自然信息

硅表面的原子像最近,美国国际商业机器公司纽约研究实验室宣布,首先获得了物质表面的原子像以及连接原子的键的像。该研究室的研究人员采用的是所谓扫描隧道电子显微镜技术,这种电子显微镜是国际商业机器公司苏黎世实验室研制的,它有一个探头,其端部大小为一个原子尺寸,     

迈向21世纪的纳米科技研究新进展

本文系统阐述了近年来在纳米科学与技术研究领域中取得的一些主要进展。这些领域包括单原子操纵与原子搬迁技术、纳米电子学与纳米电子技术、纳米生物学、纳米摩擦学、微米／纳米技术、原子团簇科学和纳米材料科学，其中又着重介绍了原子团簇科学和纳米磁性功能材料的研究新进展及其在现代电子信息技术及国防现代化上的应用。     

两能级系统中高保真度布居数反转

两能级量子系统中布居数反转的研究是量子调控中的前沿课题之一,在原子、分子物理以及量子信息等领域有着至关重要的意义.本文运用复合绝热通道技术,研究了正余弦函数形式外场驱动的两能级量子系统在有限时间内的跃迁问题,实现了有限时间内该系统的高保真度布居数反转.讨论了外场耦合强度、失谐强度等参数对跃迁概率的影响,发现只要选择合适的控制相位,在很大的参数范围内能够抑制跃迁概率的振荡,保真度能达到1,系统误差小于10?4,从而实现高效、快速、稳定,具有很好的参数鲁棒性的布居数完全反转.接着运用经典哈密顿量分析和验证了该方法的有效性和可行性.该技术适用于任何两能级系统,也能推广到多能级系统中,在量子信息、量子光学以及冷原子系统等领域有着广泛的应用.     

用分子力学的方法计算高分子构型和能量

分子力学(Molecular mechanics)方法是结构化学的理论研究方法之一。该方法对有机化合物的结构计算、生成热计算及构型研究已被许多实验证明是极为成功的。然而分子力学在高分子方面的应用尚不多见,其原因不仅由于高分子的原子数目众多而已有的程序所     

电磁诱导透明的研究与展望

将原子介质制备到凝聚态后．再以适当频率的光场加以诱导．可使之对信号光束变得透明，其中伴生的许多独特的物理效应，展现了该技术广阔的应用前景。     

运动晶界附近硼偏聚行为的研究

微量杂质原子能够显著地降低再结晶过程中晶界的运动速度.Kasen用电阻法研究铝合金退火再结晶与晶粒长大过程,认为运动晶界能大量捕获溶质原子.本文利用硼径迹显微照相技术研究了含硼Fe-30%Ni合金高温热变形再结晶过程中硼在晶界上的偏聚行为,该合金在淬火至室温的过程中不发生γ-α相变,从而可以排除相变对组织和溶质原子分布的影响.1 实验材料与实验方法     

铝原子和离子4s2S,5f2F0和4d2D能级寿命测量

原子和离子参数是研究等离子体中的原子物理过程和动力学过程,以及等离子体诊断学的基础.目前,建立在加速器上的原子和离子参数的研究对象主要是重元素原子和离子,由于实验条件的限制,国内的实验研究开展得非常少 本工作根据在低能下较重或重元素的原子和离子参数研究少的特点,在200kV重离子加速器上采用束箔光谱学技术对铝元素的原子和离子能级跃迁光谱做了研究,对较强谱线的一些能级寿命做了测量,得到了4s~2S,5f~2F~o和4d~2D的寿命,4s~2S能级寿命与相位移方法测量结果相符合.对其研究,不仅对了解等离子体的光谱特性有重要意义,而且还可以与其他寿命测量方法比较,进一步了解60年代后发展起来的束箔光谱学这门边缘学科的应用.     

