《物理世界》2025年度科研突破：首例二维金属制备

张广宇、杜罗军及其团队开发了一种全新的制备技术：他们将高纯度金属粉末置于双层MoS₂/蓝宝石范德华砧之间进行加热。当金属粉末熔融形成液滴后，研究人员施加约200MPa的压力，并持续进行这种“范德华挤压”，直至砧板两侧冷却至室温，从而成功制备二维金属薄片。

张广宇在最新一期《物理世界每周播客》（Physics World Weekly）中表示：“目前我们已经制备了五种单元素金属，但实际上我们还可以做得更多，因为元素周期表中共有88种金属。”在该播客中，他还介绍了团队开展二维金属研究的初衷，以及这些材料在未来潜在的技术应用前景。

• 是物理学知识或认知的重大进展；
• 对于科学进步或现实应用具有重大意义；
• 《物理世界》读者对其拥有极大兴趣。

以下是今年《物理世界》评选出的十大物理学突破中的其余9项（排名不分先后）。

在小行星上发现生命构成物质

首次观测到超流体分子

贡献者：加拿大不列颠哥伦比亚大学Takamasa Momose、日本理化学研究所Susumu Kuma 等。

理论预测最轻的分子——氢分子——在1–2 K 温度下会进入超流态，但其凝固点高达13.8 K。研究团队耗时近20年，开发出将氢分子包裹在氦纳米液滴中的技术，并通过嵌入甲烷分子监测其旋转状态，首次证实了分子氢的超流性。下一步，他们计划研究更大规模的氢团簇，以探索经典与量子行为的边界。

空心光纤打破40年传输极限

贡献者：英国南安普顿大学与微软Azure Fiber团队（Francesco Poletti 领导）。

传统光纤使用玻璃芯传输光信号，而该团队开发出一种以空气为核心的新型空心光纤。通过特殊玻璃膜结构反射特定频率的光，使光在空心通道中高效传播。实验表明，这种光纤比标准玻璃光纤衰减降低35%，传输速度提升45%，有望减少长距离通信所需的放大器数量。微软已在其网络中部署测试段，未来或可替代现有海底光缆。

质子弧治疗首次用于临床

传统质子治疗采用“笔形束扫描”技术，受限于可实现的射束角度数量。该团队与瑞典 RaySearch 实验室合作，首次将质子弧形治疗（PAT）用于九名癌症患者的临床治疗。PAT 通过连续弧形轨迹从多个角度投射质子束，并优化各角度的能量分布。所有治疗均使用现有设备和临床流程完成，验证了 PAT 的可行性与安全性。

基于蛋白质的量子比特用于生物传感

贡献者：美国芝加哥大学 Pritzker 分子工程学院 Peter Maurer、David Awschalom等。

传统量子传感器（如金刚石中的氮-空位中心）体积大、难以植入活细胞。该团队设计出一种仅3纳米大小的荧光蛋白量子比特，可在活细胞内原位表达。利用近红外激光脉冲，他们成功读取了黄色荧光蛋白的三重态自旋状态（对比度达20%），并在细菌中实现8%的信号对比度。尽管性能尚不及NV中心，但该技术首次实现了活细胞内部的磁共振测量。

有史以来最高分辨率的单原子图像

贡献者：美国马里兰大学Yichao Zhang、美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Pinshane Huang等。

该团队采用电子叠层成像（electron ptychography）技术，实现了15皮米（pm）的分辨率——约为原子尺寸的十分之一。他们研究了两层扭转的二硒化钨（WSe₂）形成的莫尔超晶格，首次直接观测到名为“莫尔相子（moiré phasons）”的集体晶格振动。该现象此前仅存在于理论中。此项技术将深化对固体中晶格动力学的理解，助力设计新型功能材料。

首次实现单个反质子的量子操控

贡献者：CERN的BASE合作组。

BASE团队首次对单个反质子进行了相干自旋谱学测量，创下迄今最精确的反质子磁矩测定纪录。实验中，高能反质子经冷却后被囚禁在超冷电磁阱中，通过微波脉冲操控其自旋态，获得的共振峰比以往窄16倍。这一突破为物质与反物质性质的高精度比较奠定基础，或可揭示标准模型之外的新物理，并解释宇宙中物质-反物质不对称之谜。

基于智能手机的全球地震预警系统

贡献者：加州大学伯克利分校Richard Allen和Google公司Marc Stogaitis等。

传统地震预警依赖昂贵的专用传感器网络。该团队利用98个国家数百万部安卓手机的加速度计，构建了 Android 地震警报（AEA）系统。2021–2024年测试期间，系统平均每月检测312次地震（震级1.9–7.8）。对≥4.5级地震，系统向用户推送“TakeAction”警报（月均1800万条）；对3–4级震动区域则发送“BeAware”提示。未来计划生成实时地面震动地图，助力应急响应。

首张系外气态巨行星“天气图”

贡献者：德国哥廷根大学Lisa Nortmann及其团队。

利用欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）上的CRIRES+仪器，该团队在系外行星 WASP-127b（距地球520光年）凌星期间，分析穿过其大气的星光频谱。多普勒频移揭示了赤道附近高达33,000 km/h 的超音速风——远超太阳系内任何风速。尽管无法直接成像，该团队仍构建出粗略天气图，显示其两极较冷，其余区域温度超1000°C，并探测到水蒸气，暗示可能存在奇异形式的“降雨”。

本文翻译内容来源：蔻享学术