科技成果

科學家首次用壓力使得半導體變身拓撲絕緣體

物理學家組織網12月13日報道，一個由中國吉林大學、美國華盛頓卡內基研究所等單位研究人員組成的國際小組合作，通過對一種半導體施加壓力，將其轉變成了“拓撲絕緣體”（TI）。這是首次用壓力逐漸“調節”一種材料，讓它變成了拓撲絕緣狀態，也為先進電子學應用領域尋找TI材料開辟了新途徑。相關論文在線發表于《物理評論快報》上。研究人員通過摻雜（加入少量其他元素）或“種植”的方法引發拓撲絕緣態，使一種材料表現得像TI材料，并且用施加壓力的方式來避免摻雜和“種植”所帶來的性質不均、不可控等缺陷。該實驗在布魯克海文國家實驗室的國家同步加速器光源（NSLS）上進行。實驗表明，壓力是引起拓撲絕緣相態的一種有效方式，這一技術對研究從普通材料到TI材料的相態轉變非常有用。

科學家稱已發現暗物質

據中國科技網報道，近日研究人員利用超導回路檢測到組成宇宙大部分物質的神秘暗物質，其占宇宙全部物質的80%。目前進行的科學調查表明暗物質是由一種新型粒子組成，其會與宇宙中除重力外的所有已知的力發生微弱的相互作用。由于暗物質不可見且幾乎完全不可觸摸，所以只能通過它產生的引力拖拽作用監測它們的存在。

木衛二表面發現黏土質礦物 或可育新生命

土衛二

據日本《東京新聞》12月12日報道，NASA 宣布在被冰雪所覆蓋的木衛二上發現其與彗星及小行星撞擊后形成的類似黏土狀的礦物質。根據伽利略號探測器1998年拍攝到的木衛二近紅外線圖像來看，研究人員認為這是一種類似酰基氯的礦物。研究小組表示，木衛二的冰雪表層下極有可能隱藏廣袤的海洋，由于小行星或彗星的中心核中蘊含可形成生命的有機物，歷經漫長時間后或許有育成生命的可能性。

美國公司公布商業月球著陸器設計

月球著陸器MX-1

據中國科技網報道，月球快車公司12月5日公布其月球著陸器MX-1的設計藍圖和第一批圖片，并計劃2015年送其前往月球。這個如茶幾大小的著陸器除了能向月球表面運送有效載荷以外，還能幫助維修衛星、在地球軌道部署微型衛星，并能清除太空垃圾。MX-1質量約600kg，超過75%是火箭燃料，能把約60kg有效載荷送上月球表面。為了減輕著陸器的重量，工程師使用合成材料，并且用燃料箱支撐飛船的整體結構。該著陸器能進行軟著陸，不過其沒有著陸裝置，空燃料罐將最先著地，從而減少碰撞的沖擊力。月球快車公司參加了谷歌月球X 大賽，并期望憑借MX-1 獲得2000 萬美元巨獎，此外，公司打算與企業和政府開展商業合作，實現從月球提取水和其他資源的目標。其第一個MX-1工程樣機已開始制造，預計2014年5―6月開展試飛工作。

科學家利用DNA和納米粒子制造寶石

近日，美國西北大學的研究團隊首次利用DNA和納米粒子制造出了接近完美的單晶體。相關研究成果于近日發表在《自然》雜志上。據介紹，基于該實驗室最近20年研制的超結晶格子技術，研究團隊找到了一種獨特的方法——利用特定的納米材料作為原子，特定的DNA 作為粘合劑，經加熱之后便可獲得所需的晶體。在研究中，研究人員利用特定的DNA 鏈充當粘合劑，將散亂的金納米粒子組合成結構有序的晶體。其中DNA 鏈的長度和納米粒子尺寸之間的比例非常重要，將直接影響晶體表面的能量，進而決定晶體質量的優劣。目前主要研究對象是金納米粒子，研究人員表示，這項技術也可以被應用于其他材料，經過技術改進后將能夠制造更大的完美單晶體，并且用于制造單晶硅，進而極大地促進硅電子工業的發展。

