1。简介石墨及其工业用途的发现可以追溯到16世纪,即在第1届工业革命之前的200多年,该革命是从18世纪中期到19世纪中期。石墨的第一次工业用途是用作铅笔铅和降压材料。现在用于包括核能在内的各种高科技领域。每年生产超过120万吨石墨,未来需求的上升趋势。石墨廉价且分布在世界范围内。根据可验证的资料来源,存在数百年来满足需求的储备。现有的石墨供应几乎是有限的。一旦将石墨的碎屑剥落,它就会成为一种令人着迷的材料,称为“石墨烯”,这是一个令人惊叹的发现,直到2004年才发生。石墨烯比铁钢强1000倍,其电导率和导热性的10倍以上是金属,并且是当今已知的最薄,最轻巧的功能。2010年,诺贝尔物理学奖因其发现而获得。创新的材料和产品可以使用石墨烯在各种领域创建。因此,世界各地的研究机构和公司几乎将石墨烯的实际应用中的研究和开发进行。在发现以来的几年中,已经开发了电子产品,声学产品,声学产品,每日商品,轮胎,高尔夫球,运动服和鞋子,从而利用石墨烯来提高冲击强度,电导率特征等。
当您查看每年10月获得最多三个科学家奖励的诺贝尔奖时,奖励引文中总会有很多贡献。也有许多其他贡献为开创性的发现铺平了道路,或者将这些发现带到了惊人的新方向,以至于无法列出。今年的诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼,费伦斯·克劳斯(Ferenc Krausz)和安妮·霍利尔(Anne L'Huillier)“用于实验方法,为ICFO社区尤其令人兴奋,因为我们自己获得了奖项,这对ICFO社区来说尤其令人兴奋。ICFO小组领导人Drs。Jens Biegert和Maciej Lewenstein都是该领域的领导者,并在实验和理论上与获奖者合作。1994年的物理评论在诺贝尔文本中指出的合作,由莱恩斯坦,巴尔库,伊万诺夫,l'Huilier和Corkum合作,被引用了5000多次。同样,比格特通过该领域的一系列具有里程碑意义的论文做出了重大贡献,他在ICFO建立了世界领先的Attoscience基础设施,这是西班牙唯一同类的。诺贝尔在化学领域,授予Alexei Ekimov,Louis Brus和Moungi Bawendi“是为了发现和合成量子点”,这也是ICFO集团领导人Gerasimos Konstantatos的家中的,对使用量子发射的量子和量子构成了量子,并在量子上进行了多个不值得的贡献。
量子物理基础是在上个世纪初发现的。它们现在成为开发颠覆性量子技术的概念和工具。这些发现使研究人员能够理解物质、光及其相互作用的规律。在探索量子基础和应用的过程中,法国研究人员获得了三项诺贝尔物理学奖,过去 25 年里有四枚 CNRS 金牌被授予该领域*。过去几十年取得的非凡实验进展使人们能够观察量子物体 - 光子、原子或离子 - 我们已经学会了单独和集体控制它们。这意味着科学家可以使用量子态叠加和纠缠的概念来准备和操纵这些物体。这些发展开辟了广泛的应用范围,使当今的量子技术成为最有前途和竞争力最强的领域之一,而 CNRS 在这一领域拥有不可否认的资产可供利用。其中包括遍布法国的实验室网络、结合基础研究、创新和技术转让的多学科方法,以及该组织工作无可置疑的卓越性。这种卓越水平基于量子科学和技术领域极其强大的基础研究,其质量使其成为全球参考。法国国家科学研究院的跨学科方法现在使应用程序在潜在用例中得以实际实施,特别是通过结合学术研究、初创企业和主要工业集团的真正生态系统。
自从the骨脉搏放大的发明是在2018年被诺贝尔物理学奖所认可的,因此可用的激光强度持续增加。Combined with advances in our understanding of the kinetics of relativistic plasma, studies of laser–plasma interactions are entering a new regime where the physics of relativistic plasmas is strongly affected by strong-field quantum electrodynamics (QED) processes, including hard photon emission and electron–positron ( e – e þ ) pair production.繁殖过程和相对论的集体粒子动力学的这种耦合可能会导致新的等离子体物理现象,例如从近吸真空中产生致密的E – e – e – e – e – e – e – e – e s plasma,完全通过QED过程吸收了完全的激光能量,或通过QED过程来吸收Q,或者通过超相对性电子束的停止,可以渗透过毛孔,这可能会渗透到毛孔上,这是一位毛孔的质量,这是一位毛孔的质量,这是一定的质量,这是一定的质量,这是一位毛孔的质量。 光。除了具有根本的兴趣外,至关重要的是,研究这种新的制度是了解下一代超高强度激光器 - 肌电实验及其所产生的应用,例如高能量离子,电子,电子,正电子和光子源,用于基本物理学,医学放射治疗和下一代放射射线照相术的基础物理学研究,以及用于居家园的下一代安全和居民安全和行业。
