-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Orbitalny moment pędu (OAM) elektronu uważany jest za mniej interesującą jego właściwość, gdyż w ciałach stałych zazwyczaj ulega on osłabieniu w wyniku interakcji z otaczającym elektron materiałem. Naukowcy z Centrum Badawczego Jülich (Forschungszentrum Jülich) wykazali właśnie, że w niektórych kryształach nie tylko zostaje on zachowany, ale można go też kontrolować. Jest to możliwe dzięki chiralności struktury krystalicznej. A odkrycie może doprowadzić do stworzenia nowej klasy urządzeń elektronicznych o wyjątkowej odporności na zakłócenia i dużej efektywności energetycznej.
Główną właściwością elektronu wykorzystywaną w klasycznej elektronice jest jego ładunek elektryczny. Nowoczesne technologie – jak technologie kwantowe czy spintronika – korzystają ze spinu elektronu. Jak jednak wynika z badań uczonych z Jülich, przyszłością elektroniki może być też orbitalny moment pędu, który opisuje, w jaki sposób elektron porusza się w atomie. W ten sposób może narodzić się orbitronika, która uzupełni i poszerzy możliwości, jakie dają nam elektronika i spintronika.
Przez dekady spin był uznawany za kluczowy parametr nowych technologii. Jednak orbitalny moment pędu również ma wielki potencjał jako nośnik informacji i jest przy tym znacznie bardziej stabilny, wyjaśnia doktor Christian Tusche z Instututu Petera Grünberga w Centrum Badawczym Jülich.
Jak już wspomnieliśmy, OAM jest rzadko obserwowany w kryształach, gdyż jest zwykle w nich tłumiony. Jednak naukowcy z Niemiec, we współpracy z kolegami z Tajwanu, USA, Włoch i Japonii wykazali właśnie, że w materiałach chiralnych, jak badany przez nich monokrzemek kobaltu (CoSi), sytuacja jest inna. Nasze badani pokazują, że struktura takiego kryształu bezpośrednio wpływa na moment pędu elektronu w sposób, który możemy bezpośrednio mierzyć. To otwiera nowe możliwości w dziedzinie badań materiałowych i przetwarzania informacji, dodaje fizyk eksperymentalny doktor Ying-Jiun Chen.
W przyszłości informacja może być przechowywana i przekazywane nie tylko poprzez ładunek i spin elektronu, ale również przez kierunek i orientację jego orbitalnego momentu pędu. Użycie OAM jako nośnika informacji wydaje się przekonujące. Można też będzie wykorzystać kołowo spolaryzowane światło do selektywnego wpływania na chiralność kryształów i uzyskania w ten sposób kontrolowanego światłem niemechanicznego przełącznika, alternatywy dla tranzystora. Co więcej połączenie OAM i spinu może pozwolić na zintegrowanie orbitroniki i spintroniki w hybrydowych maszynach kwantowych, stwierdza profesor Claus Michael Schneider, dyrektor Instytutu Petera Grünberga.
Źródło: Orbital Topology of Chiral Crystals for Orbitronics
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowatorska superszybka technika obrazowania atomów ujawniła istnienie nieznanego dotychczas stanu, którego wykorzystanie może pomóc z opracowaniu szybszych energooszczędnych komputerów. Technika ta pozwoli też zbadać, gdzie leżą fizyczne granice przełączania pomiędzy różnymi stanami.
Naukowcy przyznają, że nie wiedzą zbyt wiele o stanach przejściowych, w jakich znajdują się materiały elektroniczne podczas operacji przełączania. Nasza technika pozwala na wizualizowanie tego procesu i znalezienie odpowiedzi na niezwykle ważne pytanie – jakie są granice przełączania jeśli chodzi o prędkość i zużycie energii, stwierdził główny autor badań, Aditya Sood ze SLAC National Accelerator Laboratory.
Wraz z kolegami ze SLAC, Hewlett Packard Labs, Pennsylvania State University oraz Purdue University badał on urządzenia wykonane z ditlenku wanadu (VO2). Wiadomo bowiem, że materiał ten przechodzi pomiędzy stanem izolatora z przewodnika w temperaturze zbliżonej do temperatury pokojowej.