世界最先進人形機器人的困惑：為什么長相像人

世界最先進人形機器人“阿特拉斯”

中國科技網2013年12月9日報道，近日，波士頓動力公司為美軍研制的世界最先進人形機器人“阿特拉斯”（ATLAS），在羅里達科技大學舉辦的“人與機器的相互認知”試驗時再次摔倒，今年10月，它曾在香港摔斷膝關節。這引發了科學家們關于機器人是否一定要設計成人形的討論。公司首席科技官馬爾茨·萊伯特否認“阿特拉斯”完全損害，但他承認機器人即使全副武裝，還是會經常摔倒。“阿特拉斯”能像人類一樣用雙腿直立行走，“雙眼”是2個立體感應器，能在實時遙控下穿越復雜地形。美軍希望“阿特拉斯”在災難的惡劣環境中也能行動自如，比如能開門、爬樓梯和移動等，也希望它能使用從螺絲刀到救火車之類的工具。

超短脈沖激光工業精加工技術獲德國未來獎

據中國科技網報道，一項德國產學研聯合開發并已投入應用的超短脈沖激光工業精加工技術獲得德國總統頒發的德國未來獎。傳統的激光加工術往往會使金屬、玻璃等加工原材料受熱熔化，精度難以控制，需要再加工。超短脈沖激光精加工技術能將高能激光脈沖非常精確地導向微小的加工位置，材料受熱范圍直徑僅約10納米。高能激光脈沖能在幾飛秒或幾皮秒內將原材料迅速氣化，不留殘渣，周圍材料也不會變形受損。研究人員表示，這項技術可迅速、精確、大批量加工包括鉆石在內的各種材料，應用領域非常廣泛，包括用于加工越來越薄、硬度越來越高的手機顯示屏和人體耐受性更強的體內移植物。用這種技術加工的高精度發動機燃油噴嘴可節約燃油近20%。德國未來獎是德國應用研究的最高獎項，尤其注重科研成果的實用性、市場潛力和創造就業崗位能力等要素，目的是鼓勵能有效促進德國產業國際競爭力的科技研發。

人腦連接存在性別差異 男擅長運動女擅長直覺

據中國科技網報道，一項關于腦連接性別特異性差異的研究指出，男性大腦可能形成了促進感受和協調運動的聯系結構，而女性大腦可能形成了促進分析和直覺處理模式的連接結構。人類行為的性別差異顯示出適應性互補：男性有更好的運動和空間能力，而女性有良好的記憶力和社會認知能力。之前也有研究發現人腦存在性別差異，但是并未對互補性進行解釋。美國賓夕法尼亞大學的研究團隊對8～22歲的949名參與者發育過程中的腦連接性別特異性進行了研究。研究人員使用彌散張量成像，分析了腦區域之間的復雜相互作用，并且對每個大腦的結構連接組建模。結果顯示，在大腦的一些區域，女性大腦的左右半球顯示出更大的連接性，而男性在每一個半球內顯示出更大的連接性。相比之下，小腦的主要模式相反，男性顯示出左右半球之間更大的連接性，而女性顯示出半球內部更大的連接性。在小于13歲的兒童中間只觀察到少數連接性差異，但這些差異在14～17歲的青少年和17歲以上的青年人中變得明顯。研究人員提出，通過把出現在腦后方的知覺感受和由腦前方控制的運動連接起來，男性大腦的連接模式很可能帶來了一個促進協調運動的有效系統；女性大腦的模式很可能促進了左半球的分析和順序推理模式與右半球的空間、直覺信息處理模式之間的整合。

