재료 및 나노기술은 화학자, 생물학자, 엔지니어 및 물론 재료 과학자와의 협력을 통해 종종 이익을 얻는 물리학자에게 번창하는 분야입니다. 이것은 재료와 나노기술에 대해 글을 쓰기에 매력적으로 만들고 올해도 예외는 아닙니다. 다음은 2022년에 출판된 우리가 가장 좋아하는 재료 및 나노기술 연구 기사 중 일부입니다.
나노물질과 살아있는 유기체의 통합은 뜨거운 주제이며, 이것이 "계승된 나노바이오닉스"에 대한 이 연구가 우리 목록에 있는 이유입니다. 아르데미스 보고시안 스위스 EPFL과 동료들은 특정 박테리아가 단일벽 탄소 나노튜브(SWCNT)를 차지할 것임을 보여주었습니다. 또한 박테리아 세포가 분열할 때 SWCNT는 딸 세포 사이에 분포됩니다. 또한 팀은 SWCNT를 포함하는 박테리아가 나노튜브가 없는 박테리아보다 빛을 비추었을 때 훨씬 더 많은 전기를 생산한다는 사실을 발견했습니다. 결과적으로 이 기술은 청정 에너지를 생성할 뿐만 아니라 제조 시 탄소 발자국도 부정적인 살아있는 태양 전지를 성장시키는 데 사용될 수 있습니다.
세계 문화 유산의 대부분은 물질적 형태로 존재하며 과학자들은 미래 세대를 위해 과거를 보존하는 데 중요한 역할을 합니다. 스위스와 독일의 연구원들은 zwischgold로 덮인 중세 물체를 복원하는 데 도움이 되는 고급 비침습 이미징 기술을 사용했습니다. 이것은 두꺼운 은층으로 뒷받침되는 초박형 금층으로 구성된 매우 정교한 소재입니다. Zwischgold는 수세기에 걸쳐 악화되었지만 전문가들은 원래 구조와 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는지 확신하지 못하여 복원이 어려웠습니다. 이제 Qing Wu가 이끄는 팀은 서부 스위스 응용 과학 및 예술 대학 와 벤자민 와츠 Paul Scherrer Institute에서 고급 X선 회절 기술을 사용하여 zwischgold가 일반적으로 30nm인 금박에 비해 140nm 두께의 금층을 가지고 있음을 보여주었습니다. 그들은 또한 재료가 표면에서 분리되기 시작하는 방법에 대한 통찰력을 얻었습니다.
"경이로운 재료"라는 용어가 남용될 수 있지만 여기서는 물리 세계 우리는 이것이 페로브스카이트(태양 전지를 만드는 데 적합한 특성을 가진 반도체 재료)에 대한 적절한 설명이라고 생각합니다. 그러나 페로브스카이트 장치에는 단점이 있으며 그 중 일부는 표면 결함 및 이온 이동과 관련이 있습니다. 이러한 문제는 실제 태양 전지가 견뎌야 하는 바로 그 조건인 열과 습도에 의해 악화됩니다. 지금, 스테판 드 울프 사우디아라비아 King Abdullah University of Science and Technology의 동료들은 열과 습기에 더 강한 2D 및 3D 레이어로 만든 페로브스카이트 장치를 만들었습니다. 이는 2D 레이어가 장벽 역할을 하여 장치의 3D 부분에 영향을 미치는 물과 이온 이동을 모두 차단하기 때문입니다.
각운동량 보존은 물리학의 초석입니다. 이것은 과학자들이 초단파 레이저 펄스에 의해 재료가 충격을 받으면 사라지는 것처럼 보이는 일부 자석의 스핀 운명에 대해 의아해했던 이유입니다. 이제 연구원들은 독일 콘스탄츠 대학교 이 "잃어버린" 각운동량은 실제로 수백 펨토초 내에 전자에서 물질의 결정 격자 진동으로 전달된다는 것을 발견했습니다. 자성 물질에 레이저 펄스를 발사하면 데이터를 저장하고 검색할 수 있으므로 각운동량이 어떻게 전달되는지 이해하면 더 나은 저장 시스템을 만들 수 있습니다. Konstanz 실험은 또한 스핀을 조작하는 새로운 방법의 개발로 이어질 수 있으며, 이는 스핀트로닉스 장치의 개발에 도움이 될 수 있습니다.
경이로운 재료라고 하면 2022년은 입방정 비화붕소의 해였습니다. 이 반도체는 높은 정공 이동도와 높은 열 전도성이라는 두 가지 기술적으로 중요한 특성을 가질 것으로 예측되었습니다. 이 두 가지 예측은 모두 올해 실험적으로 확인되었으며 이를 수행한 연구원은 10년 2022대 혁신. 하지만 거기에 그치지 않고 올해 말 우사마 초드리 University of California, Santa Barbara 및 University of Houston의 동료들은 초고속 주사 전자 현미경을 사용하여 입방정 비화붕소의 "뜨거운" 전자가 수명이 길다는 것을 확인했습니다. 이것은 태양 전지 및 광 검출기의 개발에 유용한 것으로 입증될 수 있는 또 다른 매우 바람직한 특성입니다.
전 세계적으로 사용되는 모든 전기의 20%가 기존의 증기 압축 냉동 및 에어컨에 소비되는 것으로 추정됩니다. 또한 이러한 시스템에 사용되는 냉매는 지구 온난화에 크게 기여하는 강력한 온실 가스입니다. 결과적으로 과학자들은 보다 환경 친화적인 냉동 시스템을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 지금, 펭 우 Shanghai Tech University의 동료들은 자기장이 아닌 전기장을 사용하여 재료에 변형을 일으키는 고체 열량 냉각 시스템을 만들었습니다. 이것은 전기장이 자기장보다 구현하기 훨씬 쉽고 훨씬 저렴하기 때문에 중요합니다. 더욱이 효과는 실온에서 발생합니다. 이는 실용적인 냉각 시스템의 중요한 요구 사항입니다.
우리는 올해 라운드업에 또 하나의 경이로운 소재를 집어넣을 예정인데, 바로 매직앵글 그래핀입니다. 이것은 그래핀 층이 서로에 대해 회전할 때 생성되어 비틀림 각도에 따라 다양한 특성을 갖는 Moiré 초격자를 생성합니다. 지금, 지아 리 미국 브라운 대학교(Brown University)의 동료들은 매직 앵글 그래핀을 사용하여 자성과 초전도성을 모두 나타내는 물질을 만들었습니다. 연구팀은 매직 앵글 그래핀을 2D 재료 텅스텐 디셀레나이드와 인터페이스했습니다. 두 물질 사이의 복잡한 상호작용은 연구자들이 그래핀을 초전도체에서 강력한 강자석으로 변형시킬 수 있게 해주었다. 이 성과는 물리학자들에게 이 두 가지 일반적으로 분리된 현상 사이의 상호 작용을 연구하는 새로운 방법을 제공할 수 있습니다.
