新技术能对光子进行不可思议的操控。
电脑芯片的数据处理能力达到了前所未有的程度，如何在芯片内部传输流量越来越大的信息，就成了一项艰巨的挑战。光子元件的出现或许能解决这一难题，它使用的是光脉冲，而不是慢得多的电荷包。多年来，研究人员一直在研制所谓的硅光波导(siliconopticalwaveguide)。在这种器件中，光线沿着两条通路之间波导脊传播，就像沿光纤传播一样。
但是，这种光学互连设备必须在精确的时刻发送数据，所以需要对光脉冲进行可控延迟。一种方法是将光脉冲引入用波导制成的微小环路，光脉冲在其中回旋多次后，再继续它们的旅程。美国纽约州约克镇高地IBM托马斯·J·沃森研究中心(ThomasJ.Watson Research Center)的尤里·A·弗拉索夫(YurriA.Vlasov)及其同事，将光脉冲导入环路，运行了100圈之后，没有任何明显的数据损失。
利用微元件延迟光波的另一种方法，是使用光子晶体元件，它们拥有经过仔细设计的孔洞阵列，孔洞的大小和间距可以阻挡特定波段的光线(称为光子带隙)。在一个拥有这种孔洞阵列的硅薄片上，制作一条没有孔洞的通路，就构成了一个光子晶体波导。通路两侧的孔洞产生的带隙限制了光线的传播路径。日本NTT物性科学基础实验所的田边孝纯(TakasumiTanabe)及其同事在此项研究中取得了一些进展：他们成功地将光子暂时贮存在了光子晶体纳米空腔之中——这里的空腔，指的是波导稍宽的一个小小区域。
一些研究人员想方设法延迟光线，但在美国伦斯勒理工学院(RensselaerPolytechnicInstitute)，E·佛瑞德·舒伯特(E.FredSchubert)领导的另一些研究人员却发明了一种几乎不反射光线的涂层。这种涂层约厚600纳米，由五层纳米棒层叠而成。这些纳米棒由二氧化钛和二氧化硅构成，直径约25纳米，长度可达300纳米。这些纳米棒层叠在一个透明半导体薄片上，每一层的折射率都比下面一层更低。无涂层半导体的光反射率约为12%；如果加上涂层，反射率可以小到0.1%。这种涂层可以应用于光子元件、发光二极管和太阳能电池上。
还有一些研究人员正在追求一个更加远大的目标，那就是制造量子计算机。这种计算机可以利用量子力学的奇特效应，实现空前的运算处理能力。一种实现方案需要把量子数据存储在原子的长寿命量子态中，还要用光波传输这些量子数据。但是，要把存储和传输结合起来，就必须要让脆弱的量子态能够在物质与光之间传递。2006年，在丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的实验物理学家尤金·S·波尔齐克(EugeneS.Polzik)，以及德国加兴马普量子光学研究所的理论物理学家伊格纳西奥·西拉克(IgnacioCirac)的共同领导下，一个研究小组成功将一组量子信息从一个光脉冲传递给一团原子云。
撰文/格雷厄姆·P·柯林斯(Graham P. Collins)
译/王栋 校/罗绮、虞骏
对抗朊病毒
治疗人类“疯牛病”的方法初现曙光。
自20世纪90年代以来，全世界已出现了200多例人类“疯牛病”——新型克雅氏病(variantCreutzfeldt-Jakobdisease)。对于这种破坏性的致命疾病，以及其他由畸形恶性蛋白颗粒朊病毒(prion)感染所致的疾病，至今还没有有效的治疗方案。英国伦敦神经学研究所的乔凡娜·R·马卢奇(GiovannaR.Mallucci)及其合作者，进行了一项小鼠试验，使人们看到了根治此类疾病的曙光。研究人员利用遗传工程技术，使小鼠只在出生后的前9周内产生PrP蛋白，而正常小鼠会持续表达该蛋白。如果小鼠体内存在阮病毒，PrP蛋白就会错误折叠，产生更多的朊病毒。
