探秘

“光结构”让水随环境变化自由变色

日本理化学研究所、东京大学和物质材料研究机构的联合小组最近开发出一种新型“动态光结构”。通过对水中含有的微量氧化钛纳米片进行数百纳米为周期的规整排列，使水在没有改变成分的情况下可根据环境变化瞬时改变颜色。

“光结构”是指材料具有与可见光波长同等周期结构，并根据周期长短选择性地反射相应波长的光，从而呈现出各种鲜艳的“结构色”。“光结构”对操纵光的提取、封闭和传播等非常有用，科学家们对此进行了大量研究。但是，获得“光结构”并非易事，即使利用最新的纳米技术也难以制作，因此通常的“光结构”是由无机结晶和有机聚合物等硬质材料构成。

在自然界中，有些生物能巧妙地利用流动性物质构成“动态光结构”，比如琉璃雀鲷和霓虹灯鱼等鱼类，它们可以自由控制体色。而用流动性的人工材料制作“动态光结构”，使材料根据环境变化瞬间变色，却极其困难，因为秩序性和流动性是一对相反的状态。

此次日本研究人员使用氧化钛纳米片进行“光结构”的开发。氧化钛纳米片厚度为0.75纳米，横幅为数微米，是具有极大轴比的二维无机物质，具有高折射率和磁场定向性等独特性质。由于纳米片带有较大负电荷，彼此之间具有强静电排斥力，可以让纳米片在水中分散后形成具有一定间隔的层状周期结构。但纳米片的间隔最大为50纳米，难以作为“光结构”利用。为此，研究小组开发出扩大纳米片间隔的新方法，让水中分散的微量氧化钛纳米片以数百纳米为周期有规律排列，成功获得了随环境变化瞬时变换结构色的“流动性光结构”。

该成果对胶体科学、自下而上的纳米技术以及超材料的开发具有指导意义。研究论文在线发表于《自然·通信》杂志上。

NASA在木卫二上发坝水汔喷发痕迹

据美国航空航天局于9月27日凌晨举行的一场电话会议称，宇航员使用MASA的哈勃望远镜在木星卫星欧罗巴上发现了水汽喷发的痕迹，此次发现证实了之前关于欧罗巴有水汽喷发的观测。

此次观测如果得到确认，意味着未来将可以更轻易获得欧罗巴海洋成分的样本，而不用再费力气开凿其表面厚厚的冰层。

“欧罗巴上的海洋环境被认为是太阳系里除地球外最有可能存在生命的地方。”杰夫·约德（Geoffrey Yoder）说。约德是NASA科学任务理事会的副管理员。“而这些羽状的水汽喷发如果确实存在，将给欧罗巴的科研取样提供新的途径。”

欧罗巴表面的水汽喷发据估计有200km那么高，被喷发出来的物质随后像降雨一样降落到其表面。据推测欧罗巴上的海水含量和地球海水总量相当，不过这些水被封存在厚度未知的冰层之下。喷发的水汽无疑将为科学家研究其下水分提供巨大便利。

太空望远镜科学研究所（STScl）的观测团队在月球行经木星表面时对欧罗巴进行观测，发现了这些水汽喷发的痕迹。该观测队原本的目标是想弄清楚欧罗巴上有没有大气层存在，不料却发现了这个意外之喜。

如果欧罗巴表面存在大气层的话，那么当欧罗巴从地球和木星之间经过时，欧罗巴上的大气层会留住一部分木星的光线，看起来会像是一个光环。观测团队此前已经用了15个月的时间对欧罗巴进行观测，结果发现了水汽喷发的痕迹。

NASA计划于2018年发射詹姆斯·韦伯太空望远镜，届时科学家将有机会使用红外线来确认欧罗巴上的水汽喷发活动。

“哈勃望远镜独一无二的观测能力促使了这一次的发现。”NASA天体物理学部的主任保罗·赫兹（Paul Hertz）说，“这一发现为未来太空探索开启了一扇新的大门。”

