DFT:本周物理「1」——物理學界重磅？可惜室溫超導的反響平淡

01目錄：

室溫超導

對學術不端行為的指控越來越多

分子軌道電子源

早餐麥片和泡泡淚獎

四壁有利，兩壁對受限細胞不利

密度泛函模型令人興奮

分析引力波天空

城市的公路幾何形狀如何演變

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02室溫超導的反響平淡

March9,2023?Physics16,39

一個研究小組表示，他們已經造出一種材料，可以在接近環境的條件下實現超導。這是我們之前經常聽到的一個世界性的課題，也是一個難題，甚至之前就有一篇Nature被退稿過。

直徑大約為1mm的氫化镥樣品

研究人員稱當摻入氮氣時，這種材料可以在室溫和接近環境壓力下實現超導。

“周二，當RangaDias在一次演講中宣布他的團隊已經制造出室溫超導體時，沒有人說一句話。”

盡管這是一項世界級的突破，但是在Dias做了演講之后，人們并沒有歡呼雀躍，相反只是問了一些技術性的問題。觀眾所表現出的猶豫不決讓超導體是否真正被造出的問題更加撲朔迷離。

據悉，2020年Dias的團隊在Nature中發表的文章就被指控學術不端而被撤回。盡管Dias的研究生HiranyaPasan稱已經成功重現2020年的結果，但學界仍對其保持懷疑態度，因為迄今為止無人能夠重復Dias的結果。

可見許多營銷號將“超導體已經被造出”的結論吹上天是錯誤的、不切實際的。只有當真正有其他團隊能夠重復出Dias的結果時才能證明其真實性，部分學者就不看好這次的“室溫超導”，認為“搞室溫超導的普遍浮躁”。

讓我們一起等待“超導”真相的到來。

ARK基金本周累計增持超20.5萬股Coinbase股票:10月2日消息，數據顯示，9月26日至今，ARK方舟基金累計增持205079股Coinbase股票(COIN)，價值1323萬美元。截止周五收盤，COIN收盤報64.49美元，日內上漲4.1%。[2022/10/2 18:37:28]

原論文參見文獻引用03對學術不端行為的指控越來越多

對！還是Dias。凝聚態物理學家RangaDias就曾被指控犯有學術不端行為，包括數據操縱和剽竊。

盡管我們知道Dias再次發表聲稱制造出了室溫超導體，但其學術不端的行為使人們對其的懷疑蓋過了他的新研究。

“如果紐約羅徹斯特大學的RangaDias和它的團隊觀察到室溫、近環境壓力超導性，他們的發現可能會躋身21實際最偉大的科學進步之列。”

超導體是一種能夠讓電子以零電阻傳播的材料。模型表明，在巨大壓力下氫氣可以轉變為一種金屬，這種金屬能夠在數百開爾文的溫度下實現超導。包括Dias和其哈佛博士后導師IsaacSilvera在內的機組研究人員聲稱已經在實驗室中制造出了金屬氫。15年德國一個團隊報告了硫化氫在203K、155GPa下的超導性。四年后關于超導氫化鑭的報道緊隨其后，似乎第一個室溫超導體觸手可及。

2020年10月14日，Dias及其同事在Nature上宣布，他們發現含氫材料碳硫氫化物在287K、276GPa下具有超導性，但加州大學圣地亞哥分校的凝聚態理論家JorgeHirsch對此不以為然，甚至發現了Dias論文中磁化率數據的問題，而這個在低溫下斜率急劇上升的奇怪現象只是眾多問題中的第一個。同時Dias拒絕提供CSH數據文件，直到論文被撤后才公布了完整的磁化率測量數據集，但其仍然有問題。

如果說數據有可能是真的，那么論文剽竊就無法原諒。Hamlin發現Dias13年的論文與自己07年的博士論文中有相似段落，檢測結果令人大吃一驚。“PhysicsMagazine獨立比較了這兩篇論文，發現了數十個逐字匹配的段落和兩個具有驚人相似性的圖形。”

