Det er mange fysikere som jobber med materialer og hvert år ser vi frem til å skrive om noe av det mest spennende forskningen på dette feltet. Dette året var intet unntak, og her er noen av våre favorittmaterialehistorier fra 2023.
I en tid hvor nye materialer blir utviklet ved hjelp av kunstig intelligens, synes jeg det er trøstende at vi også er midt i en gjenoppblomstring av interessen for tre. Det er sikkert et av de eldste materialene som brukes av mennesker, og i dag utvikler forskere over hele verden nye måter å bruke denne fornybare ressursen til å lage spennende materialer. Nå, Isak Engquist of Linköpings universitets laboratorium for organisk elektronikk og kolleger i Sverige har bygget en transistor av en planke av tre. De gjorde dette ved å inkorporere elektrisk ledende polymerer gjennom hele materialet på en måte som skaper plass til en ionisk ledende elektrolytt. Deres nye fabrikasjonsteknikk gjør det mulig å bruke tre som mal for en rekke elektroniske komponenter, men teamet innrømmer at tretransistorer ikke ville komme i nærheten av ytelsen til konvensjonelle enheter. En mulig anvendelse kan være integrering av elektronikk i levende planter – men selv om det er få praktiske bruksområder for en tretransistor, er det fortsatt et pent triks.
I likhet med tre er vann et allestedsnærværende materiale med ekstraordinære egenskaper. I motsetning til de fleste stoffer, er fast vann mindre tett enn flytende vann, noe som gjør vannlevende mulig over store deler av jorden der temperaturen regelmessig faller under 0 °C. Is er kjent for å komme i minst 20 forskjellige krystallstrukturer. Nå er forskere i Kina ledet av Lifen Wang og Xuedong Bai fra Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics og Songshan Lake Materials Laboratory i Dongguan er de første som bekrefter eksistensen av kubisk is, som har en diamant-kubisk struktur av vannmolekyler. Denne isen antas å være ansvarlig for Scheiners glorie, som er en ekstremt sjelden optisk effekt som skaper en ring av lys rundt solen ved omtrent 28°. Dette er i motsetning til den vanlige 22° haloen forårsaket av brytning gjennom sekskantede iskrystaller. Teamet laget kubisk is på en fryseplate laget av monolagsgrafen og overvåket dannelsen ved hjelp av kryogen transmisjonselektronmikroskopi. Teknikken deres kan vise seg å være nyttig for å studere hvordan is av alle slag dannes på overflater.
En av triumfene til det 20. århundres fysikk er BCS-teorien om superledning, som ble utviklet på 1950-tallet for å forklare hvorfor noen materialer har null elektrisk motstand ved svært lave temperaturer. Tanken er at elektronene i disse superlederne pares sammen for å lage bosoner. Disse "Cooper-parene" kan deretter kondensere og danne et superfluid-lignende stoff som kan strømme uten motstand. Mens det er indirekte bevis for eksistensen av Cooper-par, hadde fysikere ennå ikke målt en negativ korrelasjon mellom spinnene til elektroner i et par - noe som ville være direkte bevis for et pars eksistens. Nå, fysikere i Sveits og Italia ledet av Arunav Bordoloi ved Universitetet i Basel har brukt to kvanteprikker for å trekke ut Cooper-par fra et lite stykke superleder. De delte deretter parene og målte spinnpolarisasjonene deres, og fant ut at de vanligvis pekte i motsatte retninger - akkurat som forutsagt av BCS-teorien.
For flere tiår siden, da jeg var på universitetet, var fraktaler på topp – delvis på grunn av visualiseringene av høy kvalitet laget av Benoit Mandelbrot. Så jeg er alltid interessert når de dukker opp i forskning i dag. I februar, Claudio Castelnovo ved University of Cambridge og kolleger i Storbritannia, Tyskland, USA og Argentina viste at en ny type fraktal lurer i en spinn-is. Spin ices er materialer med magnetiske momenter som er frustrert fordi de ikke kan sette seg inn i en periodisk konfigurasjon ved lave temperaturer. I stedet blir øyeblikkene frosne med en grad av uorden som ligner på den man finner i vannis. I 2009 hevdet fysikere at eksitasjoner i noen spinneiser oppfører seg som magnetiske monopoler. Nå har Castelnovo og kollegene vist at disse monopolene beveger seg i en fraktal verden med stadig forgrenede baner, i stedet for å være frie til å bevege seg i 3D. Å studere monopoler i spin ices kan være viktig for en rekke bruksområder, sier teammedlem Jonathan Nilsson Hallén som er basert i Cambridge og Dresden. "Spin ices er en av de mest tilgjengelige forekomstene av topologiske magneter, og magnetiske monopoler i spin ices er et av de best forstått eksemplene på fraksjonaliserte eksitasjoner," sier han.
