2024-10-10 00:20 点击次数：123
本文转载自公众号“全球科学”（id：huanqiukexue）
图片开头：Fawaz, Nair, Volz
撰文 | 不周
审校 | 王昱
将一颗葡萄切成两半，保留极少皮勾通着，放入微波炉加热，就不错看到超酷（超危机）的火花和等离子体。如斯浅易的现实，让葡萄多年来稳居科普视频中生果顶流的宝座。（浅易不代表不危机，请不要在家尝试！）
东说念主们早在1994年就发现了这一兴隆。此前最常见的解说是，由于葡萄的体积很小，且含水量极高，微波炉辐射的微波会高度鸠合在葡萄里面，酿成极强的电场，导致一些分子电离，产生带电离子。这些离子与葡萄内原有的离子一王人，通过两半葡萄之间的表皮“桥”从一半流向另一半，酿成了电流。跟着电流增强，葡萄讲和点会出现电火花，最终电离空气，产生热等离子体。
视频开头：H.K. Khattak, P. Bianucci, A.D. Slepkov, Linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimers, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
然而，2019年发表于《好意思国科学院院刊》（PNAS）的一项磋议标明，这种解说并不透顶正确。事实上，微波葡萄产生等离子体并不需要那极少表皮，也不需要将葡萄切半，两颗葡萄挨着放一王人足矣。
葡萄的尺寸和介电特色让它自然成为了拿获微波酿成“热门”的利器，当两颗葡萄放在一王人后，电磁“热门”会从单颗葡萄的中心转化至二者的讲和点，强度也会增多。强电场会电离葡萄表皮中富含的钠和钾，产生的离子自身会与微波电场共振，能有用地蓄积微波能量。当高能的离子与解放电子和空气中的分子发生碰撞，会触发级联的碰撞电离，产生一团等离子体——然后报废一台微波炉。
图片开头：H.K. Khattak, P. Bianucci, A.D. Slepkov, Linking plasma formation in grapes to microwave resonances of aqueous dimers, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
这项磋议不仅不错用来破碎微波炉，更进犯的是，它揭示了葡萄双球结构不错像微波谐振器——当输入的微波频率与建造的谐振频率匹配（即发生共振），该建造可通过驻波效应达成放大信号、滤波等功能——雷同推崇作用。澳大利亚麦考瑞大学（Macquarie University）的磋议生阿里·法瓦兹（Ali Fawaz）也刷到过放浪传播的葡萄等离子体视频。法瓦兹持重到，此前这项磋议的重心在于引发等离子体的电场，他忍不住进一步想考，葡萄对显着也能增强磁场，是否不错用它作念某种“放大器”？
葡萄提高钻石性能？
法瓦兹和共事们猜度，好像不错用葡萄来提高“钻石”的性能。这项磋议于2024年12月发表在了Physical Review Applied上。现实中，他们将纳米金刚石扬弃在纤薄的玻璃纤维上，然后将它扬弃在两颗葡萄之间。先不说这种现实诞生看起来终点烦扰其妙，当先要问一下：钻石能有什么性能可言？
事实上，现实顶用到的并不是咱们常见的闲雅钻石，而是一种经过超精密加工的系统。磋议者需要将金刚石晶格中的一些碳原子替换为氮原子，尔后“敲除”氮相邻位置的碳，酿成一个空位，这么相邻的氮和空位就酿成了所谓的“氮-空位”瑕疵，即NV色心。这种细小的瑕疵结构具有特有的电子结构和光学特色，其电子自旋态对磁场、电场、温度、压力等参数高度敏锐。何况，该系统无需繁重的低温冷却安装，在室温下就能启动，因此一直被视为极具后劲的量子传感器。
外界待测的物理量（如磁场）会改换NV色心电子自旋态的能级劈裂，此时对其施加特定频率的微波，会使自旋态发生共振跃迁。通过共振频率不错计划出能级劈裂的大小，进而推算出待测的物理量。由于外界待测的物理量往往终点细微（否则也不会动用量子传感器），通常需要借助微波谐振腔放大微波场，提高传感器的机灵度和信号诀别率。
图片开头：Fawaz, Nair, Volz
为拿获特定频率的微波，现实顶用到的葡萄的大小和时局至关进犯，比如其长度必须是27毫米。于是，法瓦兹和共事从超市买来许多葡萄，用心选了两颗，然后将金刚石放在它们中间的磁场“热门\"处。通过光学检测磁共振（ODMR）技巧，即用绿激光激勉NV色心并记载其荧光信号，磋议东说念主员得以测量NV色心周围的磁场强度。恶果露出，有葡萄的磁场强度是莫得葡萄的两倍。
蓝补助新平替：葡萄
尽管这种性能提高幅度与传统微波谐振器比较，失容了许多，但磋议东说念主员暗示，这种尝试为探索替代量子技巧微波谐振器的遐想开采了一条新路线，很有可能带来更紧凑、高效且资本较低的量子传感建造。
事实上，NV色心量子传感器具到的传统高性能微波谐振器，往往会使用蓝补助动作介电材料。因为这种补助具有终点好的理解性和介电特色，比如高介电常数、低温下极低的介电损耗，这使其动作介质镶嵌谐振器时，不错大幅提高频率领会性和品性因数等。
图片开头：unsplash
但与上风相对的是，基于蓝补助的微波谐振器往往都终点贵，何况体积雄伟。而与蓝补助比较，微波在水中的折射率较高，这意味着基于水构建的微波谐振器尺寸会小许多。而葡萄骨子上即是一个小水球，几乎是测试这种表面的遐想材料。
磋议恶果露出，水确切比蓝补助更能鸠合微波的能量，但它不太理解，且会在进程中升天许多能量。改日，磋议东说念主员但愿赓续探索具有高介电常数、低介电损耗的复合材料，但愿能将其融入水中，最终提高水基谐振器的性能，从而贬责构建紧凑高效谐振器的要津难题。
论文集合：
https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.22.064078
https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1818350116
参考文件
[1]https://www.eurekalert.org/news-releases/1069049
[2]https://arstechnica.com/science/2024/12/could-microwaved-grapes-be-used-for-quantum-sensing/
[3]https://www.science.org/content/article/why-sparks-fly-when-you-microwave-grapes
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