कई भौतिक विज्ञानी सामग्रियों पर काम कर रहे हैं और हर साल हम इस क्षेत्र में कुछ सबसे रोमांचक शोध के बारे में लिखने के लिए उत्सुक रहते हैं। यह वर्ष कोई अपवाद नहीं था और यहां 2023 से हमारी कुछ पसंदीदा सामग्री कहानियां हैं।
ऐसे युग में जब कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग करके नई सामग्रियां तैयार की जा रही हैं, मुझे यह जानकर तसल्ली होती है कि हम लकड़ी में रुचि के पुनरुत्थान के दौर में भी हैं। यह निश्चित रूप से मनुष्यों द्वारा उपयोग की जाने वाली सबसे प्राचीन सामग्रियों में से एक है और आज दुनिया भर के शोधकर्ता रोमांचक सामग्री बनाने के लिए इस नवीकरणीय संसाधन का उपयोग करने के नए तरीके विकसित कर रहे हैं। अब, इसाक एंगक्विस्ट of ऑर्गेनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लिंकोपिंग विश्वविद्यालय की प्रयोगशाला और स्वीडन में उनके सहयोगियों ने लकड़ी के एक तख्ते से एक ट्रांजिस्टर बनाया है। उन्होंने पूरी सामग्री में विद्युत संचालन करने वाले पॉलिमर को इस तरह से शामिल करके ऐसा किया जिससे आयनिक रूप से प्रवाहकीय इलेक्ट्रोलाइट के लिए जगह बन सके। उनकी नई निर्माण तकनीक कई इलेक्ट्रॉनिक घटकों के लिए टेम्पलेट के रूप में लकड़ी का उपयोग करना संभव बनाती है, लेकिन टीम स्वीकार करती है कि लकड़ी के ट्रांजिस्टर पारंपरिक उपकरणों के प्रदर्शन के आसपास कहीं नहीं आएंगे। एक संभावित अनुप्रयोग जीवित पौधों में इलेक्ट्रॉनिक्स का एकीकरण हो सकता है - लेकिन भले ही लकड़ी के ट्रांजिस्टर के लिए कुछ व्यावहारिक उपयोग हों, फिर भी यह एक साफ-सुथरी चाल है।
लकड़ी की तरह, पानी असाधारण गुणों वाला एक सर्वव्यापी पदार्थ है। अधिकांश पदार्थों के विपरीत, ठोस पानी तरल पानी की तुलना में कम घना होता है, जिससे पृथ्वी के विशाल हिस्से में जलीय जीवन संभव हो जाता है जहां तापमान नियमित रूप से 0 डिग्री सेल्सियस से नीचे गिर जाता है। ऐसा माना जाता है कि बर्फ कम से कम 20 विभिन्न क्रिस्टल संरचनाओं में आती है। अब, चीन में शोधकर्ताओं का नेतृत्व लिफेन वांग और ज़ुएदोंग बाई ने किया संघनित पदार्थ भौतिकी के लिए बीजिंग राष्ट्रीय प्रयोगशाला और सोंगशान झील सामग्री प्रयोगशाला डोंगगुआन में घन बर्फ के अस्तित्व की पुष्टि करने वाले पहले व्यक्ति हैं, जिसमें पानी के अणुओं की हीरे-घन संरचना होती है। ऐसा माना जाता है कि यह बर्फ शाइनर के प्रभामंडल के लिए जिम्मेदार है, जो एक अत्यंत दुर्लभ ऑप्टिकल प्रभाव है जो सूर्य के चारों ओर लगभग 28° पर प्रकाश का एक घेरा बनाता है। यह हेक्सागोनल बर्फ क्रिस्टल के माध्यम से अपवर्तन के कारण होने वाले सामान्य 22° प्रभामंडल के विपरीत है। टीम ने मोनोलेयर ग्राफीन से बनी फ्रीज प्लेट पर घन बर्फ बनाई और क्रायोजेनिक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके इसके गठन की निगरानी की। उनकी तकनीक यह अध्ययन करने में उपयोगी साबित हो सकती है कि सतहों पर सभी प्रकार की बर्फ कैसे बनती है।