“界面就是器件”。2000 年诺贝尔物理学奖获得者赫伯特·克勒默的宣言精辟地概括了界面在电子器件功能和性能中发挥的核心作用。[1] 对于基于低维或拓扑量子材料的器件来说,这句话更是如此,因为它们的性质通常对表面和界面周围的几个原子层敏感。[2-5] 如此精密的“量子器件”需要能够以良好可控的方式实现原子级清洁、突变和平整界面的制造技术。这显然超出了低真空、环境空气或溶液环境下的传统制造工艺的范围。分子束外延 (MBE) 是一种可以提供最佳界面条件和可控性的制备方法,采用超高真空 (UHV) 环境、高纯度蒸发源、缓慢的生长速度和可精细调节的生长参数。[6] 标准 MBE 技术通常用于生长薄膜和垂直异质结构。一些平面纳米结构也可以通过 MBE 制备,[7,8] 但其控制效果不如传统光刻或电子束光刻那么好。通过 MBE 生长的“干净”样品必须经历“肮脏”的制造过程才能制成器件。这些过程中产生的不受控的表面和界面会显著改变器件的性能,尤其是由表面/界面敏感的量子材料制成的器件。人们非常希望通过分子束外延直接生长由量子材料组成的极其脆弱的器件,然后将其封装在超高真空环境中,以保留其原有性能。在过去的几年中,在平面纳米结构和器件的直接分子束外延生长技术方面取得了令人鼓舞的实验进展,[9-18] 这在很大程度上得益于
1981 年 5 月,在一次以“用计算机模拟物理”为主题的会议上,1965 年诺贝尔物理学奖获得者费曼解释并设想数字计算机不适合模拟量子系统的行为,例如参见 Preskill 2021 [26]。在这四十年中,计算资源的计算能力一直遵循所谓的摩尔定律 [23] 不断增长,该定律指出,在成本不变的情况下,计算机计算能力大约每两年翻一番。当硬件设计师努力应对摩尔定律的消亡时,一种全新类型机器的原型——量子计算机——已经问世。这些设备利用量子力学的特性,特别是叠加和纠缠现象来加速某些类别的计算。尽管实际量子计算机的规模相对有限,但我们现在可以看到新一代量子算法,它只需要非常有限的资源和对错误的鲁棒性。这就催生了所谓的嘈杂中型量子计算机 (NISQ) 时代。一组很有前途的算法和方法至少克服了 NISQ 时代的一些限制,它们是所谓的混合量子经典算法或变分量子算法。一般来说,这些量子算法具有在量子硬件上运行的自由参数和其他可调部分,但它们 (部分) 使用经典计算进行控制,因此使用术语混合。与图形处理单元 (GPU) 等其他专用硬件相比,在这种情况下,量子处理单元 (QPU) 被视为一种计算资源,可以利用它来执行算法的某些部分,从而受益于潜在的加速或资源效率。在这里,我们考虑了与中央银行活动和整个银行业最相关的三个应用:
William R. Ott 博士是美国国家标准与技术研究所 (NIST) 物理测量实验室副主任,该机构是一家拥有 2 亿美元资产的组织,拥有约 560 名全职员工和 500 名客座科学家和临时员工。该实验室因其出色的研究和技术服务而受到全世界的认可。实验室工作人员几乎赢得了所有重大技术奖项,包括三项诺贝尔物理学奖。Ott 博士曾担任美国国家标准局 (现为 NIST) 辐射物理部主任、NIST 电子和光学物理部主任、NIST 原子、分子和光学物理中心副主任以及 NIST 物理实验室副主任。1977-78 年,他曾任杜塞尔多夫大学亚历山大·冯·洪堡研究员,现为美国光学学会、美国物理学会和华盛顿科学院院士。他的个人研究领域包括电子原子碰撞、等离子体光谱、紫外线辐射技术和光学计量学。他率先使用等离子体放电作为近紫外和真空紫外光谱区域的辐射标准,并与美国宇航局资助的首席研究员合作,对太空实验进行辐射校准,从首次天空实验室太阳辐射测量到哈勃太空望远镜。他发表了 69 篇技术论文和报告,发表了多次演讲,并参与组织会议和研讨会。2000 年至 2011 年,他倡导物理实验室开发生物物理、定量医学成像和纳米医学应用的测量方法和标准。他能说流利的德语,具备意大利语的工作知识,是一位出色的钢琴家,喜欢打网球和跑步锻炼。30 多年来,他一直是教堂的活跃成员。
