科技动态(2015年8月)

欧米伽-3脂肪酸或有助预防精神疾病本周英国《自然·通讯》期刊8月12日公开的一项神经科学研究显示，对于罹患精神分裂症风险较高的年轻人来说，用欧米伽-3（Omega-3）多不饱和脂肪酸进行12周的干预，可以长期有效地降低其发病风险，并具有降低发展为其他精神类疾病风险的效果。精神分裂症通常在青春期或者成年早期表现出来，大多数受影响的人会逐渐发展出多种显著的临床信号和症状。已经建立的称为“超高危险性”的诊断标准，可以用来判断哪些年轻人更有可能罹患精神疾病。过往研究显示，缺少欧米伽-3和欧米伽-6（Omega-6）多不饱和脂肪酸，与好几种精神疾病的发展都相关。尤其是欧米伽-3多不饱和脂肪酸对健康有很多益处，已有多个试验显示补充这种成分可以缓解精神疾病的症状。澳大利亚墨尔本大学保罗·艾明格和他的研究团队在2010年报告称，在13岁到25岁的实验人群的饮食中补充欧米伽-3多不饱和脂肪酸，可以在一年内阻止一种精神疾病的首次发病。现在，他们再次报告，近6年的跟踪研究表明，这项干预手段在当初81个被试者当中的71个人身上具有长期有效性。他们发现，服用过欧米伽-3脂肪酸的41人中，有4人出现了精神分裂症，发病率为9.8%，而安慰剂组的发病率是40%，即40个人中有16个人发病。此外，安慰剂组的精神分裂症的发病速度和其他精神疾病的发病率，总体也更高。研究人员表示，尽管研究结果令人欣喜，但由于样本规模不够大，还不能进行分组分析，因而还需要进一步研究，以找到多不饱和脂肪酸补充剂可能改善精神健康的机制。类似沙雕原理由温度和磁场控制纳米粒子结合又有新方式美国北卡罗来纳州的研究人员开发出了一种新技术，能在液体中将纳米粒子组装成细丝（左）。这些细丝能够在断裂后（中）重新组装（右）。沙粒和纳米粒子在普通人眼里，或许只是一些小到连肉眼都看不清的小颗粒，但日前来自美国的一组科学家却受到海边常见的沙堡和沙雕的启发，创造出了一种全新的纳米粒子结合方式。这项来自美国北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的研究发现，磁性纳米粒子能将自己包裹在一层油液“外套”当中，并能在水中通过独特的毛细管“桥梁”结合起来，形成特定的纳米粒子链条。这些链条对温度极其敏感：当温度从45摄氏度降低到15摄氏度后，这些纳米粒子之间的链条就会变脆继而断裂，纳米粒子也会分散开来；而如果将温度重新升高，并施加一定的外部磁场，这些链条又会神奇地再次形成。负责此项研究的北卡罗来纳州立大学化学和生物分子学教授奥尔林·威勒夫解释称，这个过程就像是用湿润的沙子来制作沙堡和沙雕。在沙子当中加入一定比例的水，就能将细小的沙粒结合起来，让它们具有一定的可塑性。纳米粒子也是如此，由于油和水不会融合，在水中身着油液“外衣”的纳米粒子之间能通过毛细管桥梁结合起来。外部磁场则能控制这些纳米链条，让其按照科学家们设想的方向生长。换句话说，这种材料能根据温度的变化作出响应，具有一定的柔性和弹性。威勒夫说，该技术能让液体中的纳米颗粒之间形成灵活可控的连接，未来有望借此开发出带有柔性接头的微型机器人或是带有磁性和自我修复功能的凝胶。相关论文发表在最近出版的《自然·材料学》杂志上。量子气体打破熵值最低纪录有望使科学家“听到”量子系统中微弱信号物理学家已经一次次打破量子气体的低温纪录，但这些超低温气体熵值太高，无法观察到微弱的量子信号。现在，美国加利福尼亚大学伯克利分校科学家将铷原子的温度降到比绝度零度高百万分之一度，虽然比之前的最低温稍高，但这一全新量子气体具有最低的熵值，这意味着它内部的“噪音”最低，可用来研究各种材料和多体物理中的微弱量子信号。具有量子效应的低温气体具有神奇的超流体行为，可没有任何阻力地流动，比如超流体氦能“爬”到杯沿并溢出杯子。当低温量子气体达到原子的最低激活能态时，气体内就会产生轰隆隆的低沉声音。熵值表示系统的无序性或噪音，温度最低的量子气体，熵值不一定最低。