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视觉中国供图  据物理学家组织网近日消息,由美国康奈尔大学艺术与科学学院一项最新研究表明,钌酸锶或是一种新型g波超导体。相关结果发布在最近一期《自然-物理学》上。  在超导体中,两个电子聚集在一起形成库帕对共同运动,这种“配对”赋予了超导体独有的特性——零电阻性。在铅、锡、汞等s波超导体中,形成库帕对的电子,一个自旋向上,一个自旋向下,它们相反的自旋值被认为会相互平衡或抵消,从而没有角动量。而在d波超导体中,库帕对有双量子角动量。目前,物理学家已经从理论上证明了在这两个所谓“单态”状态之间存在第三种超导体:具有单个量子角动量的p波超导体,电子配对方式是平行自旋的而不是反平行自旋。  20多年来,p波超导体的主要候选材料之一都是钌酸锶。于是康奈尔大学研究团队着手确定钌酸锶是否是一种非常理想的p波超导体,通过使用高分辨率的共振超声波谱,他们发现这种材料可能是一种全新的超导体:g波超导体。  研究小组测量了当材料在1.4开氏度(零下457.87华氏度)的超导转变中冷却时,晶体的弹性常数对各种声波的反应。根据这些数据,他们确定了钌酸锶是所谓的双组分超导体,这意味着电子结合在一起的方式十分复杂,无法用一个单一的数字来描述。  “这是迄今为止在低温条件下所获得的最高精度的共振超声波谱数据。”研究人员称。  研究使用核磁共振光谱来缩小范围明确钌酸锶可能是哪种波超导体的可能性,有效地排除了p波这一可能性,还排除了钌酸锶是传统的s波或d波超导体。

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  如果你想与朋友分享一个秘密,可以试着找一个安静的地方,关上门不让别人偷听你们的谈话。大脑中的神经细胞也在“紧闭的门”后相互交流。  英国伦敦大学学院、德国波恩大学等机构开展的一项研究表明,一个神经细胞在大脑中有多少“听众”是受到严格控制的。在学习神经元的环境中,某些过程的启动能使信号传输不那么排外。该研究结果已经发表在《神经元》上。  神经元之间的信息传递大多是通过化学方式完成的:对电信号作出反应时,“传递细胞”在突触处释放所谓的神经递质(通常是谷氨酸分子)。这些细胞通过突触间隙迁移到受体细胞。在那里,它们与特定的受体对接,并在接收神经元时产生电反应。“关闭的门”起作用的地方是星形胶质细胞,它能迅速重新吸收谷氨酸。  “它们通过向突触附近发送延伸来做到这一点,这就是所谓的突触周星形胶质细胞过程(PAP)。”波恩大学细胞神经科学研究所教授ChristianHenneberger解释说。  PAP有专门的转运蛋白,可以像小型真空吸尘器一样移除突触周围的谷氨酸。这一机制的有效性显然受到严格控制:研究人员通过反复的电刺激触发了一种细胞学习。这使得接收细胞在长期内对发射细胞的信号做出更强烈的反应。  “我们现在已经能够证明PAP在这个学习过程中退却了。”伦敦大学学院神经学研究所教授DmitriRusakov说,“这增加了邻近的细胞也被谷氨酸刺激的可能性。”这意味着信号传输的排他性也降低了,这就可以解释之前不清楚原因的其他有趣观察结果:例如,LTP也可以影响其他神经细胞之间的紧密连接。“这可能对以后的学习过程很重要。”Henneberger推测。  相关论文信息:  http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2020.08.030

