電子發(fā)燒友網(wǎng)最新前沿技術精彩賞析（二）

電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：一個優(yōu)秀的技術工程師不可能只是沉浸于一個狹小的技術領域中閉門造車，足夠優(yōu)秀的工程師總是能在工程設計中運用發(fā)散思維整合各種最新科技或前沿技術，打開創(chuàng)意產(chǎn)品設計之門，為通往優(yōu)秀工程師之路上積聚點滴技術精華而添磚加瓦。為供電子發(fā)燒友網(wǎng)工程師讀者參考之需，電子發(fā)燒友網(wǎng)整合了令人拍案叫絕的《電子發(fā)燒友網(wǎng)最新前沿技術精彩賞析》系列絕對新科技文章，本文為第二期，后期還將陸續(xù)推出其他相關系列，敬請留意。

1、MIT研發(fā)電源轉換效率達230%的LED技術

據(jù)美國媒體近日報導，美國麻省理工學院（MIT）的研究人員通過一種插座轉換設備使發(fā)光二極管（LED）能夠比其消耗的電功率釋放出更多光功率，電源轉換效率可達到100%以上。

LED發(fā)光原理是將電能轉換為光。目前，設計出既明亮又高效的LED燈的最大障礙之一，是增加LED燈的輸出功率反而導致其效率下降。而麻省理工學院的研究人員解釋說，他們的研究成果大大降低了外施的電壓。根據(jù)計算，當電壓減少到一半，輸入功率降低了4倍，而發(fā)出的光功率與電壓保持一致，也達到一半。換言之，當輸出功率下降時LED發(fā)光率卻在增加。

在實驗中，研究人員減少了LED的輸入功率，僅30皮瓦，而測量到輸出達69皮瓦的光量，效率高達230%。將相同的物理機制作用于任何LED，在外施電壓作用下，電子和空穴有一定的概率產(chǎn)生光子。研究人員并沒有像其他的研究一樣試圖增加這種概率，而是利用發(fā)生于設備里原子晶格的振動所散發(fā)的少量余熱產(chǎn)生更多電力。

這種利用余熱發(fā)光的過程可使LED稍微冷卻，其操作類似一個熱電冷卻器。雖然在室溫條件下，冷卻不足以提供實用性的溫度，但它有可能被用于設計不產(chǎn)生熱量的燈。當作為熱泵時，該設備可有助于固態(tài)冷卻應用程式，甚至是發(fā)電機設備。

理論上，這個低壓策略能夠在低電壓下產(chǎn)生任意高效的光子，研究人員希望該技術能提供一種新的測試節(jié)能極限電磁波通訊的方法。雖然在科學上這個方法很有趣，但其還不會立即促使超效率的LED商業(yè)化，因為示范項目僅能用很低的輸入功率產(chǎn)生少量的光。

2、機器人繪制大腦圖譜成功，類人腦計算機有望實現(xiàn)

機器人的存在使得人類基因組圖譜有望在12年內(nèi)完成繪制，但在機器人的協(xié)助下，由微軟聯(lián)合創(chuàng)始人Paul Allen贊助、上月底完成的大腦圖譜項目只花了四年時間。麻省理工學院和喬治亞理工學院的研究人員現(xiàn)在希望利用機器人繪制大腦組成表和線路圖，幫助 IBM這樣的公司研發(fā)未來的感知計算機。

佐治亞理工學院工程教授Craig Forest表示：“通過機器人實現(xiàn)腦內(nèi)活動自動測量以后，我們現(xiàn)在開始真正理解人腦的運作原理。想象一下，能夠模擬腦內(nèi)的任何細胞、記錄它的反應以決定每種神經(jīng)元的具體電子功能。再想象一下自動測量神經(jīng)元之間的交流，比如學習過程中丘腦和大腦皮層之間的交流，或者手從熱爐灶縮回時海馬體和皮層之間的交流?！?/p>

過去三十年間，大腦科學的進展一直受需要手動方法鎖定、記錄神經(jīng)元活動的限制。但新的機器人與智能計算機算法能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，根據(jù)電子屬性為神經(jīng)元分類。研究人員有望完成大腦必備器官及其內(nèi)聯(lián)方法的類目，并據(jù)此打造未來的類人腦計算機。

發(fā)展順利的佐治亞理工學院在讀博士Suhasa Kodandaramaiah在Forest的實驗室工作，與麻省理工教授Ed Boyden合作用機器臂在活體大腦里引導微管。該探測器以兩微米的步距接近、觸碰神經(jīng)元，測量電阻抗。

和幾乎每次都會在接觸中致使神經(jīng)元破裂的手動方法不同，機器人可以在傷害神經(jīng)元之前立刻停止。緊接著開始吸氣，然后將細小的電子探針插入、在動物依然存活時記錄下它的正常電子活動。記錄完成后，一組細胞基因構成樣本可以被取出以分析哪種基因當前正被激活。研究人員將在大腦各區(qū)域重復此流程，以期獲得大腦神經(jīng)器官列表，包括它們的電子屬性。接下來研究人員計劃采用多尖端探針讓機器人同時在多點測量電子活動，從而獲得大腦不同區(qū)域交互的接線圖。