眾所周知學術不端行為是學界一直反對的行為，那是一種對他人學術成果的竊取和對學術的不負責任的行為，國內外皆有之，對于當代學者來說不論我們是否能夠寫出足夠“創新”的文章，也不要出現學術不端行為，為科研鋪墊一條康莊大道。

ARK基金本周共賣出近28萬股Coinbase股票:金色財經報道，ARK方舟基金持倉數據顯示，6月27日-6月30日，ARK基金共賣出278699股Coinbase股票（Coin）。[2022/7/1 1:44:57]

04分子軌道電子源

Author：AlirezaNojeh

March8,2023?Physics16,35

鎢針尖上單個C60分子的分子軌道可用于塑造電子的發射模式。

“最終的微型電子設備可能是以亞納米和亞飛秒精度操縱單個電子的設備。在過去的幾十年里，超快電子過程的控制取得了巨大進步，包括在真空納米電子學的背景下，電子通過真空從納米級發射器移動到目標電極。如今，日本科學技術廳的HirofumiYanagisawa及其同事通過使用單個分子的軌道來塑造其電子發射，朝著優化空間控制邁出了重要一步。該方法提供了構建高度可控電子發射器的前景，但也進一步加深了我們對分子軌道在固體電子結構中的作用的理解。”

“研究人員在鎢尖上創建了一層C60分子。在強電場下，單個C60分子從層中突出并發射電子，這些電子起源于下面的鎢庫。投射到熒光屏上，發射模式顯示結構——例如，一個點、一個環、一個十字或一個“雙葉”模式——密切反映了C60的未占據分子軌道的空間對稱性，電子通過他們的路線發射。研究人員根據密度泛函理論(DFT)計算重現了這些模式。”

相關“2006年通過納米級金屬尖端發射對飛秒電子脈沖進行嚴格空間控制的演示”、“源自分子結構和納米結構的電子發射模式包括對應于納米管和納米線尖端結構的圖案演化”的論文已列舉在后文。

05早餐麥片和泡泡淚獎

March13,2023?Physics16,37

第二屆年度“軟物質物理畫廊”在今年的APS三月會議上提供了香蕉、麥片、果醬和其他美食，作為充滿科學氣息的自助餐的一部分。

香蕉狀膠體(左)精細干燥沉淀物(右)

“如果我的早餐麥片是磁性的呢？”——丹尼爾·哈里斯在試圖理解自組織過程時，他和他的同事研究了磁力如何影響“Cheerios效應”。

巴克萊：美國通脹數據或處于“令人震驚”的高位，預計美聯儲本周將加息75個基點:6月13日消息，巴克萊銀行表示，美國通脹數據可能處于“令人震驚”的高位，這意味著他們目前預計美聯儲本周將加息75個基點，而不是50個基點。（金十）[2022/6/13 4:22:41]

"Cheerioseffect"指的是兩個浮在液體表面上的物體之間發生的相互吸引的力，導致它們最終聚集在一起的現象。這個現象被命名為Cheerios效應，是因為像Cheerios早餐麥片這樣的小物體在牛奶中聚集在一起，形成了類似于團塊的形狀。

布朗大學的DanielHarris及其同事展示了一種磁性技術，使他們能夠研究厘米大小的物體之間的毛細管吸引力，而無需將它們直接連接到測量傳感器。該團隊測量了兩個硬幣大小的3D打印塑料圓盤之間的毛細吸引力，其中一個包含永磁體。他們將磁盤并排漂浮在水面上，水面周圍環繞著兩個電流線圈。這些線圈在整個浴槽中產生磁場梯度，從而拉動含磁體的磁盤。當磁力超過毛細管吸引力時，這種拉力會導致磁盤分開。然后，他們推導出了一個比例定律：物體之間的吸引力與其質量的平方成正比。

同時，創造異常長壽的氣泡仍然是吸引物理學家的一個目標。來自麻省理工學院(MIT)的SaurabhNath和他的同事利用馬蘭戈尼效應延長了氣泡的壽命。是一種液體表面張力梯度引起的現象，它描述了當液體的表面張力在不同區域存在差異時，液體在這些區域中的流動行為。

