Над материалами работает множество физиков, и каждый год мы с нетерпением ждем возможности написать о самых интересных исследованиях в этой области. Этот год не стал исключением, и вот некоторые из наших любимых историй о материалах 2023 года.
В эпоху, когда новые материалы разрабатываются с использованием искусственного интеллекта, меня утешает тот факт, что мы переживаем возрождение интереса к древесине. Это, безусловно, один из самых древних материалов, используемых человеком, и сегодня исследователи по всему миру разрабатывают новые способы использования этого возобновляемого ресурса для создания интересных материалов. Сейчас, Исак Энгквист of Лаборатория органической электроники Университета Линчепинга и его коллеги из Швеции построили транзистор из деревянной доски. Они сделали это путем включения электропроводящих полимеров в материал таким образом, чтобы создать место для ионно-проводящего электролита. Их новая технология изготовления позволяет использовать древесину в качестве шаблона для многочисленных электронных компонентов, но команда признает, что деревянные транзисторы не смогут сравниться по производительности с обычными устройствами. Одним из возможных применений может быть интеграция электроники в живые растения – но даже если у деревянного транзистора мало практического применения, это все равно изящный трюк.
Как и дерево, вода — вездесущий материал с необычайными свойствами. В отличие от большинства веществ, твердая вода менее плотна, чем жидкая, что делает возможным существование водной жизни на обширных участках Земли, где температура регулярно падает ниже 0 °C. Известно, что лед имеет как минимум 20 различных кристаллических структур. Теперь исследователи в Китае под руководством Лифэнь Ван и Сюэдун Бай из Пекинская национальная лаборатория физики конденсированных сред и Лаборатория материалов озера Суншань в Дунгуане первыми подтвердили существование кубического льда, имеющего ромбо-кубическую структуру молекул воды. Считается, что этот лед ответственен за гало Шайнера — чрезвычайно редкий оптический эффект, создающий световое кольцо вокруг Солнца под углом около 28°. Это не похоже на обычное гало под углом 22°, вызванное преломлением шестиугольных кристаллов льда. Команда создала кубический лед на замораживающей пластине из однослойного графена и контролировала его образование с помощью криогенной трансмиссионной электронной микроскопии. Их техника может оказаться полезной для изучения того, как на поверхностях образуется лед всех видов.
Одним из триумфов физики 20-го века является теория сверхпроводимости БКШ, которая была разработана в 1950-х годах для объяснения того, почему некоторые материалы имеют нулевое электрическое сопротивление при очень низких температурах. Идея состоит в том, что электроны в этих сверхпроводниках объединяются в пары, образуя бозоны. Эти «куперовские пары» затем могут конденсироваться, образуя сверхтекучее вещество, которое может течь без сопротивления. Хотя существуют косвенные доказательства существования куперовских пар, физикам еще предстоит измерить отрицательную корреляцию между спинами электронов в паре, что могло бы стать прямым доказательством существования пары. Теперь физики в Швейцарии и Италии во главе с Арунав Бордолой в Базельском университете использовали две квантовые точки для извлечения куперовских пар из крошечного кусочка сверхпроводника. Затем они разделили пары и измерили их спиновую поляризацию, обнаружив, что они обычно направлены в противоположные стороны – как и предсказывает теория БКШ.
Десятилетия назад, когда я учился в университете, фракталы были в моде – отчасти из-за высококачественных визуализаций, созданных Бенуа Мандельбротом. Поэтому мне всегда интересно, когда они всплывают сегодня в исследованиях. В феврале, Клаудио Кастельново из Кембриджского университета и его коллеги из Великобритании, Германии, США и Аргентины показали, что во вращающемся льду скрывается новый тип фрактала. Спиновый лед — это материалы с магнитными моментами, которые не работают, поскольку не могут принять периодическую конфигурацию при низких температурах. Вместо этого моменты замораживаются с некоторой степенью беспорядка, подобной той, которая наблюдается в водяном льду. В 2009 году физики утверждали, что возбуждения в некоторых спиновых льдах ведут себя как магнитные монополи. Теперь Кастельново и его коллеги показали, что эти монополи движутся во фрактальном мире постоянно разветвляющихся траекторий, а не могут свободно перемещаться в 3D. Исследование монополей в спиновых льдах может иметь важное значение для множества приложений, говорит член команды Джонатан Нильссон Халлен который базируется в Кембридже и Дрездене. «Спиновый лед — один из наиболее доступных примеров топологических магнитов, а магнитные монополи в спиновом льду — один из наиболее понятных примеров фракционированных возбуждений», — говорит он.
