Det finns många fysiker som arbetar med material och varje år ser vi fram emot att skriva om några av de mest spännande forskningarna inom detta område. I år var inget undantag och här är några av våra favoritmaterialberättelser från 2023.
I en tid då nya material utarbetas med hjälp av artificiell intelligens, tycker jag att det är tröstande att vi också är mitt uppe i ett återuppvaknande av intresse för trä. Det är säkert ett av de äldsta material som används av människor och idag utvecklar forskare runt om i världen nya sätt att använda denna förnybara resurs för att skapa spännande material. Nu, Isak Engquist of Linköpings universitets laboratorium för organisk elektronik och kollegor i Sverige har byggt en transistor av en planka av trä. De gjorde detta genom att införliva elektriskt ledande polymerer i hela materialet på ett sätt som skapar utrymme för en jonledande elektrolyt. Deras nya tillverkningsteknik gör det möjligt att använda trä som mall för många elektroniska komponenter, men teamet medger att trätransistorer inte skulle komma i närheten av prestanda hos konventionella enheter. En möjlig tillämpning kan vara integreringen av elektronik i levande växter – men även om det finns få praktiska användningsområden för en trätransistor är det fortfarande ett snyggt knep.
Liksom trä är vatten ett allmänt förekommande material med extraordinära egenskaper. Till skillnad från de flesta ämnen har fast vatten mindre täthet än flytande vatten, vilket gör vattenlevande möjligt över stora delar av jorden där temperaturen regelbundet faller under 0 °C. Det är känt att is finns i minst 20 olika kristallstrukturer. Nu, forskare i Kina ledda av Lifen Wang och Xuedong Bai av Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics och Songshan Lake Material Laboratory i Dongguan är de första som bekräftar förekomsten av kubisk is, som har en diamant-kubisk struktur av vattenmolekyler. Denna is tros vara ansvarig för Scheiners halo, som är en extremt sällsynt optisk effekt som skapar en ring av ljus runt solen vid cirka 28°. Detta är till skillnad från den vanliga 22° halo som orsakas av brytning genom hexagonala iskristaller. Teamet skapade kubisk is på en frysplatta gjord av monolager grafen och övervakade dess bildning med hjälp av kryogen transmissionselektronmikroskopi. Deras teknik kan visa sig användbar för att studera hur is av alla slag bildas på ytor.
En av 20-talets fysiks triumfer är BCS-teorin om supraledning, som utvecklades på 1950-talet för att förklara varför vissa material har noll elektriskt motstånd vid mycket låga temperaturer. Tanken är att elektroner i dessa supraledare paras ihop för att skapa bosoner. Dessa "Cooper-par" kan sedan kondensera för att bilda en superfluidliknande substans som kan flöda utan motstånd. Även om det finns indirekta bevis för existensen av Cooper-par, hade fysiker ännu inte mätt en negativ korrelation mellan spinn av elektroner i ett par - vilket skulle vara direkta bevis för ett pars existens. Nu, fysiker i Schweiz och Italien ledda av Arunav Bordoloi vid universitetet i Basel har använt två kvantprickar för att extrahera Cooper-par från en liten bit supraledare. De delade sedan paren och mätte deras spinpolarisationer, och fann att de vanligtvis pekade i motsatta riktningar - precis som förutspått av BCS-teorin.
För årtionden sedan när jag gick på universitetet var fraktaler på topp – delvis på grund av de högkvalitativa visualiseringarna skapade av Benoit Mandelbrot. Så jag är alltid intresserad när de dyker upp i forskning idag. I februari, Claudio Castelnovo vid University of Cambridge och kollegor i Storbritannien, Tyskland, USA och Argentina visade att en ny typ av fraktal lurar i en spin-is. Spin ices är material med magnetiska moment som är frustrerade eftersom de inte kan sätta sig i en periodisk konfiguration vid låga temperaturer. Istället blir stunderna frusna med en grad av oordning som liknar den som finns i vattenis. 2009 hävdade fysiker att excitationer i vissa spin-isar beter sig som magnetiska monopoler. Nu har Castelnovo och kollegor visat att dessa monopoler rör sig i en fraktal värld av ständigt förgrenade banor, snarare än att de är fria att röra sig i 3D. Att studera monopoler i spin ices kan vara viktigt för en mängd applikationer, säger teammedlem Jonathan Nilsson Hallén som är baserad i Cambridge och Dresden. "Spin ices är ett av de mest tillgängliga exemplen av topologiska magneter, och magnetiska monopoler i spin ices är ett av de bäst förstådda exemplen på fraktionerade excitationer", säger han.
