尖端科技&材料

交錯磁體是一種近年被發現與證實的特殊磁性結構。交錯磁性既不同於傳統的鐵磁性，也不同於反鐵磁性，展現出獨特的自旋排列與電子特性。在這種材料中，內部磁矩以特殊交錯方式排列，雖然整體不產生淨磁場，卻能對自旋電子產生明顯的選擇性作用。這使交錯磁性成為自旋電子元件領域的潛力新星，有望兼具鐵磁材料易於控制與反鐵磁材料抗干擾的優點，於去年更是被科學雜誌列為十大科學突破之一。隨著材料工程與測量技術的精進，交錯磁性有望從理論走向應用。若說二十一世紀的前半場是自旋電子學的起點，那交錯磁性極有可能就是下個重要的里程碑。

你知道嗎？未來的手機可能充一次電就能用好幾天，電腦也不再發熱卡頓，這些科技進步的夢想，可能將由「二維稀土材料」來實現。稀土元素原本就像是科技產品的「維他命」，微量卻不可或缺；而當它們進入原子層級的二維狀態後，居然還能產生全新的電子行為，像是為電子傳輸安排交通指揮，使電子只能往特定方向移動，讓資料傳輸更快、能耗更低，雖然目前仍多停留在理論預測階段，科學家正在一步步讓這些理論成為現實，成為科技再次更上一層樓的契機！

2025年，美國川普總統提出以美國技術協助換取烏克蘭稀土開採權，此舉再次突顯稀土資源的重要戰略價值，但稀土的開發困難，並不是儲量不足，而是提取與分離稀土具有高度技術門檻，本文將介紹從傳統到新型的提取方法，能進一步理解為何美國能以技術作為談判籌碼，然而，稀土的回收仍是目前的一大挑戰，目前被使用在科技產品中的稀土僅有不到5%的回收率，如何循環利用這項資源仍是目前的一大挑戰。

科幻電影的英雄可以透過特殊裝置來控制螞蟻大軍，這項技術在科學家長時間的研究下，逐漸變得可能，其方法主要透過負載於昆蟲上的微型電路傳送無線訊號，對昆蟲進行遠端控制，並回傳蟲體獲得的訊息。微型電路可包含電池、通訊、刺激運動、生理與環境監控等功能。刺激昆蟲運動的模組主要以直接與間接電刺激為主，也可透過刺激昆蟲的其他感官來進行控制。昆蟲的群體運動方面，科學家則是將群體分為幾個小群體，每個小群體則配有一名領隊與多名跟隨者。單獨控制多名領隊並賦予不同任務，跟隨者則依照領隊導航前行。目前已開發出相關演算法，並成功控制群體移動。

鈣鈦礦太陽能電池因高效能與低成本製造技術而備受矚目，然而其材料不穩定性與鉛毒性問題一直是商業化的主要障礙。近期，北京大學研究團隊開發的碘插層技術突破了這一瓶頸，透過碘離子調控鈣鈦礦結構，降低α-FAPbI₃形成的能障，並透過退插層技術確保材料純度與穩定性。此技術使太陽能電池效率達24%以上，且在高溫環境下運行1180小時後仍保持99%的原始效率。這項突破性進展，或將加速鈣鈦礦太陽能技術的商業化，引領未來能源革命！

稀土元素能為現代科技開外掛，無論是電動車的強勁加速、手機螢幕的鮮豔色彩，還是耳機中清晰動人的音質，這些都有賴於稀土元素的應用。稀土元素的強磁矩、高矯頑力以及高密度的能階，造就了當今高效能的科技產品，也因此稀土的礦權成為了國際間相互爭奪的標的，讓我們一起來了解稀土元素如何推動現有的科技吧！

2025年2月美國總統川普試圖與烏克蘭總統澤倫斯基達成一項戰略協議，藉由對烏克蘭的軍事與經濟支持，換取美國在稀土元素開採上的優先權，這一舉動再次使稀土元素成為全球焦點。稀土元素雖名為「稀土」，但實際上其在地殼中的含量並不稀少，卻因開採困難且環保風險高，需要高科技技術進行開採，且分布高度集中於特定區域，成為全球供應鏈的戰略要點。無論你的政治立場為何，都讓我們一起以科學的角度來認識什麼是稀土元素吧！

