用石墨稀接住大象?來認識描述石墨稀斷裂的理論模型!

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。

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愛因斯坦道歉了?一探理工天才的感情世界(二)

愛因斯坦,二十世紀最偉大的科學家之一,因其卓越的科學貢獻而為人熟知,但在這些光輝成就的背後,他也曾經對於一些事情感到後悔,像是,他曾將宇宙常數引入廣義相對論,後來卻稱這為「一生中最大的錯誤」;他促成了曼哈頓計劃的啟動,但對於核武器造成的傷亡感到內疚;他也曾與納粹支持者菲利普.萊納德有著口角衝突。愛因斯坦雖然是科學天才,但也有著深刻人性的掙扎與反思,這些思考至今仍對我們有所啟示,使我們知道該以什麼態度來看待科學發展。

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不再依賴充電線!高續航力穿戴設備問世

每年九月,蘋果迷期待著新產品的發表,穿戴式設備也成為近年來大家關注的焦點。然而,這類設備面臨的最大挑戰是電池壽命有限,難以滿足全天候健康監測需求,美國華盛頓大學的一項研究為此帶來了突破,他們利用人體與裝置之間的溫差產生電流,也就是說,可以利用人體作為充電源,藉此提升穿戴設備的續航能力,這項研究採用了碲化鉍(Bi2Te3)和共晶鎵銦合金(EGaIn)作為基礎材料,具備高效充電、自我修復及彈性延展的特性,並能透過Peltier效應反向操作,實現溫度控制,為使用者提供保暖或降溫的功能,這項技術為穿戴式裝置的未來應用開啟了更多的可能,讓健康監測更具完整性,在穿戴上也能更加貼近使用者的需求。

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愛因斯坦道歉了?一探理工天才的感情世界(一)

2017年,國家地理頻道推出電視影集《世紀天才》,首季聚焦阿爾伯特.愛因斯坦 (Albert Einstein, 1879-1955) 的生平,透過現代影視的技術,將愛因斯坦的生平描繪出來。這部片迅速成為科學愛好者必看的節目,其中最讓人熱議的便是愛因斯坦的感情世界,他曾經有過兩段婚姻,且還有多次的婚外情,讓我們透過他的兩段婚姻來一探他的感情世界,使我們能更立體地認識這一位科學巨擘。

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石墨烯的蝴蝶效應在量子科技上掀起風暴

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。

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全新物質型態:時間晶體

我們所認知的物質多是由原子隨著空間規則排列形成的晶體,2012年時,諾貝爾物理獎得主Frank Wilczek提出一種猜想:「物質能不能隨著時間排列而非空間?」這樣的假想物質被稱為時間晶體。直到2024年7月,奧地利和中國的科學家首次製作出時間晶體,此研究利用奈米光束激發銣原子形成Rydberg態,觀察到電子之間的強交互作用導致週期性地振盪,此研究證實了時間晶體的存在,且時間晶體對外擾動具有更強的抵禦力,能延長量子狀態的壽命助於量子科技的發展,不僅如此,時間晶體的出現還能提供全新的視野使我們一窺大自然隨時間演進成有序系統的奧祕。

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費曼如何看待科學的終極發展?

在2024年4月份的TED演講中,Google人工智慧部門執行長Demis Hassabis提出了一個宏大的目標:利用人工智慧建構一個「全知之樹」,掌握世界所有知識,在演講中,TED領導人Chris Anderson詢問Hassabis如果全知之樹被建構出來,最想解決什麼問題?Hassabis回答說他想瞭解時空的極限,即量子力學中的普朗克尺度,這是一個目前科學無法探索的極限,如果人工智慧能突破這一限制,那將是人類透徹宇宙法則的重要時刻。在過去,近代最偉大的物理教師理查德·費曼曾在1961年對科學的盡頭作過預測,費曼預測了物理學在未來千年的兩種可能發展,無論哪一種情況,費曼認為基礎科學的研究壽命是有限的。隨著AI的進步,人類是否能透徹理解宇宙運行法則,還是科學終將面臨盡頭,這些都是值得我們思考的問題。

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黃金時代就要來了嗎?世界上最薄的黃金曝光了!

