Er werken veel natuurkundigen aan materialen en elk jaar kijken we ernaar uit om te schrijven over enkele van de meest opwindende onderzoeken op dit gebied. Dit jaar was geen uitzondering en hier zijn enkele van onze favoriete materiaalverhalen uit 2023.
In een tijdperk waarin nieuwe materialen worden bedacht met behulp van kunstmatige intelligentie, vind ik het geruststellend dat we ons ook midden in een heropleving van de belangstelling voor hout bevinden. Het is zeker een van de oudste materialen die door mensen worden gebruikt en tegenwoordig ontwikkelen onderzoekers over de hele wereld nieuwe manieren om deze hernieuwbare hulpbron te gebruiken om opwindende materialen te creëren. Nu, Isak Engquist of Laboratorium voor organische elektronica van de Universiteit van Linköping en collega's in Zweden hebben een transistor uit een plank hout gebouwd. Ze deden dit door elektrisch geleidende polymeren in het materiaal te verwerken, op een manier die ruimte creëert voor een ionisch geleidende elektrolyt. Hun nieuwe fabricagetechniek maakt het mogelijk om hout als sjabloon te gebruiken voor talloze elektronische componenten, maar het team geeft toe dat houten transistors bij lange na niet in de buurt zouden komen van de prestaties van conventionele apparaten. Een mogelijke toepassing zou de integratie van elektronica in levende planten kunnen zijn – maar ook al zijn er weinig praktische toepassingen voor een houten transistor, het is nog steeds een leuke truc.
Net als hout is water een alomtegenwoordig materiaal met buitengewone eigenschappen. In tegenstelling tot de meeste stoffen heeft vast water een lagere dichtheid dan vloeibaar water, waardoor waterleven mogelijk is in grote delen van de aarde, waar de temperatuur regelmatig onder de 0 °C daalt. Het is bekend dat ijs in minstens twintig verschillende kristalstructuren voorkomt. Nu hebben onderzoekers in China onder leiding van Lifen Wang en Xuedong Bai van de Nationaal laboratorium voor gecondenseerde materie in Peking en Materialenlaboratorium van Songshan Lake in Dongguan zijn de eersten die het bestaan van kubisch ijs bevestigen, dat een diamant-kubieke structuur van watermoleculen heeft. Aangenomen wordt dat dit ijs verantwoordelijk is voor de halo van Scheiner, een uiterst zeldzaam optisch effect dat een ring van licht rond de zon creëert op ongeveer 28°. Dit is anders dan de gebruikelijke halo van 22° die wordt veroorzaakt door breking door hexagonale ijskristallen. Het team creëerde kubisch ijs op een vriesplaat gemaakt van monolaag grafeen en volgde de vorming ervan met behulp van cryogene transmissie-elektronenmicroscopie. Hun techniek zou nuttig kunnen zijn om te bestuderen hoe allerlei soorten ijs zich op oppervlakken vormen.
Een van de triomfen van de 20e-eeuwse natuurkunde is de BCS-theorie van supergeleiding, die in de jaren vijftig werd ontwikkeld om te verklaren waarom sommige materialen bij zeer lage temperaturen geen elektrische weerstand hebben. Het idee is dat elektronen in deze supergeleiders samenwerken om bosonen te creëren. Deze ‘Cooper-paren’ kunnen vervolgens condenseren en een supervloeibare substantie vormen die zonder weerstand kan stromen. Hoewel er indirect bewijs is voor het bestaan van Cooper-paren, moesten natuurkundigen nog een negatieve correlatie tussen de spins van elektronen in een paar meten – wat een direct bewijs zou zijn voor het bestaan van een paar. Nu hebben natuurkundigen in Zwitserland en Italië leiding gegeven Arunav Bordoloi aan de Universiteit van Bazel hebben twee kwantumdots gebruikt om Cooper-paren uit een klein stukje supergeleider te extraheren. Vervolgens splitsten ze de paren en maten hun spinpolarisaties, waarbij ze ontdekten dat ze meestal in tegengestelde richtingen wezen – precies zoals voorspeld door de BCS-theorie.