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  科技日报讯 (记者张景阳 通讯员胡红波)记者近日从内蒙古大学获悉,该校王蕾研究员带领的科研团队在半导体抗光腐蚀研究方面取得新进展,得到国家自然科学基金等多个项目的认可支持。“钝化层助力BiVO4抗光腐蚀研究”的相关成果已于近日在国际化学期刊《德国应用化学》发表,将有助于提高太阳能制氢的光电转换效率。  王蕾研究员介绍,新型洁净能源氢能素来是新能源的研究热点,光解水制氢是获得氢能的主要技术之一,而太阳能制氢转换效率是光解水主要性能指标。半导体较低的光吸收率和较高的载流子复合率是影响转换效率的首要因素,因此,如何提高光电转换效率是当前光电催化研究领域的重中之重。  BiVO4半导体因具有2.4电子伏特的合适带隙宽度、良好的光吸收性能以及适合的低电位下进行水氧化的导带位置,成为太阳能光电催化制氢领域的重要材料之一。然而,BiVO4材料的电子与空穴相复合,严重影响了光生电荷传输,使其太阳能光电催化性能低于理论值;同时,也由于光腐蚀,使其无法适用长期光解水反应。通常的解决办法是采用表面助催化剂修饰,提高半导体电荷分离效率,抑制电荷二次复合,加速表面反应动力学。  科研团队通过改善材料制备工艺以及恒电位光极化测试方法,有效提高了BiVO4活性及稳定性。研究表明,无表面助催化剂修饰下的BiVO4在间歇性测试下,可以达到100小时的稳定性,表现出超强的“自愈”特性。电化学测试显示,半导体表界面产生的钝化层和氧空位协助作用,有效减小了半导体电子与空穴复合,提高了表面水氧化动力学,从而抑制了光腐蚀。

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  用于神经形态工程的三阶纳米电路元件  目前,仿生或神经形态人工智能的硬件方法,依赖于复杂的晶体管电路模拟生物功能。  利用实验和模型,作者展示了多个电物理过程(包括莫特跃迁动力学)如何形成纳米级三阶电路元件。  作者演示了由三阶元素组成的简单无晶体管网络,可执行布尔运算,并为计算上的硬图划分问题找到模拟解决方案。这项研究为非常紧凑和密集的功能性神经形态计算原语和高效能的神经科学模型验证铺平了道路。  相关论文信息:  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2735-5  南极冰盖的迟滞现象  地球上一半以上的淡水资源被南极冰盖所控制,因此,南极冰盖是在未来变暖条件下全球海平面上升的最大潜在来源。作者研究表明,南极冰盖显示了大量的温度阈值,超过这些温度阈值,冰的损失将不可逆转。  作者利用平行冰原模型发现,与古数据一致的是,在全球变暖水平比工业化前水平高出约2℃的情况下,由于海洋冰原的不稳定性,南极洲西部将面临长期的局部崩塌。  如果气温比工业化前升高6℃~9℃,就会导致现有70%以上的冰量减少。如果气温比工业化前的水平上升10℃以上,南极洲将成为近乎无冰之所。每一种阈值都会引起迟滞现象:即使气温逆转到目前的水平,当前观察到的冰盖结构也不会恢复。作者表示,如果不能满足《巴黎协定》的要求,南极洲对海平面的长期贡献将显著增加,并超过所有其他来源。  相关论文信息:  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2727-5  胶体钻石  立方金刚石晶体结构中的自组装胶体粒子有可能用于制造光子带隙材料。  作者研究表明,通过使用部分压缩的四面体簇和可伸缩的黏块,胶体立方金刚石可使用补片—补片黏合,结合空间连锁机制,选择所需的交错键方向自组装。  光子带结构计算表明,所得到的晶格具有良好的光学特性,包括宽而完整的光子带隙。在自组装立方金刚石结构中的胶体颗粒受到高度约束和机械稳定性,这让干燥悬浮液和保持金刚石结构成为可能。  作者表示,这些结构适合于形成具有立方金刚石对称的高介电对比度光子晶体的模板。  相关论文信息:  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2718-6  测绘全球天然森林再生的碳积累潜力  为遏制全球变暖,必须大力减少温室气体排放,并捕获大气中多余的二氧化碳。  作者汇编了13112个碳积累的地理测量值,他们将野外测量数据与66个环境协变量层相结合,创建了一份全球1公里分辨率地图,其中包含了自然再生森林头30年的潜在地表碳积累速率。  地图显示了全球范围内超过100倍的碳累积率变化,并表明政府间气候变化专门委员会的违约率可能平均低估了32%的地表碳累积率,而且没有捕捉到生态区内8倍的变化。  作者得出的结论是,天然林再生最大减缓气候变化的潜力比以前报告的低11%,这是由于对潜在新森林的位置使用了过高的比率。  相关论文信息:  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2686-x  改变陆地生物多样性曲线需遵循综合策略  需要加大努力,防止陆地生物多样性及其所提供的生态系统服务进一步遭受损失。  作者使用土地使用和生物多样性综合模型来评估人类是否以及如何逆转由栖息地转换造成的陆地生物多样性下降,这是对生物多样性的一个主要威胁。  研究表明,立即采取行动,既符合更广泛的可持续发展议程,又具有前所未有的雄心和协调力,可以为日益增长的人口提供粮食,同时扭转由栖息地转换导致的全球陆地生物多样性趋势。  作者表示,雄心勃勃的保护努力和粮食系统转型是2020年后有效的生物多样性战略的核心。  相关论文信息:  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2705-y