来源：环球网

量子信息处理器相关研究获进展

囚禁在光阱中的单个中性原子及原子阵列是极具前途的量子信息处理与量子模拟的众多物理候选体系之一。中性原子体系与外部环境的耦合较之其他体系（如离子、NV色心、量子点、超导线路等）弱，利于大规模单原子阵列的制备。而要在大规模的中性原子寄存器中实现量子信息处理，其中一个关键的环节就是单量子比特的相干性在阵列的不同格点中转移时要能够很好地保持。

通常，量子比特是编码在Rh原子的两个超精细能级的钟跃迁态中，超精细能级劈裂导致阱中原子上下能级的光频移不同，即产生微分光频移。在之前的实验中，微分光频移是引发单原子量子比特转移中相干性丢失的主要因素，通常的动力学退耦的方法也无济于事。这一难题极大地限制了大規模中性原子量子信息处理平台的实现与应用。

近日，中国科学院武汉物理与数学研究所研究员詹明生领导的课题组实现了一种新型的魔幻光阱——魔幻光强偶极阱，将囚禁在该微型光阱中的单个中性原子量子比特的相干时间延长上百倍，从毫秒量级提高至百毫秒量级。

研究组骨干副研究员何晓东与博士生杨佳恒等人利用单原子操控实验平台，在国际上首次测量了基态原子在矢量光场中的超极化率，接着通过控制矢量激光场和原子间微弱的相互作用，构造了单原子的魔幻光强偶极阱，有效地消除了有害的微分光频移。在该阱中，单量子比特的寿命从几毫秒提高到225毫秒。更为重要的是，他们成功地利用一个运动的魔幻阱将一个静止量子比特从另一个静止的魔幻阱中提取出来，变成移动比特，转移后送回到原处。通过测量运动量子比特的干涉条纹，发现量子比特的相干性并没有因为转移而丢失。该研究成果为下一步利用囚禁在光偶极阱阵列中的单原子构造可扩展的量子信息处理器奠定了基础。

来源：武汉物理与数学研究所

中国国际石星烯资源产业联盟成立

石墨烯是一种新材料，虽然仅有一个原子的厚度，但却比钢铁强韧200倍。同时这种材料兼具弹性好、导电性强、透光率高等诸多优质性能于一身。2016年9月18日，中国国际石墨烯资源产业联盟在北京举行成立仪式，并宣布在美国洛杉矶和纽约、澳大利亚悉尼、葡萄牙里斯本、新加坡、印度新德里、日本东京等地设18个分部，全面助推全球石墨烯产业化发展。这一联盟是国际石墨烯领域中，地域最广、起点最高、门类最全的集科技、资本、企业、人才、信息、知识产权、产业促进等为一体的国际交流互动平台。

中国科学院院士、北京大学教授刘忠范指出，中国有着世界上最庞大的石墨烯研究队伍和全球三分之一的专利数量，高居榜首。目前近20个石墨烯产业园在建或已经建成，300多家企业从事石墨烯及相关产品生产研发或为其提供仪器设备。中国石墨烯行业正从基础研究向产业化过渡，未来有可能在触摸屏、柔性电子器件等领域率先实现产业化。因发现石墨烯获得2010年诺贝尔物理学奖的英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆在当日的论坛上表示，从世界范围来看，各国在专利申请方面都存在共同问题，即科研机构申请的专利数量远远超过企业，但真正做成商业化的较少。目前，在商业化应用方面中国处于引领位置，这主要由于中国对石墨烯的发展非常重视和支持。

当前在世界各国谋求新一轮科技与产业升级的大背景下，石墨烯材料的应用研究已经被许多国家提升至国家战略高度。据了解，包括英国、美国、西班牙、韩国等国家都对石墨烯的研发投入大量资金。《中国制造2025》技术路线图更是明确指出，中国石墨烯产业“2020年形成百亿产业规模，2025年整体产业规模突破千亿”的发展目标。

来源：科技世界网endprint