20वीं सदी की भौतिकी की विजयों में से एक अतिचालकता का बीसीएस सिद्धांत है, जिसे 1950 के दशक में यह समझाने के लिए विकसित किया गया था कि क्यों कुछ सामग्रियों में बहुत कम तापमान पर शून्य विद्युत प्रतिरोध होता है। विचार यह है कि इन सुपरकंडक्टर्स में इलेक्ट्रॉन जोड़ी बनाकर बोसॉन बनाते हैं। ये "कूपर जोड़े" फिर संघनित होकर एक सुपरफ्लुइड जैसा पदार्थ बना सकते हैं जो बिना प्रतिरोध के प्रवाहित हो सकता है। जबकि कूपर जोड़े के अस्तित्व के लिए अप्रत्यक्ष सबूत हैं, भौतिकविदों ने अभी तक एक जोड़ी में इलेक्ट्रॉनों के स्पिन के बीच एक नकारात्मक सहसंबंध को मापना बाकी है - जो एक जोड़ी के अस्तित्व के लिए प्रत्यक्ष प्रमाण होगा। अब, स्विट्जरलैंड और इटली के भौतिकविदों के नेतृत्व में अरुणव बोरदोलोई बेसल विश्वविद्यालय में सुपरकंडक्टर के एक छोटे टुकड़े से कूपर जोड़े निकालने के लिए दो क्वांटम डॉट्स का उपयोग किया गया है। फिर उन्होंने जोड़ियों को विभाजित किया और उनके स्पिन ध्रुवीकरण को मापा, और पाया कि वे आम तौर पर विपरीत दिशाओं की ओर इशारा करते हैं - जैसा कि बीसीएस सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई थी।
दशकों पहले जब मैं विश्वविद्यालय में था, तब फ्रैक्टल बहुत लोकप्रिय थे - कुछ हद तक बेनोइट मैंडेलब्रॉट द्वारा बनाए गए उच्च गुणवत्ता वाले विज़ुअलाइज़ेशन के कारण। इसलिए, जब वे आज शोध में सामने आते हैं तो मुझे हमेशा दिलचस्पी होती है। फरवरी में, क्लाउडियो कैस्टेलनोवो कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय और यूके, जर्मनी, अमेरिका और अर्जेंटीना में उनके सहयोगियों ने दिखाया कि स्पिन बर्फ में एक नए प्रकार का फ्रैक्टल छिपा हुआ है। स्पिन बर्फ चुंबकीय क्षणों वाली सामग्री हैं जो निराश होती हैं क्योंकि वे कम तापमान पर आवधिक विन्यास में व्यवस्थित नहीं हो सकती हैं। इसके बजाय, क्षण पानी की बर्फ में पाए जाने वाले विकार के समान स्तर के साथ जमे हुए हो जाते हैं। 2009 में, भौतिकविदों ने तर्क दिया कि कुछ स्पिन बर्फ में उत्तेजना चुंबकीय मोनोपोल की तरह व्यवहार करती है। अब, कैस्टेलनोवो और सहकर्मियों ने दिखाया है कि ये मोनोपोल 3डी में घूमने के लिए स्वतंत्र होने के बजाय, हमेशा शाखाओं वाले प्रक्षेप पथों की एक भग्न दुनिया में चलते हैं। टीम के सदस्य का कहना है कि स्पिन आइस में मोनोपोल का अध्ययन कई अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है जोनाथन निल्सन हालेन जो कैम्ब्रिज और ड्रेसडेन में स्थित है। "स्पिन आइस टोपोलॉजिकल मैग्नेट के सबसे सुलभ उदाहरणों में से एक है, और स्पिन आइस में चुंबकीय मोनोपोल भिन्नात्मक उत्तेजनाओं के सबसे अच्छे समझे जाने वाले उदाहरणों में से एक हैं," वे कहते हैं।
ध्रुवीय भालू का सफेद फर बर्फीले आर्कटिक परिदृश्य में छलावरण प्रदान करता है। हालाँकि, आप सोच सकते हैं कि एक सफेद कोट धूप में भालू को गर्म करने का बुरा काम करेगा। यह मामला नहीं है क्योंकि ध्रुवीय भालू के फर को भालू की काली त्वचा तक सूरज की रोशनी पहुंचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जहां इसे कुशलतापूर्वक अवशोषित किया जाता है। इसके अलावा, फर भालू की त्वचा से निकलने वाली गर्मी को रोकने में बहुत अच्छा है - अनिवार्य रूप से ग्रीनहाउस प्रभाव पैदा करता है। अब, ट्रिशा एंड्रयू और मैसाचुसेट्स एमहर्स्ट विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने ध्रुवीय भालू से प्रेरित एक नया डबल-लेयर फैब्रिक बनाया है जो सूर्य और इनडोर प्रकाश व्यवस्था से ऊर्जा को अवशोषित करता है और गर्मी बनाए रखने के लिए इसे फंसाता है। 130W/m की प्रकाश तीव्रता के संपर्क में आने पर2 (इंग्लैंड में सर्दियों के मध्य का एक सुस्त दिन) यह अपने पहनने वाले को सूती कपड़े जितना गर्म रखता है - लेकिन 10 डिग्री सेल्सियस ठंडे तापमान पर और वजन 30% कम होता है। एंड्रयू कहते हैं, "हमारा ध्रुवीय भालू का कपड़ा अंतरिक्ष हीटिंग के प्रबंधन के लिए बहुत उपयोगी हो सकता है, जो कमरे के हीटिंग के बजाय परिवेश प्रकाश का उपयोग करके घर के अंदर लोगों को अधिक ऊर्जा-कुशल तरीके से गर्म करके भारी मात्रा में ऊर्जा की खपत करता है।"
