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新方法延長量子電池“壽命”千倍

科技日報2025年7月9日報道，澳大利亞科學家團隊在量子電池領域取得重大突破。由和科學家組成的聯合團隊，開發出一種能顯著延長量子電池壽命的創新方法。實驗數據顯示，新型量子電池的儲能時間比此前紀錄提升了1000倍。相關研究成果發表于新一期《物理評論X-能源》雜志。

量子電池是量子科技領域的前沿概念。與依賴化學反應的傳統電池不同，量子電池利用電子和光之間的量子疊加與相互作用原理，理論上可實現超快速充電和超大容量儲能。但實驗室研發過程中，科學家一直面臨一個棘手難題：雖然量子電池充電速度驚人，儲能卻如曇花一現，能量流失速度幾乎與充電速度持平。

研究團隊通過創新設計成功破解了這一難題。他們研制出5款量子電池原型，并采用創新方法，使其中性能最優異的型號將能量存儲時間從納秒級突破至微秒級一盡管這個時間對人類感官而言轉瞬即逝，但在量子尺度上卻意味著質的飛躍。

團隊表示，雖然量子電池距離實用化還有很長的路要走，但最新進展為下一代量子儲能設備的研發和設計奠定了基礎。展望未來，這種新型量子電池有望用于提升太陽能電池效率，或為微型電子設備供能。

（2025年7月9日劉霞科技日報）

新技術破解航空發動機熱力處理難題

科技日報2025年7月9日報道，記者從大連理工大學獲悉，該校機械工程學院青年學生團隊瞄準新一代戰斗機的發動機熱力處理難題，經過3年技術攻關，研發出多介質高速射流分區可控的快速冷卻技術，為航空發動機中性能要求最高、制造難度最大的單體零件一高溫合金渦輪盤的制造提供了關鍵解決方案。

高溫合金渦輪盤是航空發動機中單體質量最大、性能要求最高的熱端零件之一，直接決定發動機的推重比和壽命。目前，我國主要使用的是“被動受冷\"式的油淬工藝，無法對渦輪盤的不同區域進行梯度冷卻和組織調控。油淬過程還會產生明火和大量油煙，作業環境極為惡劣。

針對這一難題，大連理工大學“因材施熱\"團隊經過數百次試驗攻關，創新提出“高速多介質射流 + 分區控冷”的新技術。該技術將微量冷卻水注人空氣射流，形成高速均勻的微細噴霧，結合液體冷卻能力強和氣體射流沖擊力大的雙重優勢，提升冷卻速率，確保盤件芯部冷得透。不僅如此，團隊還建立高速噴霧射流的計算機仿真模型，優化噴嘴布局和射流參數，實現對不同區域的精準控溫，確保分區冷卻速率控得住；開發仿真系統，動態預測冷卻過程中的溫度變化和組織演變，確保梯度組織控得準。

最終實驗數據顯示，在 1200^°C 極高溫冷卻過程中，盤形件最高冷卻速率可達每分鐘 673^°C ，與國際現有技術相比，冷卻速率提高3.75倍，控制范圍提高5倍多，晶粒尺寸范圍提高4倍多，冷卻速率與組織控制精度達到國際領先水平。

“我們的冷卻速率滿足了新一代航發渦輪盤的需求，接下來將繼續完善原理探究，加速實現研究成果的應用和轉化。”相關負責人史津赫表示。

（2025年7月9日張蘊科技日報）

我國科學家首次觀測到電場布賴特一拉比效應

科技日報2025年7月10日報道，記者從中國科學技術大學獲悉，該校教授盧征天、研究員夏添團隊在實驗上首次成功觀測到原子能級在電場中的布賴特一拉比位移現象。研究論文日前發表于國際期刊《美國國家科學院院刊》。

在原子物理學中，量子態能級通常在磁場中會發生與磁場強度成正比的塞曼位移。1931年，理論物理學家布賴特和拉比描述了一種非線性的能級位移現象，這一現象后被命名為布賴特一拉比效應。這是一種由原子的超精細結構與磁場共同作用產生的量子力學基本效應，已在眾多實驗中被觀測到，并在量子精密調控領域得到廣泛應用。

