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奈米尺度的光電邏輯電路

科景_96
・2011/02/08 ・1202字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 587 ・九年級
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Original publish date:Mar 26, 2003

編輯 Agape 報導

科學家利用奈米銀束﹐成功地製造出以電子訊號輸入﹑光學信號輸出﹑並可在室溫之下運作的光電邏輯元件。

分子元件(molecular electronic devices) -將傳統電子元件縮小到僅有幾個分子大小的尺度-的開發﹐在現今的奈米科技熱潮中﹐始終是科學家們努力研究的課題之一。然而﹐當一切的電子活動都局限在只有數至數十奈米的範圍時﹐不僅要考慮量子效應﹐更得採用新的技術來製造並且測量這樣的分子元件。此外﹐環境溫度造成的雜訊﹐也是限制量子元件在接近室溫的溫度下操作的重要因素之一。在這一期的美國國家科學院會刊的報導中﹐喬治亞理工學院的Tae-Hee Lee與所屬的Robert Dickson研究小組﹐成功地製造出奈米尺度的光電元件﹐具有可以在室溫下進行電-光邏輯運作的功能。

Lee等人﹐是利用電子遷移(electron migration) 的原理﹐將銀薄膜通以電流﹐利用電腦控制﹐精確地在薄膜中的某些區域製造出奈米尺度的接面(break junction)。這些接面一旦形成﹐會迅速在其表面產生氧化銀(Ag2O)的保護層。這層氧化銀不但防止其下的銀層繼續氧化﹐並且成為電子穿隧的能障(barrier) ﹐使得整個接面成為一個金屬-絕緣體-金屬的結構。而在接面兩邊Ag2O之間﹐存在著為2到8個銀原子(Ag2-Ag8)所形成的奈米束(nanocluster)。這些奈米束中存在著一系列的能階﹐可以允許電子﹑電洞在短時間內再結合(recombine) ﹐透過電光效應(electrolumiscence)以光子的形式釋放能量。

經過反覆的嘗試與仔細的分析﹐Lee等人發現可以利用持續時間小於3.5ns的交流(25MHz) 脈衝﹐以正-負-正-負…的極性順序﹐來使這些奈米銀束因電光效應而發光。其中的原理是正向的脈衝能將電洞先注入Ag層中﹐由於其能階的位置﹐被注入的電洞會被局限在Ag層中。隨後而來的負向的脈衝﹐則是將電子注入Ag層中。若是這些電子沒有經過熱消耗衰退﹐它們就能與被局限在Ag層中的電洞結合釋放出光子。

這種分子元件的優點在於它採用電子的輸入訊號﹐卻能產生光訊號的輸出。基於光訊號彼此之間不會互相干擾﹐並且其電光效應在室溫下不受影響﹐這樣的元件非常適合於應用在邏輯電路上。有鑒於此﹐Lee等人將數個奈米接面耦合﹐利用2.6ns ﹑25MHz ﹑2.2 V的正向脈衝及不同大小的負向脈衝﹐成功地製造出相加器(full adder) 電路 ﹐能夠行使3個位元的AND ﹑OR ﹑NOT ﹑以及XOR的邏輯運算。

有了成功的第一步﹐Lee與所屬的Robert Dickson研究小組﹐正準備製造更大的元件陣列﹐來進行更多位元的運算。並且﹐他們也希望對於這些奈米銀束的結構﹑形成方式作更深入詳細的研究。他們的研究成果﹐的確為量子元件的開發提供了令人振奮的消息。相信隨著奈米科技的進展﹐更多新的結果將逐漸被發現。

原始論文:

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PhysicsWeb: Silver nanoclusters make logic gates

Discrete two-terminal single nanocluster quantum optoelectronic logic operations at room temperature, Tae-Hee Lee and Robert M. Dickson, Proceedings of national Academy of Science, 100, 3043 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Feb 17, 2005] 縱橫閂(crossbar latch)–下一代納米電路器件?
  • [Aug 01, 2003] 新的奈米結構合成技術
  • [Jan 01, 2003] 講邏輯的碳奈米管

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    科景_96
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    人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

    本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

    營養品的吸收率如何?

    藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

    你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

    當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

    首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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    你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

    為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

    自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

    還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

    除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

    隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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    「人無照天理,天無照甲子」?人比畜生便宜?明代鄉紳筆下的災荒紀實!——《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》
    衛城出版_96
    ・2024/05/22 ・3411字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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    第一章 陳其德的故事

    居安思危的明朝鄉紳

    陳其德晚年回首過去時,總是萬分感嘆。崇禎十四年七月十五日的中元鬼節(按今曆為西元一六四一年八月二十一日),陳其德懷著愁緒提筆為文,描述自己周圍世界的崩壞。他親眼看見故鄉土崩瓦解──那是位於長江三角洲,距今上海西南一百公里處的桐鄉。

    陳其德在當地教書,沒有什麼值得一提的成就。要不是他描述明朝最慘受災年的文章傳了下來,說不定世人早已忘卻此君是何許人也。

    關於陳其德,我們所知的就只有他在自己著作中提到的事情,例如他在一五七○年前後出生,當時一切欣欣向榮。陳其德提到,自己生為傳統「四民」(士農工商,先後順序就是身分高低)中的最高階級,成長於「耕讀」之家,並為此感到慶幸──這代表他們家是鄉間的中等富裕之家,明史學者會稱之為「鄉紳」。

    陳其德與其他鄉紳子弟一樣,努力讀書,期盼有朝一日能中舉登科,光耀門楣,為國效勞。二十多歲時,他每隔三年應試一次,卻始終未能中舉。三十歲時,他放棄了入試出頭的抱負,決定好好過生活,轉而從事教學,並且在接下來二十五年間用心教書,知足常樂。也就是說,陳其德相當認分,他受過教育,日子還過得去,也安於當他的低階鄉紳。

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    陳其德為了證明萬曆年間豐衣足食,提出了充分的證詞:

    斗米不過三四分。

    陳其德用來稱呼穀物的字是「米」這個通用詞,指的可以是米心或米粒。「米」在長江三角洲的脈絡中通常指稻米,而不是北方人吃的小米或小麥,南方人比較愛吃米。他用「斗」這個單位來為米計價,而「斗」字面上是指一杓或一桶。陳其德提到的貨幣單位,是白銀的標準小單位「分」,「分」本意指「百分之一」,而這句話裡所說的是什麼的百分之一呢?是「兩」這種重量的百分之一。「兩」是中國主要的貨幣計算單位。

    圖/unsplash

    物價這麼低,榮景似乎觸手可及,至少陳其德寧願這麼想。誰都不用擔心東西不夠吃。 陳其德用戒慎的態度來勾勒這種安逸,提醒大家榮景不只能讓人豐衣足食,也會讓人鬆懈了道德。一五八八年至一五八九年這兩年間發生嚴重的天災,先是豪雨成災,然後是嚴重乾旱。身為重視道德的儒生,陳其德只能把這兩波天災歸諸於「人禍」。他認為,萬曆初年的富足,讓大家失了道德準繩。雨水與乾旱不只是天災,也是上天的警告。

    令人驚心的災年物價

    陳其德回過頭來談米價,把老天爺警告的嚴重程度加以量化。

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    當是時,積米一擔,博價一兩有六。然米價騰貴,僅以月計,便覺野無青草,樹無完膚,而流離載道,橫屍遍路。

    一擔有十斗,等於一斗要價十六分,也就是說米價漲了四到五倍。米價這麼貴,窮人只好盡可能從身邊的大自然找尋替代品,從青草到樹皮都不放過。社會愈來愈動盪。

    講完一五八九年的天災,陳其德跳到天啟年間的一六二○年代,宦官派系在統御無方的明熹宗治下抬頭,朝綱混亂,讓政治菁英與衛道人士大感失望。陳其德簡短描述當時的混亂,將之視為上天的警告,接著跳到他為文的主軸,也就是繼位的崇禎皇帝統治末年。

    陳其德再次以米價來量化災害並追蹤其進展。

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    圖/unsplash

    米價初自一兩餘,漸至二兩餘。至水退而吳興農父重覓苗於嘉禾,一時爭為奇貨。即七月終旬,猶然舟接尾而去也。

    陳其德在此把單位往上翻了一番,從「斗」上調到「石」,大約等於一百「升」。數字除以十就能還原出每斗的價格:價格在一六四○年先漲到每斗十分,接著二十分。

    這些物價對經濟的影響,是導致市場關閉。至於社會影響,則堪稱災難。連當鋪都關門大吉,因為誰都沒有東西能典當。農民還是打起精神,出門耕田,但作物才剛種下去,蝗蟲便席捲而來,連剛發芽的東西都不放過。溪流乾涸,有水桶也無用武之地。

    接下來疫情爆發,很可能是鼠疫,百分之五十到六十的家戶染疫。陳其德提到有許多人「就木」,至於「無木可就者,不過以青蠅為弔客」。

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    接著陳其德重新回來談物價,把敘事主軸從米價轉向其他食品的價格,藉此強調物價漲到難以置信的水準。陳其德在文章最後提醒讀者「勿視為老生腐談」。光是能活命就足以感恩涕零,但大多數人都想忘記受過的苦難,假裝什麼壞事都沒發生過,那可不行。

    就連豬都比人貴?

