Malzemeler ve nanoteknoloji, genellikle kimyagerler, biyologlar, mühendisler ve tabii ki malzeme bilimcilerle işbirliği yapmaktan yararlanan fizikçiler için gelişen alanlardır. Bu, malzemeleri ve nanoteknolojiyi yazmak için büyüleyici kılıyor ve bu yıl da bir istisna olmadı. 2022'de yayınladığımız en sevdiğimiz malzemeler ve nanoteknoloji araştırma hikayelerinden bazılarını burada bulabilirsiniz.
Nanomalzemelerin canlı organizmalar ile entegrasyonu sıcak bir konudur, bu nedenle “kalıtsal nanobiyonikler” üzerine yapılan bu araştırma listemizde yer almaktadır. Ardemis Boğosyan İsviçre'deki EPFL'de ve meslektaşları, belirli bakterilerin tek duvarlı karbon nanotüpleri (SWCNT'ler) alacağını göstermiştir. Dahası, bakteri hücreleri bölündüğünde, SWCNT'ler yavru hücreler arasında dağıtılır. Ekip ayrıca SWCNT içeren bakterilerin, ışıkla aydınlatıldıklarında nanotüpleri olmayan bakterilere göre çok daha fazla elektrik ürettiklerini buldu. Sonuç olarak, teknik, temiz enerji üretmenin yanı sıra üretim söz konusu olduğunda negatif bir karbon ayak izine sahip olan canlı güneş pilleri yetiştirmek için kullanılabilir.
Dünyanın kültürel mirasının çoğu maddi biçimde mevcuttur ve bilim adamları, geçmişi gelecek nesiller için korumada önemli roller oynamaktadır. İsviçre ve Almanya'da araştırmacılar, zwischgold ile kaplı orta çağa ait nesnelerin restore edilmesine yardımcı olmak için gelişmiş, invaziv olmayan bir görüntüleme tekniği kullandılar. Bu, daha kalın bir gümüş tabakasıyla desteklenen ultra ince bir altın tabakasından oluşan oldukça sofistike bir malzemedir. Zwischgold yüzyıllar içinde kötüleşiyor, ancak uzmanlar orijinal yapısından ve zamanla nasıl değiştiğinden emin değillerdi, bu da restorasyonu zorlaştırıyordu. Şimdi, Qing Wu tarafından yönetilen bir ekip, Batı İsviçre Uygulamalı Bilimler ve Sanatlar Üniversitesi ve Benjamin Watts Paul Scherrer Enstitüsünde, tipik olarak 30 nm olan altın yaprağa kıyasla zwischgold'un 140 nm kalınlığında bir altın tabakasına sahip olduğunu göstermek için gelişmiş bir X-ışını kırınım tekniği kullandılar. Ayrıca malzemenin yüzeylerden nasıl ayrılmaya başladığına dair fikir edindiler.
"Harika malzeme" terimi muhtemelen gereğinden fazla kullanılıyor, ancak burada Fizik dünyası perovskitlerin - onları güneş pilleri yapmak için uygun kılan özelliklere sahip yarı iletken malzemelerin - uygun bir tanımı olduğunu düşünüyoruz. Bununla birlikte, perovskite cihazlarının, bazıları yüzey kusurları ve iyon göçü ile ilgili olan dezavantajları vardır. Bu problemler, pratik güneş pillerinin dayanması gereken koşullar olan ısı ve nem ile daha da kötüleşir. Şimdi, Stefan De Kurt Suudi Arabistan'daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nde ve meslektaşları, ısıya ve neme daha dayanıklı olan 2D ve 3D katmanlardan yapılmış bir perovskite cihaz yarattılar. Bunun nedeni, 2B katmanların bir bariyer görevi görerek hem su hem de iyon göçünün cihazın 3B parçalarını etkilemesini engellemesidir.