论文作者、该校物理学教授丹·斯丹普-库恩表示，量子气体达到最低熵值后，人们就能区分出多体量子机械中的微弱声音。据物理学家组织网报道，斯丹普-库恩团队将百万个铷原子捕获并隔离进真空装置内，而后冷却到最低能态。由于熵值和温度都太低，他们开发出一种全新的磁振子热力计，将磁化的自旋原子倾斜，进而测量出温度等热力学特性。正是这一全新的磁振子热力计帮他们获得了熵值和温度都非常低的全新量子气体。他们利用常用蒸汽冷凝技术，将温度较高的自旋原子冷却，最终将温度降到了1纳开尔文（比绝对零度高百万分之一度），熵值也同时比之前试验中获得的量子气体低了100倍。相关研究细节将在《自然·物理学》杂志上公布。新研究使科学家们具备了操控超冷、低熵量子气体的能力。这意味着，科学家不但能够对许多量子系统展开研究，而且能在较高温度下呈现超导性的实验性材料。“当代物理学的一大圣杯就是充分研究这些神奇材料，最终设计出不需冷却即具超导性的超导体，”参与研究的该校研究生瑞安·奥尔夫说，“而相比温度，熵值才是量子系统的重要参数。”石墨烯“表亲”锡烯或已“呱呱落地”100%的导电性能亟待证实二维材料家族再迎“小鲜肉”一枚。美国科学家近日表示，他们研制出了石墨烯的表亲——锡原子组成的二维网状物“锡烯”（Stanene）。理论预测称，这种材料或能100%导电，研究人员希望尽快证实其优异的电学属性。不过也有人指出，还需要实验进一步证实新材料确为锡烯。2004年石墨烯的横空出世，引发了科学家们对二维材料的广泛兴趣，迄今他们研制出了多种二维材料，包括硅烯、锗烯等，这些材料大都拥有优异的导电性，但从理论上来说，锡烯更胜一筹。2013年，斯坦福大学张守晟（音译）领导的研究团队发现，单层锡原子组成的锡烯，可能会成为世界上第一种能在常温下达到100％导电率的超级材料，远胜过近年来炙手可热的石墨烯。张守晟表示，锡烯或是一种拓扑绝缘体，在这种材料内，载荷子（如电子）无法到达材料的中心，只能在边缘自由移动。因此，材料内的杂质无法阻碍电子的流动，电流不会以热的形式被浪费，导电率可达100%。这意味着，锡烯或是输送电流的完美的“高速公路”。据英国《自然》杂志网站8月3日报道，张守晟团队制造出锡烯后却无法证实它确为拓扑绝缘体。他解释说，他们通过让锡在真空中气化，使锡原子漂到由碲化铋制成的支撑表面上制造出了这种网状物。尽管碲化铋表面使二维锡烯晶体得以形成，但也会同锡烯相互作用，表现出不适合拓扑绝缘体的特性。德国维尔茨堡大学物理学家拉尔夫·克莱森认为，现在还不能完全确定新材料就是锡烯。理论认为，二维锡网格应该形成搭扣蜂窝状结构，原子交替向上弯曲形成有波纹的褶皱，张守晟团队用扫描隧道显微镜只能看到原子向上的褶皱。不过，张守晟团队坚信他们制造出了搭扣蜂窝状结构，部分因为褶皱之间的距离符合理论预测。克莱森表示，需要通过X射线衍射对网格结构进行直接测量，从而确定新材料正是锡烯而非锡的其他组合。新合金熔点可达4126摄氏度为太阳表温的三分之二或能用作航天器隔热罩美国科学家用计算机进行的模拟表明，一种由铪、碳和氮组成的合成物Hf-N-C的熔点可高达4126摄氏度，这一熔点比已知的所有物质的熔点都高，或可用做制造航天飞机的隔热材料。科学家们希望能合成出此物质并测试其属性。现有已知材料中，熔点最高的是由铪、钽和碳构成的合成材料Hf-Ta-C，其熔点为3526摄氏度。但布朗大学工程学教授阿克塞尔·范·德瓦尔领导的研究团队最新进行的模拟计算发现，当铪、氮和碳的比例合适时，其熔点甚至高达4126摄氏度（为太阳表面温度的三分之二）。他们正和加州大学戴维斯分校的研究人员携手在实验室合成这种逆天的物质。在最新的计算机模拟中，研究人员先对Hf-Ta-C的属性进行了分析，希望在此基础上找出熔点更高的材料。他们发现，Hf-Ta-C的溶解热（从固态变成液态吸收或者释放的热量）较高，但其固态和液态墒（原子的紊乱程度）的差值较低。而与之相比，Hf-N-C合金在熔化时也会吸收同样多的能量，但其固态和液态时墒的差异更小。他们由此计算出，新合金的熔点将比Hf-Ta-C高474摄氏度。