在智慧家電與物聯網快速發展的時代，感測器成為無數設備的必備元件，為我們的生活提供智能化支持。然而，在偏遠地區或無法頻繁維護的情況下，傳統感測器的能源需求限制了其應用範圍，像是難以配備電力設備，就算安裝電池也需時常更換。自供能感測器的出現為這一難題帶來解決之道，它透過從光、振動和溫差等環境能量中汲取電力，這種感測器無需依賴電池或外部電源，最新研究更引入「冷啟動」和能量管理技術，滿足高效能與環保的雙重需求，為智慧家居和物聯網設備開啟了更可持續的未來。

近年來，石墨烯 (Graphene) 掀起了一股材料科技的熱潮，這種由碳原子以蜂巢狀排列構成的二維材料，以其驚人的強度、導電性和熱導性，成為眾多科學突破的關鍵，然而，您是否聽說過矽烯 (Silicene)？這是一種由矽原子構成的蜂巢狀二維材料，不僅有著與石墨烯許多相似的物理特性，還因其與現有矽基半導體技術的高度兼容性，以及其高度的柔軟度，被視為次世代電子科技的明日之星！

石墨稀，被譽為「奇蹟材料」不僅擁有優異的導電與導熱性，也擁有極為優異的機械強度，理想的石墨稀在承受巨大外力的時候幾乎不會變形，因此《科學美國》（SCIENTIFIC AMERICA）的報導曾這樣描述：單層的石墨稀可以撐起一頭大象，然而，這樣完美的石墨稀並不容易取得，因此，科學家開始轉向探討石墨稀的斷裂機制，並找到背後的斷裂模型Griffith 理論，藉由此模型，我們可以了解，在不同裂縫存在的情況下，石墨稀的耐受極限為何，如此有望能開始將石墨稀落實在電子工程之中。

石墨烯是一種由碳原子排列成蜂巢狀單層結構的材料，自2004年被成功分離後，由於它優異的物理特性，引起了材料科學的革命，科學家紛紛投入石墨烯的研究，在2024年2月，新加坡國立大學的研究團隊在《自然化學》(Nature Chemistry) 上發表了一項革命性成果，他們透過將石墨烯修飾成蝴蝶形狀，使其同時具有鐵磁性和反鐵磁性，而當中的電子則具有高度的量子自旋糾纏，這一發現被認為是量子科技發展的重大突破，有望成為新一代量子材料的基礎，推動量子計算和通信技術的進步。

金箔是一種極薄的黃金薄片，常用於裝飾甜點以提升奢華感，其厚度約為10-7米。隨著科技進步，材料科學家合成了僅一原子層厚的金箔片，稱為Goldene，這是一種二維材料，又被稱為石墨稀的金黃表兄弟。Goldene是一種半導體材料，能幫助精確控制電流，滿足奈米電子元件需求，而且其巨大的表面積使其成為優異的催化劑，可降低化學反應活化能。瑞典林雪平大學發展出防止Goldene捲曲的方法，但製備過程相當耗時，若要大規模生產仍有難度。未來，隨著製備技術的完善，Goldene將在奈米元件和催化領域發揮更大作用，讓我們一起過上一個真正的「黃金時代」。

奈米材料如何成為奈米科技，關鍵在於奈米圖案化技術，如電子束微影，這技術利用電子束在材料表面製作圖案，可達到奈米級解析度，並可製作奈米級電子元件，另一種技術是透過雷射在材料表面進行加工，然而，這些方法昂貴且複雜。哥倫比亞大學提出一種利用中紅外光與材料共振的新技術，能低成本且高解析度地製作奈米圖案，而這項作法看起來像是在為材料「解開拉鍊」一樣，這樣的方式為奈米科技的發展提供了新的方向。