MIT和佐治亞理工學院發(fā)明了一種機械探針（中間）。它被用來創(chuàng)建大腦器官列表和接線圖，以供芯片生產(chǎn)商模擬

Forest表示：“目前我們只在實驗室動物身上進行過實驗，但我們最終希望能將此技術用于人腦手術，以替代通過試錯判斷哪些神經(jīng)元受損、需要移除?！?/p>

研究人員希望能夠判斷多種大腦病變的電子跡象，比如帕金森綜合癥、自閉癥和癲癇。這不只是用來移除病變的神經(jīng)元，還要幫助發(fā)現(xiàn)能夠讓神經(jīng)元重歸正常的藥物。

研究人員還期望微芯片生產(chǎn)商能夠使用他們的大腦器官表和接線圖輔助類大腦的感知計算機項目，例如美國防務高級研究項目局（DARPA）的SyNAPSE（神經(jīng)形態(tài)自適應塑料規(guī)模可控電子系統(tǒng)）。

這兩所實驗室希望新型機械探針方法能夠用于AutoPatcher.org提供的自制設備，或者直接從Kodandaramaiah、Forest和Boyden成立的新公司Neuromatic Devices購買完整機器人解決方案。

項目研究資金來自美國國家衛(wèi)生研究所（NIH）、國家科學基金會（NSF）以及麻省理工媒體實驗室。項目的其他貢獻者還包括麻省理工在讀博士Giovanni Talei Franzesi以及麻省理工博士后Brian Chow。

3、MIT成功制造液態(tài)金屬電池，可產(chǎn)生可再生能源

據(jù)國外媒體報導，美國麻州理工大學（MIT）教授DonaldSadoway及其學生團隊，已經(jīng)成功地制造了液態(tài)金屬電池。在將來某一天，液態(tài)金屬電池將可以產(chǎn)生像太陽能這樣的可再生能源，并建造更可靠的電網(wǎng)。液態(tài)金屬電池的構造其實很簡單，兩邊為液態(tài)金屬電極，中間夾著熔鹽。

事實上，這一液態(tài)金屬電池是“借助現(xiàn)有材料，創(chuàng)建更廉價產(chǎn)品”項目的產(chǎn)物。DonaldSadoway帶領自己的學生團隊參與了這一項目，并決定研發(fā)一塊巨大的廉價電池。

“擁有一塊巨大的電池，我們就可以解決間歇性問題，以現(xiàn)煤、氣體和核所使用的方式，保護電網(wǎng)不受風、太陽的影響?！盌onaldSadoway在今年年初時曾解釋道。液態(tài)金屬電池的第一個原型還沒有鏡頭玻璃大，而最近的產(chǎn)品足有6英寸寬，電量存儲容量上升了200倍。更大的電池，其工作效率最終可能會使太陽能電池板和風力渦輪機上的能量存儲變得更容易。

據(jù)悉，Sadoway和他的學生DavidBradwell近日已經(jīng)成立了液態(tài)金屬電池公司（LiquidMetalBatteryCorp），也許不久后，我們就能在市場上看到了。

4、石墨烯再曝“神奇材料”特質(zhì)：可自我修復

石墨烯是曾給研究者帶來諾貝爾獎的熱門材料，它有著多種奇特性質(zhì)。英國一項最新研究又發(fā)現(xiàn)，這種“神奇材料”還具有自我修復的能力。

石墨烯是只有一層碳原子的世界上最薄的材料，英國曼徹斯特大學科學家諾沃肖洛夫和同事因為在世界上最早制成石墨烯而榮獲2010年諾貝爾物理學獎，有他參與的一個研究小組在新一期英國《納米通訊》雜志上報告了本次最新發(fā)現(xiàn)。

為進一步探索石墨烯在電學方面的特性，諾沃肖洛夫等人嘗試讓石墨烯薄層與金屬不斷接觸，這個過程在石墨烯薄層上造成了許多孔洞。研究人員用電子顯微鏡觀察這些孔洞發(fā)現(xiàn)，孔洞中可能會嵌入金屬原子，但如果孔洞周圍還存在額外的碳原子，這些碳原子會將金屬原子“趕”出來，自己嵌入孔洞之中，并與石墨烯薄層中原有的碳原子相連接，使整個石墨烯薄層修復如初。

研究人員認為，這一現(xiàn)象說明石墨烯具有良好的自我修復能力，這將可以提高石墨烯的應用價值，進一步拓寬這種“神奇材料”展示身手的舞臺。

5、“時間隱形斗篷”研發(fā)成功，40皮秒僅是開始

據(jù)英國每日郵報報道，在諸多科幻電影中曾出現(xiàn)時空穿越的故事，但現(xiàn)實生活中人們是無法穿越時間，讓時間消失。然而，美國科學家使用一種非常先進的高科技技術，能夠精確地做到這一點。

科學家現(xiàn)已研制出一種“暫時隱形”裝置可以從視野中隱藏物體的活動過程，演示中通過加速和減速光束的不同部分，可隱藏物體的活動過程40皮秒。光束的不同部分之后反饋在一起，因此任何觀測者不能探測到“隱藏時間段”所發(fā)生的事情。被隱藏的信息和活動過程不能被讀取或者重建。

