美國海軍發表「室溫室壓超導體」專利

電流在超導體內能不受阻力的流動,可以100%傳遞電能,不損失能量也不排放廢熱。如果能在室溫實現超導體,將是一個顛覆性的科技。近日,美國海軍發表一份關於室溫超導體的專利。不同於其他同性質的專利,它並不著重於任何化學配方,而是描述一個能產生超導的物理機制。儘管專利內並沒有實驗數據佐證,其提出的方法可信度非常高。

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葡萄的微波爐物理

■把對切的葡萄放進微波爐,在微波的加熱下會產生電漿和火花。由於視覺效果奇特,這種葡萄電漿的影片在網路上盛傳。在大部分的影片中,葡萄的果肉被切開,但果皮仍然相連。因此許多人推測電漿產生的原理是:由於果皮富含離子,具有良好導電效果,使得相連的兩片葡萄像天線一樣吸收微波輻射。近期有科學家深入研究這個葡萄電漿,發現果皮的導電性其實並不重要,葡萄本體才是關鍵。

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新一代製程的關鍵:13.5奈米的「極端」紫外光

■從1990年代至今,半導體界持續使用波長為248奈米和193奈米的光源製造電子元件。這段期間科學家和工程師不斷挑戰物理極限,使用相同的波長製造出更精細的元件,至今已經超過二十年。然而,半導體從1997年的250奈米節點到2018年的7奈米節點,很難再繼續微縮了。為了製作更小更快的電子元件,半導體製程需要波長越短的光線。下一個世代的半導體將會使用全新的光源:波長為13.5奈米的極端紫外光。

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氣體可以當作透鏡使用嗎?

■透鏡是光學最基本的元件之一,它能讓光線聚焦或發散,也能讓物體成像放大或縮小。要對越小的物體成像,必須使用波長越短的光線。在許多應用中,只有極端紫外光(波長在100奈米以下)才能滿足成像的需求。但是短波長的光線非常容易被物體吸收,所以大部分的透鏡對極端紫外光來說都是不透明的。德國科學家使用氣體透鏡解決這個問題。這個氣體透鏡的吸收率只有5%,能調控光線折射的角度和光束聚焦的程度,並且能同時當作凹透鏡和凸透鏡使用。

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指尖上的同步輻射

■同步輻射是電子等帶電粒子加速度時釋放的輻射。這些輻射有亮度高、準直性好和偏振單純等良好性質,被廣泛應用在科學研究中。台灣是世界上少數擁有同步輻射技術的國家之一。位於新竹的台灣光子源是台灣自行設計的同步輻射設施,周長超過半公里,是世界上最亮的光源之一。由於同步輻射設施龐大,通常需要國家級的資金,甚至是跨國合作才有辦法建造。如果能將設施尺寸縮小,同步輻射的應用將更廣泛。本文介紹科學家透過奈米科技和超光速技術,將同步輻射縮小到毫米等級的初步結果。

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Hubbard 模型(五):自旋液體與價鍵固體

■在本系列的前面幾篇文章中我們透過一些盡可能簡單的物理直覺跟讀者說明在 Hubbard 模型中可能的物理機制,並透過一些很簡單的圖畫搭配簡單計算來跟讀者們闡述這些跳來跳去的自旋怎麼能夠偏愛反鐵磁(antiferromagnetism)的組態或者在某些狀況下偏好鐵磁性(ferromagnetism)的組態。

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Hubbard 模型(四):費米 Hubbard 模型:簡單的解析事實(下)

■在前文中我們定義了費米 Hubbard 模型,並花了一點空間討論當躍遷常數 t 與交互作用 U 都不為零,但後者遠大於前者的時候,透過一個二階的量子過程,半填滿的晶格在能量上會偏好相鄰的兩個費米子擁有反向的自旋,這構成了「反鐵磁性」(antiferromagnetism)的可能性。

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Hubbard 模型(二):玻色 Hubbard 模型

■在這個極限,玻色子們其實看不見對方,也就是說多粒子問題變回了單粒子問題,同時,我們有能力去計算單一個玻色子的能階,接下來要回答的,就是當有很多玻色子要填進這個能階時它們要怎麼分佈。對於自由的玻色子而言,這個問題的答案是已知的,因為它們不需要遵守庖立不相容原理,大家可以一起擠到最低的能態去,也因此,全部的人共享同一個波函數,這樣的物理相信有些讀者能夠心領神會,這也就是所謂的玻色愛因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation),也就是說,基態是個超流體(Superfluid)。

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淺度量子電路 – 現階段真正的量子優勢

■量子優勢(Quantum Supremacy) 是一個假說,指的是量子電腦擁有任何古典電腦都無法匹敵的計算能力。各大研究機構、政府和公司都正積極發展量子電腦,其原因非常明顯:誰能掌握最強的計算能力,誰就能掌握包含人工智慧、情報和安全通訊等科技的主宰權。但是在現階段,量子電腦還處於嬰兒時期,而且量子優勢是否真實存在還是一個未知數。本文介紹現階段量子電腦的合理應用,以及IBM 科學家證明量子電腦在某個常見的問題具有絕對優勢。

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Hubbard 模型(ㄧ):動機與定義

■我們將利用一個系列文跟大家介紹一個在凝態物理中很重要的模型家族。在 Hubbard 模型中,空間的背景是一個給定的晶格,空間維度可以是 1, 2, 3 維,幾何結構可以是正立方體(cubic lattice)、三角晶格(triangular lattice)、蜂窩晶格(honeycomb lattice)。進而我們將一些粒子(費米子 (fermion )或玻色子 (boson))放到節點上,考慮他們可能的動力學。

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蘭道的典範之一:費米液體(二)

■在三維空間中,如果一個費米系統具有一個尖銳的費米面與伽利略對稱性,蘭道說明,在費米面附近的低能量自由度是一堆準粒子(quasi-particle)。假設準粒子間的交互作用是絕熱地被打開的,這些由準粒子定義的低能量物理激發態,跟完全沒有交互作用的費米氣體的能量激發態有一對一的對應關係。

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