原子能級在電場作用下通常會發生與電場強度平方成正比的位移，即斯塔克位移。理論預測表明，具有超精細結構的原子在電場中，其能級變化會偏離這一簡單的平方關系，這種現象被稱為電場布賴特一拉比效應，與磁場中的布賴特一拉比效應具有相似性。盡管這一基本量子力學效應早在1968年已被理論預言，但實驗觀測一直存在技術挑戰。

在本研究中，研究團隊首先將鏡-171原子載入光偶極阱，利用激光囚禁的高選擇性排除了可能帶來干擾的其他同位素；隨后，利用光偶極阱精確操控原子，將其置于間隔僅1毫米的一對萬伏高壓電極之間；同時，通過激光冷卻技術將原子溫度降至40微開爾文，有效消除了多普勒效應對譜線的加寬影響。通過實驗，研究團隊成功實現鏡-171原子在強電場環境下的高精度光譜測量。

實驗結果顯示，原子能級的變化顯著偏離了常規的斯塔克效應。研究團隊觀測到能級位移中與電場四次方、六次方成正比的高階貢獻，直接驗證了電場布賴特一拉比效應。

（2025年7月10日吳長鋒科技日報）

極端降水對海岸帶地下水影響機制明確

科技日報2025年7月10日報道，記者從西安建筑科技大學獲悉，該校聯合中國地質調查局青島海洋地質研究所團隊在海岸帶地下水研究領域取得重要進展，首次系統揭示了極端降水對地下水系統的物理一化學耦合影響機制。相關論文近日發表于國際期刊《清潔生產雜志》，為應對氣候變化下的沿海水資源安全挑戰提供了科學依據。

海岸帶地下水系統具有“淡水—咸水一鹵水—海水”多層復雜結構，對極端氣候響應敏感。研究團隊通過在山東萊州灣南岸建立高精度監測網絡，首次獲取了小時級地下水動態數據，并構建了包含水位、電導率及化學組分的綜合數據庫。研究發現，極端降水不僅會通過活塞效應改變地下水補給路徑，還會引發復雜的化學反應，導致水質突變性惡化。

“我們提出的多端元混合模型，突破了傳統咸淡水混合模式的局限，實現了對復雜地下水系統精細時間尺度的水文響應模式和潛在化學過程的捕捉。\"論文通信作者、西安建筑科技大學交叉創新研究院助理教授孫啟明說，這項研究為極端氣候下的地下水資源韌性管理，建立沿海地下水預警系統提供了關鍵技術支撐。

（2025年7月10日王禹涵科技日報）

物質放射性實現 快速精準檢測

科技日報2025年7月11日報道，美國國家標準與技術研究院開發出一種低溫衰變能譜法，能將放射性檢測效率提升至全新水平。這項發表于最新一期《計量學》期刊的研究成果，有望給癌癥治療、核廢料處理等多個領域帶來革新。

這項技術的關鍵是過渡邊緣傳感器（TES），這是一種廣泛用于測量輻射特征的高端設備，其性能比傳統蓋革計數器更加優異。

TES能在接近絕對零度的極低溫度下運行。

當樣品發生放射性衰變時，釋放的能量會被TES吸收，導致其電阻發生微小變化。通過精確測量電阻的微小變化，研究團隊可得到衰變事件的“能量圖譜”。通過分析多個事件的詳細能譜，可以為正在衰變的放射性原子“驗明正身”。而且，不僅能判定放射性核素的種類，還可同步測定其放射活性。

研究團隊表示，最新方法有望在多個領域大顯身手。在核廢料檢測場景中，傳統方法需耗時數月分析的神秘混合物，借助新技術僅需數日即可完成鑒定。更具突破性的是，新技術無需添加示蹤劑等輔助材料，即使微量樣本也能獲得可靠數據。在醫學領域，這一技術可幫助確保癌癥治療過程中使用的放射性藥物的純度和效力。在核能領域，其可快速識別再加工燃料的放射性成分，加快新型先進反應堆的開發。