早期的晶体管:75 年前,出生在三大洲的三位贝尔实验室研究人员发明了晶体管——美国的约翰·巴丁 (美国麦迪逊)、欧洲的威廉·肖克利 (英国利物浦) 和亚洲的沃尔特·布拉顿 (中国厦门)。另一位工程师约翰·皮尔斯建议使用“晶体管”这个名称,因为它将这种新设备与已经熟悉的术语联系起来:跨导、电阻器等。当索尼在 1957 年推出一款使用德州仪器晶体管和标准 9V 电池的衬衫口袋大小的晶体管收音机并继续销售 600 万台时,晶体管就成为家喻户晓的词。IBM 于 1958 年推出第一台量产的晶体管计算机。从 Ge 到 Si 再到异质集成:早期的晶体管是用锗制成的。1960 年左右,硅成为首选的半导体,因为其较大的带隙大大降低了晶体管的漏电流,尤其是在晶体管热的时候。虽然硅晶片现在已成为衬底材料,但在 IC 生产过程中,Ge 已以 Si x Ge 1-x 合金薄膜的形式回归,这些薄膜被添加到 Si 衬底上。SiGe 在高级 MOSFET 中起着越来越重要的作用,可以提高电子和空穴的迁移率并带来其他好处。光学、磁性和铁电材料也已集成到 Si 技术中。Si 或 SiC 衬底上的宽带隙半导体 GaN 用于制造高压晶体管。晶体管密度如何不断增长:TI 的 Jack Kilby 因“在集成电路发明中的作用”而获得 2000 年诺贝尔物理学奖。仙童半导体公司的 Robert Noyce 被认为是另一位主要贡献者,他的
人工智能是现代科学最受追捧的前沿领域之一。约翰·麦卡锡(1927-2011)是一位美国计算机科学家,他于 1955 年首次提出了“人工智能”一词。人们在电子设备中模拟人脑系统思维及其转化,研究仍在各个层面展开。生物学概念:“智能”被转化为电子信号和波,并被机器转化为工作,称为机器学习。它是一门跨学科的科学,涉及电子、物理、化学、数学、工程、计算机科学以及生物科学。未来有各种可能性,机器学习和人工智能将取代现有的机器,开启一个具有记忆、判断和执行能力的机器新时代。两位人工智能先驱——约翰·霍普菲尔德和杰弗里·辛顿——因帮助创建机器学习的基石而获得诺贝尔物理学奖,机器学习正在彻底改变我们的工作和生活方式,但也给人类带来了新的威胁。电子领域的人工神经网络已经开发出来,互连的计算机节点模拟大脑中的神经网络。这里提到了一些关于人工智能的著名名言:1. 辛顿,被誉为人工智能教父,霍普菲尔德是普林斯顿大学的美国人。诺贝尔委员会的一名成员引用了霍普菲尔德 1982 年的工作,为辛顿的工作奠定了基础。2. 辛顿说:“人工智能最终将对文明产生‘巨大影响’,提高生产力和医疗保健水平。”“它将与工业革命相媲美”,“我们没有体验过拥有比我们更聪明的东西会是什么感觉。在很多方面,这都将是件好事”,“但我们也必须担心许多可能的不良后果,尤其是这些事情失控的威胁。”
ZEUS 多拍瓦激光设施的首次实验。亚特兰大——希腊神宙斯以控制闪电的能力而闻名,闪电是一种等离子体现象,当带负电的电子与构成空气的原子中的带正电的离子分离时,就会在大气中发生。强激光可以在实验室中引起同样的电荷分离,将原子分离成电子和离子的混合物,称为等离子体,等离子体的速度如此之快,以至于等离子体以相对论速度移动。加州大学欧文分校的研究人员在密歇根大学安娜堡分校的新 ZEUS 多拍瓦激光设施上进行首次正式实验时,探索了如何控制这些“激光诱导闪电”。了解这种相互作用中的极端物理现象本身就很有趣;然而,控制激光焦点极端条件的能力将使微型粒子加速器成为现实。如果粒子加速器体积小且价格低廉,它们可以用于医学成像、放射性同位素生产、核废料清理、先进制造等应用。粒子加速器也是至关重要的,因为它是 X 射线的强光源。目前,我们建造的粒子加速器大小相当于足球场大小,用作 X 射线机,既耗时又昂贵。加州大学研究人员利用 ZEUS 激光器证明,从激光和拇指大小的气体中可以获得类似的 X 射线。ZEUS 由美国国家科学基金会资助,正在努力成为美国最强大的激光器。在满功率下,它将能够在一次激光爆发中提供高达 3 拍瓦的功率,即超过三百万亿瓦的功率。相比之下,整个美国电网提供的功率约为太瓦,比 ZEUS 少一千倍,而 LED 灯泡仅使用约 5 瓦的功率。ZEUS 成为现实的秘诀是啁啾脉冲放大技术,该技术获得了 2018 年诺贝尔物理学奖。虽然激光非常强大,但它只能持续很短的时间,因此爆发所需的能量相对较少。在加州大学欧文分校的这项实验中(图 1),激光功率有所增加,以帮助更好地理解电子加速的物理原理与发射的 X 射线之间的关系,产生的 X 射线比牙科 X 射线亮 1000 万倍以上。