圖源:論文SI

傳統的自動避障技術可以概括為三步:感測器收集資料、根據感測資料繪製地圖、根據地圖規劃路線。由於機載感測和計算資源有限,這種方法對於低速飛行是足夠的,但對雜亂環境中的高速飛行可能是有問題的。

本月初發表於Science Robotics上的一篇論中,蘇黎世大學Davide Scaramuzza研究組與英特爾合作,展示了一種完全自主的小型無人機,時速高達40公里。論文中提出了一種端到端的方法,將無人機感測器的輸入資料直接對映到無碰撞軌跡。執行這種直接對映的卷積網路完全是在模擬中訓練的。同時,該方法還實現了從模擬到真實世界環境的零樣本轉換,在訓練期間從未經歷過的地貌,如茂密的森林、積雪覆蓋的地形、脫軌的火車和倒塌的建築物等,無人機依然能夠完美應對。

當然,這種無人機也不是無懈可擊的。在非常低的照度下

(相機無法精確成像)

,以及類似的視覺挑戰

(灰塵、霧氣、眩光、反光表面等)

中仍存在問題。不過研究人員也指出,透過使用事件相機和傳統相機的配合,上述許多問題就能得到緩解。

03 Nature研究提出比電晶體快1000倍的新型光開關

比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

圖源:原文Fig。1

生活中幾乎所有的資訊處理都是透過電子邏輯電路來完成的,其工作頻率高達幾千兆赫

(GHz)

。近年來非線性光學方面的研究提出,全光邏輯處理器可以實現比常規電晶體快1000倍的速度。然而由於無法擴充套件、能源效率低、速度增益不顯著等問題,至今沒有可行的實用方案。

Zasedatelev等人最近發表於Nature的一篇文章指出,利用帶有高能分子振動的穩定激子,可以實現在室溫條件下的單光子光開關。研究人員將一個35奈米寬的有機半導體聚合物薄膜夾在兩個高反射鏡之間,形成一個微型腔。接著用一個高亮度的泵浦鐳射器照射微腔,從而形成由激子極化子組成的玻色-愛因斯坦凝聚體。此時,用非常弱的種子鐳射器去照射這團凝聚體,便可使其產生極化和非極化兩種狀態,即在0和1之間切換。

該研究的特色在於可以僅用一個單光子來觸發開關,因此大大降低了系統複雜度,也可在室溫下執行。雖然人類離商業化的全光邏輯計算機還很遠,但正在逐漸向這一目標靠近。

04 經基因重組的蜘蛛絲被用在奈米尺度的光刻領域

比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

圖源:原文Fig。1

作為最堅韌的天然生物聚合物之一,蛛網黏性和強度都很高,同時具有良好的韌性,或許也可以用來織衣服。不過,蛛網的用處還遠不止於此。

中國科學院上海微系統所陶虎研究員攜手上海交通大學夏小霞、錢志剛教授團隊,將經基因工程重組的蜘蛛絲蛋白應用於光刻領域,實現了納米精度的電子束光刻

(EBL)

技術。他們將蜘蛛絲蛋白作為抗蝕劑,純水作為顯影劑。透過調節電子束的加速電壓來改變電子軌跡,從而在三維奈米結構上進行雕刻。這樣製成的結構繼承了蜘蛛絲優異的機械效能和熱穩定性,可直接使用或作為各種材料複製過程的聚合物母版。

該團隊透過調控電子束在光刻膠分子網路中的穿透深度、停留位置、能量轉移等,實現了解析度達到14。8奈米的電子束三維奈米直寫,較現有技術精度提升了1個數量級。

該研究發表在最近一期《自然通訊》上。

05 可用來製造柔性電子裝置的液態金屬

比電晶體快1000倍的新型光開關|技術前沿

圖源:原文Fig。1

為了將各種感測、刺激和顯示等功能與人體實現無縫整合,要求新一代的可穿戴裝置具有良好的柔性可拉伸的機械效能。高度整合化的可穿戴電子裝置在健康監測、人機互動和軍事領域均有廣闊的應用前景。為了構建具有優異變形能力的器件,必須先要製造出可拉伸導體材料。

近日,南京大學孔德聖團隊發展了一種基於液相工藝的液態金屬圖案化加工方法。該方法成本低廉、可規模化製備且具有非常高的加工精度

(100μm)

,在柔性及可穿戴電子領域有著廣闊的應用前景。利用該方法加工的液態金屬線路兼具超高的電導率

(4。15 × 104 S cm-1)

和優異的拉伸效能,其在100%應變下僅增長1。5倍。與此同時,經過上千次的迴圈拉伸測試,其電阻依然保持穩定,表明液態金屬線路具有良好的耐機械疲勞特性。

該研究發表在最近一期的《npj Flexible Electronics》上。

參考文獻:

[1]https://www。scotsman。com/news/environment/scottish-scientists-begin-novel-experiment-that-could-turn-fish-guts-into-green-nylon-for-clothing-3418274

[2]https://www。science。org/doi/abs/10。1126/scirobotics。abg5810

[3]https://spectrum。ieee。org/racing-drone

[4]https://www。nature。com/articles/s41586-021-03866-9

[5]https://www。nature。com/articles/s41467-021-25470-1

[6]https://www。nature。com/articles/s41528-021-00123-x

[7]https://mp。weixin。qq。com/s/8jIysH_9ntCoiT1lPqd1vw

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