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未来的月球基地可能会覆盖一层月球风化层,以防止太空辐射。图片来源:欧洲航天局  中国嫦娥四号探测器首次详细测量了月球表面的强烈辐射,并发现在这样的辐射下人类探索月球是安全的。科学家近日发布的相关成果可以帮助研究人员更好地了解宇航员需要穿何种程度的防护服。  上世纪60年代和70年代执行阿波罗任务的宇航员携带了剂量计测量其辐射暴露程度,但这些设备记录的不仅仅是他们在月球表面期间受到的辐射量,而是他们整个旅程中受到的总辐射量。研究报告合著者、德国基尔大学物理学家RobertWimmer-Schweingruber说,从那时起,科学家们不得不以外推法和模型估算宇航员在月球表面受到的辐射量,“我们从未真正在月球上测量过”。  去年,嫦娥四号带着仪器在月球远端的冯·卡门陨石坑着陆,创造了历史。仪器中包括由WimmerSchweingruber和其德国、中国同事操作的一种新型剂量计。他们近日在《科学进展》上报道称,该装置测量了每小时的辐射率,发现宇航员在月球所受到的辐射量大约是地球上的200倍。  WimmerSchweingruber说,剂量计被放置于嫦娥四号探测器内,为其提供了部分遮蔽,就像宇航服对宇航员身体的保护一样,因此这一发现对人类探险者非常适用。  WimmerSchweingruber说,测量到的辐射剂量是位于部分保护性大气之上时,从美国纽约飞往德国法兰克福的洲际航班上乘客所受辐射剂量的5到10倍。以地球上的标准来说该辐射量很高,而且辐射是太空飞行中已知的危险之一。美国宇航局明令禁止导致其宇航员死于癌症风险增加3%以上的辐射暴露,但上述测量到的辐射水平仍低于这一要求。  更重要的是,研究人员计算出,月球基地如果覆盖至少50厘米厚月球土壤,就足以保护宇航员免受辐射威胁。一个深一点儿的舱室用大约10米深的水进行防护,则足以抵御会导致辐射水平急剧上升的太阳风暴。太阳风暴很可怕,在阿波罗16号和17号执行任务期间,如果宇航员在太空中没有受到保护的话,该风暴可能引起辐射病、呕吐甚至死亡。因此,建立这样的舱室很重要,还要保证宇航员能够在30分钟内到达舱室,这是现在监测卫星可以达到的提前预警太阳风暴的时间。  美国内华达大学的FrancisCucinotta表示,有具体的测量数据是好的,这些数据可以验证如果宇航员住在有防护罩的基地里,可以在月球上呆6个月,而所受辐射量不会超过美国宇航局的法定限制量。  相关论文信息:  https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz1334

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