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  • 路遙,知碼力的量子電腦

    量子計算能力可能將成為人類的新興超能力。但隨著這股科技熱潮漸漸被過度渲染,有些專家選擇出來踩煞車;他們認為應該要務實的討論量子計算的前景,而不是幻想未來家家戶戶都能有台量子電腦。

  • 令人困惑的質子半徑

    在2010年,Randolf Pohl的團隊以前所未有的精確度測量到質子的大小,但是觀測結果卻使他們困惑了。他們測量出的質子半徑(或是更精確地說,正電荷能夠拓展到多遠)是0.84飛米(注:1 fm=10^15m),比先前所測量出的數據少了0.04飛米。如此看來,質子的寬度似乎少了4%。

  • 意外的強相關聯材料 --- 魔角雙層石墨烯

    厚度只有一個原子大小的石墨烯,除了作為拓樸絕緣體的基本模型外[1],其絕佳的導電以及應力特性也成了材料、化學與光電等應用領域的重要議題。價電子佔據p軌域的碳基材料幾乎不被認為是超導材料,更與強關聯系統沒有太大關係。最近一期自然雜誌連續兩篇論文[2,3]報導魔角雙層石墨烯 (Magic Angle - Twisted Bilayer Graphene 簡稱 MA-TBG) 材料中發現的超導與強關聯物理:費米面附近的能帶有極小的能帶寬度,並且當改變載子濃度到半填滿狀態時,所量測的電導大幅下降;此外這材料的溫度-載子濃度 (temperature-carrier density) 相圖更透露出與高溫超導許多相似之處。本文將簡單介紹魔角雙層石墨烯的基本物理,其費米面附近所形成的平能帶[4](flat band,能帶與動量關係E(K) 為一定值),以及簡單的物理圖像來理解實驗結果。

  • 石墨烯在化學氣相沉積法(CVD)製備上的挑戰與突破

    完美石墨稀 (Graphene) 為一層碳原子緻密堆積而成的蜂窩狀二維材料,相較於金屬材料,它具有非常多獨特的特性,在電、熱與機械性質上亦有突出的性能表現,因此許多研究文獻中被預測此材料應為世界上最佳的透明導體,所以被認為可用在相當多的突破性應用,例如:防止材料腐蝕的保護層、透明導電基板、高頻元件及可撓式電子元件…等。這些應用都仰賴完美石墨烯之特性,目前常見的石墨烯製備方法,可大略分為兩類:一種是從天然石墨中剝離出單層石墨烯,然後再組裝成薄膜的剝離法。而另一種則是合成石墨烯:將含有碳的分子分解成碳自由基再一顆一顆排列成六角形狀,組成石墨烯稱為化學氣相沉積法。分解成碳自由基的過程,含碳分子往往需要藉由過渡金屬的催化,才能在合理的溫度內完成分解過程。隨後碳自由基也需要過渡金屬的基板來協助排列成六邊形石墨烯。剝離法所形成的薄膜,因所剝離出來的石墨烯尺寸過小 (小於微米等級),且過多的晶格邊界造成石墨烯的品質遠低於理想值。若欲將石墨烯應用於石墨烯專屬的突破性商品,而非僅只用作添加物,CVD製備的高品質石墨烯變成唯一的希望。

  • 追捕神秘的馬約拉納量子位元

    在物理界裡已經快要見怪不怪的事情又發生了:研究人員們又被一個好像存在、又好像不存在的現象吸引住了;這次是一個同時身兼物質與反物質角色的粒子—馬約拉納費米子(Majorana fermions)。有些凝態物理學家覺得他們已經找到這種難以理解的怪獸,但其他人還是有點懷疑。無論如何,微軟(Microsoft)已經開始懸賞馬約拉納費米子,期望有天可以用在量子計算上。

  • 孤高的物理學家:許文格 (二) 邁向巔峰

    上一回阿文介紹了朱利安‧西耶爾‧許文格在戰前以及二戰中的學術生涯,這一次阿文要詳細介紹許文格最為人所知的貢獻,就是建立完整而且一致的量子電動力學(Quantum Electrodynamics, 簡稱QED),特別是針對理論中出現的發散而發展出再重整化(renormalization)的程序,使得量子電動力學能夠做出非常精確的預測,這不但標示著量子電動力學的成功,更是宣示「量子場論」的時代的來臨。