單原子光開關系統或成量子信息通信有力新工具

據中國科技網2013年11月30日報道，奧地利維也納理工大學科學家只用一個銣原子，實現了光在兩根玻璃纖維光纜之間的開關互換。這種單原子開關有望將量子現象用于信息與通信技術。研究小組利用了一種“瓶子共振器”，瓶子凸出的玻璃表面可以捕獲光，使光在其中循環傳播。如果把這種共振器放到導光玻璃纖維附近，這兩個系統就會耦合在一起，光就可以從玻璃纖維跨越到瓶子共振器中。維也納理工大學教授阿諾·勞斯琴貝特爾介紹說，當光和原子發生共振時，還可以讓所有的光都保持在導入纖維內，而不轉移到瓶子共振器和導出纖維中，這樣就使銣原子成為一個開關，起到重新引導光進入這根或那根纖維的作用。在量子信息與量子通信領域，這種光開關將是非常有力的新工具。下一步，研究小組打算檢驗更強的光脈沖是否也能實現這種疊加。

磁懸浮技術驅動世界最小人工心臟

據中國科技網2013年11月25日報道，位于蘇州的同心醫療器械公司研制出了基于完全磁懸浮技術的當今最新一代人工心臟的原型樣機。公司將這顆最小的人工心臟命名為“CHVAD”，意思是新式輔助裝置的中國心。2013年4月公司完成了首批30天動物實驗，接下來將進行第二批90天動物實驗。嚴格意義上說，公司研制的人工心臟是一種心室輔助裝置，是以血泵為核心部件的機電一體植入式醫療裝置，用于彌補或代替心臟完成泵血功能。同心公司自2008年成立以來，獨創“微小型完全磁懸浮離心式人工心臟”技術概念，完成了包括基礎專利在內的一系列技術創新，先后承擔科技部國際合作與交流專項，“十一五”、“十二五”國家863計劃主題項目獨立子課題等項目。衡量人工心臟先進性的關鍵指標包括血液相容性和小型化程度，目前最新第三代人工心臟有液力懸浮（包括“磁液雙懸浮”）、完全磁懸浮兩類，其中完全磁懸浮被認為是提升血液相容性的最具發展潛力的技術。目前，中國心衰患者達到1600多萬人，急性心源性休克、慢性心力衰竭患者只有心臟移植和人工心臟兩種選擇方式。人工心臟在美國已進入產業化，2012年銷售額突破5億美元，成為心血管醫療器械產業的一個新的分支，其價格每套高達10萬美元。

研究稱過于干凈的生活方式損害人體微生物生態系統

據中國科技網2013年11月21日報道，加拿大圭爾夫大學微生物生態學家愛瑪·艾倫·維科在對腸道微生物進行了10多年研究后指出，現代人過于注重潔凈，食物太過精細，動輒使用抗生素，這種生活方式正在損害人體內無形的微生物生態系統。維科發現，人類體內數以萬億計的微生物不僅有助于消化，還能幫助人體抵御哮喘、病原體、過敏、糖尿病，甚至某種形式的自閉癥和癌癥。但是由于“無菌才是健康”這一觀念深入人心，現代商場貨架上充斥著琳瑯滿目的各色“抗菌”物品。令人憂心的是，這樣的觀念還被帶入了普通家庭，很多孩子在成長的關鍵時期根本接觸不到有菌環境。幽門螺桿菌在20世紀曾是人類胃里占主導地位的微生物，但最近的調查顯示，美國、瑞典和德國這3 個國家的兒童中，只有不到6%還攜帶幽門螺桿菌，由于幽門螺桿菌會增加罹患胃潰瘍和胃癌的風險，起初醫生認為應徹底消滅它，但是最新研究表明，體內缺乏幽門螺桿菌的將影響到兩種控制食欲的激素，這也許是肥胖癥流行的重要原因之一。維科強調說，人類必須減少抗生素和殺菌產品的使用，從而保護體內的微生物生態環境。她還建議產婦慎重考慮選擇剖腹產，因為胎兒在通過產道時從母親體液中獲得的微生物是第一批“奠基者”，它們的影響可能持續一生。