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一平方納米存儲設備

一平方納米存儲設備

工程師將存儲設備縮小到一平方納米。德克薩斯大學奧斯汀分校的工程師創造了迄今為止最小的存儲設備,該設備僅使用單個原子來控制其存儲功能。

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該項目基於兩年前的一項發現,當時同一組研究人員創建了當時最薄的,具有單個原子層厚度的存儲設備。該研究團隊將其暱稱為「 (原子電阻)Atomristor」。

他們現在進一步減小了存儲設備的尺寸,將其橫截面面積縮小到一個平方納米。

Deji Akinwande教授說:「用於縮放的科學領域正在下降到一個原子控制記憶功能的水平,而這正是我們在研究中完成的。」

這種小型化要求掌握物理原理,以便將密集的存儲器,存儲功能存儲到這些設備中。 材料中的缺陷或孔洞,提供了解鎖此功能的關鍵:「當單個額外的金屬原子進入該納米級孔並填充該孔時,它將某些導電性賦予材料,這會導致更改或存儲效果。」Deji Akinwande教授說。

儘管研究人員在此《自然納米技術》研究中使用了單層二硫化鉬(MoS2)作為主要的納米材料,但他們希望這可以應用於數百種相關的原子薄材料。

Deji Akinwande教授的設備屬於憶阻器類別。憶阻器是存儲器研究的一個熱門領域,專注於具有修改兩個端子之間的電阻狀態而無需在中間設置門(非易失性電阻切換)的電子元件。這使得它們可以比今天的存儲設備進一步小型化,同時保留巨大的存儲容量。

該憶阻器的容量約為每平方厘米25TB:與商用閃存設備相比,每層的存儲密度高100倍。

使芯片和其他組件小型化的競賽主要是關於便利性和能源效率。較小的處理器允許使用更緊湊的計算設備,同時也降低了其能源需求並增加了容量。這將導致更快的設備消耗更少的電源

美國陸軍研究辦公室計劃經理Pani Varanasi表示:「這項工作取得的成果為開發國防部感興趣的下一代應用程序鋪平了道路,例如超高密度存儲,神經形態計算系統,射頻通信系統等等。」

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抗反射塗層的新發展

抗反射塗層的新發展

飛蛾眼啟發了防反射塗層可能意味著更好的數碼顯示。通過各種參數進行的測試確定,兩段感應耦合等離子體蝕刻工藝對於獲得高質量模具是最佳的。使用UV可固化樹脂,將該模具用於生產具有蛾眼納米結構的透明膜。

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moth-eye科學家們開發了一種簡單,可擴展的策略,以生產出具有令人印象深刻的抗反射特性的薄膜,這是受到飛蛾眼中發現的納米結構的啟發。

蛾是夜行性動物,必須躲避掠食者的眼睛,它們的眼睛不易反射。 它們具有獨特的納米結構,可以使表面漸變,從而使大多數落在眼睛上的光在表面彎曲並透射通過眼睛,而不是從眼睛反射。

這種排列的結構在防止反射方面非常有效,以至於研究人員試圖模仿這種結構,以創建抗反射塗層,並取得了不同程度的成功。

儘管納米科學的進步可以為在實際應用中採用這種結構鋪平道路,但是在可擴展性和製造成本方面仍然存在障礙。

東京科學大學的研究人員與薄膜製造商Geomatec的科學家合作,開發了一種新穎的技術來生產受蛾眼啟發的納米結構和透明膜,從而可以進行大規模生產。

研究人員團隊以前是用氧離子束蝕刻的玻璃碳製成的蛾眼模具,儘管他們使用的方法不可擴展。

Taniguchi教授說:「生產玻璃碳基材需要使用粉末冶金技術,而粉末冶金技術很難用於生產大面積的模具。」「為克服此限制,我們嘗試僅使用沉積在大型常規玻璃基板頂部的玻璃碳薄層。」

研究人員決定用感應耦合等離子體系統(通過感應電流提供能量)代替電子迴旋共振離子源(使用電子迴旋共振使等離子體電離)。 雖然這兩種設備都可以使用集中的氧離子束蝕刻玻璃碳,但後者會產生更寬的離子束照射範圍。這更適合用於大面積結構。

通過各種參數進行的測試確定,兩段感應耦合等離子體蝕刻工藝對於獲得高質量模具是最佳的。使用UV可固化樹脂,將該模具用於生產具有蛾眼納米結構的透明膜。

薄膜對可見光的反射率為0.4%,只是比沒有蛾眼納米結構的類似薄膜的十分一。通過該材料的透光率也增加,表明在光學性能方面沒有折衷,因為反射率降低了。

「自Covid-19大流行以來,我們可以使用這些薄膜來提高平板顯示器,數字標牌和透明丙烯酸板的可見度。此外,抗反射塗層也可能是提高太陽能電池板性能的有效方法。」 Geomatec首席技術官Hiroyuki Sugawara說。

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相機大突破,實現每秒1000億幀的3D視覺

相機大突破,實現每秒1000億幀的3D視覺

科學家們已經開發出一種相機,該相機每秒可拍攝高達1000億幀的圖像,並以類似於人類視覺系統的方式進行3D觀看。

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3d-camera

這項被稱為「單鏡頭立體偏振壓縮超快攝影(single-shot stereo-polarimetric compressed ultrafast photography)」或簡稱SP-CPU的新技術可以在一次動作中快速捕獲視頻的所有幀,加上現今CPU技術,只需一次操作即可捕獲及處理所有幀,而無需重複。這使CPU相機變得非常快(市場上好的手機相機可以每秒拍攝60幀)。並且開發人員還通過使相機以類似於人的方式「觀看」事物,從而在超快圖像中增加了三維尺寸。