科學家現(xiàn)研制一種“時間隱形斗篷”，能夠從視覺上隱藏事件活動過程?，F(xiàn)已示范通過加速和緩慢光束不同部分能夠隱藏40皮秒的時間

迄今為止，這項技術僅能隱藏40皮秒的短暫時間?；蛟S未來警察將無事可做，做惡的犯罪分子會巧妙地利用這項技術，將他們做案的過程從時間上隱藏消失。同時，這項技術還可應用于超級保密通信?？茖W家認為這項技術甚至能與近期改進的“光學隱形斗篷”結合在一起，從空間和時間上隱藏事物的活動過程。

美國紐約羅徹斯特大學的羅伯特-博伊德和施志敏（音譯）指出，這就好像一個裝置能夠悄無聲息地使一個物體處于隱形狀態(tài)，研究人員目前證實這個系統(tǒng)能夠在時間上將一個事件隱藏起來。由于空間和時間隱形斗篷能在不同物理尺度下（空間和時間）分別生效，沒有根本的原因使這兩項技術無法結合在一起，未來有望出現(xiàn)一個完全的空間-時間斗篷。

如圖，這是美國康乃爾大學提供的一張插圖，科學家現(xiàn)已證實一種新型隱形技術，能夠遮掩短暫時間內(nèi)發(fā)生的事件整體經(jīng)過

盡管如此，博伊德等研究人員現(xiàn)已證實首個單向暫時隱形裝置可投入多項應用，例如：增強光導纖維系統(tǒng)的安全通訊。未來可增大物體的隱形時間，從微秒等級提高至毫秒等級，并建造一種裝置能夠在不同方向入射光線下實現(xiàn)同步操作。

科學家通過加速和減慢光束的不同部分，能夠隱藏40皮秒的時間。從理論上進，在該時間空隙發(fā)生的任何事情都將隱形和無法探測，因此它并不存在于我們的時間感知能力。這項裝置可以用于超級保密通信，或者在科幻情節(jié)中，甚至能夠與光學隱形裝置結合起來，在空間和時間內(nèi)實現(xiàn)隱形。

這種隱形效應可通過使用分裂時間透鏡，將光線分為較慢和較快“部分”，從而建立一個較小的時間間隙。不同于其他隱形裝置的折射物體周圍光線原理，這種時間隱形裝置是使用特殊透鏡壓縮穿過光纜的光線，從而使光線分成加速部分和減緩部分。這一過程使光線分離，而另一個透鏡則將分離的光線部分再次結合在一起，最終結果是光纜末端的光線未被改變，意味著兩個透鏡之間的空間并未發(fā)生任何事情。美國康乃爾大學莫蒂-弗雷德曼教授和同事稱，從觀測者角度，探測光束中隱藏著一個“時間洞”。他們指出，這項基于加速探測光束前端部分和減緩探測光束后端部分的實驗，將建立一個在事件活動過程中充分受控的時間間隙，這個探測光束在實驗中并未出現(xiàn)任何形式的改變。

之后這個探測光束通過逆向彌散控制存儲在它的原始形態(tài)中，總的來講，我們完成了第一個暫時隱形時間斗篷實驗，在時間域中成功地隱藏了一個探測光束的活動過程。我們的實驗結果表明現(xiàn)將向獲得一種復雜時間和空間隱形斗篷邁出重要的一步，科學家現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)通過扭曲電磁場和操控一定空間體積周圍光線，來實現(xiàn)制造隱形斗篷的途徑，最終在空間內(nèi)的任何事物都將消失。

研究人員使用叫做光電調(diào)幅器的兩個透鏡建造這個時間隱形裝置，他們發(fā)送一束光線穿過透鏡，第一個透鏡壓縮光線，第二個透鏡解壓光線，從而在時間域上產(chǎn)生一個短暫的間隙或者洞，從時間上這個短暫間隙并未記錄任何事件。對于人類肉眼，來自第二個時間透鏡的光線處于不間斷狀態(tài)，就好像未被扭曲變形。

從本質(zhì)上，當光線穿過兩個透鏡時，透鏡之間將存在著一個空間-時間空隙，能夠遮掩這一短暫時間內(nèi)發(fā)生的事件。如果編碼信息能夠隱藏在這個時間間隙，則很難被解碼，從而形成非常安全的保密通信信號。

另一方面，如果像這樣的隱藏時間間隙能夠脈沖式開啟和關閉，則可以用于攔截未被記錄的信號數(shù)據(jù)。研究人員在《自然》雜志撰文指出，未來此項技術有望突破隱形40皮秒的時間，或許未來這種時間隱形斗篷能夠隱藏任何事物的活動過程。

6、英國新型鋰電池儲能效率達95%，大幅降低光伏系統(tǒng)成本

英國南安普敦大學（University of Southampton）和REAPsystems合作研究發(fā)現(xiàn)了一種新型鋰電池，作為光伏系統(tǒng)的儲能裝置，儲能效率可提高至95%，可大幅度降低太陽能發(fā)電成本。

