作者:未玖 来源: 中国科学报 发布时间:2021-1-25
选择字号:
自然要览

 

具有稳定记忆的可重编程机械超材料

超材料被设计为通过其底层结构布局的几何排列来实现奇异的物理特性。传统的机械超材料通过晶胞优化实现目标泊松比或形状变换等功能,往往具有空间异质性。这些功能以一种无法更改的方式被编程到超材料的布局中。

尽管最新研究已产生了在制造后调整这些特性的方法,但它们尚未表现出诸如硬盘驱动器的机械可重编程性,即其中每个单元可以根据需要实时写入或读取。

研究组通过使用可平铺的机械超材料的设计框架克服了这一挑战,该材料在晶胞水平上具有稳定的内存。研究组的设计包括一组物理二进制阵列(m位),类似于数字位,并清楚地描述了写入和读取阶段。

利用磁驱动在双稳态壳的平衡点之间移动,每个m位可在两个稳定状态(充当内存)之间独立可逆地切换。在变形情况下,每种状态都与一种明显不同的机械响应相关联,这种机械响应是完全弹性的,能够可逆地循环,直到系统被重新编程。

一组二进制指令编码到平铺阵列上会产生明显不同的机械性能;具体来说,刚度和强度可在一个数量级范围内变化。研究组期望在这种设计范式中,机械性能的稳定记忆和按需可重编程性将促进高级形式机械超材料的发展。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-020-03123-5

蓝色喷流进入平流层的观测研究

蓝色喷流是一种类似闪电的大气放电,持续几百毫秒,当它们传播到平流层时,会由扇形变成圆锥体。蓝色喷流被认为是云层上部带正电荷的区域与云层边界和上方空气中的负电荷层间发生的电击穿。

当向上传播时,击穿形成一个过渡到拖尾的先导。然而,先导的属性以及它在云层上方延伸的高度,并没有被很好描述。云顶上的蓝色毫秒闪光以前被认为与窄双极事件有关,在宽频带电场记录中是10~30微秒的脉冲,伴随着短(推断)信道长度(小于1公里)放电产生的3~300兆赫的强辐射爆发。

研究组报道了来自国际空间站的光谱测量数据,它提供了10微秒时间分辨率的雷暴云的无障碍视图。研究组观察到5次强烈、大约10微秒的蓝色闪光。一道闪光就向平流层顶(平流层和电离层之间的界面)发射一束脉冲蓝色喷流。

观测到的闪光伴随着电离层中的“淘气精灵”。红色光谱带中闪电先导的发射微弱且局部化,表明闪电和喷流是流光电离波,其起源处的先导元素较短且局部化。研究组提出微秒闪光与无线电波中观察到的负窄双极事件是光学等效的。众所周知,这些物质在云层和地面间引发闪电,但在平流层中引发蓝色闪电。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-020-03122-6

热带降水对当地海表温度的高度敏感性

降水和大气环流是热带海洋表面温度驱动全球天气和气候的耦合过程。降水观测的不确定性和对浅层环流的有限观测,进一步阻碍了人们理解海洋对天气和气候的影响。

虽然经过了几十年的研究,但许多数值模型模拟仍然存在持续偏差,包括热带雨带过宽、“双热带辐合带问题”和对厄尔尼诺—南方涛动的响应过弱。这些偏差彰显了人们在理解上的差距,降低了准确预测的信心。

研究组利用观测结果表明,季节性热带降水对当地海表温度有高度敏感性。最好的观测估计是,每千克饱和比湿度(海表温度的函数)每变化一克,降水量就发生80%的变化。观测到的敏感性高于所研究的47个气候模型中的43个,并且与强烈的浅层环流有关。具有更真实(接近80%)敏感性的模型在各种指标上的偏差更小。

研究结果既适用于时间变化也适用于空间变化,且适用于气候降水每天大约一毫米或更多的地区。研究组对多个独立观测、物理约束和模型数据的分析支持了这些发现。模式行为的传播与浅层对流的差异有关,从而为加速研究提供了关键,即通过几十年的气候预测来改进季节性预测。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2887-3

(未玖编译)

《中国科学报》 (2021-01-25 第2版 国际)
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
库尔勒香梨授粉用上无人机 人工智能破解癌症和阿尔茨海默氏症语言
标准模型被打破了吗 肿瘤细胞不爱糖
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文