VO2 poddawano okresowemu działaniu impulsów elektrycznych, które przełączały go pomiędzy różnymi stanami. Impulsy te zsynchronizowano z wysoko energetycznymi impulsami elektronów generowanymi przez kamerę Ultrafast Electron Diffracion (UED). Za każdym razem, gdy impuls elektryczny wzbudzał naszą próbkę, towarzyszył mu impuls elektronów, którego opóźnienie mogliśmy regulować. Powtarzając ten proces wielokrotnie i zmieniając za każdym razem opóźnienie, uzyskaliśmy poklatkowy obraz atomów poruszających się w reakcji na impuls elektryczny, wyjaśnia Sood.
To pierwszy raz, gdy użyto UED, urządzenie wykrywające niewielkie ruchy atomów poprzez rozpraszanie na próbce wysokoenergetycznego strumienia elektronów, do badania pracy urządzenia elektrycznego. Wpadliśmy na ten pomysł już trzy lata temu, jednak zdaliśmy sobie sprawę, że istniejące urządzenia nie pracują wystarczająco szybko. Musieliśmy więc skonstruować własne, dodaje profesor Aaron Lindenberg.
Dzięki swojemu urządzeniu badacze odkryli, że pod wpływem szybkich impulsów elektrycznych VO2 wchodzi w stan, który normalnie nie istnieje. Istnieje on zaledwie przez kilka mikrosekund, gdy materiał zmienia się z izolatora w przewodnik. Okazało się, że struktura atomowa tej fazy jest taka sama, jak fazy izolatora, jednak materiał jest już wówczas przewodnikiem. To niezwykle ważne, gdyż normalnie dwa stany – izolatora i przewodnika – różnią się między sobą ułożeniem atomów, a do zmiany tego ułożenia konieczne jest wydatkowanie energii. Gdy jednak zmiana ma miejsce poprzez stan przejściowy, przełączanie w przewodnik nie wymaga zmiany struktury atomowej.
Autorzy badań pracują teraz nad wydłużeniem istnienia stanu przejściowego. Nie wykluczają, że możliwe byłoby stworzenie urządzenia, w którym zmiana pomiędzy izolatorem z przewodnikiem będzie się odbywała bez ruchu atomów, dzięki czemu takie urządzenie pracowałoby szybciej i zużywało mniej energii.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Grafen ma wiele niezwykłych właściwości, jednak nie jest materiałem piezoelektrycznym. Piezoelektryczność to właściwość niektórych materiałów, polegająca na tym, że przy zginaniu, ściskaniu i skręcaniu materiały te produkują ładunki elektryczne. Występuje też zależność odwrotna - pole elektryczne wywołuje odkształcenie materiału piezoelektrycznego, dając nad nim duża kontrolę.
W ACS Nano ukazał się artykuł, w którym dwóch inżynierów ze Stanford University opisuje, w jaki sposób nadali grafenowi właściwości piezoelektryczne.
Fizyczne deformacje, jakie możemy tworzyć, są wprost proporcjonalne do przyłożonego pola elektrycznego, co daje nam niedostępną wcześniej możliwość kontrolowania elektroniki w nanoskali - stwierdził Evan Reed, szef Materials Computation and Theory Group i główny autor badań. To pozwala mieć nadzieję, na zrealizowanie koncepcji ‚straintroniki’, zwanej tak ze względu na sposób, w jaki pole elektryczne w sposób przewidywalny zmienia kształt sieci krystalicznej węgla - dodał uczony.
Mitchell Ong, autor artykułu w ACS Nano, uważa, że „piezoelektryczny grafen może może zapewnić niedostępny dotychczas stopień elektrycznej, mechanicznej i optycznej kontorli nad różnymi urządzeniami, od ekranów dotykowych po nanotranzystory“.
Za pomocą symulacji przeprowadzanych na superkomputerach, inżynierowie sprawdzali skutki domieszkowania grafenu po jednej lub obu stronach sieci krystalicznej. Modelowano domieszkowanie litem, wodorem, potasem i fluorem oraz ich kombinacjami. Wyniki zaskoczyły naukowców. Sądziliśmy, że pojawi się efekt piezoelektryczny, ale będzie on słaby. Tymczasem jest on podobny do występującego w tradycyjnych materiałach - mówi Reed.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Ścieżka skamieniałych śladów sprzed 7 mln lat na Pustyni Arabskiej to odciski stóp stada prehistorycznych słoni. Wyniki badań zespołu z Niemiec, USA, Zjednoczonych Emiratów Arabskich i Francji ukazały się w piśmie Biology Letters.