（2025年7月11日劉霞科技日報）

的納米抗體。后者對癌癥早期干預具有重要意義。但PROTEUS的應用遠不止于此，其算法框架可擴展至增強大多數蛋白質和分子的功能，為藥物開發、mRNA療法優化等領域提供通用解決方案。

技術突破的關鍵在于嵌合病毒樣顆粒的設計。其團隊將兩種不同病毒家族的外殼與基因組合，創造出穩定且抗“作弊”的系統。這種設計充許細胞同時處理多種解決方案，通過自然選擇淘汰無效突變，最終篩選出最優分子。PROTEUS已經過獨立實驗室驗證，具有高度穩定性和可靠性，有望推動新一代酶、分子工具和療法的發展。

PROTEUS的問世也標志著定向進化技術向哺乳動物系統的重要跨越。該技術曾因在細菌中的應用獲得2018年諾貝爾化學獎，如今PROTEUS將其能力擴展到更復雜的生物環境，為解鎖分子機器學習開辟了新維度。

（2025年7月13日張夢然科技日報）

“生物人工智能”系統創建

科技日報2025年7月13日報道，澳大利亞悉尼大學研究團隊開發出一種名為PROTEUS的“生物人工智能（AI）\"系統。該系統通過模仿自然進化過程，能在幾周內創造出具有新功能的分子，為藥物研發和生物技術帶來突破性進展。該成果發表在最新一期《自然·通訊》期刊上，不僅展示了生物技術與AI融合的前景，更可能為個性化醫療和精準治療提供關鍵工具。

PROTEUS系統基于定向進化技術，這是一種在實驗室模擬自然進化力量的成熟方法，換句話說，是“將進化力量轉化為可編程的生物系統”。與傳統定向進化主要在細菌細胞中操作不同，PROTEUS首次實現在哺乳動物細胞中進化分子，從而能夠設計出更適應人類生理環境的蛋白質和其他生物分子。這一創新使科學家能夠快速篩選數百萬種可能序列，找到解決復雜生物問題的最優解。

團隊表示，PROTEUS就像生物界的機器學習系統。它可以在短時間內完成自然進化需要數年甚至數十年才能實現的過程，比如優化CRISPR基因編輯工具的效率，或設計出能精準關閉疾病基因的新分子。

團隊已通過PROTEUS成功開發出兩種新型分子：可藥物調節的改良蛋白質和能檢測DNA損傷

激光光束形狀實現“自由定制

科技日報2025年7月14日報道，記者從哈爾濱工業大學（深圳）獲悉，該校宋清海、肖淑敏教授科研團隊在激光技術領域取得重要突破，成功攻克了傳統激光模斑形狀、偏振、角動量受限的技術瓶頸，開發出可自由調控發射波前的新型激光光源。該成果開創性地推動激光技術從“固定模斑”向“自由定制”的跨越，將大幅提升激光在通信、計算、感知、成像等領域的應用潛力。相關論文于近日發表在《自然》雜志上。

傳統激光器難以精確調控輸出波前，通常需借助透鏡、波片、相位片等外部光學元件來實現對光束形狀的調控，這些都使激光系統變得龐大且復雜。此外，采用此類方法生成的激光全息圖案還會受到光學散斑噪聲的影響。

對此，科研團隊提出新型超表面激光系統，其核心結構為具有偏心孔洞的氮化硅納米柱，呈正方晶格排列。偏心孔洞的轉動使每個氮化硅納米柱中的局部電偶極矩及其輻射的偏振方向旋轉，從而引入幾何相位。由于該幾何相位與激光諧振模式的動力學相位解耦，激光發射波前便可完全由各納米柱中的孔洞旋轉角度決定。

根據上述機制，科研團隊設計和制備出具有不同幾何相位分布的超表面激光器。實驗中，激光光束形狀可人為調整為聚焦光斑、焦線、渦旋光束甚至全息圖案。此外，該新型激光器還具有極低的散斑噪聲。

