Der er mange fysikere, der arbejder med materialer, og hvert år glæder vi os til at skrive om noget af det mest spændende forskning inden for dette felt. Dette år var ingen undtagelse, og her er nogle af vores yndlingsmaterialehistorier fra 2023.
I en tid, hvor nye materialer bliver udtænkt ved hjælp af kunstig intelligens, finder jeg det trøstende, at vi også er midt i en genopblussen af interessen for træ. Det er helt sikkert et af de ældste materialer, der bruges af mennesker, og i dag udvikler forskere rundt om i verden nye måder at bruge denne vedvarende ressource til at skabe spændende materialer. Nu, Isak Engquist of Linköpings Universitets Laboratorium for Organisk Elektronik og kolleger i Sverige har bygget en transistor af en planke af træ. Det gjorde de ved at inkorporere elektrisk ledende polymerer i hele materialet på en måde, der skaber plads til en ionisk ledende elektrolyt. Deres nye fremstillingsteknik gør det muligt at bruge træ som skabelon for adskillige elektroniske komponenter, men holdet indrømmer, at trætransistorer ikke ville komme i nærheden af ydelsen af konventionelle enheder. En mulig anvendelse kunne være integration af elektronik i levende planter – men selvom der er få praktiske anvendelser for en trætransistor, er det stadig et smart trick.
Ligesom træ er vand et allestedsnærværende materiale med ekstraordinære egenskaber. I modsætning til de fleste stoffer er fast vand mindre tæt end flydende vand, hvilket gør vandlevende liv muligt på tværs af store dele af Jorden, hvor temperaturen regelmæssigt falder til under 0 °C. Is er kendt for at komme i mindst 20 forskellige krystalstrukturer. Nu er forskere i Kina ledet af Lifen Wang og Xuedong Bai fra Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics og Songshan Lake Materials Laboratory i Dongguan er de første til at bekræfte eksistensen af kubisk is, som har en diamant-kubisk struktur af vandmolekyler. Denne is menes at være ansvarlig for Scheiners glorie, som er en yderst sjælden optisk effekt, der skaber en ring af lys omkring Solen ved omkring 28°. Dette er i modsætning til den sædvanlige 22° halo forårsaget af brydning gennem sekskantede iskrystaller. Holdet skabte kubisk is på en fryseplade lavet af monolagsgrafen og overvågede dens dannelse ved hjælp af kryogen transmissionselektronmikroskopi. Deres teknik kan vise sig at være nyttig til at studere, hvordan is af alle slags dannes på overflader.
En af det 20. århundredes fysiks triumfer er BCS teorien om superledning, som blev udviklet i 1950'erne for at forklare, hvorfor nogle materialer har nul elektrisk modstand ved meget lave temperaturer. Ideen er, at elektroner i disse superledere parrer sig for at skabe bosoner. Disse "Cooper-par" kan derefter kondensere og danne et superfluid-lignende stof, der kan flyde uden modstand. Mens der er indirekte beviser for eksistensen af Cooper-par, havde fysikere endnu ikke målt en negativ korrelation mellem elektronernes spins i et par - hvilket ville være direkte bevis for et pars eksistens. Nu er fysikere i Schweiz og Italien ledet af Arunav Bordoloi ved universitetet i Basel har brugt to kvanteprikker til at udtrække Cooper-par fra et lille stykke superleder. De delte derefter parrene og målte deres spin-polarisationer, og fandt ud af, at de normalt pegede i modsatte retninger - præcis som forudsagt af BCS-teori.
For årtier siden, da jeg var på universitetet, var fraktaler i højsædet – til dels på grund af visualiseringer af høj kvalitet skabt af Benoit Mandelbrot. Så jeg er altid interesseret, når de dukker op i forskning i dag. I februar, Claudio Castelnovo ved University of Cambridge og kolleger i Storbritannien, Tyskland, USA og Argentina viste, at en ny type fraktal lurer i en spin-is. Spin-is er materialer med magnetiske momenter, der er frustrerede, fordi de ikke kan sætte sig i en periodisk konfiguration ved lave temperaturer. I stedet bliver øjeblikke frosne med en grad af uorden, der ligner den, der findes i vandis. I 2009 argumenterede fysikere for, at excitationer i nogle spin-is opfører sig som magnetiske monopoler. Nu har Castelnovo og kolleger vist, at disse monopoler bevæger sig i en fraktal verden med stadigt forgrenede baner, i stedet for at være frie til at bevæge sig i 3D. At studere monopoler i spin ices kan være vigtigt for en lang række applikationer, siger teammedlem Jonathan Nilsson Hallén som er baseret i Cambridge og Dresden. "Spin ices er et af de mest tilgængelige forekomster af topologiske magneter, og magnetiske monopoler i spin ices er et af de bedst forståede eksempler på fraktionaliserede excitationer," siger han.