Na stanowisku Mleisa 1 w Zjednoczonych Emiratach Arabskich, które stanowi część Formacji Baynunah z górnego miocenu, widnieje wyjątkowo długi szlak śladów pojedynczego stada, złożonego z co najmniej 13 osobników. Grupa zwierząt przeszła przez błoto. Ślady stwardniały, zostały zasypane, a po długim czasie odsłoniła je erozja. Analiza wykazała, że w stadzie znajdowały się zarówno osobniki dorosłe, jak i młode. To pierwszy bezpośredni dowód na istnienie struktur społecznych u prehistorycznych słoni.
To absolutnie wyjątkowe miejsce, naprawdę rzadka okazja, by w zapisie kopalnym ujrzeć zachowanie w takim świetle, jakiego nie zapewnia analiza kości czy zębów - podkreśla szef ekipy naukowców dr Faysal Bibi, paleontolog z Uniwersytetu w Poitiers oraz Muzeum Historii Naturalnej w Berlinie.
Również na stanowisku Mleisa 1 odkryto 260-m trop samotnego samca. Niewykluczone więc, że prehistoryczne słoniowate, zupełnie jak dzisiejsze słonie, dzieliły się na grupy samic i prowadzące samotniczy tryb życia samce, które zbliżały się do wybranek tylko w okresie godowym.
Mleisa 1 ma powierzchnię 5 hektarów. Chociaż stanowisko było znane od jakiegoś czasu, dopiero po obfotografowaniu z powietrza stało się jasne, że to coś o sporym znaczeniu naukowym. Gdy zobaczyliśmy je z lotu ptaka, wszystko stało się bardziej klarowne. Widząc całość, mogliśmy zrozumieć, co tu się stało - wyjaśnia prof. Brian Kraatz z Western University of Health Sciences. Serię zdjęć skompilowano, uzyskując szczegółową mozaikę okolicy. Na witrynie GigaPan można przeglądać ortofotomapę przygotowaną przez prof. Nathana Craiga z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii.
Wg członków zespołu, nawet dla kogoś bez wiedzy technicznej jest oczywiste, że ślady z Pustyni Arabskiej pozostawiły duże zwierzęta.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W odpowiednich warunkach woda może stać się metalem, a następnie izolatorem, stwierdzili uczeni z Cornell University. W PNAS ukazał się artykuł, w którym Neil Ashcroft, Roald Hoffmann i Andreas Hermann opisują wyniki swoich teoretycznych obliczeń.
Wynika z nich, że przy ciśnieniu rzędu 1-5 terapaskali woda tworzy stabilne struktury. Mimo, że ciśnienie takie jest dziesiątki milionów razy większe od ciśnienia ziemskiego, istnienie wody w takim stanie nie jest wykluczone. Wręcz przeciwnie, może ona powszechnie występować nawet w naszym Układzie Słonecznym. Tak olbrzymie ciśnienie może panować wewnątrz Urana.
Z wyliczeń uczonych wynika, że powyżej 1 terapaskala poszczególne molekuły wody przestają istnieć, a H2O zostaje ściśnięta tworząc siatkę połączeń tlenu i wodoru, która przyjmuje najróżniejsze kształty. Już wcześniej obliczano, że przy ciśnieniu 1,55 TPa woda staje się metalem i ma najbardziej stabilną strukturę. Naukowcy z Cornell poszli dalej i udało im się wyliczyć, że najbardziej stabilna jest woda przy ciśnieniu wyższym od 4,8 TPa. Wówczas jednak traci ona właściwości metalu i staje się izolatorem.
Jak zauważa profesor Ashcroft, najbardziej niezwykłym wnioskiem wypływającym z obliczeń jest odkrycie, że olbrzymie ciśnienie powoduje, iż woda przestaje być ciałem stałym i w pewnym momencie zamienia się w kwantową ciecz. Trudno jest to sobie wyobrazić - topienie lodu pod wpływem podwyższonego ciśnienia - stwierdził naukowiec.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.