“該團隊將空氣注入硅油中，觀察氣泡的形成和破裂。當油浴溫度為27°C時，氣泡幾乎一產生就消失了。但當油溫升至68°C時，氣泡停留的時間會更長。Nath和他的同事使用紅外相機觀察這個過程，發現在溫度較高的油中，氣泡頂部和底部之間形成了明顯的溫度梯度。由于頂部較冷的油的表面張力更強，這種溫度梯度導致向上的馬蘭戈尼流，這與通常會排出氣泡并導致氣泡破裂的重力誘導流相反。”

06四壁有利，兩壁對受限細胞不利

如果細胞受到周圍環境的限制，分裂細胞中染色體的分離可能會被破壞。

癌細胞的異常特征之一是在細胞分裂時無法正確分配染色體。研究人員現已發現，染色體分布機制的一個特定問題在局限在淺微通道內的癌細胞中可能變得更加普遍——而且令人驚訝的是，增加物理約束可以抑制這些錯誤。這種限制模擬了腫瘤周圍細胞擁擠的影響，研究人員認為，這些結果可能有助于解釋癌癥中出現的問題，并可能為如何糾正它提供線索。

CME BTC期貨本周形成的“57505-58755美元”缺口已回補:剛剛，CME BTC期貨價格大幅下挫，最低跌至 55675 美元，已完全回補今晨形成的“57505-58755美元”缺口。[2021/3/15 18:46:19]

07密度泛函模型令人興奮

March8,2023?Physics16,s29

一種用于近似系統基態的古老策略現已擴展以適應其激發態。

密度泛函理論是一種用于計算物質基態電子結構的理論方法。它是在量子力學的框架下發展起來的，以電荷密度作為基本變量，而不是用電子波函數來描述系統的狀態。

密度泛函理論(DFT)的名稱和實用性歸功于其核心觀點：勢對相互作用電子系統的影響可以用電子密度來表示。現有模型將DFT限制為基態并排除激發態。如今澳大利亞格里菲斯大學的蒂姆古爾德和他的合作者已經找到了克服限制的方法。

DFT的核心是交換相關模型，在DFT中，通過引入一個有效的交換-相關泛函來考慮電子之間的相互作用。這個泛函的形式通常是未知的，但可以通過實驗和計算的數據來進行驗證和修正。因此，DFT可以用于研究非常大的系統，比如復雜的分子或晶體，而且計算速度也相對較快。

“該理論的一種推廣，稱為系綜DFT，可以處理激發態。Gould和他的合作者發現，當電子密度足夠低時，模型計算的復雜情況就會消失，并且處理激發態的模型會恢復到與用于常規DFT的模型一樣簡單。對于另一個極端——當電子密度高時——復雜化被簡化到可以獲得精確解的程度。”

08分析引力波天空

March7,2023?Physics16,s26

天基觀測站將同時檢測許多不同類型來源的引力波，因此需要采用全球方法來處理數據。

計劃于2037年發射的激光干涉儀空間天線(LISA)將對來自比當前探測器更多類型來源的引力波敏感。

LISA的三個組成航天器將以三角形編隊在繞太陽的軌道上跟蹤地球，每個航天器與其他兩個航天器相距250萬公里。通過將激光相互對準，航天器將充當一個巨大的三臂干涉儀，用于檢測引力波。

09城市的公路幾何形狀如何演變

CME BTC期貨本周形成“9276-9290美元”迷你缺口:北京時間7月13日8:00，CME BTC期貨跳空高開報9290美元，上一交易日最低報9276美元（5分鐘周期），形成一個10美元左右的迷你缺口，缺口范圍9276-9290美元。[2020/7/13]

March7,2023?Physics16,34

研究人員已經確定了城市建設城市高速公路和環城公路的交通門檻，這可以幫助城市管理者完善基礎設施計劃。

根據一種新模型，在1960年代，當通勤者人數超過10,000人時，城市就修建了高速公路。

大多數國家的一些大城市都被環形公路環繞或被高速公路橫跨，以緩解市中心的交通。如今，研究人員已經確定了這些結構中的每一個往往會出現的交通閾值。

研究發現如果通勤者的數量超過10,000，通常會出現高速公路，如果通勤者的數量超過100,000，就會建造環城公路。

環城公路的存在與否會對財政收入、醫療、上學等造成不同程度的影響，盡管修建環城公路會有財政支出，但對市中心交通壓力和通勤時間的緩解所獲得的利益可以彌補支出，或能創造更高的經濟價值。