Açısal momentumun korunumu fiziğin temel taşıdır. Bu nedenle, bilim adamlarının, malzemeler ultra kısa lazer darbeleriyle bombardımana tutulduğunda yok gibi görünen bazı mıknatıslardaki dönüşün kaderi konusunda kafaları karışmıştı. Şimdi, araştırmacılar, Almanya'daki Konstanz Üniversitesi bu "kayıp" açısal momentumun aslında birkaç yüz femtosaniye içinde elektronlardan malzemenin kristal kafesinin titreşimlerine aktarıldığını bulmuşlardır. Manyetik malzemelere lazer darbeleri göndermek, verileri depolamak ve almak için kullanılabilir, bu nedenle açısal momentumun nasıl aktarıldığını anlamak, daha iyi depolama sistemlerine yol açabilir. Konstanz deneyi ayrıca spini manipüle etmenin yeni yollarının geliştirilmesine yol açabilir - bu da spintronik cihazların gelişimine fayda sağlayabilir.
Harika malzemelerden bahsetmişken, 2022 kübik bor arsenit yılıydı. Bu yarı iletkenin teknolojik olarak önemli iki özelliği olduğu tahmin ediliyordu - yüksek delik hareketliliği ve yüksek termal iletkenlik. Bu tahminlerin her ikisi de bu yıl deneysel olarak doğrulandı ve bunu yapan araştırmacılar çalışmamızda onurlandırıldı. 10'nin En İyi 2022 Buluşu. Ama orada durmadı, bu yıl daha sonra Usame Choudhry ve Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara ve Houston Üniversitesi'ndeki meslektaşları, kübik bor arsenitteki "sıcak" elektronların uzun ömürleri olduğunu doğrulamak için taramalı ultra hızlı elektron mikroskobu kullandılar. Bu, güneş pillerinin ve ışık detektörlerinin geliştirilmesinde yararlı olabilecek bir başka çok arzu edilen özelliktir.
Küresel olarak kullanılan tüm elektriğin %20'sinin geleneksel buhar sıkıştırmalı soğutma ve iklimlendirme için harcandığı tahmin edilmektedir. Ayrıca bu sistemlerde kullanılan soğutucu akışkanlar, küresel ısınmaya önemli ölçüde katkıda bulunan güçlü sera gazlarıdır. Sonuç olarak, bilim adamları daha çevre dostu soğutma sistemleri geliştirmeye çalışıyorlar. Şimdi, Peng Wu ve Shanghai Tech Üniversitesi'ndeki meslektaşları, bir malzemede gerilim oluşturmak için manyetik alanlar yerine elektrik alanlarını kullanan katı hal kalorik soğutma sistemi yarattılar. Bu önemlidir, çünkü elektrik alanların uygulanması manyetik alanlara göre çok daha kolay ve çok daha ucuzdur. Dahası, etki, pratik bir soğutma sistemi için önemli bir gereklilik olan oda sıcaklığında gerçekleşir.
Bu yılın özetine bir harika malzeme daha sıkıştıracağız ve bu sihirli açılı grafen. Bu, grafen katmanları birbirine göre döndürüldüğünde, bükülme açısına bağlı olarak bir dizi özelliğe sahip bir Moiré üst örgüsü yaratıldığında yaratılır. Şimdi, Jia li ve ABD'deki Brown Üniversitesi'ndeki meslektaşları, hem manyetizma hem de süperiletkenlik sergileyen bir malzeme oluşturmak için sihirli açılı grafen kullandılar - bunlar genellikle yoğun madde fiziğinde spektrumun zıt uçlarında yer alan özelliklerdir. Ekip, sihirli açılı grafeni 2D malzeme tungsten diselenide ile arayüzledi. İki malzeme arasındaki karmaşık etkileşim, araştırmacıların grafeni bir süper iletkenden güçlü bir ferromanyete dönüştürmesine olanak sağladı. Bu başarı, fizikçilere genellikle ayrı olan bu iki fenomen arasındaki etkileşimi incelemek için yeni bir yol verebilir.