Isbjørnens hvide pels giver camouflage i det sneklædte arktiske landskab. Men du tror måske, at en hvid frakke ville gøre et dårligt stykke arbejde med at varme bjørne i solskin. Dette er ikke tilfældet, fordi isbjørnens pels er designet til at kanalisere sollys til bjørnens mørke hud, hvor det absorberes effektivt. Hvad mere er, er pelsen meget god til at fange varme udstrålet af bjørnens hud - i det væsentlige skaber en drivhuseffekt. Nu, Trisha Andrew og kolleger ved University of Massachusetts Amherst har skabt et nyt dobbelt-lags stof inspireret af isbjørne, der absorberer energi fra Solen og indendørs belysning og fanger det for at bevare varmen. Når den udsættes for en lysintensitet på 130 W/m2 (en kedelig midvinterdag i England) holder den sin bærer lige så varm som bomuldsstof ville – men ved temperaturer, der er 10 °C koldere og vejer 30 % mindre. "Vores isbjørnestof kunne være meget nyttigt til at håndtere rumopvarmning, som forbruger enorme mængder energi, på en mere energieffektiv måde ved at opvarme folk indendørs ved hjælp af omgivende belysning i stedet for rumopvarmning," siger Andrew.
Vi elsker en kvasipartikel her kl Fysik verden, så vi var glade for, at fysikere i 2023 langt om længe opdagede "Pines' dæmonen". Først forudsagt i 1952 af David Pines , David Bohm, er denne kvasipartikel en kvantiseret elektrondensitetsfluktuation i et plasma. Kvasipartiklen dannes, når elektroner i forskellige bånd af et metal bevæger sig ud af fase med hinanden, således at de holder den samlede ladning statisk. Faktisk er en dæmon den kollektive bevægelse af neutrale kvasipartikler - og en dæmon er også masseløs og ude af stand til at interagere med lys. Alt dette gør kvasipartiklerne meget svære at opdage. Nu, Peter Abbamonte fra University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC) i USA, og kolleger har fundet beviser for, at dæmonen bruger en teknik kaldet elektronenergitabsspektroskopi til at identificere en excitation forbundet med Pines’ dæmon i enkeltkrystaller af strontiumruthenat.
Mennesker ser ud til at have et had-kærlighedsforhold til beton. Materialets anvendelighed understøtter meget af det byggede miljø, men alligevel fordømmer vi dets til tider brutale udseende og de enorme mængder kuldioxid, der udsendes under produktionen. Nu er et hold i USA ledet af MIT's Franz-Josef Ulm, Admir Masic , Yang-Shao Horn har udviklet en type beton, der kan bruges til at skabe superkondensatorer til lagring af energi. Produktionen begynder med en tør blanding af kønrøg og cement, hvortil der tilsættes vand og superplastificeringsmidler. Når materialet størkner, skaber det et fraktallignende netværk af porer, der gør materialet til en leder med et meget stort overfladeareal. Det er præcis, hvad du ønsker for elektroderne på en kondensator, hvor jo større overfladeareal, jo større kapacitans. Ifølge holdet ville en betonkondensator på størrelse med en 3.55 m terning kunne lagre omkring 10 kWh energi. Et hus bygget med fundamenter, der indeholder disse kondensatorer, kunne derfor lagre en dags energi - produceret af for eksempel solpaneler - og frigive den, når det er nødvendigt. Materialet kunne også bruges i bunden af en vindmølle, hvor det kunne lagre overskudsenergi, indtil det er nødvendigt. Teknologien kan også bruges til at lagre vedvarende energi i infrastruktur såsom veje og parkeringspladser, hvor energien kan overføres ved induktion til køretøjer.
Fysik verdens dækning af Årets Gennembrud er støttet af Rapporter om fremskridt i fysik, som giver uovertruffen synlighed til din banebrydende forskning.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/materials-physics-highlights-of-2023/
- :har
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OP
- 10
- 20
- 2023
- 3d
- 700
- a
- I stand
- Om
- absorberet
- absorberer
- AC
- tilgængelig
- Ifølge
- tværs
- tilføjet
- siden
- Alle
- også
- altid
- am
- Ambient
- beløb
- an
- Ancient
- ,
- Andrew
- En anden
- Anvendelse
- applikationer
- arktiske
- ER
- OMRÅDE
- Argentina
- argumenteret
- omkring
- kunstig
- kunstig intelligens
- kunstner
- AS
- forbundet
- At
- Bad
- bund
- baseret
- Basel
- BE
- Husk
- Bears
- fordi
- bliver
- være
- troede
- jf. nedenstående
- BEDSTE
- mellem
- Sort
- gennembrud
- bygget
- men
- by
- kaldet
- Cambridge
- CAN
- kan ikke
- bil
- kulstof
- carbondioxid
- tilfælde
- forårsagede
- cement
- Kanal
- afgift
- Kina
- klik
- kolleger
- samling
- kollektive
- Kollegium
- Kom
- komponenter
- beton
- Kondenseret stof
- udførelse
- Konfiguration
- Bekræfte
- indeholder
- konventionelle
- Cooper
- Korrelation
- kunne
- dækning
- skabe
- oprettet
- skaber
- Oprettelse af
- Krystal
- Nuværende
- mørk
- dag
- Degree
- glad
- Afdeling
- konstrueret
- opdage
- opdaget
- udviklet
- udvikling
- Enheder
- DID
- forskellige
- svært
- direkte
- opdaget
- sygdom
- do
- tørre
- i løbet af
- jorden
- effekt
- effektivt
- elektrolyt
- elektronisk
- Elektronik
- elektroner
- energi
- England
- Miljø
- Era
- væsentlige
- Endog
- NOGENSINDE
- Hver
- bevismateriale
- præcist nok
- eksempel
- eksempler
- undtagelse
- spændende
- eksistens
- Forklar
- udsat
- ekstrakt
- ekstraordinære
- ekstremt
- stof
- Fall
- februar
- få
- felt
- Filtre
- Finde
- finde
- Fornavn
- flow
- fluktuation
- Til
- formular
- formation
- formularer
- Videresend
- fundet
- Fonde
- Gratis
- Frys
- fra
- frosset
- frustrerede
- Tyskland
- godt
- Graphene
- større
- banebrydende
- havde
- Gem
- Have
- he
- link.