Tientallen jaren geleden, toen ik op de universiteit zat, waren fractals een ware rage – deels vanwege de hoogwaardige visualisaties gemaakt door Benoit Mandelbrot. Ik ben dus altijd geïnteresseerd als ze tegenwoordig in onderzoek opduiken. In februari, Claudio Castelnovo aan de Universiteit van Cambridge en collega's in Groot-Brittannië, Duitsland, de VS en Argentinië hebben aangetoond dat een nieuw type fractal op de loer ligt in een spin-ijs. Spinijs is een materiaal met magnetische momenten die gefrustreerd raken omdat ze zich bij lage temperaturen niet in een periodieke configuratie kunnen vestigen. In plaats daarvan worden de momenten bevroren met een mate van wanorde die vergelijkbaar is met die in waterijs. In 2009 betoogden natuurkundigen dat excitaties in sommige spinijs zich gedragen als magnetische monopolen. Nu hebben Castelnovo en collega's aangetoond dat deze monopolen zich bewegen in een fractale wereld met steeds vertakkende trajecten, in plaats van vrij te zijn om in 3D te bewegen. Het bestuderen van monopolen in spinijs kan belangrijk zijn voor een groot aantal toepassingen, zegt teamlid Jonathan Nilsson Hallen die gevestigd is in Cambridge en Dresden. “Spin-ijs is een van de meest toegankelijke voorbeelden van topologische magneten, en magnetische monopolen in spin-ijs is een van de best begrepen voorbeelden van gefractioneerde excitaties”, zegt hij.
De witte vacht van de ijsbeer zorgt voor camouflage in het besneeuwde Arctische landschap. Je zou echter kunnen denken dat een witte jas de beren in de zon slecht zou verwarmen. Dit is niet het geval omdat de vacht van ijsberen is ontworpen om zonlicht naar de donkere huid van de beer te kanaliseren, waar het efficiënt wordt geabsorbeerd. Bovendien is de vacht heel goed in het vasthouden van de warmte die door de huid van de beer wordt uitgestraald, wat in feite een broeikaseffect creëert. Nu, Trisha Andreas en collega's van de Universiteit van Massachusetts Amherst hebben een nieuwe dubbellaagse stof gemaakt, geïnspireerd op ijsberen, die energie van de zon en binnenverlichting absorbeert en vasthoudt om de warmte vast te houden. Bij blootstelling aan een lichtintensiteit van 130 W/m2 (een saaie midwinterdag in Engeland) houdt het de drager net zo warm als katoen, maar bij temperaturen die 10 °C kouder zijn en terwijl het 30% minder weegt. “Onze ijsbeerstof zou heel nuttig kunnen zijn om de ruimteverwarming, die enorme hoeveelheden energie verbruikt, op een energie-efficiëntere manier te beheren, door mensen binnenshuis te verwarmen met behulp van omgevingsverlichting in plaats van kamerverwarming”, zegt Andrew.
Wij houden hier van een quasideeltje Natuurkunde wereld, dus we waren heel blij dat natuurkundigen in 2023 eindelijk de ‘Pines’-demon’ ontdekten. Voor het eerst voorspeld in 1952 door David Pijnen en David Bohm, dit quasideeltje is een gekwantiseerde fluctuatie in de elektronendichtheid in een plasma. Het quasideeltje ontstaat wanneer elektronen in verschillende banden van een metaal uit fase met elkaar bewegen, zodat ze de algehele lading statisch houden. In feite is een demon de collectieve beweging van neutrale quasideeltjes – en een demon heeft ook geen massa en kan geen interactie aangaan met licht. Dit alles maakt de quasideeltjes erg moeilijk te detecteren. Nu, Peter Abbamonte van de Universiteit van Illinois Urbana-Champaign (UIUC) in de VS, en collega's hebben bewijs gevonden voor de demon met behulp van een techniek genaamd elektronenenergieverliesspectroscopie om een excitatie te identificeren die verband houdt met de demon van Pines in enkele kristallen van strontiumruthenaat.