  • 孤高的物理學家:許文格 (一) 晝伏夜出的天才

    二月十二日就是阿文的祖師爺朱利安‧ 西耶爾‧ 許文格(Julian Seymour Schwinger)的百歲誕辰,不才徒孫如阿文我忍不住要提起筆來,為祖師爺的豐功偉業好好宣揚一番。許文格因為行事低調,所以在科學界以外的名聲不甚響亮,就趁著慶祝他老人家百歲冥誕的機會,讓阿文我好好地鉤勒出許文格的一生,還請各位看官好好地認識這一位與費恩曼齊名的大物理學家吧。

  • (第一章)粒子、場和量子場

    一切物質皆由基本粒子組成。粒子物理學是一門研究基本粒子相互作用的物理學分支。從還原論角度看,粒子物理學是自然科學的基礎。在「粒子物理行」裏,我們會踏足粒
    子物理學的每個角落,包括粒子物理的基本概念、主要研究成果和一些有關歷史。

  • 理論物理學的硏究方法

    Dirac: “我將試著讓各位對理論物理學家如何在試圖獲取對自然定律更美好的了解時所採取的行動,也就是對理論物理學家的工作有一些概念!”

  • 細節與專家——Bardeen馬失前蹄?

    Bardeen是史上惟一得過二次諾貝爾物理學獎的科學家,但社會人士不知他是誰,物理系學生也大多不知他是誰。

  • 看見伴隨重力波的光:愛因斯坦相對論再次撼動世界

    2017 年 10 月 16 號,天文學家宣布已經探測到伴隨著電磁輻射的重力波。人類科學史將從此永遠改寫。

  • 1923年諾貝爾物理獎:羅拔.密立根

    「科學是由理論和實驗雙腳前進的學問……有時候一隻腳會踏前,有時候是另一隻腳,但只有雙腳並用才能不斷進步。」這是羅拔.密立根(Robert Millikan)在1923年諾貝爾講座上說的話。密立根因為準確測量出電子的電荷以及他對光電效應的研究獲頒1923年諾貝爾物理獎。

  • 1922年諾貝爾物理獎:尼爾斯.波耳

    1922年諾貝爾物理獎得主又是另一個鼎鼎大名的科學家,他就是量子力學教父尼爾斯.波耳(Niels Bohr)。波耳的電子能階原子結構模型,相信每位理科生都必定學過。

  • 1921年諾貝爾物理獎:阿爾伯特.愛因斯坦

    1921年諾貝爾物理學獎得主肯定是史上最著名的科學家。他憑一己之力修改了過去幾百年來從未出錯的牛頓力學,發現了狹義相對論和廣義相對論。他就是阿爾伯特.愛因斯坦(Albert Einstein)。不少人以為愛因斯坦獲得諾貝爾獎的原因必定是相對論,甚至連不少德國人也是這麼想的。其實他是因為解釋了光電效應而獲獎,即是太陽能電池的運作原理。

  • 1918年諾貝爾物理獎:馬克斯.普朗克

    1918年諾貝爾物理獎得主,就是大名鼎鼎的物理學家馬克斯.普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)。他的研究和愛因斯坦的相對論一起成為了現代物理學的基礎,甚至連愛因斯坦的諾貝爾得獎研究——光電效應——也是基於普朗克的革新概念:量子(quanta)。

  • 散不散開有關係:對「負質量」的辯論

    牛頓第二運動定律告訴我們,物體加速度的方向與所加外力的方向一致。但是在新近的一個實驗裡,觀察到原子蒸汽中的原子加速度方向居然與所施外力的相反。這表示那個原子蒸汽的運動挑戰了現存的物理定律?

  • 人類將重新定義公斤 從此宇宙間牛扒質量都相同

    牛扒不會變輕、我們也不會變瘦。使用宇宙通行的基本常數去定義各度量衡單位,是科學文明的一大進步。因為科學研究,應建基於客觀的、可重複的實驗結果之上。

  • 超低溫原子實驗驗證量子相變的時空對稱性

    當一個物理系統在發生相變時候,微觀尺度的細節不再扮演重要的角色,一個巨觀的普適性理論(universal theory)原則上就可以描述相變的物理現象,不管這個現象是發生在生物學的系統、電磁學的系統、液晶系統、甚至是整個宇宙的宏觀結構。普適性的理論對於描述平衡態的物理已經相當的成功,當系統快速地經過相變,系統的演化過程是否也可以用一個普適性的理論來描述呢?