人類由於擁有兩隻眼睛,因此每隻眼睛都可以從略微不同的角度觀察物體及其周圍環境,從而使人類視覺中有深度感知,大腦將這兩個圖像中的信息組合成一個3D圖像。

加州理工學院的研究員王立宏說,這種相機的工作原理相同。「相機現在是立體影像的。我們有一個鏡頭,但它起著兩半的作用,提供了兩個具有偏移的視圖。兩個渠道模仿了我們的眼睛。」他說。

運行SP-CUP攝像機的計算機將來自這兩個通道的數據處理為一個三維「電影」。SP-CUP系統還具有觀察光波偏振的能力,這是光波傳播時振動的方向。

具有立體感的超快相機

當一個人看著周圍的世界時,他們會感覺到有些物體離他們更近,而有些物體離得更遠。 得益於我們的兩隻眼睛,這樣的深度感知才有可能,每隻眼睛從略微不同的角度觀察物體及其周圍環境。大腦將這兩個圖像中的信息組合成一個3D圖像。

SP-CUP
SP-CUP攝像機記錄的激光束的3D膠片穿過散射介質並從反射表面反射回來。 Credit: Caltech. Source : This ultra-fast camera allows you to film the movement and polarization of light in 3D, en24news

SP-CUP攝像機的工作原理基本相同。相機現在是立體的,只有一個鏡頭,但它作為兩個「半部」提供了兩個滯後的視圖,這樣模仿了人類眼睛的兩個視線渠道。就像我們的大腦處理從眼睛接收到的信號一樣,運行SP-CUP攝像機的計算機將來自這兩個通道的數據處理成三維電影。

原理是,普通的光有向各個方向振動的波。另一方面,偏光(Polarised light)已被改變,因此其所有波都沿相同方向振動。 這可以通過自然的方式發生,例如當光從表面反射時,或者是由於人工操作的結果(如偏振濾光片所發生的情況)。

儘管我們的眼睛無法直接檢測到光的偏振,但是這種現像已被廣泛應用,從液晶顯示屏到偏光太陽鏡,光學相機鏡頭到檢測材料中隱藏應力的設備以及分子的三維結構。

SP-CUP結合了高速三維圖像和極化信息(polarisation information)的使用,使其成為一種功能強大的工具,可適用於廣泛的科學應用。

現階段,它可以幫助研究人員更好地了解「聲致發光。(sonoluminescence)」的物理原理,即聲波在水或其他液體中產生微小氣泡的現象。隨著氣泡在形成後迅速崩潰,它們會發出一陣光。王說:「有人認為這是物理學上最大的謎團之一。」「當氣泡破裂時,其內部溫度會很高,因此會發光。造成這種情況的過程非常神秘,因為一切發生得如此之快,希望我們的相機可以幫助我們解決這一問題。」

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太空中的廢電池問題

太空中的廢電池問題

遺留在軌道上爆炸的廢電池加劇了太空碎片問題

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satellite

歐洲航天局(ESA)警告說,在環繞地球運行時爆炸的廢棄燃料和電池是造成不斷增長的太空碎片問題的最大原因。

ESA在有關該問題的年度報告中表示,隨著繞地球軌道運行的粒子數量呈指數增長,對運轉中的衛星的威脅逐年增加。

自1957年太空時代開始以來,數噸的火箭、航天器和儀器已被發射到太空。

最初,我們好像還未有計劃在它們「生命完結」的後續處理。自那時以來,數量不斷增加,太空中的爆炸和碰撞造成了成千上萬的危險碎片碎片。

「造成當前太空碎片問題的最大因素是在軌道上爆炸,這是由航天器和火箭上剩餘的能量(燃料和電池)引起的。儘管為防止這種情況已經採取了多年的措施,但我們認為此類事件的數量並沒有減少。任務結束後處置的趨勢正在改善,但進展緩慢。」歐洲航天局空間安全計劃負責人霍爾格•克拉格(Holger Krag)解釋說。

引入了國際準則以使太空更可持續,包括設計火箭和航天器,以最大程度地減少「脫落」的數量 – 由於太空上的條件限制,火箭部份物料在發射和運行過程中會脫落。

他們還建議在使用壽命結束時對航天器進行「鈍化(passivating)」,以防止爆炸,並通過取消軌道運行或將其移到「墓地軌道(graveyard orbit)」,將任務完成的航天器移出工作軌道。

儘管如此,ESA報導了令人擔憂的趨勢,即越來越多的碎片物體。從目前的情況來看,預計碎片和工作衛星之間的碰撞將取代爆炸成為碎片的主要來源。在過去的二十年中,平均每年在太空中發生12件意外的「碎片」,而且這種趨勢正在增加。

碎片事件描述了由於碰撞、爆炸、電氣問題甚至在太空中惡劣條件下物體脫離而產生碎片的瞬間。

不過,根據歐空局的數據,僅約15%至30%的有效載荷進入太空試圖遵守旨在減輕空間碎片問題的措施。

火箭的數字令人鼓舞,本十年中,在不符合標準的低地球軌道上的火箭中,約有40%至80%試圖遵守減少碎片的措施。 其中,30%至70%成功地做到了。

經濟學家最近建議,解決圍繞地球軌道建造空間碎片問題的最有效方法是,向運營商收取每顆進入軌道的衛星的費用。

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