一种可以导致羊痒病(scrapie)的朊病毒，被注射入基因改造小鼠与正常小鼠体内，两组小鼠最初均出现认知功能减退。正常小鼠病症持续恶化。而基因改造小鼠在12周后，由于不再产生PrP蛋白，记忆功能以及一系列正常的行为特征逐渐恢复。失去这种蛋白的小鼠，在康复过程中并没有表现出任何异常。如果该方法可以经受更多考验，人们将着手开发从人体内去除PrP蛋白的药物和基因疗法。
然而，在这些疗法出现之前，朊病毒通过输血进行传染的可能性仍然存在。美国巴尔的摩退役老兵体检中心的罗伯特·罗韦尔(RobertRohwer)及其同事，发明了一种能从红血细胞中去除朊病毒的过滤器。研究人员对上百万种化学物质进行了检测，最终发现了一种易于结合朊病毒的化合物——L13。他们把L13胶连到微珠表面，并用这些微珠填充过滤器。含有羊痒病病毒的血液通过过滤器净化后，再注入仓鼠体内，便不会再致病了。
撰文/加里·斯蒂克斯(Gary Stix)
译/刘旸 校/虞骏
太阳能发电效率有望提高
受植物的启发，太阳能的前景一片大好。
用太阳能发电不会向大气排放温室气体，但是太阳能发电的成本比使用煤和天然气的火电站要高得多。为了提高太阳能发电的竞争力，研究人员一直在寻求各种改进方案，使太阳能电池更加有效地把阳光转换为电能。
最基础的科学研究或许可以为我们提供一些启示。光合作用(photosynthesis)把阳光转化为化学能的效率，几乎达到百分之百，这种神奇的本领促使研究人员开始深入发掘光合作用的复杂机理。美国芝加哥大学的格雷戈里·S·恩格尔(GregoryS.Engel)曾在加利福尼亚大学伯克利分校任职，他领导的一个研究团队将一种绿硫细菌冷却到77K(-196.15℃)，然后用超短脉冲激光照射细菌，这样就能够跟踪能量在细菌光合作用器官中的流动情况。
研究人员发现，使用这种光谱分析技术，他们可以解释植物如何高效地把太阳能传送到分子反应中心，将它转换为化学能。对光合作用的传统观点是，负责捕获光的分子，即发色团(chromophore)，吸收来自太阳的能量，然后沿着任意一条可能的路径，把太阳能从一个发色团传递到下一个发色团，最终抵达某个反应中心。
但这项研究却揭示了一个与传统见解大相径庭的结果：在光合作用系统中，能量以波动方式同时沿着所有的路径移动。这种量子效应保证能量将通过效率最高的路径传送，可以瞬时抵达目的地。对光合作用的新认识，最终有可能成为一种人造光合作用过程的基础。把这一过程纳入太阳能电池的设计中，就可大大提高太阳能电池的转换效率。
其他一些科学家则在寻找更好的办法，利用阳光来解决建筑物的冷暖调节问题。美国伦斯勒理工学院(RensselaerPolytechnicInstitute)的史蒂文·范德塞尔(StevenVanDessel)及其同事，研制了一套把太阳能电池板与热电式热泵结合起来的原型系统——“活性建筑物外包层”(ActiveBuildingEnvelope，缩写为ABE)。在这套系统中，太阳能电池板产生的电力驱动热泵向建筑物内部供应暖气或冷气，具体取决于电流流动的方向。该研究小组还打算用薄膜型太阳能电池和热电材料取代目前使用的厚重元件，他们正在考察这种想法的可行性。这类透明薄膜可以像釉料那样，覆盖在建筑物的窗户以及汽车的挡风玻璃和天窗上。
撰文/马克·阿尔珀特(Mark Alpert)
译/郭凯声 校/罗绮、虞骏
控制干细胞
