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突破 2020年度物理学十大突破揭晓( 二 )


7 扭旋电子学应用于光子
安德里亚·阿鲁（Andrea Alù）、鲍桥梁、邱成伟（Cheng-Wei Qiu）和一支由纽约城市大学、新加坡国立大学、莫纳什大学、中国地质大学及德克萨斯大学奥斯汀分校合作者组成的国际团队证明了，在二维三氧化钼扭曲层中，光可能实现无色散及无衍射传播，且其分辨率超过衍射极限一个数量级还多。他们以“魔角”石墨烯为基础——“魔角”石墨烯是2018年《物理世界》科研突破奖项目——通过二维物质的扭曲层改变光子（而非电子）的传播性质。电子版本的实验，也就是所谓的“扭旋电子学”已经引发了一系列有关超导性和电子状态的研究，与之类似，全新的“光子学”变体也会在纳米成像、量子光学、量子计算和低能光学信号处理等方面有重要应用。
8 直接带隙硅基光发射器终于研制成功
伊尔哈姆·法达利（左）和阿兰·迪杰斯特拉（右）在实验室
荷兰埃因霍温理工大学的伊尔哈姆·法达利（Elham Fadaly）、阿兰·迪杰斯特拉（Alain Dijkstra）和埃里克·巴克斯（Erik Bakkers），德国耶拿市弗里德里希-席勒大学的延斯·雷内·萨克特（Jens Renè Suckert）和一支国际团队研制出了一种直接带隙硅基材料，这种材料能发出波长适用于光学通信的光。正常情况下，硅的电子带隙是非直接的，这就意味着硅发射光的能力较弱，且必须和其他半导体材质结合起来才能形成有效的光电设备。为了开发出直接带隙，研究人员就必须在一种六角形晶体结构（而非寻常的钻石结构）中培育硅锗合金晶体。他们在研制出发射红外光的合金纳米导线后成功做到了这点。除了光学通信和光学计算之外，这种新型硅基材料还能用来开发化学传感器。
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混合粒子束提升了粒子疗法的精准度
由德国海德堡癌症研究中心若昂·塞科（Joao Seco）和伦敦大学学院西蒙·乔利（Simon Jolly）领衔的一支团队证明了混合粒子束可以让癌症治疗和治疗监控同时进行。他们的基本思想是利用一种既含有碳离子又含有氦离子的粒子束，其中，碳离子可以对目标肿瘤进行照射治疗，而氦粒子则会直接穿过病人，因而可以用来成像。研究人员在海德堡离子束治疗中心利用骨盆模体开展实验，并且证明，即便是模体内部气泡的微小膨胀都会导致氦粒子穿透范围的可观变化。此外，他们还证明，模体微小的转动会改变测量得到的信号。这一系列实验揭示了运用混合粒子束监控人体内部及局部解剖学变化的潜力，这样就能使粒子疗法变得更加精准，最终给癌症病患带去更好的疗效。
10 第一种室温超导体
美国罗切斯特大学的兰加·迪亚斯（Ranga Dias）和该校及拉斯维加斯内华达大学的同行在温度高达15℃的高压富氢材料中观察到了超导现象。超导体能以零电阻导电，应用广泛，比如核磁共振扫描仪使用的高场磁体以及粒子加速器。在实践中，以超导体为基础的设备必须冷却到非常低的温度，成本很高且涉及氦的使用，因此，研究凝聚态物质的物理学家一种期望能开发出一种室温下的超导材料。迪亚斯等人制作的碳硫氢化材料将此前的超导温度纪录提升了大约35℃，也因此第一次在室温下观测到了超导现象。不过，取得这次室温超导成就的代价是高达260万个大气压的高压，研究人员认为，改变材料的化学组成或许能减小所需的压力。
编译/乔琦
资料来源：
Physics World announces its Breakthrough of the Year finalists for 2020
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