物理

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。

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！

提到飛秒雷射，許多人會聯想到眼科手術，因為其精確性與安全性，讓無數人重獲清晰視力，然而，飛秒雷射只是「超快雷射」的一部分，背後還有更多的科學應用。超快雷射涵蓋從奈秒（10-9秒）到阿秒（10-18秒）的時間尺度，讓科學家能夠捕捉電子在原子間的運動，就像高速攝影機捕捉運動賽場上的瞬間動態，這項技術使科學家能夠「看見」電子在量子世界中的運動，以至於能揭開更多的物理機制。超快雷射正「超快地」改變我們對世界的認識，一起來認識什麼是超快雷射吧！

雷射是一種將光精準放大與控制的技術，因其具備單色性、方向性和相位一致性，成為眾多精密應用的必備技術，然而，科學家們並不滿足於傳統穩定結構的束縛，進一步探索光子在無序介質中的隨機散射，令人驚訝的是，光子在無序環境中竟然也能形成準直的雷射，這種現象被稱為「隨機雷射」。隨機雷射的誕生不僅降低了技術成本，還打開了探索材料微觀結構的可能性，甚至為驗證量子力學中的安德森局域化現象提供了新途徑，也就是光子在無序結構中從擴散轉向局部干涉，最終引發強烈共振的現象。在無序混亂之中，光也能找到一條讓自己綻放的路徑，讓我們一起來認識什麼是隨機雷射。

在追求永續的現代能源議題中，氫能顯然是讓人非常重視與期待的一項解方。儘管如此，傳統的HER在酸性環境下進行，使得電極材料易被腐蝕，必須採用貴重金屬鉑 (Pt)，使其成本仍居高不下，以致於無法將此方法普及在能源發展之中，近年來，科學家發現二維材料的引入或許能成為突破口，這些材料因其僅具單層原子的結構，不只能提供更多的活性位點，還能由不同材料的堆疊能使電極自帶電場，促進氫氣生成反應。

每當諾貝爾物理獎即將揭曉，科學界總會開始討論可能的得主，而英國理論物理學家 Michael Berry 往往是備受關注的候選人之一。Michael Berry 的貢獻遍及量子力學和光學領域，有趣的是，他與 Andrey Geim 因 「漂浮青蛙」 實驗獲得2000年的搞笑諾貝爾獎，然而，Michael Berry 更為人熟知的是他在量子力學中提出的「貝里相位」，這一現象不只被記載在所有量子力學的教科書中，也成為量子科技發展的基石之一。Berry 相位僅依賴於系統的路徑，與時間無關，也就是說這一個相位的累積具有天然的抗干擾能力。這些成就讓 Michael Berry 不僅在科學界聲名卓著，也讓人期待他能否成為同時獲得諾貝爾獎和搞笑諾貝爾獎的雙料得主。

市面上有著越來越多氮化鎵的電子產品，銷售人員也常有自信的說：「我們的產品是氮化鎵製作的！」但是你真的知道氮化鎵是什麼嗎？氮化鎵比起傳統半導體材料「矽」有著大的能隙與更高的電子遷移率，因此能承受更高的電壓，還能進行高頻率的切換，因此，氮化鎵充電器可以擁有更高速度的充電效率，還能讓設備更加輕便，讓我們來認識氮化鎵的物理特性以及製作過程吧！

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。

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。

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。

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。

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。

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。