हमें यहां एक क्वासिपार्टिकल बहुत पसंद है भौतिकी की दुनिया, इसलिए हमें खुशी हुई कि 2023 में भौतिकविदों ने आखिरकार "पाइंस दानव" का पता लगा लिया। सबसे पहले भविष्यवाणी 1952 में की गई थी डेविड पाइंस और डेविड बोहम, यह क्वासिपार्टिकल प्लाज्मा में एक परिमाणित इलेक्ट्रॉन-घनत्व उतार-चढ़ाव है। क्वासिपार्टिकल तब बनता है जब धातु के विभिन्न बैंडों में इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के साथ चरण से बाहर चले जाते हैं ताकि वे समग्र चार्ज को स्थिर रखें। वास्तव में, एक दानव तटस्थ अर्धकणों की सामूहिक गति है - और एक दानव भी द्रव्यमानहीन है और प्रकाश के साथ बातचीत करने में असमर्थ है। यह सब क्वासिपार्टिकल्स का पता लगाना बहुत कठिन बना देता है। अब, पीटर अब्बामोंटे अमेरिका में यूनिवर्सिटी ऑफ इलिनोइस अर्बाना-शैंपेन (यूआईयूसी) और उनके सहयोगियों ने स्ट्रोंटियम रूथेनेट के एकल क्रिस्टल में पाइंस के दानव से जुड़े उत्तेजना की पहचान करने के लिए इलेक्ट्रॉन ऊर्जा हानि स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक तकनीक का उपयोग करके दानव के साक्ष्य पाए हैं।
ऐसा प्रतीत होता है कि मनुष्य का कंक्रीट के साथ प्रेम-घृणा का रिश्ता है। सामग्री की व्यावहारिकता निर्मित वातावरण के अधिकांश हिस्से को रेखांकित करती है, फिर भी हम कभी-कभी इसकी क्रूर उपस्थिति और इसके उत्पादन के दौरान उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड की भारी मात्रा की निंदा करते हैं। अब, एमआईटी के नेतृत्व में अमेरिका में एक टीम फ्रांज-जोसेफ उल्म, एडमिर मैसिक और यांग-शाओ हॉर्न ने एक प्रकार का कंक्रीट विकसित किया है जिसका उपयोग ऊर्जा भंडारण के लिए सुपरकैपेसिटर बनाने के लिए किया जा सकता है। उत्पादन कार्बन ब्लैक और सीमेंट के सूखे मिश्रण से शुरू होता है, जिसमें पानी और सुपरप्लास्टिकाइज़र मिलाए जाते हैं। जैसे ही सामग्री जमती है, यह छिद्रों का एक भग्न जैसा नेटवर्क बनाती है जो सामग्री को बहुत बड़े सतह क्षेत्र के साथ एक कंडक्टर बनाती है। यह बिल्कुल वही है जो आप संधारित्र के इलेक्ट्रोड के लिए चाहते हैं, जहां सतह क्षेत्र जितना बड़ा होगा, धारिता उतनी ही अधिक होगी। टीम के अनुसार, 3.55 मीटर क्यूब के आकार का एक कंक्रीट कैपेसिटर लगभग 10 kWh ऊर्जा संग्रहीत करने में सक्षम होगा। इसलिए, इन कैपेसिटर वाली नींव से बना एक घर एक दिन के लायक ऊर्जा को संग्रहीत कर सकता है - उदाहरण के लिए, सौर पैनलों द्वारा उत्पादित - और जरूरत पड़ने पर इसे जारी कर सकता है। सामग्री का उपयोग पवन टरबाइन के आधार में भी किया जा सकता है, जहां यह जरूरत पड़ने तक अतिरिक्त ऊर्जा संग्रहीत कर सकता है। प्रौद्योगिकी का उपयोग सड़कों और कार पार्कों जैसे बुनियादी ढांचे में नवीकरणीय ऊर्जा को संग्रहीत करने के लिए भी किया जा सकता है, जहां ऊर्जा को वाहनों में प्रेरण द्वारा स्थानांतरित किया जा सकता है।
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/materials-physics-highlights-of-2023/
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