सामग्री और नैनो प्रौद्योगिकी भौतिकविदों के लिए उभरते हुए क्षेत्र हैं, जो अक्सर रसायनज्ञों, जीवविज्ञानी, इंजीनियरों और निश्चित रूप से सामग्री वैज्ञानिकों के साथ सहयोग करने से लाभान्वित होते हैं। यह सामग्रियों और नैनोटेक्नोलॉजी के बारे में लिखने के लिए आकर्षक बनाता है, और यह वर्ष कोई अपवाद नहीं रहा है। यहां हमारी कुछ पसंदीदा सामग्रियों और नैनोटेक्नोलॉजी शोध कहानियों का चयन है जिन्हें हमने 2022 में प्रकाशित किया था।
जीवित जीवों के साथ नैनोमटेरियल्स का एकीकरण एक गर्म विषय है, यही कारण है कि "विरासत में मिली नैनोबायोनिक्स" पर यह शोध हमारी सूची में है। अर्देमिस बोगोसियन स्विट्जरलैंड में ईपीएफएल और उनके सहयोगियों ने दिखाया है कि कुछ बैक्टीरिया एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब (एसडब्ल्यूसीएनटी) ले लेंगे। इसके अलावा, जब बैक्टीरिया कोशिकाएं विभाजित होती हैं, तो SWCNTs बेटी कोशिकाओं के बीच वितरित हो जाते हैं। टीम ने यह भी पाया कि एसडब्ल्यूसीएनटी युक्त बैक्टीरिया नैनोट्यूब के बिना बैक्टीरिया की तुलना में प्रकाश से प्रकाशित होने पर काफी अधिक बिजली पैदा करते हैं। परिणामस्वरूप, इस तकनीक का उपयोग जीवित सौर कोशिकाओं को विकसित करने के लिए किया जा सकता है, जो स्वच्छ ऊर्जा पैदा करने के साथ-साथ विनिर्माण के मामले में नकारात्मक कार्बन पदचिह्न भी रखते हैं।
विश्व की अधिकांश सांस्कृतिक विरासत भौतिक रूप में मौजूद है और वैज्ञानिक भविष्य की पीढ़ियों के लिए अतीत को संरक्षित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। स्विट्जरलैंड और जर्मनी में शोधकर्ताओं ने ज़्विशगोल्ड में ढकी मध्ययुगीन वस्तुओं को पुनर्स्थापित करने में मदद के लिए एक उन्नत, गैर-आक्रामक इमेजिंग तकनीक का उपयोग किया है। यह एक अत्यधिक परिष्कृत सामग्री है जिसमें सोने की एक अत्यंत पतली परत होती है जो चांदी की मोटी परत द्वारा समर्थित होती है। ज़्विशगोल्ड सदियों से ख़राब होता जा रहा है, लेकिन विशेषज्ञ इसकी मूल संरचना के बारे में अनिश्चित थे और यह समय के साथ कैसे बदलता है, जिससे बहाली मुश्किल हो जाती है। अब, किंग वू के नेतृत्व में एक टीम पश्चिमी स्विट्जरलैंड के अनुप्रयुक्त विज्ञान और कला विश्वविद्यालय और बेंजामिन वत्स पॉल शेरर इंस्टीट्यूट में एक उन्नत एक्स-रे विवर्तन तकनीक का उपयोग करके दिखाया गया है कि ज़्विशगोल्ड में सोने की पत्ती की तुलना में 30 एनएम मोटी सोने की परत होती है, जो आमतौर पर 140 एनएम होती है। उन्होंने यह भी जानकारी प्राप्त की कि सामग्री सतहों से कैसे अलग होने लगती है।
"आश्चर्यजनक सामग्री" शब्द का संभवतः अत्यधिक उपयोग किया गया है, लेकिन यहाँ पर भौतिकी की दुनिया हमारा मानना है कि यह पेरोव्स्काइट्स का एक उपयुक्त विवरण है - ऐसे गुण वाले अर्धचालक पदार्थ जो उन्हें सौर सेल बनाने के लिए उपयुक्त बनाते हैं। हालाँकि, पेरोव्स्काइट उपकरणों के अपने नकारात्मक पक्ष हैं, जिनमें से कुछ सतह दोष और आयन प्रवासन से संबंधित हैं। ये समस्याएँ गर्मी और नमी के कारण और बढ़ जाती हैं - वही स्थितियाँ जो व्यावहारिक सौर कोशिकाओं को सहन करनी पड़ती हैं। अब, स्टीफ़न डी वुल्फ सऊदी अरब में किंग अब्दुल्ला विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय और उनके सहयोगियों ने 2डी और 3डी परतों से बना एक पेरोव्स्काइट उपकरण बनाया है जो गर्मी और आर्द्रता के प्रति अधिक प्रतिरोधी है। ऐसा इसलिए है क्योंकि 2डी परतें एक बाधा के रूप में कार्य करती हैं, जो पानी और आयन दोनों के प्रवासन को डिवाइस के 3डी भागों को प्रभावित करने से रोकती हैं।