  • 1913年諾貝爾物理獎:卡梅林・昂內斯

    物質有哪幾種狀態?氣態、液態、固態,還有形成火焰的離子態,都是日常例子。1913年的諾貝爾物理獎就頒給卡梅林‧昂內斯(Kamerlingh Onnes),表揚他成功把氦氣液化,而且創下了當時人造最低溫紀錄:絕對零度以上1.15度——1.15K——即攝氏 -272度。

  • 宇宙膨脹可能均速、也可能加速

    愛因斯坦在1916年正式發表廣義相對論之前,宇宙被普遍認為是物理世界的一個背景舞台。廣義相對論描述時間、空間、物質、能量的互動,把宇宙由背景變成了主角。

  • 加壓冷卻

    有效且對環境友善的固體冷媒可能很快的會進場來取代冷卻設備中使用的含氯氟烴(即破壞臭氧層的CFC)冷媒。根據佩德羅.喬治.房欒奇(Pedro Jorge von Ranke)在「應用物理通訊」期刊刊出的論文,有一類稱為「自旋交叉」系統的材料可能會展現出夠大的壓力引發熵變化,使得它能在實際的冷卻循環中使用。

  • 量子隱形傳送的突破為什麼還是無法讓我們如星艦船員一樣在宇宙間迷航?

    運用量子力學所揭諸的詭異「量子隱形傳送」特性:量子質點的「狀態」能在兩地間瞬間傳送,兩組研究團隊目前已經創下了量子隱形傳送的傳送距離記錄:其中一組是在加拿大卡爾加里地區用光纖傳送了光子的狀態6.2公里遠,另一組則在中國上海地區傳送了光子的狀態達14.7公里。

  • 一個恆星爆炸經重力透鏡產生了四個影像

    去年夏天,當一顆遙遠的星星在天際爆炸,天文學家得到了不是一個,而是四個放煙火般的影像。這張多重影像是一個星星爆炸後的光線因重力彎折所產生的,是辜壩(Goobar)與同僚在「自然」期刊(Science)所刊出。這也是第一次觀察到的超新星經由所謂的強重力透鏡後產生的影像。

  • 2016諾貝爾物理學獎:拓樸相變和拓樸物質的理論研究發現

    二零一六年十月四日,諾貝爾物理獎頒給美國華盛頓大學的David J. Thouless, 布朗大學的J. Michael Kosterlitz和普林斯頓大學的Duncan M. Haldane,三位得獎人均為英國出身。得獎的理由是『拓樸相變和拓樸物質的理論研究發現。』( For theoretical discoveries of topological phase transitions and topological phases of matter)

  • 由兩個介子所組合成的奇怪原子

    位於 CERN 的 DIRAC 實驗發表了他們的新結果。他們發現了一種特別的原子,由兩個介子所形成。

  • 當前量子電腦的大計劃

    第一批的量子電腦已經快要問世了。在紐奧良召開的2017美國物理學會三月大會的第一天一大早,來自谷歌(Google)、微軟(Microsoft)、和哈佛大學的研究者們就在一個擁擠的房間裡,向擠在裡面的物理學者們討論他們最近在量子電腦方面的成果以及他們對這個還不太成熟的技術的近程計畫。

  • 從磁性材料看希格斯衰變

    依據一份傑恩(Jain)及其研究團隊在「自然物理」(DOI: 10.1038/ nphys4077)刊出的報告,二維的反鐵磁材料可以提供希格斯波色子衰變一個凝態版的類比。

  • 質子有多大?

    一個國際團隊對一個由緲子與氘所結合的緲氘原子進行了仔細的光譜測量,並進而測量出氘原子的半徑。他們發現氘原子的半徑比過去的測量結果更小,進而推出質子的半徑也比過去的測量來的更小。

  • 原子尺度之下的導熱與導電

    金屬容易導電,一個帶電的金屬可以讓人觸電,金屬也同樣的很容易導熱,加熱後的金屬也會把人燙傷。這個導電率與導熱率都很高的是金屬的一個基本的特性,而且是在宏觀尺度之下很容易觀察得到的。然而在原子的尺度之下,在實驗上是搞不清楚熱是如何透過一個單原子接點來傳遞,因為沒有方法去測量那麼一丁點的熱流。美國密西根大學博士生崔(Cui)與他所屬的團隊在科學期刊(Science)報告了他們使用一個客製的熱量測定探針在原子尺度之下量測金的熱傳輸的新方法。

  • 1904年諾貝爾物理獎:約翰.斯特拉特

    在科學發展史上,不同學科的科學家合作研究往往能更有效地促進整體科學發展。1904年的諾貝爾獎就是證明:這一年的物理獎和化學獎分別頒發給兩位研究同一現象的科學家,他們是物理學家約翰.斯特拉特,第三代瑞利男爵(John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh)和化學家威廉.拉姆齊爵士(Sir William Ramsay)。