Den hvite pelsen til isbjørnen gir kamuflasje i det snørike arktiske landskapet. Imidlertid tror du kanskje at en hvit frakk ville gjøre en dårlig jobb med å varme bjørner i solskinnet. Dette er ikke tilfelle fordi isbjørnpelsen er designet for å kanalisere sollys til bjørnens mørke hud, hvor den absorberes effektivt. Dessuten er pelsen veldig god til å fange opp varme som utstråles av bjørnens hud - og skaper egentlig en drivhuseffekt. Nå, Trisha Andrew og kolleger ved University of Massachusetts Amherst har laget et nytt dobbeltlags stoff inspirert av isbjørner som absorberer energi fra solen og innendørs belysning og fanger den for å opprettholde varmen. Når den utsettes for en lysintensitet på 130 W/m2 (en kjedelig midtvinterdag i England) holder den brukeren like varm som bomullsstoff ville gjort – men ved temperaturer som er 10 °C kaldere og mens den veier 30 % mindre. "Vårt isbjørnstoff kan være veldig nyttig for å håndtere romoppvarming, som bruker enorme mengder energi, på en mer energieffektiv måte, ved å varme opp mennesker innendørs ved å bruke omgivelsesbelysning i stedet for romoppvarming," sier Andrew.
Vi elsker en kvasipartikkel her på Fysikkens verden, så vi var glade for at fysikere i 2023 endelig oppdaget "Pines' demon". Først spådd i 1952 av David Pines og David Bohm, er denne kvasipartikkelen en kvantisert elektrontetthetsfluktuasjon i et plasma. Kvasipartikkelen dannes når elektroner i forskjellige bånd av et metall beveger seg ut av fase med hverandre slik at de holder den totale ladningen statisk. Faktisk er en demon den kollektive bevegelsen til nøytrale kvasipartikler – og en demon er også masseløs og ute av stand til å samhandle med lys. Alt dette gjør kvasipartikler svært vanskelig å oppdage. Nå, Peter Abbamonte fra University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC) i USA, og kolleger har funnet bevis for at demonen bruker en teknikk kalt elektronenergitapsspektroskopi for å identifisere en eksitasjon assosiert med Pines’ demon i enkeltkrystaller av strontiumruthenat.
Mennesker ser ut til å ha et kjærlighet-hat forhold til betong. Materialets praktiske egenskaper underbygger mye av det bygde miljøet, men vi fordømmer det til tider brutale utseendet og de enorme mengdene karbondioksid som slippes ut under produksjonen. Nå, et team i USA ledet av MIT's Franz-Josef Ulm, Admir Masic og Yang-Shao Horn har utviklet en type betong som kan brukes til å lage superkondensatorer for lagring av energi. Produksjonen starter med en tørr blanding av kjønrøk og sement, som tilsettes vann og supermyknere. Etter hvert som materialet størkner, skaper det et fraktallignende nettverk av porer som gjør materialet til en leder med et veldig stort overflateareal. Det er akkurat dette du ønsker for elektrodene til en kondensator, der jo større overflate, jo større kapasitans. Ifølge teamet vil en betongkondensator på størrelse med en 3.55 m kube kunne lagre rundt 10 kWh energi. Et hus bygget med fundamenter som inneholder disse kondensatorene kan derfor lagre en dags energi – produsert av for eksempel solcellepaneler – og frigjøre den ved behov. Materialet kan også brukes i bunnen av en vindturbin, hvor det kan lagre overskuddsenergi til det trengs. Teknologien kan også brukes til å lagre fornybar energi i infrastruktur som veier og parkeringsplasser, hvor energien kan overføres ved induksjon til kjøretøy.
Fysikkens verdensin dekning av Årets gjennombrudd støttes av Rapporter om fremgang i fysikk, som gir uovertruffen synlighet for din banebrytende forskning.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
- PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/materials-physics-highlights-of-2023/
- : har
- :er
- :ikke
- :hvor
- $OPP
- 10
- 20
- 2023
- 3d
- 700
- a
- I stand
- Om oss
- absorbert
- absorberer
- AC
- tilgjengelig
- Ifølge
- tvers
- la til
- siden
- Alle
- også
- alltid
- am
- Omgivende
- beløp
- an
- Eldgammel
- og
- Andrew
- En annen
- Søknad
- søknader
- Arctic
- ER
- AREA
- Argentina
- argumentert
- rundt
- kunstig
- kunstig intelligens
- artist
- AS
- assosiert
- At
- dårlig
- basen
- basert
- Basel
- BE
- Bær
- Bears
- fordi
- bli
- være
- antatt
- under
- BEST
- mellom
- Svart
- gjennombrudd
- bygget
- men
- by
- som heter
- cambridge
- CAN
- kan ikke
- bil
- karbon
- karbondioksid
- saken
- forårsaket
- sement
- Kanal
- kostnad
- Kina
- klikk
- kollegaer
- samling
- Collective
- Høyskole
- Kom
- komponenter
- betong
- Kondensert materie
- gjennomføre
- Konfigurasjon
- Bekrefte
- inneholde
- konvensjonell
- bøkker
- Korrelasjon
- kunne
- dekning
- skape
- opprettet
- skaper
- Opprette
- Krystall
- Gjeldende
- mørk
- dag
- Grad
- glad
- Avdeling
- designet
- oppdage
- oppdaget
- utviklet
- utvikle
- Enheter
- gJORDE
- forskjellig
- vanskelig
- direkte
- oppdaget
- lidelse
- do
- tørk
- under
- jord
- effekt
- effektivt
- elektrolytt
- elektronisk
- Elektronikk
- elektroner
- energi
- England
- Miljø
- Era
- hovedsak
- Selv
- NOEN GANG
- Hver
- bevis
- nøyaktig
- eksempel
- eksempler
- unntak
- spennende
- eksistens
- Forklar
- utsatt
- trekke ut
- ekstraordinær
- ekstremt
- stoff
- Fall
- Februar
- Noen få
- felt
- filtre
- Finn
- finne
- Først
- flyten
- svingning
- Til
- skjema
- formasjon
- skjemaer
- Forward
- funnet
- Foundations
- Gratis
- Frys
- fra
- frossen
- frustrert
- Tyskland
- god
- graphene
- større
- banebrytende
- HAD
- lykkelig
- Ha
- he
- her.