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」。

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人們對金屬的初步瞭解:Drude模型

自西元前8000年起,人類開始使用銅鑄造物品。到了西元前3300年,人們進入了青銅時代,開始提煉金屬製作工具和武器,但對金屬的本質並不清楚。1900年,保羅.德魯德 (Paul Drude) 提出Drude模型,假設電子在金屬中隨機運動並受磁場和電場影響,成功預測金屬電阻率隨溫度變化的趨勢,並解釋金屬的導熱性,因此人們有了對金屬最初步的定義:「電子能夠在當中自由移動的材料」。然而,隨著更多在金屬材料中不同物理現象的發現,Drude模型並無法符合所有的實驗結果,因為它並沒有電子的量子現象納入考慮。雖然如此,Drude模型仍提供我們一個理解電子在金屬中運動的基礎。

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總統可以「物」人子弟嗎?

自臺灣民選總統以來,歷任總統多數具有法律背景,但2024年賴清德打破常規,成為首位具醫學背景的總統。那麼,未來若有物理系背景的總統會如何呢?在今年6月墨西哥選出史上第一位女總統克勞迪婭.辛鮑姆,她畢業於物理系。在過去,德國前總理安吉拉.梅克爾、印度前總統阿卜杜勒.卡拉姆,以及希臘的前總理盧卡斯.帕帕季莫斯也都擁有物理學的背景,他們如何運用科學知識在政治領域大放異彩呢?科學訓練為他們帶來獨特視角,更為國家發展注入新動能。讓我們一同深入瞭解,這些「物」人子弟如何來領導自己的國家。

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用雷射光在奈米材料上畫圖

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。

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在太空中乘「光」破浪的奈米帆船

《三體》中的故事描述地球人為了與外星文明接觸,提出了「階梯計畫」,試圖利用奈米帆船的技術加速探測器前進。在現實生活中,NASA確實研發了奈米帆船-D(Nanosail-D),希望能利用太陽光進行可控的太空航行。儘管Nanosail-D曾經遭遇失敗,但NASA仍致力於奈米帆船中太陽帆的技術發展。太陽帆利用光子產生的微小推力進行推進,是一種具有潛力的低成本太空探測方式。隨著科技的進步,奈米帆船將帶動對宇宙奧秘的更深入探索,同時開發無汙染、零成本的太陽能源利用潛力。

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《三體》中的奈米纖維真的存在嗎?

2024年初,Netflix上播出的《三體》成為臺灣地區熱門影集之一,它改編自劉慈欣的同名科幻小說。故事中,主角奧姬是奈米科技專家,透過奈米纖維改善人類生活。奈米纖維是一種能大幅提升表面積與體積比例的材料,可應用於醫療、過濾和藥物載體等領域。製作奈米纖維常用的方法是靜電紡絲,透過施加高電壓使液體成為帶電狀態,再拉伸成細流。雖然《三體》中呈現奈米纖維作為武器的場景純屬虛構,但它激發了對科學潛力的想像。讓我們來瞭解現實生活中奈米纖維的實際應用吧!

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電子的高速鐵路:量子自旋霍爾效應

你知道電子也有高速鐵路嗎?在拓樸絕緣體中,電子雖然不能在絕緣體中移動,但是卻能在這樣的材料表面中,如同在導體上一般移動,正如人們身處在壅擠的月臺上無法移動,但一當搭上月臺兩側的高鐵時,便能高速的行進。這便是著名的物理效應——量子自旋霍爾效應。

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隱形戰機的剋星:量子雷達

隱形戰機是當代戰爭中的強力武器,因它能避開雷達的偵測,進行低空的精準投彈,不少國家投入相當的資金進行其研發。然而,隨著量子科技的發展,以量子糾纏為原理的量子雷達具備有追蹤隱形戰機的潛力,是否隱形戰機在戰場上的傳奇就將被打破?或許投資量子雷達這樣保家衛國的武器,更符合保家衛國的人道做法。

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