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研究者製造出首個全光學奈米線交換器

only-perception
・2012/09/11 ・1055字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

電腦每一年也許會變得更快,可是這些 1 與 0 如果由絢麗的光而非電來呈現,那麼這些在運算速度上的進步也許會相形見絀。

賓州大學的研究者在這個光子學的邊疆上獲得一項重要的進展,以硫化鎘(cadmium sulfide)奈米線塑造出第一個全光學光子交換器(all-optical photonic switch)。此外,他們將這些光子交換器結合成一個邏輯閘 — 電腦晶片的基礎元件,負責處理資訊。

研究由賓州大學工程與應用科學學院,材料科學與工程系助理教授 Ritesh Agarwal 以及的畢業生 Brian Piccione 所完成。博士後研究 Chang-Hee Cho 與 Lambert van Vugt(亦屬於材料科學系)有助於此研究。發表在《Nature Nanotechnology》期刊上。

此研究團隊的創新建立在其早期研究上,證明他們的硫化鎘奈米線展現出極度強烈的光-物質耦合(light-matter coupling),使得它們在操控光線上格外有效率。這項特質對於奈米級光子迴路的開發上至關緊要,因為現存用來控制光流動的機制顯得更龐大笨重,且能量需求也比其電子類似物來得更多。

「就奈米尺度下的光子結構而言,最大的挑戰是,讓光進入,一旦它在那裡就操縱它,然後讓它出去,」Agarwal 說。「我們主要的創新是,我們如何解決第一個問題,在這之中,那允許我們把奈米導線本身當成一種晶片光源(on-chip light source,詳見下面連結)來用。」

研究團隊一開始先在奈米線上精確地切削出一個間隙(gap)。他們接著將足夠能量注入到第一段奈米線,那開始自其末端發出雷射光,然後穿過間隙。因為研究者是由單根奈米線開始,故二個奈米線線段的末端完美地匹配,讓第二段能有效吸收光線,並在整個線段長度上傳輸光線。

「一旦我們在第二線段有光,我們就能在結構上發出另一道光,並關掉已經從導線上傳過去的光,」Agarwal 說。「是它之能成為交換器的關鍵。」

研究者能測量從第二段導線末端出來的光強度,並證明這個交換器能有效地重現用於邏輯裝置中的二進位狀態。

「將交換器放在一起,可以做出邏輯閘,將這些邏輯閘組裝起來讓你能夠進行運算,」Piccione 說。「我們利用這些光交換器建構一個 NAND 閘,是現代電腦處理的根本基石。」

一個 NAND 閘,意思是「非和」,當所有的輸入為 1 時,回傳一個 0 輸出。研究者將二個奈米導線交換器結合成一種 Y 形配置,就建構出一個 NAND 閘。NAND 閘對於運算很重要,因其為「功能完備(functionally complete)」,意思是,當(排列)順序正確時,它們能完成任何種類的邏輯運算,也因此構成泛用型電腦處理器的基礎。

「我們展望一個未來,在那裡「消費電子」變成「消費光子」,」Agarwal 說。「而這項研究證明這是有可能的。」

※ 以後「電腦」得改稱「光腦」。

資料來源:Researchers make first all-optical nanowire switch. phys.org [September 10, 2012]

轉載自 only perception

相關標籤: 奈米 材料
文章難易度
only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D


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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
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