- Høy
- striper
- vert
- hus
- Hvordan
- Men
- HTML
- http
- HTTPS
- stort
- Mennesker
- i
- ICE
- Tanken
- identifisere
- if
- Illinois
- bilde
- viktig
- in
- inkorporerer
- innlemme
- innendørs
- informasjon
- Infrastruktur
- inspirert
- i stedet
- Institute
- integrering
- Intelligens
- samhandle
- interesse
- interessert
- inn
- utstedelse
- IT
- Italia
- DET ER
- Jobb
- jpg
- bare
- Hold
- holder
- kjent
- laboratorium
- innsjø
- landskap
- stor
- Siste
- minst
- Led
- mindre
- Life
- lett
- Belysning
- i likhet med
- Flytende
- levende
- logo
- Lang
- Se
- tap
- elsker
- Lav
- laget
- Magneter
- vedlikeholde
- GJØR AT
- Making
- administrerende
- måte
- mange
- massachusetts
- materiale
- materialer
- Saken
- max bredde
- måle
- medlem
- metall
- mikros~~POS=TRUNC
- kunne
- MIT
- blanding
- modifisert
- Moments
- overvåket
- mer
- mest
- bevegelse
- flytte
- mye
- nasjonal
- Nær
- nødvendig
- negativ
- nettverk
- Nøytral
- Ny
- Nei.
- nå
- mange
- of
- Tilbud
- on
- ONE
- åpen
- motsatt
- organisk
- vår
- ut
- samlet
- par
- par
- paneler
- del
- Ansatte
- ytelse
- periodisk
- fase
- Fysikk
- Fysikkens verden
- brikke
- Hvordan få de til å trives
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- polar
- Polymers
- pop
- mulig
- Praktisk
- spådd
- produsert
- Produksjon
- Progress
- egenskaper
- Bevis
- gir
- kvalitet
- Quantum
- Kvanteprikker
- Rage
- SJELDEN
- heller
- regelmessig
- forholdet
- slipp
- Fornybar
- fornybar energi
- Rapporter
- forskning
- forskere
- Motstand
- ressurs
- ansvarlig
- Ringe
- veier
- rom
- kongelig
- s
- sier
- synes
- bosette
- viste
- vist
- lignende
- enkelt
- Størrelse
- Skin
- So
- solenergi
- solcellepaneler
- solid
- stivner
- noen
- noen ganger
- Rom
- Spektroskopi
- Snurre rundt
- spins
- splittet
- statisk
- Still
- oppbevare
- Stories
- lagring
- struktur
- strukturer
- Studerer
- substans
- slik
- Sol
- sollys
- sunshine
- Superledning
- Støttes
- sikkert
- overflaten
- overskudd
- strenger
- Sverige
- sveits
- lag
- teknikk
- Teknologi
- mal
- enn
- Det
- De
- Storbritannia
- verden
- deres
- deretter
- teori
- Der.
- derfor
- Disse
- de
- tror
- denne
- dette året
- THOR
- Gjennom
- hele
- thumbnail
- til
- i dag
- sammen
- overføres
- fangst
- feller
- to
- typen
- allestedsnærværende
- Uk
- ute av stand
- forstås
- universitet
- University of Cambridge
- I motsetning til
- enestående
- til
- us
- bruke
- brukt
- bruker
- ved hjelp av
- vanlig
- vanligvis
- enorme
- Kjøretøy
- veldig
- synlighet
- ønsker
- varm
- varme
- var
- Vann
- Wave
- Vei..
- måter
- we
- veiing
- var
- Hva
- Hva er
- når
- hvilken
- mens
- hvit
- HVEM
- hvorfor
- vind
- med
- uten
- tre
- tre
- arbeid
- verden
- Verdens
- verdt
- ville
- skriving
- år
- ennå
- Du
- Din
- zephyrnet
- null