环球科学：新研究成果有望让无人机边飞边充电；用胶带...

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　　· 材料科学 ·

　　用胶带批量生产金刚石薄膜

　　金刚石的电子特性很特殊，它既是良好的绝缘体，又允许特定能量的电子以极小的阻力移动，这意味以金刚石薄膜为基底的芯片具有更高的能效潜力。但制造金刚石芯片需要大而薄的金刚石晶片，批量生产超薄金刚石膜具有极高的挑战性。近期，香港大学、北京大学东莞光电研究院和南方科技大学的研究人员在《自然》（Nature）上发表了一篇论文，发现可以用胶带剥离的方法大量制造大面积的超薄金刚石薄膜。

　　研究人员发现，可以对金刚石切边，然后再使用胶带剥离，可以大量制备大面积（2英寸晶圆）、超薄（亚微米厚度）、超平整（表面粗糙度低于纳米）、超柔性（可360°弯曲）的金刚石薄膜。制备的高品质薄膜具有平坦的可加工表面，能够允许进行微纳加工操作，超柔性特点使其能够直接用于弹性应变工程，以及变形传感应用，这是更厚的金刚石薄膜无法实现的。这种一步得到金刚石薄膜的方法为大规模制备高品质金刚石薄膜提供路径，有可能加快金刚石材料在电子学、光子学等相关领域的商业化应用。（北京大学物理学院）

　　· 新技术 ·

　　新成果有望让无人机边飞边充电

　　基于双频超表面CNN近场定位的自适应无线传能系统。图片来源：Nat. Commun.15, 10358, 2024

　　最近，在一项发表于《自然？通讯》（Nature Communications）上的研究中，西安电子科技大学电子工程学院李龙教授课题组在自适应无线定位和无线能量传输方面取得突破性进展。该成果首次构建了一种基于双频超表面的无线传能、感知定位和通信一体化系统，实现自适应的无线能量传输（Adaptive wireless power transmission，简称AWPT）。该技术是无线通信与能量传输领域的重要创新，通过智能化调整电磁波传输参数（如波束焦点、传输功率等），根据环境变化和设备需求优化无线能量传输效率。

　　与传统无线充电方式相比，AWPT技术能够显著提高无线能量传输效率，适应动态、复杂的应用场景，如移动设备、无人机、智能家居及可穿戴设备等。它不仅能推动绿色能源可持续发展的进程，减少对传统有线电源的依赖，还为物联网、智能设备及先进技术（如无人驾驶、智能机器人等）提供稳定可靠的能源供应，并在未来智能技术的普及中具有重要的应用潜力。这项基于双频超表面CNN近场定位的自适应无线传能技术，推动了超表面技术向多功能和智能化的方向发展，为未来的无线能量传输和智能设备提供了重要的技术支撑。该研究的突破不仅提高了动态无线传能的效率，还具备了灵活的目标无线定位和能量聚焦能力，有望在极端场景下为设备的运行提供电力保障。（西安电子科技大学电子工程学院）

　　· 物理学 ·

　　激光尾波场加速器突破10GeV，有望大幅降低加速器成本

　　不论是X射线辐射源，还是电子-正电子对撞机，都需要首先将电子束加速到10GeV及以上，但即使用当前最先进的电子加速方式——谐振腔，将电子加速到10GeV以上的能量也需要超过100米的加速器。而激光尾波场加速器或许能大幅缩小加速器的尺寸。

　　强激光脉冲在等离子中传播时，等离子体中的电子会集中在脉冲后方，产生强度约为100GV/m的电场，能在聚焦电子束的同时加速电子束。近日，一篇《物理评论快报》（Physical Review Letters）论文表示，美国伯克利国家实验室BELLA中心的研究人员已经用激光尾波场技术将电子束加速到了9.2GeV的能量，如果算上电荷延伸部分，电子束能量将超过10GeV。并且此次加速使用的等离子体长度仅为30厘米。该技术有望大幅降低高能加速器的制造成本。（Physics）

　　· 量子通信 ·

　　量子隐形传态通过普通光缆成功传输

　　在光通信中，所有信号都被转换为光。经典通信的传统信号通常由数百万个光粒子组成，量子信息则使用单个光子。传统观念认为，单个光子会“淹没”在携带经典通信的数百万个光粒子的光缆中。这就像是一辆单薄的自行车，在满是疾驰的重型卡车的狭窄隧道中艰难穿行一样。据科技日报消息，在近日发表于《光学》（Optica）的一项研究中，西北大学的研究人员找到了一种方法，能帮助脆弱的光子避开繁忙的“交通”。该团队通过普通光缆，成功将量子态隐形传输了30公里。这项研究表明，量子隐形传态与经典通信信号可在同一根光缆中共存，为量子通信与现有互联网光缆相结合带来了新的可能，大大简化了分布式量子传感或计算应用所需的基础设施。

　　在深入研究光如何在光缆中散射后，研究人员发现了一个不太拥挤的光波长来放置光子。然后，他们添加了特殊滤波器，以减少来自常规互联网流量的噪声。为了测试这种新方法，研究人员设置了一条30公里长的光缆，两端各有一个光子。然后，他们同时通过这条光缆发送量子信息和常规互联网流量。最后，他们在执行隐形传态协议时，测量了接收端量子信息的质量。结果显示，即使在互联网流量繁忙时，量子信息也能成功传输。研究表明，量子隐形传态能够在地理上相距遥远的节点之间提供安全的量子连接，下一代量子网络和传统网络可以共享同一根光纤。接下来，研究人员打算扩展实验距离，并计划使用两对纠缠光子来演示纠缠交换，这是实现分布式量子应用的一个重要里程碑。（科技日报，Northwestern University）

　　· 古生物 ·

　　大数据定量分析揭示地球复杂生命早期演化奥秘

　　元古宙-寒武纪早期地球-生命系统的演化过程图片来源：中国科学院南京地质古生物研究所

　　复杂生物出现是生命演化史上重要的革新事件，意味着地球生物圈从以微生物为主的世界转入以动、植物大规模发育为特征的宏体复杂生命世界。距今25亿至5.39亿年的元古宙见证了单细胞真核生物起源、简单多细胞化以及复杂多细胞生物初步辐射的演化历程。长期以来，关于上述演化历程的认知，缺乏大数据层面的定量研究。12月20日，中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队与南京大学、美国弗吉尼亚理工大学、香港大学等单位的科研人员合作，在《科学》（Science）上发表了关于元古宙复杂生物早期演化的重要成果。

　　联合团队在长期对早期生命化石及其产出地层开展研究的基础上，创建了目前全球数据最全、信息量最大的早期地球古生物地层数据库，创新性地结合超算和人工智能等大数据分析手段，首次绘制出地球距今20亿至5亿年前元古宙至寒武纪早期的真核生物多样性曲线。数据库覆盖单细胞真核生物化石、多细胞或多核体藻类化石、动物实体化石与遗迹化石等类型，收录了2731种化石的12820条首现记录与末现记录以及相关地层的数据。研究定量展示了跨度长达15亿年的高精度复杂生命早期演化历史，揭示了地球上复杂生命是如何经历元古宙中期漫长的早期演化历程以及新元古代的多次大辐射和大灭绝事件后，最终为“寒武纪大爆发”期间现代类型的复杂生态系统的建立铺平道路。这一成果填补了早期地球真核生物多样性宏演化的空白，为剖析地球复杂生命起源和早期演化规律，探索地外生命是否存在以及宜居地球的可持续发展奠定了理论基础并提供了借鉴。（中国科学院南京地质古生物研究所）

　　撰写：王昱、不周