Mensen lijken een haat-liefdeverhouding te hebben met beton. De bruikbaarheid van het materiaal ligt aan de basis van een groot deel van de gebouwde omgeving, maar toch betreuren we het soms brutale uiterlijk en de enorme hoeveelheden koolstofdioxide die tijdens de productie ervan worden uitgestoten. Nu een team in de VS onder leiding van MIT’s Franz Josef Ulm, Bewonder Masic en Yang-Shao Hoorn hebben een soort beton ontwikkeld waarmee supercondensatoren kunnen worden gemaakt voor de opslag van energie. De productie begint met een droog mengsel van roet en cement, waaraan water en superweekmakers worden toegevoegd. Naarmate het materiaal stolt, ontstaat er een fractaalachtig netwerk van poriën, waardoor het materiaal een geleider wordt met een zeer groot oppervlak. Dit is precies wat je wilt voor de elektroden van een condensator: hoe groter het oppervlak, hoe groter de capaciteit. Volgens het team zou een betonnen condensator ter grootte van een kubus van 3.55 m ongeveer 10 kWh aan energie kunnen opslaan. Een huis gebouwd met een fundering waarin deze condensatoren zitten, zou dus een dag aan energie kunnen opslaan – bijvoorbeeld geproduceerd door zonnepanelen – en deze kunnen vrijgeven wanneer dat nodig is. Het materiaal zou ook kunnen worden gebruikt in de basis van een windturbine, waar het overtollige energie kan opslaan totdat het nodig is. De technologie zou ook kunnen worden gebruikt om hernieuwbare energie op te slaan in infrastructuur zoals wegen en parkeergarages, waar de energie door inductie naar voertuigen zou kunnen worden overgedragen.
Natuurkunde wereld's berichtgeving over de Doorbraak van het Jaar wordt ondersteund door Rapporten over vooruitgang in de natuurkunde, dat ongeëvenaarde zichtbaarheid biedt voor uw baanbrekende onderzoek.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/materials-physics-highlights-of-2023/
- : heeft
- :is
- :niet
- :waar
- $UP
- 10
- 20
- 2023
- 3d
- 700
- a
- in staat
- Over
- geabsorbeerd
- absorbeert
- AC
- beschikbaar
- Volgens
- over
- toegevoegd
- geleden
- Alles
- ook
- altijd
- am
- Ambient
- hoeveelheden
- an
- Oude
- en
- Andrew
- Nog een
- Aanvraag
- toepassingen
- arctisch
- ZIJN
- GEBIED
- Argentinië
- betoogde
- rond
- kunstmatig
- kunstmatige intelligentie
- kunstenaar
- AS
- geassocieerd
- At
- slecht
- baseren
- gebaseerde
- Bazel
- BE
- Beer
- beren
- omdat
- worden
- wezen
- geloofde
- onder
- BEST
- tussen
- Zwart
- doorbraak
- bebouwd
- maar
- by
- Dit betekent dat we onszelf en onze geliefden praktisch vergiftigen.
- Cambridge
- CAN
- kan niet
- auto
- carbon
- kooldioxide
- geval
- veroorzaakt
- cement
- Kanaal
- lading
- China
- Klik
- collega's
- Collectie
- Collective
- College
- hoe
- componenten
- beton
- Gecondenseerde materie
- uitvoeren
- Configuratie
- Bevestigen
- bevatten
- conventioneel
- kuiper
- Correlatie
- kon
- dekking
- en je merk te creëren
- aangemaakt
- creëert
- Wij creëren
- Kristal
- Actueel
- Donker
- dag
- Mate
- verrukt
- afdeling
- ontworpen
- opsporen
- gedetecteerd
- ontwikkelde
- het ontwikkelen van
- systemen
- DEED
- anders
- moeilijk
- directe
- ontdekt
- wanorde
- do
- drogen
- gedurende
- aarde
- effect
- efficiënt
- elektrolyt
- elektronisch
- Elektronica
- elektronen
- energie-niveau
- Engeland
- Milieu
- Tijdperk
- in wezen
- Zelfs
- OOIT
- Alle
- bewijzen
- precies
- voorbeeld
- voorbeelden
- uitzondering