目前的大部分光伏系統(tǒng)還采用鉛酸電池作為儲能裝置，但相比而言，磷酸鋰鐵電池替換能充分發(fā)揮其優(yōu)勢，包括提高儲能效率，延長使用壽命，降低單位成本等等。該 類型鋰電池用作儲能裝置，可把能源效率提高至95%，遠超過傳統(tǒng)鉛酸電池的80%，并且擁有1600次充放電使用壽命。

該項目由REAPsystems贊助，由MSc可持續(xù)能源技術院的學生岳武（Y***和他的主管Carlos Ponce de Leon博士，Tom Markvart教授，John Low博士領導。該項目特地研究使用鋰電池作為光伏系統(tǒng)的儲能裝置。

學生岳武說，“鉛酸電池是傳統(tǒng)用于大多數(shù)光伏系統(tǒng)的儲能裝置。然而，作為儲能裝置，鋰電池，特別是我們使用的LiFePO4電池，擁有更有利的特點?！?/p>

這些數(shù)據(jù)的收集，需要連接磷酸鋰鐵電池（lithium iron phosphate battery）和光伏系統(tǒng)，光伏系統(tǒng)安裝在大學的建筑物上，使用由REAPsystems提供的特別設計的電池管理系統(tǒng)。

岳補充說，“研究表明，這種鋰電池有95％的能源效率，而目前常用的鉛酸電池，只有80％左右。而鋰電池的重量較輕，且有比鉛酸電池更長的使用壽命。充放電次數(shù)能達到1600個周期，這意味著他們不需要經(jīng)常更換?！?/p>

雖然在投入商業(yè)光伏發(fā)電系統(tǒng)之前，電池還需要進一步的測試。但研究已經(jīng)表明，LiFePO4電池有望提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率，并有助于降低其安裝和保養(yǎng)費用。Carlos Ponce de Leon博士和John Low 博士正計劃和一群新的學生做進一步項目研究。

REAPsystems 的創(chuàng)始人和南安普敦大學的前研究員Dennis Doerffel博士說：“對于各種能源（可再生或不可再生），儲能裝置，如電池，在能源利用方面起著重要作用，與傳統(tǒng)的鉛酸電池相比，LiFePO4電 池具有更高的效率，更長的使用壽命，重量更輕，成本更小。我們有望能看到這種電池被廣泛用于光伏系統(tǒng)用，以及其他可再生能源系統(tǒng)。”

7、微軟人機交互模式顛覆出世，Kinect將具備讀唇“神功”（圖）

導語：科技網(wǎng)站TechCrunch 2月6日發(fā)表評論文章指出，微軟正在開發(fā)顛覆性的人機交互模式，希望通過自然用戶交互模式來幫助電子產(chǎn)品識別人類用戶的各種動作表情，徹底改變傳統(tǒng)的電腦輸入輸出模式。

微軟正努力將Kinect融入PC

以下為文章全文：

在西雅圖的某個地方，微軟研究實驗室部門正投入一項創(chuàng)新研發(fā)中，希望徹底重塑人機互動方式。雖然該研究還未公開，研究僅停留在原型形式階段，但該項工作毫無疑問正在大力推進過程中。

上周有消息顯示微軟正致力于將Kinect植入筆記本電腦上，之后還有可能引入到平板和手機中。此舉不僅僅是讓產(chǎn)品可以提高游戲體驗，還使電子產(chǎn)品具有下一代的識別特性。 iPhone 開創(chuàng)了觸摸式智能機的新時代，而微軟正致力于開辟下一個新時代，那就是產(chǎn)品能夠全方位感知用戶的時代。

作為人類的一個個體，你如何體驗周圍的世界呢？通常是通過觀察和聽覺，還可以通過觸覺、味覺、嗅覺感知環(huán)境。但目前的產(chǎn)品卻被嚴重限制在極其有限的觸覺識別性能中，它們?yōu)槭裁床荒芫哂腥祟愐粯拥淖R別性能呢？

這方面實際上有一個不錯的理由，那就是電腦不需要像人類，因為電腦不是人類。多年來人們都是這樣認為的。數(shù)十年來，電腦的主要作用即是安靜地擺放在那里，從事人類無法完成的計算工作，與一部電腦展開的互動完全僅限于輸入和輸出。

但是手機、觸摸屏和筆記本電腦的出現(xiàn)使人類開始改變對電腦的看法，電腦變得更人性化、交互式更強、更強調(diào)雙向交流?？萍嫉拇嬖谑闺娮赢a(chǎn)品變得更像人類。

交互顛覆

這與微軟的想法不謀而合。盡管在科技發(fā)燒友心目中，微軟只是一家平庸的大型科技公司，憑借1990年代末、21世紀初的PC大發(fā)展一躍而起，但是微軟的研發(fā)部門卻是世界一流的，一直致力于創(chuàng)新思想的構建及創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)。但要將創(chuàng)新思想轉變成適應微軟生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品并非易事，即使這不難，微軟也不具備這樣的天賦。

而致力于自然用戶交互（NUI）方面的研發(fā)前景更廣闊。人們通過游戲接受這種概念：Wii開創(chuàng)了這種模式，而 Kinect 將這種模式引入了家庭。雖然這種模式在應用中反應不太靈敏，音控表現(xiàn)欠佳，人們只是對能與內(nèi)容和產(chǎn)品進行互動的新方式感到好奇。多年來，人們總是對互動興趣不減，在互動實現(xiàn)方面做出了各種嘗試，通常以科幻電影和電視的方式。