激光束使原子跃迁

表面特性在很多材料应用中是十分重要的。表层原子的排列通常与体中的不同,它可以影响表面吸附其他物质原子的方式。美国宾夕法尼亚大学的研究人员最近已直接观测到铂表面上原子的重排方式。他们用激光束短脉冲加热表面,用场致离子显微镜观察铂样品表层原子的排列。该项研究工作要在呈尖端形的样品周围     

从原子到晶体的材料硬度研究

基于单位体积的抓电子能量, 将硬度概念由原子硬度、离子硬度拓展到了键硬度, 在这三个微观层次上研究了材料硬度的本质. 研究发现, 材料的硬度与其组成原子或离子的硬度没有直接关系, 而与其组成化学键的硬度直接相关, 本质上取决于其单位体积组成化学键的抓电子能量, 并由此建立了鉴别宏观材料硬度的微观模型. 该工作有助于人们在原子水平上认识材料硬度的本质, 对于探索新型超硬材料具有重要的理论指导意义和实际应用价值.     

IBM科学家首次拍到单个分子清晰照片

近日,美国国际商用机器公司(IBM)设在瑞士苏黎世的研究实验室用一种名为"非接触式原子力显微术"的技术,探索了一个分子的内部情况。同时,该实验室的科学家首次拍到单个分子的清晰照片,并看见了把分子结构紧密连在一起的原子键。这些照片展示了分子的最小结构。较暗区域代表原子的密集部     

主动光钟的研究进展

主动光钟是一种在腔反馈条件下以工作于原子跃迁谱线的光频受激辐射直接作为量子频率标准的新型原子光钟,有望将传统光钟稳定度提高2个量级,从而推动光钟的技术进步,应用更趋广泛.本文简述了光钟的发展历程及目前的关键技术瓶颈;介绍了主动光钟的基本原理;讨论了主动光钟的几种实验方案,包括坏腔二能级、三能级激光型主动光钟、四能级主动光钟和法拉第主动光钟等方案,详细分析了这些方案的实验原理和结果;除了介绍基于铯原子气室的法拉第原子滤光器实现主动光钟的实验研究结果,同时还简单描述了用魔术晶格囚禁冷锶原子实现基于689 nm超窄法拉第原子滤光器的主动光钟方案,以及工作于好腔条件下的法拉第光钟.最后,将这几种方案进行了综合分析与对比,展望了主动光钟进一步发展的前景和潜在应用.     

反常原子

随着粒子物理学、激光光谱学与基于加速器的原子物理学的发展,在实验上已相继发现了里德伯原子、电子偶素与μ子素、μ子原子与强子原子,以及最近才产生的反氢原子等一系列的反常原子.通过对这些反常原子的理论与实验研究,极大地丰富了人类的知识宝库.本文综述了这些反常原子的产生(或发现)过程,它们所具有的独特性质、应用及其在科学上的重大意义.     

先进材料的原子制造

为了实现更高效和更智能的产品和系统,需要发展更小尺度和更高精度的制造技术,以提高材料的性能、利用率和集成度.原子是物质的最小构筑基元,实现原子级精准制造(原子制造)能以最大的精度定制材料的结构和性质.原子制造能从物质世界底层(原子)出发进行制造,在此过程中,大量的新物质、新器件和新机理正在被发现.尽管原子制造尚处于起步阶段,但它是实现精准合成、定制材料性能的关键路线.本文首先从原子制造与传统制造的对比出发,阐明原子制造的内涵.接着以典型体系(包括单原子、团簇、二维材料和高熵合金)为例,从结构设计角度介绍材料的原子制造方法及科学原理.然后以量子信息技术、半导体器件和能源转化为应用场景,从物质的性质定制角度阐明原子制造的优势和价值.最后从发展兼具精准性和可批量性的原子制造方法、原子尺度机理探究、原子制造新材料和新器件等角度总结原子制造面临的挑战并展望未来发展.     

纳米科学技术的发展和未来

纳米科学技术是指在纳米尺度 (约在1～100纳米之间)上研究物质的特性和相互作用(包括原子、分子的操纵),以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术.这一技术使人类认识和改造物质世界的能力延伸到了原子和分子水平,是当今最重要的新兴科学技术之一,已经引起了科学界和产业界的极大关注.     

