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首个三维光学拓扑绝缘体问世

[转贴自:科技日报    点击数:3764    更新时间:2019年01月12日]

    科技日报杭州1月10日电 (记者江耘 实习生洪恒飞)光沿直线传播,这是很常识的一句话。但,科学家有办法让光拐弯。浙江大学和新加坡南洋理工大学的科学家合作构建出世界上首个三维光学拓扑绝缘体,在三维材料的“高速公路”上,一束光跑出了“Z”字形。10日凌晨,该成果在《自然》杂志发表。

    拓扑绝缘体是一种表面导电,内部绝缘的材料。电子在芯片里的运动,就像一辆辆跑车在集市里行驶,不断地碰撞,产生热量。拓扑绝缘体就像为电子建立了高速公路,让电子在一条条“单向车道”上运行。

    受到拓扑绝缘体的启发,科学家提出了光学拓扑绝缘体,试图将拓扑绝缘体的神奇特性拓展到光学系统。而在此前,光学拓扑绝缘体的实验研究长期局限于二维空间。

    对此,科研人员设计了一种由多个开口谐振器构成的单元结构,具有很强的电磁双各向异性特性,是宽频带三维光学拓扑绝缘体实验得以成功的关键。

    最终,联合课题组首次实现了三维光学拓扑绝缘体,它具有宽频带拓扑能隙。这种三维光学拓扑绝缘体,可以用印刷电路板技术制作完成。经课题组验证,由于表面光子受到该材料的拓扑保护,光子在传输过程中,不被杂质、缺陷或者拐角影响,成功避免了光因发生散射导致信息耗散的问题。

   “这项研究或可应用于三维拓扑光学集成电路、拓扑波导、光学延迟线、拓扑激光器以及其他表面电磁波的调控器件。”浙江大学信息与电子工程学院教授陈红胜说,对其它波色子系统(如声子及冷原子等)中三维拓扑绝缘体的实现也将有所启发。

    这或许是人类向光子芯片、光子计算机迈出的一步。未来,在微小的光子芯片里,光携带着信息在纵横交错的高速公路上奔跑,创造着更快更好的世界。

英国首张土壤细菌分布图绘制完成

     据美国每日科学网4月20日报道,英国的一个联合研究小组日前宣布,他们成功绘制了英国首张土壤细菌分布图,该图对英国土壤中的微生物进行了迄今为止最为全面和详尽的测定。相关论文发表在当日出版的《环境微生物学》杂志上。
  
  该研究小组由来自英国生态与水文学中心、纽卡斯尔大学和牛津大学的多名科学家组成。研究人员对采集自英格兰、苏格兰以及威尔士的1000份土壤钻孔样本进行检测、分析并绘制出了这幅土壤细菌分布图。研究显示,细菌多样性程度与土壤pH值密切相关,地下菌落和地面植物群落之间也存在着极为密切的关联。细菌是土壤多样性的主要组成部分,在维持土壤健康方面发挥着重要作用,对种植业发展和固碳都有着十分重要的意义。

  论文第一作者、英国生态与水文学中心的罗伯特·格里菲斯博士说:“迄今为止我们对细菌群落差异性的认识在整体上还十分有限。新的研究首次在宏观上对英国土壤细菌群落的分布状况进行了描述,为此后土壤细菌多样性以及土壤生态系统等更为复杂的研究奠定了基础。”

  另一研究人员安迪·怀特利教授说:“外出散步时,我们绝大多数人都不会注意到脚下那些只有通过显微镜才能看到的细菌,但它们的数量和作用实际上都十分惊人:一个脚印大的一块土壤中就有将近100亿个细菌,它们在保持土壤肥力、维持地球温室气体循环方面均发挥着不可替代的作用。新研究中我们试图揭开地表中这些视野之外的微型群落,并以此来弄清菌群以怎样的方式存在以及为什么要这样,它们在人类生活中发挥着怎样的作用。”

  论文的另一位合著者马克·贝利说:“英国生态与水文学中心曾在1996年时绘制了英国首张洪水风险地图。15年后,我们又绘制了世界首张土壤微生物分布地图。从今年开始我们将把部分土壤样品和原始数据提供给更多研究人员,以让它们发挥出更大的研究价值。”

  此外,本次实验中所使用的部分土壤样品和细菌DNA还将被作为历史资料冷冻保存下来,以方便未来的研究人员研究气候变化对土壤细菌多样性的影响。(王小龙) 

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