因此，人們需要互動，而微軟想要實現(xiàn)創(chuàng)新的互動，微軟也掌握著技術。收購Kinect知識產(chǎn)權是極其聰明的舉動，可能比微軟想到的更聰明。Wii先是創(chuàng)造了這個新的市場，隨后這種模式迅速發(fā)展成為一種與電腦交互的全新形式，一種使微軟在將來顯得與眾不同的新方式。

讀唇“神功”

據(jù)報道，新型Kinect及深度紅外傳感器能讀唇語。乍一聽起來這種想法有些愚蠢，但為什么想到開發(fā)這種模式呢？也許是因為讓電子產(chǎn)品在整個房間或在嘈雜的環(huán)境中都能更好地識讀用戶指令，這樣用戶不必關掉音樂也可在電視或平板電腦上搜索信息和瀏覽網(wǎng)頁。

這足以看出，它只是產(chǎn)品所具有的整體感官系統(tǒng)的一部分。這些新型設備將具備面部及語音識別功能，因此設備只接受用戶本人口述的密碼輸入，而不會接受其他人的密碼口述。他們能在擁擠的人群中或嘈雜的環(huán)境中識別出用戶，并能感知用戶何時下達指令，因為他們能識別用戶的眼神交流或唇語。這聽起來似乎荒謬至極，但卻是一種完全自然的方式。

這種模式的另一個特性是3D桌面，支持用戶用手抓取文件并隨意放置。這個功能以前曾試驗過。當然，Windows 8正在研發(fā)二維顯示性能，因此3D更可能是一項研究項目，但仍具有趣味性。試想你可能做的基本姿勢。其中描述的一個姿勢是拉開抽屜。在富有活力的文件和文件夾桌面中，下列哪種模式更加自然呢：是手掌向上展示任務列表，還是手指沿逆時針方向是取消操作，而順時針則是下達重做指令？

用戶體驗反映了用戶需求及設備能力。數(shù)年來，人們滿足于用手指觸摸玻璃屏幕發(fā)送電子信號的性能，主要是因為電容式屏幕性能好且便宜，沒有人希望在手機里插入鼠標進行操作。但是，與新移動產(chǎn)品及信息交互的方式很多。很快，玻璃觸摸屏將與命令行界面一樣離我們越來越遠。

然而，一些人無疑會想，目前一些命令行界面仍在使用。當然，鼠標與鍵盤便于提高生產(chǎn)率，筆和紙更利于于勾畫想法，耳機便于在公共場所聽音樂。雖然此類應用不計其數(shù)，但需要認識到的是，一種模式可能需要讓路給新模式，或干脆就是這種模式已不再適用。

微軟正在此方向努力研發(fā)，而蘋果很可能并沒有袖手旁觀，只不過是沒有公開相關信息而已。這次，蘋果在這方面似乎錯失了先機。微軟在NUI領域搶先起步，至少兩年來已經(jīng)收購并研發(fā)了深度的個人傳感器產(chǎn)品。雖然蘋果在這方面完全有能力加大投入，但無疑微軟已經(jīng)發(fā)覺了這個先機，并將盡力維持這種先發(fā)優(yōu)勢。

8、RIM燃料電池專利可望突破移動設備續(xù)航能力瓶頸

雖然RIM最近少有新的產(chǎn)品推出，但是遠在滑鐵盧的RIM工程師們并沒有停下手中的工作。最近在美國專利局又通過了一項RIM申請的專利，內(nèi)容就是燃料電池。該技術試圖將燃料電池引入移動設備，來幫助設備在續(xù)航方面有所改善和突破。

電池放置的位置位于鍵盤與主板之間。專利說明原文如下：

A mobile device having： a keyboard; a printed circuit board having at least one contact responsive to the keyboard; and a fuel cell assembly having： a fuel cell located between the keyboard and the printed circuit board， the fuel cell having a membrane and at least one aperture corresponding with the at least one contact; a tank adapted to store a fuel for the fuel cell; and piping connecting the tank with the fuel cell， where the fuel cell ventilates through the keyboard. Alternatively， the fuel cell acts as the printed circuit board and at least one contact for the keyboard is printed onto the fuel cell.

據(jù)了解，燃料電池和鋰離子（聚合物）電池的區(qū)別是，前者將化學能轉為電能，需要補充反應物。

燃料電池（FuelCell）是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學能直接轉化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。簡單地說就是利用化學反應電荷轉移發(fā)電。這樣應該就能解決容量問題，但問題是反應物的填充，就像需要加油站作支持一樣，好處就是，用完補充就可以了。不用等待充電。

9、22納米Ivy Bridge處理器芯片拆解分析

研究機構UBM TechInsights已著手進行英特爾最新一代處理器Ivy Bridge的拆解分析；該款芯片是英特爾首款采用22納米工藝以及3D晶體管技術的產(chǎn)品，尚未正式上市。有一些媒體猜測，英特爾可能最快會在4月29日發(fā)表該款產(chǎn)品，也有傳言指出，該芯片的上市時程可能會延遲至7月。

