物理

近日，國際知名攀岩家 Alex Honnold 徒手攀上臺北 101，引發全球關注。鏡頭中反覆出現的，不是高科技裝備，而是一包白色的碳酸鎂粉末。我們將從物理與材料科學角度出發，解析碳酸鎂如何透過吸水、穩定摩擦界面，幫助攀岩者對抗重力，也探討其止滑效果的科學限制，進一步延伸到日常生活與前沿科技，看看碳酸鎂如何從攀岩粉，成為能源儲存與減碳研究中的候選材料。

電影《蟻人》能在微小世界中應對各種緊急時刻，你是否想過蟻人的裝甲如何來感應世界的？在現實生活中，工程師透過微機電系統 (MEMS) 與奈米機電系統 (NEMS) 使機械設備「擁有感官」，現代智慧型手機能夠感知用戶行走、旋轉，正是MEMS在運作，而在奈米尺度中的NEMS更能透過共振效應偵測單一分子、過濾通訊訊號，並以極低功耗長時間工作，為科技發展打開了無限想像。

當能源危機與氣候變遷壓力越來越大，人類迫切需要更高效率的能源科技。傳統矽晶片在高溫、高壓下效能降低，於是新一代「寬能隙半導體」登場，特別是矽碳化物 (SiC)，它能承受高電壓與高溫，成為電動車、太陽能與資料中心的核心材料。雖然製作困難、成本高，但隨著SiC晶圓量率的提升，2025年全球各大晶圓廠商正開始加速布局 SiC 產線，搶攻高效能電力元件市場。

當VS2的原子堆疊方式由T相的八面體轉變為H相的三角棱柱，其電子軌域與能帶結構被重新排列，開啟了可調帶隙，成為了電荷傳輸可被控制的半導體，而它的能隙範圍正好落在人眼可見光範圍中，能吸收可見光與傳導電子，因此還能被應用在光電元件中，更重要的是，其室溫鐵磁性讓電子能同時攜帶電荷與自旋，能為增加資訊乘載量、運輸速率及降低耗能。讓我們一起來認識具有半導體靈魂的H-VS2。

科學界長久以來認為二維單層材料無法在室溫下維持鐵磁性，因為熱擾動會打亂自旋的有序排列，但二維材料受基板支撐、缺陷、自旋軌道耦合等效應影響，能進一步維持有序自旋產生鐵磁性。VS2尤其受人注目，因為它能呈現室溫鐵磁性，增加了實際應用的可行性，不僅如此，它還能因著不同的原子堆疊模式呈現金屬或半導體的特性，因而成為了最火紅的二維材料之一，這一篇文章我們將先介紹具有金屬特性的T-VS2，看它如何在電化學中成為革命性的候選材料！

斯格明子(Skyrmion)是一種具有拓撲保護特性的微觀結構，最初由理論物理學家在粒子物理的理論研究中預測。多年後，科學家在磁性材料中實驗發現了這些如同小漩渦般的自旋組態結構，因其獨特的拓撲性質，被視為開發下一代高密度、低功耗記憶體與邏輯元件的關鍵。它們的形成涉及多種磁性相互作用的巧妙平衡。斯格明子因其拓撲保護而具有極高穩定性，且能以極低的電流驅動，這使其在自旋電子學領域展現出巨大潛力，有望突破傳統電子元件的限制。儘管目前仍面臨許多應用與製造技術等挑戰，磁斯格明子儼然已成為下世代磁性自旋電子元件的重要研究方向之一。

生活中我們常面臨一些難以選擇的問題，例如，去旅行想造訪的城市過多，路程與停留時間不易安排。排課或排班總是擠在某幾天，一回到家整個人都累爆了。出門旅遊明明按照導航行駛，為什麼還是花很久的時間在開車?這些生活難題都與求解最佳化問題有關。雖然近代電腦的運算速度越來越快，但符合問題的答案太多，在有限時間內，最多僅能找到局部的最佳解，無法找到問題真正的最優解答。若想求解這類問題，可以利用百年前物理學家發明的磁型模型，將問題轉化為選擇問題，再透過量子退火電腦就能馬上迎刃而解。

磁鐵為什麼有磁性？蛋白質如何運作？要回答這些問題，我們必須深入物質內部進行探索，然而這一過程會受到原子外圍的電子阻礙，因此我們需要一套直搗材料核心的利器—「中子光譜」，由於中子不帶電，能直搗材料的黃龍，也就是原子核，探索微觀世界中的原子運行法則。藉由中子光譜技術的發展，我們能知道材料中的磁性如何傳遞，也能知道蛋白質如何與其他物質產生交互作用，讓我們一起來認識「中子光譜」這項強而有力的量測技術吧！

在日常生活中，氧化鎂 (MgO) 作為抗酸劑和輕瀉劑，緩解胃部不適並促進腸道健康，同時是人體所需的重要營養補充劑。在材料科學中，MgO的鹽岩結構賦予其優異的機械強度、絕緣性及導熱性，使其成為奈米科技中不可或缺的材料，應用於電子元件中的絕緣層、散熱層及磁性隧道接面中。直到2024年的研究，科學家發現透過調控MgO表面的氧缺陷，能提升其在燃料電池中的催化活性，加速氧還原反應 (ORR)，增強燃料電池的轉換效率，因而促進綠色能源技術的發展，然而，隨著奈米科技的進步，MgO在微小尺度下的缺陷控制仍是一大挑戰。