研究人員認為應當參考相應的演變模型和實際案例來實施道路規劃計劃，以獲得更加完善的方法，因為有些時候拆除道路的收益將會超過通勤時間增加造成的成本。

城市規劃應當更加科學完善。

10文獻引用

N.Dasenbrock-Gammonetal.,“Evidenceofnear-ambientsuperconductivityinaN-dopedlutetiumhydride,”Nature615,244(2023).

N.W.Ashcroft,“Metallichydrogen:Ahigh-temperaturesuperconductor?”Phys.Rev.Lett.21,1748(1968).

I.F.SilveraandR.Dias,“Metallichydrogen,”J.Phys.:Condens.Matter30,254003(2018).

A.P.Drozdovetal.,“Conventionalsuperconductivityat203kelvinathighpressuresinthesulfurhydridesystem,”Nature525,73(2015).

A.P.Drozdovetal.,“Superconductivityat250Kinlanthanumhydrideunderhighpressures,”Nature569,528(2019);M.Somayazuluetal.,“Evidenceforsuperconductivityabove260Kinlanthanumsuperhydrideatmegabarpressures,”Phys.Rev.Lett.122,027001(2019).

E.Snideretal.,“RETRACTEDARTICLE:Room-temperaturesuperconductivityinacarbonaceoussulfurhydride,”Nature586,373(2020).

R.P.DiasandA.Salamat,“Standardsuperconductivityincarbonaceoussulfurhydride,”(2021)arXiv:2111.15017v2.

H.Yanagisawaetal.,“Light-inducedsubnanometricmodulationofasingle-moleculeelectronsource,”Phys.Rev.Lett.130,106204(2023).

P.Hommelhoffetal.,“Fieldemissiontipasananometersourceoffreeelectronfemtosecondpulses,”Phys.Rev.Lett.96,077401(2006).

R.Pazoureketal.,“Attosecondchronoscopyofphotoemission,”Rev.Mod.Phys.87,765(2015).

G.G.Brownetal.,“Characterizingmultielectrondynamicsduringrecollision,”(2020)arXiv:2010.06165.

Y.Daietal.,“Ultrafastnanofemtophotoemissionelectronmicroscopyofvectorialplasmonicfields,”MRSBull.46,738(2021).

H.Y.Kimetal.,“Attosecondfieldemission,”Nature613,662(2023).

S.Meieretal.,“Few-electroncorrelationsafterultrafastphotoemissionfromnanometricneedletips,”(2022)arXiv:2209.11806.

F.J.GarcíadeAbajoandC.Ropers,“Spatiotemporalelectron-beamfocusingthroughparallelinteractionswithshapedopticalfields,”(2023)arXiv:2302.05969.

K.Hataetal.,“Fieldemissionmicroscopyofadsorptionanddesorptionofresidualgasmoleculesonacarbonnanotubetip,”Surf.Sci.490,296(2001).

Y.Sunetal.,“Polymethylmethacrylatethin-film-basedfieldemissionmicroscope,”IEEETrans.Nanotechnol.11,441(2012).

M.Marchandetal.,“Growingacarbonnanotubeatombyatom:“Andyetitdoesturn”,”NanoLett.9,2961(2009).

L.Chengetal.,“Appropriatemechanicalconfinementinhibitsmultipolarcelldivisionviapole-cortexinteraction,”Phys.Rev.X13,011036(2023).

T.Gouldetal.,“Electronicexcitedstatesinextremelimitsviaensembledensityfunctionals,”Phys.Rev.Lett.130,106401(2023).

E.TaillanterandM.Barthelemy,“Evolutionofroadinfrastructureinlargeurbanareas,”Phys.Rev.E107,034304(2023).

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Luna