一位英特爾發(fā)言人表示，Ivy Bridge處理器“很快”就會正式發(fā)表，他補充：“我們從去年底開始就已經(jīng)進行該芯片的生產(chǎn)?！彼囊馑紤撌侵冈撔酒瑯颖?，而UBM TechInsights已經(jīng)取得了一顆在馬來西亞封裝，標記為3.3GHz Core i5-3550的Ivy Bridge處理器芯片，其裸晶面積尺寸為170mm2，小于目前Sandy Bridge i7 2600K處理器的208mm2。

在初步測試中，UBM TechInsights發(fā)現(xiàn)該處理器芯片內(nèi)含柵極間距（gate pitch）為90納米的嵌入式SRAM陣列，還發(fā)現(xiàn)柵極長度為22納米的邏輯區(qū)塊。半導體產(chǎn)業(yè)界大多認為，下一個重要工藝節(jié)點是28納米；包括 Altera與Xilinx都已經(jīng)推出28納米工藝FPGA，AMD與高通（Qualcomm）也正在委托GlobalFoundries 、臺積電等晶圓代工廠生產(chǎn)28納米芯片。

英特爾的獨特22納米工藝技術是采用了又稱為FinFET的3D晶體管，該種技術號稱可降低漏電──這也是目前尖端工藝芯片最大的問題。其他芯片廠商也表示，他們將在次20納米工藝采用類似的技術。

UBM TechInsights將于5月分兩階段公布對Ivy Bridge芯片的拆解報告，第一階段將包含詳細的邏輯架構分析，包括該芯片的制程技術、嵌入式存儲器、邏輯柵與I/O晶體管，并有高分辨率的芯片內(nèi)部圖像；第二階段的報告則將分析該款處理器的晶體管特性，包括其NMOS、PMOS晶體管的DC電氣特性分析、柵極數(shù)據(jù)與溝道泄漏電流。

此外該報告還將顯示在三個溫度階層的處理器性能測試結果；分析師將采用掃描與隧穿電子顯微鏡、擴展電阻測試（Spreading Resistance Profiling）以及X光等技術。以下先披露報告中的幾張精彩圖片：

　
圖為Ivy Bridge的隧穿電子顯微鏡斷面圖，可看到內(nèi)部的3D晶體管

較上方的圖片是Ivy Bridge的裸晶，下方則是Sandy Bridge i7 2600K

10、實驗證明中微子超光速？愛因斯坦時代將會結束（圖）

李淼是中國科學院理論物理研究所的研究員， 曾任中國***大學和中國科學技術大學客座教授。他主要研究量子場論、超弦理論以及宇宙學， 最近致力于研究超弦中的黑洞物理、超弦宇宙學以及暗能量。

如果OPERA 實驗的結果得到其他實驗的驗證，相對論，這個已經(jīng)被檢驗了無數(shù)次的物理學基礎之一將被動搖，后果和影響將是巨大的。

撰文李淼

2011 年9月22 日下午，意大利格蘭· 薩索國家實驗室的 OPERA（Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparaturs 的縮寫）項目組宣布，他們探測到的中微子速度超過了光速，同時將一篇學術論文發(fā)布在著名學術論文網(wǎng)站arXiv 上。

意大利格蘭薩索國家實驗室底下的中微子探測器。

在文章中，項目組謹慎地表示，他們反復檢查了所有可能出現(xiàn)的誤差，但還是解釋不了中微子為何會比預計時間早到了約60 納秒（中微子是從歐洲核子研究所發(fā)出，目的地是意大利格蘭· 薩索國家實驗室，兩地相距約730 千米。通常來說，中微子應該和光同時到達），因此只得將測量結果公之于眾，希望整個物理學界幫助他們找出可能出現(xiàn)的錯誤。

一納秒是十億分之一秒，光速約為每秒30 萬千米。一納秒內(nèi)，光可以前進30 厘米，由于中微子速度和光速差不多，因此中微子在60 納秒內(nèi)比光多跑了18 米，說明中微子的速度比光速快了四萬分之一倍。這個相對增速并不大，但恰好在OPERA 實驗可以探測到的范圍內(nèi)。如果將數(shù)據(jù)統(tǒng)計和實驗儀器的不確定性加起來，OPERA 實驗的誤差在10 納秒左右，所以60 納秒這個數(shù)字，絕不能簡單地用誤差來解釋。

如果該結果得到驗證，相對論，這個已被檢驗了無數(shù)次的物理學基礎理論將被動搖，后果和影響將是巨大的。所以，物理學家在采取謹慎態(tài)度對待這個實驗結果的同時，還懷著強烈的期待——不論這期待是什么。

不可思議的實驗

我們來回顧一下OPERA 實驗的過程。首先，歐洲核子研究所的超級質(zhì)子同步加速器產(chǎn)生出4 000 億電子伏的質(zhì)子流。這些質(zhì)子經(jīng)過一段管道后，擊中一塊長為兩米的石墨，產(chǎn)生κ介子和π介子，這些介子繼續(xù)前行一千米，在此過程中衰變成μ子和μ子型中微子。接著，所有這些粒子與一個鐵－石墨靶碰撞，除了中微子外，其他粒子都會被阻擋。