Белый мех белого медведя обеспечивает маскировку в заснеженном арктическом ландшафте. Однако вы можете подумать, что белое пальто плохо согреет медведей на солнце. Это не так, потому что мех белого медведя предназначен для того, чтобы направлять солнечный свет на темную кожу медведя, где он эффективно поглощается. Более того, мех очень хорошо удерживает тепло, излучаемое кожей медведя, создавая парниковый эффект. Сейчас, Триша Эндрю и его коллеги из Массачусетского университета в Амхерсте создали новую двухслойную ткань, вдохновленную белыми медведями, которая поглощает энергию Солнца и внутреннего освещения и удерживает ее для сохранения тепла. При воздействии света интенсивностью 130 Вт/м2 (тусклый зимний день в Англии) он сохраняет тепло так же, как и хлопчатобумажная ткань, но при температуре на 10 °C ниже и при этом весит на 30 % меньше. «Наша ткань из белого медведя может быть очень полезна для управления отоплением помещений, которое потребляет огромное количество энергии, более энергоэффективным способом, обогревая людей в помещении, используя окружающее освещение вместо обогрева помещения», — говорит Эндрю.
Нам очень нравятся квазичастицы здесь, в Мир физики, поэтому мы были рады, что в 2023 году физики наконец обнаружили «демона Пайнса». Впервые предсказанный в 1952 г. Дэвид Пайнс и Дэвид Бом, эта квазичастица представляет собой квантованную флуктуацию электронной плотности в плазме. Квазичастица образуется, когда электроны в разных зонах металла движутся в противофазе друг с другом, сохраняя общий заряд статическим. По сути, демон — это коллективное движение нейтральных квазичастиц, а также демон не имеет массы и не способен взаимодействовать со светом. Все это делает квазичастицы очень трудными для обнаружения. Сейчас, Питер Аббамонте из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн (UIUC) в США, и его коллеги обнаружили доказательства существования демона, используя метод, называемый спектроскопией потерь энергии электронов, для идентификации возбуждения, связанного с демоном Пайнса, в монокристаллах рутената стронция.
Кажется, что у людей есть отношения любви и ненависти к бетону. Практичность материала лежит в основе большей части искусственной среды, однако мы осуждаем его иногда жестокий внешний вид и огромное количество углекислого газа, выделяемого во время его производства. Теперь команда в США под руководством Массачусетского технологического института Франц-Йозеф Ульм, Адмир Масич и Ян-Шао Хорн разработали тип бетона, который можно использовать для создания суперконденсаторов для хранения энергии. Производство начинается с сухой смеси технического углерода и цемента, в которую добавляются вода и суперпластификаторы. По мере затвердевания материала создается фрактальная сеть пор, которая делает материал проводником с очень большой площадью поверхности. Это именно то, что вам нужно для электродов конденсатора: чем больше площадь поверхности, тем больше емкость. По мнению команды, бетонный конденсатор размером с куб размером 3.55 м сможет хранить около 10 кВтч энергии. Таким образом, дом, построенный на фундаменте, содержащем эти конденсаторы, может хранить дневной запас энергии (например, вырабатываемой солнечными панелями) и высвобождать ее при необходимости. Этот материал также можно использовать в основании ветряной турбины, где он сможет хранить избыточную энергию до тех пор, пока она не понадобится. Эту технологию также можно использовать для хранения возобновляемой энергии в инфраструктуре, такой как дороги и автостоянки, где энергия может передаваться посредством индукции транспортным средствам.
Мир физикиосвещение «Прорыва года» поддерживается Отчеты о прогрессе в физике, который обеспечивает беспрецедентную наглядность ваших новаторских исследований.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://physicsworld.com/a/materials-physics-highlights-of-2023/
- :имеет
- :является
- :нет
- :куда
- $UP
- 10
- 20
- 2023
- 3d
- 700
- a
- в состоянии
- О нас
- поглощенный
- поглощает
- AC
- доступной
- По
- через
- добавленный
- тому назад
- Все
- причислены
- всегда
- am
- окружающий
- суммы
- an
- Древний
- и
- Эндрю
- Другой
- Применение
- Приложения
- арктический
- МЫ
- ПЛОЩАДЬ
- Аргентина
- продемонстрировав тем самым
- около
- искусственный
- искусственный интеллект
- художник
- AS
- связанный
- At
- Плохой
- Использование темпера с изогнутым основанием
- основанный
- Базель
- BE
- медведь
- Медведи
- , так как:
- становиться
- не являетесь
- распространенной
- ниже
- ЛУЧШЕЕ
- между
- Черный
- прорыв
- построенный
- но
- by
- под названием
- Кембридж
- CAN
- не могу
- автомобиль
- углерод
- двуокись углерода
- случаев
- вызванный
- цемент
- Канал
- заряд
- Китай
- нажмите на
- коллеги
- лыжных шлемов
- собирательный
- Колледж
- как
- компоненты
- бетон
- Сгущенное вещество
- проведение
- Конфигурация
- подтвердить
- содержать
- обычный
- бондарь
- Корреляция
- может
- охват
- Создайте
- создали
- создает
- Создающий
- Crystal
- Текущий
- темно
- день
- Степень
- Обрадованный
- Кафедра
- предназначенный
- обнаруживать
- обнаруженный
- развитый
- развивающийся
- Устройства
- DID
- различный
- трудный
- направлять
- открытый
- расстройство
- do
- сухим
- в течение
- земля
- эффект
- эффективно
- электролит
- Электронный
- Electronics
- электронов
- энергетика
- Англия
- Окружающая среда
- Эпоха
- по существу
- Даже
- НИКОГДА
- Каждая
- , поскольку большинство сенаторов
- точно,
- пример
- Примеры
- исключение
- захватывающий
- существование
- Объяснять
- подвергаться
- извлечение
- необычайный
- чрезвычайно
- ткань
- Осень
- февраль
- несколько
- поле
- фильтры
- Найдите
- обнаружение
- Во-первых,
- поток
- ценовое отклонение
- Что касается
- форма
- образование
- формы
- вперед
- найденный
- Устои
- Бесплатно
- Замораживать
- от
- замороженные
- разочарования
- Germany
- хорошо
- Графен
- большой
- новаторское
- было
- счастливый
- Есть
- he
- здесь
- High
- основной момент
- кашель
- Вилла / Бунгало
- Как
- Однако
- HTML
- HTTP
- HTTPS
- огромный
- Людей
- i
- ICE
- идея
- определения
- if
- Иллинойс
- изображение
- важную
- in
- включает в себя
- включения
- В помещении
- информация
- Инфраструктура
- вдохновленный
- вместо
- Институт
- интеграции.
