助力研究物质和光的基本性质-首个室温拓扑量子模拟器问世

美国伦斯勒理工学院的研究人员成功制造了一种在室温下运行的强光物质相互作用拓扑量子模拟器，其宽度与人类发丝相当。这项成就将有助于物理学家深入研究物质和光的基本性质，并推动从医学到制造业等多个领域高效激光器的发展。这项相关研究成果于5月24日发表在《自然·纳米技术》杂志上。

这种装置采用一种名为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。光子拓扑绝缘体具有独特的性质，可以引导光子沿着特定设计的界面传播，同时避免光子在材料内部发生散射。由于这些特性，拓扑绝缘体能够实现多个光子的连续行为，就像一个光子一样。这些装置还可以被用作拓扑量子模拟器，让科研人员在这些微型实验室中研究量子现象。

研究人员指出，他们制造的光子拓扑绝缘体在室温下也能正常运行，这是一项重大的突破。此前的研究只能依赖大型昂贵的设备，并需要在真空环境中对物质进行超冷却。而新型装置不仅提供了更多科学家进行基础物理研究的便利条件，还为开发低能耗激光器带来了更广泛的前景。由于新装置在室温下工作所需的能量阈值仅为传统低温装置的七分之一，这一突破性技术的发展与半导体行业制造微芯片的技术相似，需要将不同材料层逐个原子、逐个分子地叠加在一起，以创造具有特定属性的理想结构。

为了生产这种新型装置，研究人员培养了超薄卤化物钙钛矿板材，并在其顶部雕刻了一种带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料薄片之间，最终形成一个约2微米厚、100微米见方的物体（人类头发的平均宽度约为100微米）。当激光照射到这个装置时，界面上会出现发光的三角形图案。这个图案是设备设计的结果，展现了激光的拓扑特性。

研究人员强调，在室温条件下研究量子现象令人兴奋，这意味着材料工程将有助于解答一些科学上的重要问题。

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什么是理论化学？

运用量子化学的计算方法研究有机分子静态和动态性质的学科。 又称量子有机化学。 现代有机化学理论主要包括物理有机化学和理论有机化学两大分支，前者以现代实验方法为主，后者则以理论计算方法为主。 但二者的划分众说不一。 理论有机化学主要是运用量子化学和化学统计力学的基本理论预示和阐明有机化学中的某些规律。 例如分子的电子结构和立体构型、与结构相关的性能等。 理论有机化学在方法论上以近似方法为主。 近似方法主要包括杂化轨道理论、分子轨道的线性组合和从头算法。 杂化轨道理论和分子轨道的线性组合已为大多数有机化学家所接受。 例如，最早出现的休克尔分子轨道法，由于计算方法简便，在有机化学中被普遍应用来定性描述有机分子的结构和反应性能。 60年代起，一些半定量的自洽场近似方法，例如，由J.A.波普尔引入的全略微分重叠法、间略微分重叠法和M.J.S.杜瓦的改进间略微分重叠法等，应用也日益增长。 70年代起，所谓从头算法计算精确度大为提高。 不过这种计算只能由大型快速计算机和专门的计算程序来实现。 理论有机化学的研究对象主要有：①分子中的电子构型和分布，化学键的类型及其有关参数，例如，电子密度分布可推断分子中的反应活性中心所在；由化学键类型可推知有关反应性能和分子的微观立体化学特征。 ②分子和价键的性质，包括键能、电离势、亲合能、离解能、极性参数、取代基常数，以及各种电、磁和力学常数等的计算。 ③电子运动能级和分子光谱特性，可在理论上估计电子各种运动的基态和激发态的能级，以及与各种分子光谱峰相应的电子运动规律。 ④反应活化能，应用量子化学方法沿反应坐标计算反应物参与反应的各个原子的能量变化，确定反应物分子处于过渡态的活化势能面和势垒，由此也可估计活化配合物的立体构型。 ⑤反应动态学的理论，人们已了解到许多有机分子在参与反应时，往往先发生一系列极其迅速的初级变化过程，了解这些微观的迅速电子运动所涉及的分子结构和性能上的变化规律，对认识有机反应宏观规律起因是很重要的。

什么是多维空间?

线是一维的，参数是点面是二维的，参数是线体是三维的，参数是面以此类推，以体为参数构成的空间就是四维空间，通常理解为时间，从很多科幻小说中可以看到类似的说法。 那么以时间为参数构成的空间应该就是五维空间，在科幻中好像是要联系到黑洞、虫洞这些东西，比较难理解～～我们人类能够感知的只有4维了。 你又没有发现这个规律：一维的东西能够容纳所谓的零维（直线是由点构成）二维的东西能够容纳一维（纸上可以画条直线）三维的东西能够容纳二维（盒子里放个纸片）那么四维的东西就理所当然的容纳3维了。 我们人体算3维的。 我们的世界就是4维了,为什么是4维的呢？因为我们的世界有这样四个元素：长宽高和时间。 有没有5维的？就是说能够容纳我们世界的介质？那得看看我们这个世界的外面是什么了，这个宇宙的外面是什么了。 目前我还不知道！一维、二维、三维空间最早源于数学概念研究。 数学家们，想使度量能规范化、严格化、整体化、普适化，所以定义各种一维、二维、三维、四维空间与其它多维空间。 在其中生成了拓扑学分支，去看看最新的基础几何拓扑学，你会有很大的收获。 如果，你看代数拓扑学书籍，则难度大又浪费时间。 如果，你只是要了解，那么就看看介绍一维、二维、三维、四维空间与以上维空间的科普书籍就完全足够，也可速成。 有时合适的科普书籍，介绍的理论容易懂又很深，一些专业书籍反而难度不够。 四维空间与以上，属于高维模型。 高维模型，分数学与物理两个概念。 在数学上，多维有很多模型。 理论上，维数可以很高。 模型很多。 但是满足交换不变性质的很少，所以，有人认为四维空间是物理上限。 但是，也有人认为会有更高维数物理。 去思考，有益智力，因为只受到数学条件约束。 在物理上，多维有很多模型。 理论上，维数不可以很高。 为了解释，宇宙整体的有限无边的性质，必须引入多维，一般是四维时空（一对相对组成性质），也有一些其它有限可数的维数，可能在物理上成立的模型不多。 去思考难度很大，因为要受到物理现象的约束

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