Isbjörnens vita päls ger kamouflage i det snöiga arktiska landskapet. Däremot kanske du tror att en vit rock skulle göra ett dåligt jobb med att värma björnar i solskenet. Detta är inte fallet eftersom isbjörnens päls är designad för att kanalisera solljus till björnens mörka hud, där det absorberas effektivt. Dessutom är pälsen mycket bra på att fånga upp värme som utstrålas av björnens hud - vilket i huvudsak skapar en växthuseffekt. Nu, Trisha Andrew och kollegor vid University of Massachusetts Amherst har skapat ett nytt dubbelt tyg inspirerat av isbjörnar som absorberar energi från solen och inomhusbelysning och fångar den för att behålla värmen. När den utsätts för en ljusintensitet på 130 W/m2 (en tråkig midvinterdag i England) håller den bäraren lika varm som bomullstyg – men vid temperaturer som är 10 °C kallare och samtidigt som den väger 30 % mindre. "Vårt isbjörnstyg kan vara mycket användbart för att hantera rumsuppvärmning, som förbrukar enorma mängder energi, på ett mer energieffektivt sätt, genom att värma människor inomhus med hjälp av omgivande belysning istället för rumsuppvärmning", säger Andrew.
Vi älskar en kvasipartikel här på Fysikvärlden, så vi var glada över att fysiker 2023 äntligen upptäckte "Pines' demon". Förutspåddes första gången 1952 av David Pines och David Bohm, är denna kvasipartikel en kvantiserad elektrondensitetsfluktuation i ett plasma. Kvasipartikeln bildas när elektroner i olika band av en metall rör sig ur fas med varandra så att de håller den totala laddningen statisk. I själva verket är en demon den kollektiva rörelsen av neutrala kvasipartiklar – och en demon är också masslös och oförmögen att interagera med ljus. Allt detta gör kvasipartiklarna mycket svåra att upptäcka. Nu, Peter Abbamonte från University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC) i USA, och kollegor har hittat bevis för att demonen använder en teknik som kallas elektronenergiförlustspektroskopi för att identifiera en excitation associerad med Pines demon i enkristaller av strontiumrutenat.
Människor verkar ha ett hat-kärleksförhållande med betong. Materialets praktiska egenskaper ligger till grund för mycket av den byggda miljön, ändå förkastar vi dess ibland brutala utseende och de enorma mängderna koldioxid som släpps ut under tillverkningen. Nu, ett team i USA som leds av MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic och Yang-Shao Horn har utvecklat en typ av betong som kan användas för att skapa superkondensatorer för att lagra energi. Tillverkningen börjar med en torr blandning av kimrök och cement, till vilken vatten och supermjukgörare tillsätts. När materialet stelnar skapar det ett fraktalliknande nätverk av porer som gör materialet till en ledare med mycket stor yta. Det är precis vad du vill ha för elektroderna i en kondensator, där ju större yta desto större kapacitans. Enligt teamet skulle en betongkondensator storleken på en 3.55 m kub kunna lagra cirka 10 kWh energi. Ett hus byggt med grunder som innehåller dessa kondensatorer skulle därför kunna lagra en dags energi – producerad av till exempel solpaneler – och frigöra den vid behov. Materialet kan också användas i basen av ett vindkraftverk, där det kan lagra överskottsenergi tills det behövs. Tekniken skulle också kunna användas för att lagra förnybar energi i infrastruktur som vägar och parkeringar, där energin skulle kunna överföras genom induktion till fordon.
Fysikvärlden’s bevakning av Årets genombrott stöds av Rapporter om framsteg i fysik, som erbjuder oöverträffad synlighet för din banbrytande forskning.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/materials-physics-highlights-of-2023/
- : har
- :är
- :inte
- :var
- $UPP
- 10
- 20
- 2023
- 3d
- 700
- a
- Able
- Om oss
- absorberad
- absorberar
- AC
- tillgänglig
- Enligt
- tvärs
- lagt till
- sedan
- Alla
- också
- alltid
- am
- Omgivande
- mängder
- an
- Ancient
- och
- Andrew
- Annan
- Ansökan
- tillämpningar
- arctic
- ÄR
- OMRÅDE
- Argentina
- argued
- runt
- konstgjord
- artificiell intelligens
- konstnär
- AS
- associerad
- At
- Badrum
- bas
- baserat
- Basel
- BE
- Bear
- bears
- därför att
- blir
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- tros
- nedan
- BÄST
- mellan
- Svart
- genombrott
- byggt
- men
- by
- kallas
- cambridge
- KAN
- kan inte
- bil
- kol
- koldioxid
- Vid
- orsakas
- cement
- Kanal
- laddning
- Kina
- klick
- kollegor
- samling
- Kollektiv
- College
- komma
- komponenter
- betong
- Kondenserad materia
- ledande
- konfiguration
- Bekräfta
- innehålla
- konventionell
- Cooper
- Korrelation
- kunde
- täckning
- skapa
- skapas
- skapar
- Skapa
- Kristall
- Aktuella
- mörkt
- dag
- Examen
- förtjust
- Avdelning
- utformade
- upptäcka
- detekterad
- utvecklade
- utveckla
- enheter
- DID
- olika
- svårt
- rikta
- upptäckt
- oordning
- do
- torka
- under
- jord
- effekt
- effektivt
- elektrolyt
- Elektronisk
- Elektronik
- elektroner
- energi
- England
- Miljö
- Era
- väsentligen
- Även
- NÅGONSIN
- Varje
- bevis
- exakt
- exempel
- exempel
- undantag
- spännande
- Förekomsten
- Förklara
- utsatta
- extrahera
- extraordinära
- extremt
- tyg
- Höst
- Februari
- få
- fält
- filter
- hitta
- finna
- Förnamn
- flöda
- fluktuation
- För
- formen
- bildning
- former
- Framåt
- hittade
- Stiftelser
- Fri
- Frys
- från
- frystes
- frustrerad
- Tyskland
- god
- grafen
- större
- banbrytande
- hade
- lyckligt
- Har
- he
- här.