- Høj
- højdepunkter
- host
- hus
- Hvordan
- Men
- HTML
- http
- HTTPS
- kæmpe
- Mennesker
- i
- ICE
- idé
- identificere
- if
- Illinois
- billede
- vigtigt
- in
- inkorporerer
- inkorporering
- Indendørs
- oplysninger
- Infrastruktur
- inspirerede
- i stedet
- Institut
- integration
- Intelligens
- interagere
- interesse
- interesseret
- ind
- spørgsmål
- IT
- Italiensk vin
- ITS
- Job
- jpg
- lige
- Holde
- holder
- kendt
- laboratorium
- sø
- landskab
- stor
- Efternavn
- mindst
- Led
- mindre
- Livet
- lys
- Belysning
- ligesom
- Flydende
- levende
- logo
- Lang
- Se
- off
- kærlighed
- Lav
- lavet
- Magneter
- vedligeholde
- maerker
- Making
- styring
- måde
- mange
- Massachusetts
- materiale
- materialer
- Matter
- max-bredde
- måle
- medlem
- metal
- Mikroskopi
- måske
- MIT
- blanding
- modificeret
- Moments
- overvåges
- mere
- mest
- bevægelse
- bevæge sig
- meget
- national
- I nærheden af
- behov
- negativ
- netværk
- Neutral
- Ny
- ingen
- nu
- talrige
- of
- Tilbud
- on
- ONE
- åbent
- modsat
- organisk
- vores
- ud
- samlet
- par
- par
- paneler
- del
- Mennesker
- ydeevne
- periodisk
- fase
- Fysik
- Fysik verden
- stykke
- Planter
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- polære
- Polymerer
- pop
- mulig
- Praktisk
- forudsagde
- produceret
- produktion
- Progress
- egenskaber
- Bevise
- giver
- kvalitet
- Quantum
- Kvanteprikker
- Rage
- SJÆLDEN
- hellere
- regelmæssigt
- forhold
- frigive
- Vedvarende
- vedvarende energi
- Rapporter
- forskning
- forskere
- Modstand
- ressource
- ansvarlige
- ring
- veje
- Værelse
- Royal
- s
- siger
- synes
- bilægge
- viste
- vist
- lignende
- enkelt
- Størrelse
- hud
- So
- sol
- solpaneler
- solid
- størkner
- nogle
- sommetider
- Space
- Spektroskopi
- Spin
- spins
- delt
- statisk
- Stadig
- butik
- Historier
- lagring
- struktur
- strukturer
- studere
- stof
- sådan
- Sol
- sollys
- solskin
- Superledning
- Understøttet
- sikkert
- overflade
- overskud
- skår
- Sverige
- Schweiz
- hold
- teknik
- Teknologier
- skabelon
- end
- at
- UK
- verdenen
- deres
- derefter
- teori
- Der.
- derfor
- Disse
- de
- tror
- denne
- i år
- THOR
- Gennem
- hele
- thumbnail
- til
- i dag
- sammen
- overført
- fældefangst
- fælder
- to
- typen
- allestedsnærværende
- Uk
- ude af stand
- forstået
- universitet
- University of Cambridge
- I modsætning til
- uden sidestykke
- indtil
- us
- brug
- anvendte
- bruger
- ved brug af
- sædvanlig
- sædvanligvis
- Vast
- Køretøjer
- meget
- synlighed
- ønsker
- varm
- varme
- var
- Vand
- Wave
- Vej..
- måder
- we
- vejning
- var
- Hvad
- Hvad er
- hvornår
- som
- mens
- hvid
- WHO
- hvorfor
- blæst
- med
- uden
- træ
- træ
- arbejder
- world
- Verdens
- værd
- ville
- skrivning
- år
- endnu
- Du
- Din
- zephyrnet
- nul