由于中微子能穿過任何物體，因此它們直接飛往格蘭· 薩索國家實驗室。同時，研究人員會測量μ子的數(shù)量，所得結果將和格蘭· 薩索實驗室測量到的中微子數(shù)相比較。中微子從歐洲核子研究所到格蘭· 薩索實驗室的旅行都是在地殼中進行，距離是732 千米。這個距離是用全球定位系統(tǒng)（GPS ）來測量的，兩地時鐘也是通過這個系統(tǒng)來校準。OPERA 項目組稱，距離的測量誤差不會超過20 厘米，時鐘的誤差也不超過10 納秒。通過長達半年的數(shù)據(jù)分析，項目組終于宣布了驚人的初步結果。

把初步結果公布在arXiv 上之后，OPERA 項目組又要求歐 洲核子研究所提供新的質(zhì)子流，因為此前的質(zhì)子流太長，這會引起不必要的誤差。新的質(zhì)子流不到一米長，相當于光速運行 3納秒的距離，遠短于60 納秒，這就排除了最可能出現(xiàn)的誤差。進行了半個月的重復實驗后，研究人員探測到20 個中微子，結果中微子的到達時間仍提前了62.1 納秒。同時，不同的研究人員還重新分析了此前的數(shù)據(jù)，得到的結果是，中微子的到達時間平均提前了57.8 納秒，這與重復實驗的結果是吻合的。經(jīng)過近兩個月的細心檢查和重復實驗，OPERA 項目組把9月23 日的那篇文章加長了10 頁后，終于正式向?qū)W術期刊投稿了。

質(zhì)疑

盡管經(jīng)過長時間的數(shù)據(jù)分析和重復實驗，OPERA 項目組自認已經(jīng)排除了所有可能出現(xiàn)的誤差，但在學術界，大多數(shù)科學家仍對OPERA 實驗持懷疑態(tài)度。要判斷這個結果到底有多大可信度，我們首先要考慮它是否與以前的高能物理實驗相矛盾。

在此之前，科學家就做過與中微子速度相關的實驗。比如，美國費米實驗室就曾做過這類實驗，給能量在300 億到2 000 億電子伏之間的中微子定一個速度范圍——不論低于還是超過光速，它們與光速的速度偏差都不應該超過兩萬五千分之一（也就是說，這是誤差允許的范圍）。這個范圍與OPERA 實驗并不矛盾，因為在該實驗中，中微子的速度只超過光速四萬分之一。不過在2007 年，費米實驗室的一個研究組在實驗中發(fā)現(xiàn)，30 億電子伏的中微子的速度似乎比光速快了兩萬分之一倍，明顯超出上述速度范圍，但在當時，這個結果沒有引起物理學界的重視，主要原因是誤差太大，實際結果可能低于光速。

看上去直接與OPERA 實驗相矛盾的，是在1987 年針對一顆超新星的觀測實驗。這顆超新星被命名為1987A ，當時，科學家觀測到這顆距離我們近17 萬光年的超新星的同時，也觀測到了大約20 個中微子。比較光子和中微子到達地球的時間，研究人員得出的中微子的速度范圍是，與光速的偏差不會超過五億分之一，這遠小于四萬分之一，因此與意大利實驗相矛盾。但是，該觀測實驗卻與OPERA 實驗有幾個不同之處：第一，超新星輻射出的中微子中，絕大多數(shù)是反電子型中微子；第二，地球上探測到的中微子的能量只有1 000 萬電子伏，遠遠小于 OPERA 實驗探測到的中微子能量——后者的能量范圍是140 億到400 億電子伏；最后，超新星發(fā)出的中微子絕大多數(shù)是在太空中旅行，而OPERA 的中微子則是在地殼中前行。因此，超新星觀測實驗與OPERA 實驗的結果是否真的矛盾，還值得商榷。

在網(wǎng)上，9月23 日的那篇論文已經(jīng)被引用160 多次，而引用該論文的文章，半數(shù)以上都是研究超光速中微子相關問題的。這些文章中，多數(shù)是用不同的理論來解釋中微子的超光速現(xiàn)象，少數(shù)是質(zhì)疑這個實驗結果的。而在眾多質(zhì)疑的文章中，美國科學家安德魯· 科恩（Andrew Cohen ）和1979 年諾貝爾物理學獎得主謝爾頓·格拉肖（Sheldon Glashow ）的文章最引人注意（參見本期前沿掃描《超光速中微子》）。他們指出，根據(jù)弱相互作用理論，如果中微子的速度超過真空光速，中微子會輻射電子和正電子，損失能量。不論歐洲核子研究所發(fā)出的中微子起始能量有多大，到達格蘭· 薩索的中微子的能量都不能超過125 億電子伏，這顯然與OPERA 的測量結果相矛盾。當然，在科恩和格拉肖的計算中，他們假設了中微子的能量與速度存在依賴關系，很多人認為，如果改變能量與速度的依賴關系，中微子也許就不會損失能量。但我們的計算發(fā)現(xiàn)，不論如何改變這種的依賴關系，中微子都不可避免地會損失很多能量。