- opwindend
- bestaan
- Verklaren
- blootgestelde
- extract
- buitengewoon
- uiterst
- stof
- Vallen
- Februari
- weinig
- veld-
- filters
- VIND DE PLEK DIE PERFECT VOOR JOU IS
- het vinden van
- Voornaam*
- stroom
- schommeling
- Voor
- formulier
- vorming
- formulieren
- Naar voren
- gevonden
- Stichtingen
- Gratis
- Bevriezen
- oppompen van
- bevroren
- gefrustreerd
- Duitsland
- goed
- Grafeen
- meer
- baanbrekende
- HAD
- gelukkig
- Hebben
- he
- hier
- Hoge
- highlights
- gastheer
- Huis
- Hoe
- Echter
- HTML
- http
- HTTPS
- reusachtig
- Mensen
- i
- ICE
- idee
- identificeren
- if
- Illinois
- beeld
- belangrijk
- in
- omvat
- opnemen
- Binnen
- informatie
- Infrastructuur
- geinspireerd
- verkrijgen in plaats daarvan
- Instituut
- integratie
- Intelligentie
- interactie
- belang
- geïnteresseerd
- in
- kwestie
- IT
- Italië
- HAAR
- Jobomschrijving:
- jpg
- voor slechts
- Houden
- houdt
- bekend
- laboratorium
- meer
- Landschap
- Groot
- Achternaam*
- minst
- LED
- minder
- Life
- licht
- Verlichting
- als
- Vloeistof
- leven
- logo
- lang
- Kijk
- uit
- liefde
- Laag
- gemaakt
- magneten
- onderhouden
- MERKEN
- maken
- beheren
- manier
- veel
- massachusetts
- materiaal
- materieel
- Materie
- max-width
- maatregel
- lid
- metaal
- Microscopie
- macht
- MIT
- mengsel
- gewijzigd
- Moments
- bewaakt
- meer
- meest
- beweging
- beweging
- veel
- nationaal
- Nabij
- nodig
- negatief
- netwerk
- Neutraal
- New
- geen
- nu
- vele
- of
- Aanbod
- on
- EEN
- open
- tegenover
- organisch
- onze
- uit
- totaal
- paar
- paren
- panelen
- deel
- Mensen
- prestatie
- periodiek
- fase
- Fysica
- Natuurkunde wereld
- stuk
- Plants
- Plasma
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- polair
- polymeren
- knal
- mogelijk
- PRAKTISCH
- voorspeld
- geproduceerd
- productie
- Voortgang
- vastgoed
- Bewijzen
- biedt
- kwaliteit
- Quantum
- Quantum dots
- Woede
- BIJZONDER
- liever
- regelmatig
- verwantschap
- los
- Hernieuwbare
- hernieuwbare energie
- Rapporten
- onderzoek
- onderzoekers
- Weerstand
- hulpbron
- verantwoordelijk
- Ring
- wegen
- Kamer
- koninklijk
- s
- zegt
- lijken
- vestigen
- vertoonde
- getoond
- gelijk
- single
- Maat
- Huid
- So
- zonne-
- zonnepanelen
- solide
- stolt
- sommige
- soms
- Tussenruimte
- Spectroscopie
- spinnen
- spins
- spleet
- statisch
- Still
- shop
- Blog
- bewaartemperatuur
- structuur
- structuren
- Bestuderen
- stof
- dergelijk
- Zon
- zonlicht
- zonneschijn
- supergeleiding
- ondersteunde
- zeker
- Oppervlak
- overschot
- delen
- Zweden
- Zwitserland
- team
- techniek
- Technologie
- sjabloon
- neem contact
- dat
- De
- Brittannië
- de wereld
- hun
- harte
- theorie
- Er.
- daarom
- Deze
- ze
- denken
- dit
- dit jaar
- THOR
- Door
- overal
- thumbnail
- naar
- vandaag
- samen
- overgedragen
- trapping
- vallen
- twee
- type dan:
- alomtegenwoordig
- Uk
- niet in staat
- begrijpelijk
- universiteit-
- Universiteit van Cambridge
- anders
- ongeëvenaard
- tot
- us
- .
- gebruikt
- toepassingen
- gebruik
- gebruikelijk
- doorgaans
- groot
- Voertuigen
- zeer
- zichtbaarheid
- willen
- warm
- warmte
- was
- Water
- Wave
- Manier..
- manieren
- we
- weging
- waren
- Wat
- Wat is
- wanneer
- welke
- en
- wit
- WIE
- Waarom
- wind
- Met
- zonder
- hout
- houten
- werkzaam
- wereld
- s werelds
- waard
- zou
- het schrijven van
- jaar
- nog
- You
- Your
- zephyrnet
- nul