Znajdź zawartość

Szkliwo z zębów ryb dwudysznych i belony pospolitej (Belone belone) może ułatwić wyprodukowanie lżejszych i bardziej wydajnych paliwowo samochodów czy samolotów – twierdzi prof. John Barry, fizyk z Queensland University of Technology. Napędem dla mojej pracy jest potrzeba znalezienia nowych lepszych materiałów, ponieważ większości udoskonaleń z dziedziny materiałoznawstwa z ostatnich 60 lat nie uda się kontynuować bez wprowadzania ciągłych innowacji. Ograniczeniem są właściwości wykorzystywanych obecnie materiałów. Z powodu ciągłej potrzeby zwiększania osiągów docieramy do granic możliwości materiałów, a skutki tego zjawiska bywają katastrofalne – w tym miejscu warto przypomnieć choćby ostatnie awarie silników Airbusów 380. Barry ma na to radę – badanie przyrody i wykorzystywanie naturalnych rozwiązań. Zęby różnych zwierząt były przystosowywane lub konstruowane do różnych celów. Jak materiały inżynieryjne są tworami kompozytowymi o właściwościach o wiele lepszych od wielu istniejących syntetyków. Zaczęliśmy od dwudysznych, ponieważ są zwierzętami prehistorycznymi [wyewoluowały we wczesnym dewonie]. Z tego powodu sądziliśmy, że budowa ich zębów będzie sporo prostsza niż u współczesnych zwierząt, które podlegały wielu ewolucyjnym zmianom. Byliśmy zaskoczeni, gdy natrafiliśmy na skomplikowaną mikrostrukturę zęba. Badaliśmy także belony, które mają wyjątkowe odporne na zniszczenia zęby. Australijczycy tłumaczą, że w 95% ząb składa się z hydroksyapatytu, minerału zbudowanego z hydroksyfosforanu wapnia, który sam w sobie jest bardzo słaby, ale w organizmie żywym staje się twardy i wytrzymały. Zespół z QUT bada strukturę zęba na 3 poziomach. Najpierw akademicy przyglądają się kryształom zębiny (dentyny), które mogą mieć różne kształty, sposobom ich ułożenia w poszczególnych pęczkach pryzmatycznych szkliwa oraz temu, jak zorganizowana jest powierzchnia zęba, by ciąć, miażdżyć lub rozcierać pokarm. Badacz z antypodów podkreśla, że w przeszłości naukowcy próbowali już wykorzystywać materiały naśladujące przyrodę. W czasie II wojny światowej inżynierowie pracujący nad imitowaniem właściwości drewna stworzyli włókno szklane, zaś zamek błyskawiczny to technologiczna kopia przywierających do ubrania rzepów. Barry opowiada, że skopiowanie niektórych struktur zęba pozwoli na wyeliminowanie kompozytów włókien węglowych. Obecnie są one najlepszym z dostępnych rozwiązań, ale, niestety, pozostają bardzo mocne wzdłuż warstwy nanoszenia ziaren, a w poprzek są bardzo słabe, co ogranicza ich zastosowanie.

Komputery kwantowe - przyszłość informatyki, która brzmi bardziej niesamowicie, niż technologie z filmów science-fiction. Na drodze do ich realizacji zrobiono kolejny krok - użyto lasera do schłodzenia cząsteczek. Kwantowe komputery mają działać szybciej dzięki wykorzystaniu kwantowych bitów informacji, czyli kubitów. W tej roli uczeni obsadzali w swoich eksperymentach albo atomy, albo „sztuczne atomy". Czym jest sztuczny atom? To grupa wielu atomów, zachowująca się na poziomie kwantowym jak pojedynczy atom. I jedno, i drugie rozwiązanie ma wady: splątane atomy nie komunikują się ze sobą wystarczająco silnie na potrzeby obliczeń, sztuczne atomy spisują się tu doskonale, ale z powodu swojej masy sprawiają inny problem: zbyt łatwo poddają się zakłóceniom ze świata zewnętrznego. Czy nie da się znaleźć innego rozwiązania? Narzuca się wykorzystanie cząsteczek chemicznych, ale z różnych powodów również się to dotąd nie sprawdzało. Jeden z tych problemów właśnie rozwiązali naukowcy z Yale University: David DeMille, Edward Shuman i John Barry. Jeśli chcemy stworzyć kwantowy komputer, potrzebujemy możliwości manipulowania jego kubitami, a to jest trudne ponieważ każda manipulacja zakłóca ich stan kwantowy. Ponadto cząsteczki bez przerwy poruszają się, wibrują i obracają. Jak wiadomo, ruch cząsteczek to inaczej temperatura, jeśli chcemy cząsteczkę uciszyć, musimy obniżyć jej temperaturę blisko zera absolutnego, czyli -273,15 °C. Jak można schłodzić pojedynczą cząsteczkę? Udało się to zrobić z wykorzystaniem lasera. Wielu może zdziwić, w jaki sposób laser, kojarzony raczej z wysoką temperaturą można wykorzystać do chłodzenia? Promień lasera to najprościej mówiąc: strumień fotonów, które trafiając w cząsteczkę, poruszają nią. Jeśli cząsteczkę umieścimy pomiędzy dwoma przeciwległymi promieniami, to ograniczymy jej ruchy i przytrzymamy. A mniej ruchu to niższa temperatura. Chłodzenie laserem wykorzystywano już do pojedynczych atomów, ale nie stosowano wcześniej tej metody do cząsteczek, ponieważ mają one nieregularne kształty i zachowują się nieprzewidywalnie. Dlatego osiągnięcie zespołu DeMille'a jest takim sukcesem. Schłodzili oni niemal do zera absolutnego cząsteczkę monofluorku strontu, ale zamierzają ją rozwinąć i zastosować również do cząsteczek innych związków. To rewolucja - mówią autorzy. Technika znajdzie zastosowanie nie tylko przy konstruowaniu kwantowych komputerów, ale również do wielu innych eksperymentów. Jednym z nich jest uzyskanie efektu tunelowania kwantowego, ale przyda się również do precyzyjnych pomiarów struktury molekuł, czy wynajdywania nowych, nieznanych dotąd cząsteczek.