科技前沿

<正>科学家成功用金属造出"玻璃"长久以来,材料科学家一直在探索使用纯净的、单原子金属来制造"玻璃"。匹兹堡大学机械工程与材料科学系的研究者完成了这一"壮举"。金属玻璃十分特别,它的结构并不是透明的(因为主体为金属),原子随机排列。这种材料商业用途广泛,因为它具备较高的强度,且制造工艺简单。研究者声称,该发明涉及到一项新技术——在原位投射电子显微镜下进行纳米级冷凝,这一技术是研究取得成功的关键。     

复合银团簇的磁性研究

团簇是一种介于原子与块体的中间相,它具有独特的物理、化学性质。对团簇的研究不仅可以探索物质的结构和性质从原子一分子一团簇一超微粒一块体的演化规律,而且也是构成微电子器件应用的基础。为了从原子水平上设计和控制材料的结构和磁性,近年来人们把越来越多的注意力从单一元素构成的团簇转移到由多种元素构成的复合团簇上。在团簇的研究中,磁性是一个重要而有趣的研究课题,对它的研究可以探索孤立原子中的局域电子如何随团簇中的原子数的增加而成为非局域的,以及固体中的巡游磁性是如何发生的。     

单根铜纳米线在超高悬空微动电极上的微滴定介电泳装配研究

研究单纳米线拉伸动态特性及原子链拉伸的制造,掌握其在拉伸状态下的动态特性变化和单原子链状态下的特殊性质以向原子器件制造方向发展,是目前纳米科学的前沿研究课题之一.但目前没有一套有效的方案来实现将单根纳米线置于可拉伸的微动机构上进行拉伸,制约了该方向的发展.本文借助微电子机械系统(MEMS)技术制造的纳米线拉伸特殊微动机构芯片进行研究,并针对特殊微动芯片悬空电极极度超高且亲水性好,而无法依靠常规介电泳工艺实现纳米线装配的特殊难题,使用了六甲基二硅氮烷进行了疏水处理的方式解决.同时研制出了特殊的微滴定介电泳实验平台与技术工艺,实现单根纳米线在极超高微电极上的有效精确装配,为最终实现纳米线的拉伸及原子链拉伸制造研究迈出最关键的一步.为了指导微滴定介电泳装配单根纳米线的实验,利用有限元方法对微滴定介电泳进行了仿真计算与分析.     

电子亲合能测定法进展

原子的电子亲合能(EA)是一个重要的化学量。研究原子性质的周期性,对于了解原子结构和结构与反应的关系,很有必要,如果缺乏EA的实验值,则有碍于这种研究。10多年来,EA值的测定技术不断改进,实验值的精密度不断提高。     

高分辨显微镜下的化学

在过去几年中,电子显微镜在其分辨率和从图象中所取得的信息数量两方面取得的进步,大大扩大了它们在化学研究中的应用.技术上现在已能制造出图象的分辨率接近原子间距的透射电子显微镜.事实上,对凝聚体中原子的分辨看来是指日可待了.现在甚至给单个隔离开的重原子照相都成为可能的事,而且能够分析大小几立方埃空间内的化学成份,甚至均匀光滑的表面也能产生明显的对比.     

气相甲醇分子的核自旋变体的分离和转换机制研究进展

原子核自旋变体(简称核自旋变体)是分子的基本存在形式.由核自旋不为零的同种原子组成的所有分子都有两种或两种以上的核自旋变体.本文先简要地回顾了初期正氢和仲氢分子的研究发展,然后介绍了几种多原子分子的核自旋变体.甲醇分子是有内部扭动类分子的原型代表和最重要的恒星大气分子之一,它有正甲醇和仲甲醇两种核自旋变体.用激光控制分子的热运动,利用光诱导漂移技术可以在室温下将正甲醇和仲甲醇分子部分地在空间中分离开,进而探求它们之间相互转换的物理机制.本文概述了该技术的基本原理和实验方法,介绍了气相正甲醇和仲甲醇分子呈现出的反常光诱导漂移量子现象,以及用量子弛豫理论定量地解释它们在0.3~2 Torr压力范围内的转换率随压力非线性变化新奇关系的最新研究结果.最后,简要展望了本研究结果的潜在应用.