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2022-08-09 中国科学报 冯维维
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  由交流相干量子相滑移效应引起的量子化电流步长

  1962年预测并于1963年在实验中观测到的交流约瑟夫森效应是量子力学中最基本的现象之一,对计量量子电压标准至关重要。物理上的双重效应,交流相干量子相滑移(CQPS),通过超导纳米线的光子辅助磁通量隧穿,被设想为量子化的“电流步骤”。

  在未来的现行标准中,交流电CQPS的基本物理意义也得到了实际重要性的补充,这是实现闭合量子计量三角的一个缺失元素。2012年,CQPS被证明是超导纳米线中磁通量量子的叠加。

  然而,由于缺乏合适的材料和电路工程方面的挑战,超导的直流电平流步骤是迄今为止唯一无法实现的超导的基本效应。作者报告了在超导纳米线的双夏皮罗步骤的直接观察。

  相关的步骤清晰到26GHz频率,电流值8.3nA,并受限于目前的设置带宽。目前的步骤是在30年前的小约瑟夫森连接理论上预测的。

  然而,约瑟夫森不可避免的增宽阻碍了他们的直接实验观察。作者通过在感应环境中放置一个薄的NbN纳米线来解决这个问题。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04947-z

  拓扑模的非厄米变形

  拓扑模态(TMs)通常局限于更大的拓扑晶格的缺陷或边界上。最近对非厄米能带理论的研究揭示了非厄米皮效应(NHSE),通过该效应,体态以皮模的形式向边界塌陷。作者探索了NHSE,以重塑波函数的TMs的非局域从边界。

  在一个临界的非厄米参数下,间隙内TM甚至在整个体晶格中完全扩展,形成一个“连续体外的扩展模”。这些扩展模式仍然受到大频带拓扑的保护,使它们对局部混乱具有鲁棒性。实验实现了TM波函数在主动力学晶格中的变形,包括一维和二维拓扑晶格以及高阶拓扑晶格。

  此外,通过明智地设计非厄米分布,TMs可以变形成各种形状。该发现不仅拓宽和深化了目前对TMs和NHSE的理解,而且为拓扑应用奠定了新的基础。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04929-1

  增材制造的强韧性纳米层状高熵合金

  增材制造可一层一层地生产网状构件,用于工程应用。激光粉末床熔合(L-PBF)增材制造金属合金涉及大温度梯度和快速冷却,这使得纳米尺度的微结构细化达到高强度。

  然而,激光增材制造的高强度纳米结构合金往往具有有限的延展性。作者使用L-PBF打印了合金材料AlCoCrFeNi2.1的双相纳米层状高熵合金(HEAs),该合金表现出约1.3吉帕的高屈服强度和约14%的大均匀伸长率,这超过了其他最先进的加法制造金属合金。

  增材制造HEAs的变形行为的机理研究对具有特殊力学性能的分级、双相和多相纳米结构合金的发展具有广泛的影响。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04914-8

  脉冲液压响应式自洁膜

  压力驱动膜是一种广泛应用于各种行业的分离技术,如水净化、生物加工、食品加工和化工生产。尽管它们有许多优点,如模块化设计和最小的占地面积,但不可避免的膜污染仍是大多数实际应用的关键挑战。

  污染通过降低渗透通量或增加压力要求来限制膜的性能,从而导致更高的能量运行和维护成本。作者报告了一种液压压力响应膜PiezoMem,将压力脉冲转化为现场自清洁的电活性响应。

  膜上的瞬态液压波动会产生电流脉冲和快速电压振荡,能够降解和排斥污染物,而不需要补充化学清洗剂、二次废物处理或进一步的外部刺激。

  这种膜通过产生活性氧和介电排斥作用,对一系列膜污染物(包括有机分子、油滴、蛋白质、细菌和无机胶体)具有广谱防污作用。

  相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04942-4

打印 责任编辑:侯茜

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