- Интеллекта
- взаимодействовать
- интерес
- заинтересованный
- в
- вопрос
- IT
- Италии
- ЕГО
- работа
- JPG
- всего
- Сохранить
- держит
- известный
- лаборатория
- озеро
- пейзаж
- большой
- Фамилия
- наименее
- привело
- Меньше
- ЖИЗНЬЮ
- легкий
- Освещение
- такое как
- жидкость
- жизнью
- логотип
- Длинное
- посмотреть
- от
- любят
- Низкий
- сделанный
- Магниты
- поддерживать
- ДЕЛАЕТ
- Создание
- управления
- способ
- многих
- Массачусетс
- материала
- материалы
- Вопрос
- макс-ширина
- проводить измерение
- член
- металл
- Микроскопия
- может быть
- MIT
- смесь
- модифицировало
- Моменты
- контролируемый
- БОЛЕЕ
- самых
- движение
- двигаться
- много
- национальный
- Возле
- необходимый
- отрицательный
- сеть
- Нейтральные
- Новые
- нет
- сейчас
- многочисленный
- of
- Предложения
- on
- ONE
- открытый
- противоположность
- органический
- наши
- внешний
- общий
- пара
- пар
- Панели
- часть
- Люди
- производительность
- периодический
- фаза
- Физика
- Мир физики
- кусок
- растения
- плазма
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- полярный
- Полимеры
- поп
- возможное
- практическое
- предсказанный
- Произведенный
- Производство
- Прогресс
- свойства
- Доказывать
- приводит
- Квантовый
- Квантовые точки
- Rage
- РЕДКИЙ
- скорее
- регулярно
- отношения
- освободить
- Возобновляемый
- Возобновляемая энергия
- Отчеты
- исследованиям
- исследователи
- Сопротивление
- ресурс
- ответственный
- кольцо
- дорог
- Комната
- королевский
- s
- говорит
- казаться
- урегулировать
- показал
- показанный
- аналогичный
- одинарной
- Размер
- Кожа
- So
- солнечный
- солнечные панели
- твердый
- затвердевает
- некоторые
- иногда
- Space
- Спектроскопия
- Вращение
- спинов
- раскол
- статический
- По-прежнему
- магазин
- Истории
- хранение
- Структура
- структур
- изучение
- вещество
- такие
- Вс
- солнечный свет
- солнечный свет
- Сверхпроводимость
- Поддержанный
- безусловно,
- Поверхность
- избыток
- полосы
- Швеция
- Швейцария
- команда
- техника
- Технологии
- шаблон
- чем
- который
- Ассоциация
- Великобритании
- мир
- их
- тогда
- теория
- Там.
- следовательно
- Эти
- они
- think
- этой
- В этом году
- THOR
- Через
- по всему
- миниатюрами
- в
- сегодня
- вместе
- переданы
- улавливать
- ловушки
- два
- напишите
- вездесущий
- Uk
- не в состоянии
- понимать
- Университет
- университет Кембриджа
- В отличие от
- беспрецедентный
- до
- us
- использование
- используемый
- использования
- через
- обычный
- обычно
- Огромная
- Транспорт
- очень
- видимость
- хотеть
- теплый
- тепло
- законопроект
- Вода
- Wave
- Путь..
- способы
- we
- взвешивание
- были
- Что
- Что такое
- когда
- который
- в то время как
- белый
- КТО
- зачем
- ветер
- без
- дерево
- деревянный
- работает
- Мир
- мире
- стоимость
- бы
- письмо
- год
- еще
- Ты
- ВАШЕ
- зефирнет
- нуль