皺巴巴的石墨烯

在面試中,當考官問到為何穿著皺巴巴的衣服時,你可能感到尷尬,卻無法以急忙出門忘記燙衣服為理由。這時,一個關於皺摺的故事或許能為你解套。研究指出,對石墨烯而言,皺摺能提升其性能,特別是增加皺褶有助於提高疏水性和電化學反應效能。因此,當面對逆境,不妨展現出皺褶的力量,解釋其在石墨烯中的重要性,或許能為你贏得一個機會!

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【科學史日誌】1956年7月20日:微中子的發現

科學研究的突破與發現總是循著脈絡環環相扣。有了貝克勒在1896年歪打正著發現鈾鹽的放射性,才開啟了後續一連串對於輻射、核能、帶電粒子射線等的研究。而在研究β衰變過程中,離奇地出現了違反角動量守恆的現象,包立於是大膽提出了有種質量極小的粒子被釋放出來的假設,而後費米又進一步完善假設,提出費米β衰變理論,「微中子」以傳聞中的幽靈型式首次被大家認識。而這隻幽靈在隨後的二十年當中,不斷透過各種實驗結果證明自己的存在,但始終無法見到它。直到1956年7月20日,瑞恩斯與科安將氫靶放置在原子爐附近,透過液閃爍偵檢器偵測光子信號間的關聯性,確定了微中子真實存在,讓這個「只聞其聲不見其人」的神祕粒子被科學界接受。

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新時代的濾網:從病毒到海水都能過濾的石墨烯

在疫情流行這幾年間,石墨烯成為了「陰謀論」的主角,雖然它具有很多夢幻的特性,但卻不應該為此背黑鍋。另一方面,石墨烯在過濾病毒上的應用倒是被科學家高度關注,它能夠有效阻絕並破壞細菌,卻可能為人體帶來像石綿一般的風險。不過,石墨稀的過濾特性仍被持續的研究中。隨著氣候異常的現象日益頻發,近年來各地不時傳出缺水的危機,石墨烯被當作海水淡化的重要材料,藉由它奇特的特性能夠高效地將海水轉為飲用水。

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當LK-99再次出現,你可以怎麼判讀?來認識超導體伴隨的獨特物性

2023年8月,韓國量子能源研究中心宣布取得物理材料領域的「聖杯」——「室溫超導體」。這一突破性消息成為全球焦點,引起各地新聞媒體報導。超導體具有電子無阻礙流動的特性,可實現高效率和零汙染的科技理想。然而,迄今多數超導現象僅能在極低溫環境下發生,限制了日常生活應用。除零電阻外的獨特特性,本文將介紹觀察超導體的重要實驗指標。當下一次又有人宣稱製作出「室溫超導體」時,或許我們就有更多的判讀能力!

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【科學史日誌】1948年5月:朝永振一郎 (Sin-Itiro Tomonaga) 採用重整方法完構量子電動力學

二十世紀初,有兩顆重磅炸彈被投入物理領悟——量子力學與相對論,它們掀起了革命性地風暴,開創全新的研究領域,更孕育了無數諾獎的得主。朝永振一郎也是這片煙花中的燦爛星火,他鑽研的領域是量子電動力學的研究,其研究團隊發現電子散射幅中的發散其實是源自於質量和電荷的發散,而且質量和電荷的發散形式類似。其後,又基於貝特的量子估算,最終完整了量子電動力學的主架構,於1965年與其他兩位QED奠基人許溫格、費曼獲得諾貝爾獎的桂冠。

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轉角電子學:超導與絕緣自由切換的轉扭

我們有可能作一個轉扭,就使材料在絕緣體、超導體、鐵磁狀態自由切換嗎?當石墨烯以魔法夾角堆疊時,可以產生超導狀態;若是和六角硼氮組合成「三明治」時,竟然可以產生鐵磁性。二維材料結構簡單,藉由扭轉產生的特殊物理現象,可以幫助科學家更瞭解背後的生成機制。這類的研究進一步被歸類為「轉角電子學」,這樣的材料組成就像一個轉扭一樣,透過旋轉就可以切換其物理狀態!

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【CASE特報】印度「月球3號」成功軟著陸登月!

「登陸月球」近年來再次成為太空科技發展的重要目標,而試圖減緩撞擊力道的「軟著陸」比起直接砸在地上的「硬著陸」,有著更多的技術門檻要克服。2023年8月24日,印度的「月船3號 (Chandrayaan-3)」成功以軟著陸的方式登陸在月球的南極,讓印度成為第四個有能力派遣無人探測器軟著陸月球的國家/組織!「月船3號」同時也是人類史上第一個成功登陸在月球南極的探測器——而幾天前才有人挑戰失敗而已……

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在絕緣與超導間自由切換的石墨烯

2023年七月,「超導體」報導引起媒體大量關注,Google搜尋熱度暴增。超導體對科技發展與環保平衡至關重要,無電阻傳輸能夠大幅提高資訊處理速率,且大幅減少對環境的汙染。石墨稀擁有高導電性、高彈性和硬度等特點,身為近代最夢幻的材料,石墨稀也具備有超導特性。雙層石墨稀的1.1°「魔法夾角」堆疊可展現超導與絕緣特性,成為絕佳的電子開關。雖此狀態僅在極低溫出現,但這項發現仍有助於科學家理解超導機制。全球科學家們持續致力於克服障礙,期待實現無損耗能源使用,使科技與環保不再是矛盾。