為了規(guī)避“科恩－格拉肖問題”，有些極端的理論物理學家提出，超光速中微子如果發(fā)生弱相互作用，能量不再嚴格守恒，取而代之的是一種新的能量守恒定律。在這種新的守恒定律中，中微子的能量要乘以一個“破壞因子”，這樣就徹底規(guī)避了“科恩－格拉肖問題”。這種觀點看上去很有吸引力。

當然，更多的物理學家選擇無視OPERA 實驗的結果，例如 1979 年諾貝爾物理學獎得主史蒂文·溫伯格（Steven Weinberg）說： “這個實驗令人印象深刻，但更多的粒子并沒有超光速，而涉及中微子的實驗通常又極端困難。就像有人說，在花園深處有一些小仙女，但我們只能在漆黑和有濃霧的夜晚才能看到?！?/p>

我也在很多場合談論過中微子超光速現(xiàn)象，但我也一直表示，這個結果正確的可能性并不高，即使OPERA 項目組做了重復實驗后，我也沒有徹底改變我的態(tài)度。因為如果這個不可思議的結果被證實，將會給物理學界帶來一場“大地震”。

修改相對論？

很多人都知道，愛因斯坦相對論，特別是狹義相對論，是建立在光速不變基礎上的。不論我們以什么速度勻速運動，我們測得的光速總是一樣。另外，無論光源相對我們做什么運動，我們測得的光速也是一樣。測量光速是否變化的一個著名實驗是邁克爾遜－莫雷實驗。這個實驗很簡單，讓光從一個光源發(fā)出，經(jīng)過兩個不同路徑后，到達同一個地方，然后發(fā)生干涉。

如果光速與方向有關，并與我們的運動速度有關，那么當我們轉動邁克爾遜干涉儀，就會看到干涉條紋的移動，或當我們運動起來，也會看到干涉條紋的移動。我們知道，地球相對太陽運動，運動速度大約是每秒30 千米，所以冬季和夏季地球有一個每秒60 千米的相對運動速度。但在實驗中，科學家并沒有發(fā)現(xiàn)這個相對運動速度，也就是說光速與地球的運動無關。

19 世紀末，邁克爾遜和莫雷所做的實驗得出了光速變化的范圍：不會超出每秒8千米，與30 萬千米相比，不到三萬分之一。到了本世紀，光速的精確度已經(jīng)達到10 -17 ?，F(xiàn)在，光速已成為一個標準，被定義為每秒299 792 458 米。又由于*原子鐘非常精準，一天的誤差也不會超過一納秒，因而我們可以用光速和時間來定義距離。在OPERA 實驗中，歐洲核子研究所到意大利格蘭·薩索實驗室的距離，就是通過全球定位系統(tǒng)利用光速來測量的。

因此，愛因斯坦并沒有錯，至少，光速是不變的。那么我們就會問，不是說在相對論中，光速是一個不可超越的極限嗎？回答這個問題并不容易。原則上，相對論并沒有排除超越光速的可能。超光速的粒子通常被稱為快子，相對論告訴我們，快子的行為很古怪，速度越高，能量越低。這種古怪特性加上量子力學，使得人們認為快子不可能存在，因為量子力學允許快子不斷地輻射能量，在快子輻射能量之后，它的速度反而加快了。這個現(xiàn)象與不穩(wěn)定性有關，也就是說，如果存在快子，那么快子會使我們生活的空間很快發(fā)生爆炸。

在OPERA 實驗中，超光速中微子并不簡單地意味著它們就是快子。事實上，項目組在4個不同的能量水平上測量了中微子的速度，結果發(fā)現(xiàn)中微子的速度是不變的，也就是說，在140 億到400 億電子伏這個能量范圍，中微子都超光速，而且超出的部分都大約為光速的四萬分之一?？熳拥哪芰亢退俣鹊年P系肯定不是這樣的。另外，1987A 超新星的中微子能量更低，速度也更低，這也和快子的行為矛盾。

那么我們能得出什么結論？因為快子是相對論允許的，而中微子不是快子，所以，盡管我們肯定光速不變，但相對論還是錯了；所以，如果一年后新的實驗驗證了OPERA 實驗的結果，我們可以肯定地說，相對論必須修改！

OPERA 實驗的另一個結果也非常奇特。過去三年中，研究人員在不同的季節(jié)統(tǒng)計了中微子速度，速度也與季節(jié)無關。也就是說，中微子速度雖然超出光速，但和光速類似，它與季節(jié)也就是與地球的運動無關。如果我們假定，一個理論中存在兩個不變的速度，這個理論中的時空將是特別怪異的。例如，我們可以利用光速不變定義距離，也可以用中微子速度不變定義距離，但在不同的參照系中，這樣定義出來的距離并不一致！這個例子說明，長度的定義不絕對。而比長度定義不絕對更令人驚駭?shù)氖?，事件這個概念也不絕對了。

總之，中微子超光速的結論很可能經(jīng)不起其他實驗的檢驗，但是，萬一通過了檢驗，我們的時空觀就將徹底改寫，物理學的基礎理論之一粒子物理也將改寫。甚至，愛因斯坦的另一個著名理論——萬有引力的時空彎曲理論同樣會改寫。