- Hög
- höjdpunkter
- värd
- Huset
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- html
- http
- HTTPS
- stor
- Människa
- i
- IS
- Tanken
- identifiera
- if
- Illinois
- bild
- med Esport
- in
- inkorporerar
- införlivande
- Inomhus
- informationen
- Infrastruktur
- inspirerat
- istället
- Institute
- integrering
- Intelligens
- interagera
- intresse
- intresserad
- in
- fråga
- IT
- Italien
- DESS
- Jobb
- jpg
- bara
- Ha kvar
- håller
- känd
- laboratorium
- sjö
- liggande
- Large
- Efternamn
- t minst
- Led
- mindre
- livet
- ljus
- Belysning
- tycka om
- Flytande
- levande
- logotyp
- Lång
- se
- förlust
- älskar
- Låg
- gjord
- magneter
- bibehålla
- GÖR
- Framställning
- hantera
- sätt
- många
- massachusetts
- Materialet
- material
- Materia
- max-bredd
- mäta
- medlem
- metall
- Mikroskopi
- kanske
- MIT
- blandning
- modifierad
- Ögonblick
- övervakas
- mer
- mest
- rörelse
- flytta
- mycket
- nationell
- Nära
- behövs
- negativ
- nät
- Neutral
- Nya
- Nej
- nu
- talrik
- of
- Erbjudanden
- on
- ONE
- öppet
- motsatt
- ekologisk
- vår
- ut
- övergripande
- par
- par
- paneler
- del
- Personer
- prestanda
- periodisk
- fas
- Fysik
- Fysikvärlden
- bit
- Växter
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- polärt
- polymerer
- pop
- möjlig
- Praktisk
- förutsagda
- producerad
- Produktion
- Framsteg
- egenskaper
- Bevisa
- ger
- kvalitet
- Quantum
- Kvantprickar
- Ilska
- SÄLLSYNT
- snarare
- regelbundet
- relation
- frigöra
- Renewable
- förnybar energi
- Rapport
- forskning
- forskare
- Resistens
- resurs
- ansvarig
- Ringa
- vägar
- Rum
- kungliga
- s
- säger
- verka
- bosätta sig
- visade
- visas
- liknande
- enda
- Storlek
- Hud
- So
- sol-
- solpaneler
- fast
- stelnar
- några
- ibland
- Utrymme
- spektroskopi
- Snurra
- snurrar
- delas
- statisk
- Fortfarande
- lagra
- Upplevelser för livet
- misslyckande
- struktur
- strukturer
- Studerar
- substans
- sådana
- sol
- solljus
- solsken
- supra~~POS=TRUNC
- Som stöds
- säkert
- yta
- överskott
- strängar
- Sverige
- schweiz
- grupp
- Tekniken
- Teknologi
- mall
- än
- den där
- Smakämnen
- Storbritannien
- världen
- deras
- sedan
- Teorin
- Där.
- därför
- Dessa
- de
- tror
- detta
- i år
- THOR
- Genom
- hela
- miniatyr
- till
- i dag
- tillsammans
- överförd
- fånga
- fällor
- två
- Typ
- allmänt förekommande
- Uk
- oförmögen
- förstått
- universitet
- Universitetet i Cambridge
- till skillnad från
- enastående
- tills
- us
- användning
- Begagnade
- användningar
- med hjälp av
- vanliga
- vanligen
- Omfattande
- fordon
- mycket
- synlighet
- vill
- varm
- värme
- var
- Vatten
- Våg
- Sätt..
- sätt
- we
- vägning
- były
- Vad
- Vad är
- när
- som
- medan
- vit
- VEM
- varför
- vind
- med
- utan
- trä
- trä
- arbetssätt
- världen
- Världens
- värt
- skulle
- skrivning
- år
- ännu
- Om er
- Din
- zephyrnet
- noll-