這項研究將傳統“激光 + 光學\"架構壓縮為單層納米光子結構，并在全息領域首次實現消除散斑噪聲而不影響圖像質量。相關技術有望重新定義相干光源的生成與應用方式，其物理概念和技術方案可進一步擴展至其他納米光子器件。

（2025年7月14日羅云鵬朱虹科技日報）

最新研究還融合了自旋電子學與二維材料兩個前沿領域。團隊利用“自旋軌道轉矩\"機制，通過電流激發自旋流，對材料中的自旋結構施加“扭矩”，實現有效調控。

該成果標志著反鐵磁材料研究邁出從“難以利用”到“可讀可控”的關鍵一步，為開發新一代低功耗、高速運算芯片提供了全新路徑。

（2025年7月15日張佳欣科技日報）

反鐵磁材料電信號實現可讀可控

科技日報2025年7月15日報道，反鐵磁材料因其潛在的高速信息處理能力，近年來受到科學界高度關注。但由于其自旋信號難以探測與控制，長期不能得到實際應用。據最新一期《科學》雜志報道，包括美國康奈爾大學在內的研究團隊報告稱，他們利用二維反鐵磁材料與隧道結結構，首次在微來尺度下實現了對反鐵磁自旋共振的電信號探測和可控調節。這一技術將有望應用于下一代高速、自旋電子器件。

反鐵磁材料和鐵磁材料一樣，由具有“自旋\"的原子組成。在鐵磁材料中，這些原子的自旋方向整齊排列，形成可被探測的外部磁場；而在反鐵磁材料中，自旋相互抵消，整體上不產生外部磁場。因此，反鐵磁材料的自旋運動既難以探測，也難以控制。

以往對反鐵磁自旋動力學的探測都是在毫米尺度甚至更大的樣品上進行的，這種尺寸根本無法應用于真正實用的器件中。而此次研究中，研究團隊制造出的是微米級別的器件，尺寸縮小了近千倍，并能在其中探測到強烈信號。

此次成功的關鍵在于，研究團隊利用量子力學中的“隧穿效應”，即電子可穿越常規物理勢壘的現象，構建出一種可讀取自旋變化的隧道結。當反鐵磁材料內部的自旋方向發生變化時，隧穿電子的電阻也隨之改變，從而實現高速電信號讀取。

鈣鈦礦微模塊光電轉化效率創新高

科技日報2025年7月15日報道，由美國國家可再生能源實驗室（NREL）與比爾·蓋茨投資的太陽能創新企業CubicPV聯合研發的鈣鈦礦微模塊，近日以 24.0% 的光電轉化認證效率刷新了該領域世界紀錄。這款由多個互聯單元組成的微型發電裝置研制成功，標志著光伏技術邁上新臺階。

研究中，合作雙方各展所長：CubicPV專注于鈣鈦礦一硅疊層太陽能器件的產業化應用，通過“鈣鈦礦上硅\"的創新結構實現更高效的光子捕獲；NREL則主攻器件耐久性與效率提升等技術難題。研究團隊指出，這種“產學研\"深度融合的模式不僅展現了技術突破的爆發力，更彰顯了優勢互補的協同效應。

與傳統硅基材料相比，鈣鈦礦具有三大顯著優勢：原料儲量豐富、制備溫度低于 200° 、環境友好。雖然小尺寸器件已證實其理論可行性，但科研人員正全力突破大面積器件的穩定性與效率瓶頸，而這是實現商業化的關鍵前提。該技術有望重塑全球光伏產業鏈格局。

CubicPV公司首席執行官亞當·洛倫茲透露，該公司下一步將重點開展戶外環境耐久性測試，并擴大模塊面積。公司計劃集結全球頂尖科研力量，將前沿鈣鈦礦技術轉化為可規模化生產的商用產品。

（2025年7月15日劉霞科技日報）

（欄目編輯：孫艷梅）