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石墨烯與它的好朋友——六角硼氮

白石墨稀 (h-BN) 作為石墨稀的好朋友,不只與石墨稀有相似的特性,還能使石墨稀有更卓越的表現。h-BN具有高硬度、高彈性和高導熱性,並擁有優異的化學穩定性和抗氧化能力。h-BN絕緣的特性可作為原子級的能障,被視為應用於量子穿隧元件的理想材料。此外,它在電子元件製造中可作為堅固的保護層,防止侵蝕。作為石墨稀的基板材料,h-BN的結構與石墨稀相似且表面平坦,能提升石墨稀的導電性達三倍之多。然而,製備高品質的h-BN需要在高溫和高真空的環境下,科學家們正致力於開發新的製程方法以實現商業化生產。

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用電力來為材料充磁——左右坡莫合金的氧化鑷

來探索一下氧化鑷如何左右坡莫合金的「性格」吧!坡莫合金是一種鐵磁性材料,對外加磁場非常敏感。你可能知道,這種材料在磁場下會產生磁滯曲線,也就是磁性效應不會立即消失,這種特性使得坡莫合金在記憶元件中有很好的應用潛力。但是,當我們將氧化鑷與鐵鑷合金堆疊在一起時,事情變得更有趣了!這種堆疊會導致磁滯曲線產生偏移,也就是磁滯現象更難被消除,這意味著記憶體可以更長時間地保持信息,同時減少外部磁力對其的影響。還有一個有趣的概念——電力充磁,當我們為氧化金屬充電時,材料內的氧空缺會捕捉單一電子,使得材料帶有磁性,這樣的現象提供了一種新的方式來調整材料的磁性。

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鑽石不只為愛而閃耀,也照亮量子革命之路

鑽石可不只在人類社會中被賦予了多種涵義,奈米鑽石亦在科學領域中點燃了量子革命的火花。量子電腦利用量子位元的疊加態,能同時探索所有可能的路徑,大幅提高運算的速度,而量子傳輸則提供了絕對安全的通訊系統。然而,量子系統易受到干擾,需保持在低溫環境下運作,因此運行成本非常高昂。此時,奈米鑽石所具有的特性成為了突破困境的曙光。奈米鑽石因為保有鑽石的高穩定性,因此若以其作為量子系統的替代材料,便可以讓系統能夠在室溫下操作,再加上NV缺陷中未成對的電子可以呈現自旋和糾纏的量子特性,使得奈米鑽石成為量子科技發展的關鍵材料。

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【物理史上的一月】大約1961年1月:勞侖次 (Edward Lorenz) 和蝴蝶效應

對於一般門外漢來說,渾沌的概念帶給他們的是一種完全任意性的印象,但對於科學家來說,它卻是表示在因果系統中的隨機行為,也就是說,系統對於測量太敏感,以致於產生的結果雖然有著根本的秩序,但看起來卻很隨機。這個表面上很矛盾的觀點是一位由數學家改行成為氣象學家的勞侖次 (Edward Lorenz) 所提出的,他在一次意外發現了此現象,隨即孕育出現代渾沌理論的領域,並永遠改變了我們檢視像天氣等非線性系統的方式。

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【開箱大學教授】發現Aha的時刻|臺大物理學系王喬萱助理教授

「希望有一天,我不會是一名女性科學家,而是一名物理學家,僅此而已。」這是臺大物理學系王喬萱教授對於突破性別框架的期許。她因為高中物理老師的認真教學風格與物理學結緣,並在學習過程中發現自己對這個領域是真愛,又因為「反骨」的個性,堅定地走上這條研究之路。雖然身上具有許多「少數族群」的標籤,包含亞洲物理學家、女性科學家等,但她依然堅持走在自己喜愛的道路上,也積極參與同溫族群的活動來打造歸屬感。
「在某些情況下我們是多數或權力方,但在另一個環境下我們也可能變成少數或弱勢方。當我們是多數方時,此時的行動可以更有效地產生好的影響;當我們身為少數方時,也要持續奮鬥不要氣餒。」王喬萱教授也不忘如此溫柔地提醒著,希望能夠透過本次專訪,讓社會更加多元與友善。

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探索微觀奇境:從光學到電子,顯微鏡的進化之旅

過去的人們總認為眼見為實,對於肉眼不可見的微小世界,是完全不瞭解甚至是不知其存在的。當放大鏡發明之後,我們終於可以看清昆蟲、花朵等的細微結構;延伸應用光學元件進行組合,光學顯微鏡的誕生為我們開啟了微觀的大門;而突破瑞利準則的電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡更是使我們進入奈米世界。可以這麼說,是顯微鏡的發展推動了科技的進程。

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再旋轉我沒關係!自旋電子如何影響身邊的物質?

自旋是電子的一種特性,也可以對物質造成磁性。自旋的控制可以讓電子元件的應用更加多元化,與以往電子充放電為基礎的電子元件不同,當具有磁性的物質與非磁性的物質接觸時,它們能夠互相影響並產生各種不同的物理特性,就像群體影響個人的行為,這個特性稱為「磁鄰近效應」。這樣的特性目前正被廣泛研究以及應用於磁性記憶體中。

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