कोणीय संवेग का संरक्षण भौतिकी की आधारशिला है। यही कारण है कि वैज्ञानिक कुछ चुम्बकों में स्पिन के भाग्य पर हैरान थे, जो अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स द्वारा सामग्री पर बमबारी करने पर गायब हो जाते थे। अब, शोधकर्ता जर्मनी में कॉन्स्टैन्ज़ विश्वविद्यालय पाया गया है कि यह "खोया हुआ" कोणीय संवेग वास्तव में कुछ सौ फेमटोसेकंड के भीतर इलेक्ट्रॉनों से सामग्री के क्रिस्टल जाली के कंपन में स्थानांतरित हो जाता है। चुंबकीय सामग्रियों पर लेजर पल्स फायरिंग का उपयोग डेटा को संग्रहीत करने और पुनर्प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है, इसलिए कोणीय गति को कैसे स्थानांतरित किया जाता है यह समझने से बेहतर भंडारण प्रणाली बन सकती है। कॉन्स्टैन्ज़ प्रयोग स्पिन में हेरफेर करने के नए तरीकों के विकास को भी जन्म दे सकता है - जिससे स्पिनट्रोनिक उपकरणों के विकास को लाभ हो सकता है।
आश्चर्यजनक सामग्रियों की बात करें तो 2022 क्यूबिक बोरान आर्सेनाइड का वर्ष था। इस अर्धचालक में दो तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण गुण होने की भविष्यवाणी की गई थी - उच्च छिद्र गतिशीलता और उच्च तापीय चालकता। इन दोनों भविष्यवाणियों की इस वर्ष प्रायोगिक तौर पर पुष्टि की गई और ऐसा करने वाले शोधकर्ताओं को हमारे यहाँ सम्मानित किया गया है 10 की शीर्ष 2022 सफलताएं. लेकिन इस साल के अंत तक यह यहीं नहीं रुका उसामा चौधरी और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता बारबरा और ह्यूस्टन विश्वविद्यालय के सहकर्मियों ने यह पुष्टि करने के लिए स्कैनिंग अल्ट्राफास्ट इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया कि क्यूबिक बोरॉन आर्सेनाइड में "गर्म" इलेक्ट्रॉनों का जीवनकाल लंबा होता है। यह एक और अत्यधिक वांछनीय संपत्ति है जो सौर कोशिकाओं और प्रकाश डिटेक्टरों के विकास में उपयोगी साबित हो सकती है।
यह अनुमान लगाया गया है कि विश्व स्तर पर उपयोग की जाने वाली सभी बिजली का 20% पारंपरिक वाष्प-संपीड़न प्रशीतन और एयर कंडीशनिंग पर खर्च किया जाता है। इसके अलावा, इन प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले रेफ्रिजरेंट शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैसें हैं जो ग्लोबल वार्मिंग में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं। परिणामस्वरूप, वैज्ञानिक अधिक पर्यावरण अनुकूल प्रशीतन प्रणाली विकसित करने का प्रयास कर रहे हैं। अब, पेंग वू और शंघाई टेक यूनिवर्सिटी के सहयोगियों ने एक ठोस-अवस्था कैलोरी शीतलन प्रणाली बनाई है जो किसी सामग्री में तनाव पैदा करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र के बजाय विद्युत क्षेत्र का उपयोग करती है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि चुंबकीय क्षेत्रों की तुलना में विद्युत क्षेत्रों को लागू करना बहुत आसान और सस्ता है। इससे भी अधिक, प्रभाव कमरे के तापमान पर होता है - जो व्यावहारिक शीतलन प्रणाली के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता है।
हम इस वर्ष के राउंड-अप में एक और आश्चर्यजनक सामग्री निचोड़ने जा रहे हैं, और वह है मैजिक-एंगल ग्राफीन। यह तब बनता है जब ग्राफीन की परतें एक-दूसरे के सापेक्ष घूमती हैं, जिससे एक मोइरे सुपरलैटिस बनता है जिसमें गुणों की एक श्रृंखला होती है जो मोड़ के कोण पर निर्भर करती है। अब, जिया लियू और अमेरिका में ब्राउन यूनिवर्सिटी के सहकर्मियों ने मैजिक-एंगल ग्राफीन का उपयोग एक ऐसी सामग्री बनाने के लिए किया है जो चुंबकत्व और अतिचालकता दोनों को प्रदर्शित करती है - गुण जो आमतौर पर संघनित-पदार्थ भौतिकी में स्पेक्ट्रम के विपरीत छोर पर होते हैं। टीम ने मैजिक-एंगल ग्राफीन को 2डी सामग्री टंगस्टन डिसेलेनाइड के साथ जोड़ा। दो सामग्रियों के बीच जटिल बातचीत ने शोधकर्ताओं को ग्राफीन को एक सुपरकंडक्टर से एक शक्तिशाली फेरोमैग्नेट में बदलने की अनुमति दी। यह उपलब्धि भौतिकविदों को इन दो आम तौर पर अलग-अलग घटनाओं के बीच परस्पर क्रिया का अध्ययन करने का एक नया तरीका दे सकती है।
