今年，劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）领导了一项突破科学技术界限的研究。从推进我们对宇宙的理解到微电子、人工智能、量子科学和生物制造的创新，实验室的团队在不同领域取得了显著的里程碑。
为了庆祝这一年的结束，我们总结了一些最重要的故事，这些故事突出了实验室对科学、社会和未来的影响。
为了使电子设备变得更小、更节能，研究人员想把能量储存直接带到微芯片上。这将减少电力在不同设备组件之间传输时的损耗。为了提高效率，片上能量存储必须能够在非常小的空间内存储大量能量，并在需要时快速传输——这是现有技术无法满足的要求。为了应对这一挑战，伯克利实验室的科学家们利用已经在芯片制造中广泛使用的材料和制造技术，用氧化铪和氧化锆的工程薄膜制成的微电容器，实现了创纪录的高能量和功率密度。
这项研究发表在IEEE Spectrum和The Cooldown上。
对人工智能和物联网（从智能电网到智能家居的各种连接设备的庞大网络）日益增长的需求将需要比当前技术更节能的新一代微芯片。为了应对这一挑战，研究人员开发了FerroX，这是一种新的开源3D模拟框架，可以促进微电子领域破纪录的能源效率。建模框架将帮助研究人员理解微观现象，并开发超低功耗微电子技术，比目前依赖于材料生长和设备制造的昂贵投资的方法更快、更便宜。
这项研究发表在《科学计算世界》上。
研究人员开发了一种自动化的工作流程，可以实时进行药物发现和化学反应分析。在台式电脑上运行而不是在实验室中，自动化工作流程使用统计分析在几小时内而不是几天内识别新的化学反应产物。这一进展有助于加快新药物的发现和新化学反应的发展。
这项研究发表在《欧洲化学》杂志上。
被遗忘的油井和气井——那些没有在州记录中列出，也没有已知的操作人员——对环境构成危害。研究人员训练人工智能来梳理历史地图上的符号，找到这些潜在的“未记录的孤儿井”（uws）。在他们的研究中，研究人员在加利福尼亚州和俄克拉荷马州发现了uws，该技术可以扩展到搜索美国各地的井。这项研究是一个多实验室项目的一部分，该项目旨在开发廉价、灵活的工具，各州和部落可以使用这些工具来寻找井并优先考虑堵井。
这项研究刊登在《休斯顿纪事报》和《大众科学》上。
真菌作为未来一种有前途的可持续、无残忍的蛋白质来源正逐渐成为人们关注的焦点。由伯克利实验室领导的一个团队开发了一种CRISPR-Cas9工具包，用于编辑米曲霉（又称曲霉）的基因组，曲霉以用于清酒和酱油而闻名。通过提高其血红素（类似肉类的味道）和麦角硫因（一种仅存在于真菌中的抗氧化剂）的产量，研究小组将白色霉菌变成了一个红色的仿肉肉饼。这项工作只是利用真菌基因组创造新食物之旅的开始。
这项研究在《新闻周刊》、《纽约邮报》和KCBS上都有报道。
现代杂交甘蔗是地球上收获最多的作物之一，用于生产糖、糖蜜、生物乙醇和生物基材料等产品。它还拥有最复杂的基因蓝图之一。科学家绘制了甘蔗的DNA图谱，并为这种植物创建了第一个高度精确的参考基因组——在那里他们发现了基因如何赋予抗病能力的罕见例子。探索甘蔗的遗传密码可以帮助研究人员开发出更具弹性和生产力的作物，这对糖生产和生物燃料都有意义。
这项研究刊登在Earth.com上。
量子计算机有潜力解决人类健康、药物发现和人工智能方面的复杂问题，其速度比一些世界上最快的超级计算机快数百万倍。量子计算机网络可以更快地推进这些发现。但在此之前，计算机行业需要一种可靠的方法，以原子精度将数十亿量子位（或量子位）串在一起。为了克服这一障碍，研究人员开发了一种方法，使用飞秒激光在硅中对电信波段光学量子比特的形成进行编程，以进行大规模生产。这项技术可以通过建立在当前基于硅的计算基础设施上，实现未来可扩展的量子计算机。
这项研究刊登在Earth.com和Laser Focus World上
量子技术可能仍在发展中，但这些系统正在迅速发展，现有的原型已经对科学和工业产生了重大影响。量子研发的主要中心之一是由伯克利实验室领导的量子系统加速器（QSA）。QSA是美国能源部资助的五个国家量子信息（NQI）科学研究中心之一，旨在开发能够解决物理、化学、材料和生物学中长期挑战的技术，这些挑战是传统计算机无法解决的。
这项研究发表在《量子内幕》杂志上。
经过多年的研究，一个包括伯克利实验室科学家在内的国际团队发现了一种曾经独立的固氮微生物已经成为藻类细胞内永久居民的证据。细胞器是原生内共生历史上的第四个例子-原核细胞被真核细胞吞噬并从共生进化成细胞器的过程。
《科学》杂志2024年度突破奖的亚军之一。
物理学中最大的谜团之一是暗能量，这种未知的成分导致我们的宇宙膨胀得越来越快。研究人员使用暗能量光谱仪器（DESI）创建了迄今为止最大的宇宙3D地图，为我们提供了世界领先的暗能量测量结果，并对宇宙如何膨胀超过110亿年进行了前所未有的观察。实验第一年的数据提供了诱人的暗示，暗能量可能会随着时间的推移而演变，但研究人员需要更多的数据来确定。DESI合作预计将在2025年发布其对三年数据的分析。
这项研究在《纽约时报》、《华盛顿邮报》、《科学》、《自然》和《科学美国人》上都有报道，并被《时代》杂志评为2024年最佳发明之一。
伯克利实验室的科学家们发现了118种已知元素中的16种。今年，研究人员完成了关键的第一步，有可能创造出一种可以扩展元素周期表的新元素。一个团队使用实验室的88英寸回旋加速器首次使用钛光束制造出已知的116号元素（livermorium），这一突破使实验室能够尝试制造120号元素。如果被发现，第120号元素将是有史以来最重的原子，并为原子核的行为提供新的见解。
这项研究发表在《华盛顿邮报》、《自然》、《科学》、《科学美国人》和《化学世界》上。
今年9月，美国能源部宣布成立储能研究联盟（ESRA），该联盟由阿贡国家实验室领导，伯克利实验室和太平洋西北国家实验室共同领导。ESRA为解决电池挑战提供了科学基础，包括安全性、高能量密度和由廉价、丰富的材料制成的长寿命电池。
能源部的高效健康学校项目表彰了13个学区的获奖者。伯克利实验室自2021年启动高效健康学校计划以来一直为其提供技术支持。该团队包括来自伯克利实验室能源技术领域的工作人员，他们帮助设计和管理这个认可项目。