而且，研究人员通过模拟当物质融化时其原子尺度出现的物理学过程，计算出了新合金Hf-N-C的组成公式。氮和碳是地球上分布很广的两种元素，而铪（Hf）是一种带光泽的银灰色过渡金属，熔点为22233摄氏度，常用于核反应堆的控制棒中，在地壳里的含量极少。目前还不清楚该材料被合成出来后具体有什么用途，不过范·德瓦尔补充说：“熔点并非唯一决定材料用途的属性，我们还需要综合考虑材料的力学属性、抗氧化性和其他属性。这种材料最终合成后，将被用于制造燃气涡轮发动机或航天飞行器的防热罩等。”硫化氢创下超导临界温度最高纪录德国马克斯·普朗克协会化学研究所日前发布新闻公报说，其研究人员发现，高压下的硫化氢会在零下70摄氏度时失去对电流的阻碍能力，超导临界温度的最高纪录由此被刷新。超导体在一定低温条件下会出现电阻为零的现象。使超导体电阻为零的温度，叫做超导临界温度。此前的纪录是铜氧化物超导材料的超导临界温度最高，其中一种材料在高压下的超导临界温度可达零下109摄氏度。不过，德国科学家在新一期学术期刊《自然》上报告说，他们发现在150万巴（约合148万个标准大气压）的压强下，硫化氢可在零下70摄氏度的“高温”下呈现超导性。150万巴的高压相当于地核内部压强的一半。研究人员认为，硫化氢在高压及较高温度下呈现超导性主要与氢原子有关，并由此推测，携带氢原子较多的物质，其超导临界温度可能较高。目前，他们已针对纯氢开展实验，但要创造压强巨大的环境非常困难。迄今，硫化氢等传统超导体的超导临界温度一直被认为低于零下234摄氏度，超导临界温度较高的铜氧化物属于特殊的非传统超导体。研究人员表示，针对硫化氢的超导实验不仅创下超导临界温度的最高纪录，还首次验证了超导临界温度较高的传统超导体的存在。他们期待通过进一步研究，找到在常温下也能电阻为零的超导体。微米级实验装置可观察并控制量子运动有望用于寻找引力波时空涟漪发布时间：2015-09-01理论上，量子噪声是所有物体运动所固有的，施瓦伯和同事设计了一种装置，能观察并控制量子噪声。这种微米级的装置由柔性铝片和上面的一层硅基质构成。一个由美、韩、德等多国科学家组成的国际研究团队日前开发出一种新方法，能观察并控制较大物体的量子运动。研究人员指出，如果这种技术能进一步放大，有望用来寻找时空构造中的涟漪——引力波。在日常生活中，物体可以静止下来；而在量子世界，没有东西能真正静止。该研究负责人、加州理工学院物理与应用物理学教授基思·施瓦伯说：“过去两年中，我们掌握了通过制冷让微米级的小物体静止的方法，让它们回到量子基态。但我们知道，即使在量子基态，仍有很小的振幅波动，或叫作‘噪声’。”理论上，量子噪声是所有物体固有的一种运动，不会消失。研究团队发表在最新一期《科学》杂志上的论文称，他们设计了一种微米大小的装置，由柔性铝片及其面上的一层硅基质构成，当硅铝片以每秒350万次的频率振动时，就会与超导电路接通。利用该装置能够观察到量子噪声并控制它。按照经典力学法则，如果冷却到基态，这种振动结构会完全静止，但实验显示并非如此。当他们把弹性铝片冷却到基态时，仍有剩余能量，即量子噪声。施瓦伯说：“量子力学精确解释了电子行为，我们把量子物理学用到较大事物上，就能在光学显微镜下看见它，我们观察的不是一个而是几万亿个原子的量子效应。”由于存在量子噪声，它就对精确测量一个物体的位置设置了基本限制，但这种限制并非不可逾越。施瓦伯解释说：“描述噪声或运动的主要有两个变量。我们证明了确实能让其中一个变量的波动更小，但代价是让另一个变量的波动更大，即所谓的量子压缩态。我们在一个地方压缩了噪声，由于挤压，更多噪声转到其他地方，至于转到了哪儿，无法测量，也无关紧要。”未来这种控制量子噪声的能力或可用于提高有关检测的精度，如激光干涉测量引力波观测站（LIGO），以寻找引力波。施瓦伯说：“此项研究的目的是在更大尺度上探测量子机制，希望将来能探测到引力波。”大脑中可能进行着量子处理美科学家提出“神经量子比特”概念发布时间：2015-0