    災難還沒到頭。陳其德在一六四一年中元節擱筆時,也沒想過情況還可以變得更糟。一年又一個多月之後,陳其德在中秋節(一六四二年九月十九日)再度提筆為文,把去年的故事接著說下去。他在文章開頭提到,那年冬天嚴重缺米。他不是說米價有多高,而是沒提價格,因為根本沒米可以標價。

    填不飽肚子的人或者拋棄自己的孩子,或者殺了他們來吃。染疫的比率上升到百分之九十。情況愈來愈慘,無計可施的老百姓甚至不惜把自己討來的丁點食物拿去拜拜,尤其疫情復燃之後更甚,期盼神明能出手幫忙。陳其德說,這種可悲的做法只會讓糧價變得更貴。

    又因病者祈祝太甚,食物倍貴於去年。大雞二足,得錢一千;即小而初能鳴者,亦五百六百。湯猪一口,動輒自五兩至六七兩;即乳豬一口,亦一兩五六錢至一兩七八錢。若小廝婦女,反不過錢一千二千。又安見人貴而畜賤耶?

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    圖/unsplash

    陳其德此處提到物價時,講到兩種不同的貨幣。豬用銀兩,雞用銅錢,人也用銅錢。社會上普遍把「銅」跟「銀」的用處區分得很清楚,銅錢用來買便宜的東西,銀兩則是用於大手筆的買賣。陳其德用銅錢替奴僕定價,其實是反指不該用銅錢給人標價,銅錢應該是用來給雞標價才對。然而在經濟崩潰的年代,就連豬都比人貴。

    大明王朝的儒家宇宙觀

    人們往往在逆境中尋求倫理教訓,尤其是陳其德這種道學之士。身居鄉紳底端的他,不停反省自己享有的那一點點特權,免得讓僅有的一絲絲福德溜走。他父母之所以為他取名「其德」(大概可以解為「有德之人」),或者也有這一番期許吧。陳其德身家有限,又沒有中過舉,只能仰賴其德來維持自己的社會地位,而他對此也是戒慎恐懼。

    儒家把倫理與宇宙觀緊密結合,讓兩者之間幾乎沒有分別。雨水來自天上,天不下雨,是因為天決定不下雨,做為某種警告或懲罰。今日的我們抱持著大不相同的宇宙觀,但就連我們都會在日常生活中替天氣與疾病生態所受到的擾動賦予道德意義,宛如破壞環境與氣候變遷的警告。

    所以,雖然我們的道德權衡基準與明代百姓截然不同,但我們跟他們其實相去不遠。在本書裡,我希望大家各退一步,試圖找回明代百姓生活的世界。我們如今把「世界」想成某個深受條件變化影響的有形生態體系,而他們當年則是把「世界」看成某種形而上的桌上遊戲,主導遊戲走向的則是上天。兩種觀念的建構方式並不相同,我也不覺得非得採用儒家道理,但我確實覺得當時人有他們的體會,他們用自己覺得有意義的方式在理解世界,我們不妨盡可能去貼近他們的體悟與認知。如果我們不去觀照生存危機對他們的意義,就等於是掏空了歷史。

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    其實,無論是我們還是他們,大家都生活在一個容易遭受擾動的全球生態系,擾動的因素也許是蒼生愚昧阻礙了天恩,也許是人類製造的碳與氣膠阻擋了太陽能。我們大家還有一個共同習慣,就是從必需支付的物價來看自己財富的變化。本書要順著陳其德的腳步,觀察糧價,但為的不是當成天怒程度的氣壓計,而是做為氣候變遷的衡量指標。

    ——本文摘自《價崩:氣候危機與大明王朝的終結》,2024 年 05 月,城出版出版,未經同意請勿轉載。

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    "每個人心中都有一座城。每個人在心裡攜帶著文明的種子。 守衛讀者心中之城,與文明的生命力。"

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    Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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    本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

    在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

    先進製程:效能飛躍提升

    現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

    其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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    另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

    而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

    圖/PanSci

    Tile 架構:釋放多核心潛能

    在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

    CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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    鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

    Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

    2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

    圖/Intel

    而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

    運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

    除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

    MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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    除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

    Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

    軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

    此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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