Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Magnetyzm nie taki, jak myślimy?

Recommended Posts

Zdaniem Rafała Oszwaldowskiego i Igora Zutica z University of Bufallo oraz Andre Petukhowa z South Dakota School of Mines and Technology, magnetyzm w najmniejszej skali podlega nieco innym zasadom niż nam się wydaje. Uczeni opublikowali w Physical Review Letters artykuł, w którym prezentują wyliczenia dowodzące, że możliwe jest stworzenie kropki kwantowej o zaskakujących właściwościach.

Magnetyzm materiału jest określany przez spin elektronów. Jeśli w materiale spin większości z nich zwrócony jest w tę samą stronę, materiał posiada właściwości magnetyczne. Elektrony mogą też działać jak „magnetyczni posłańcy", którzy za pomocą własnego spinu wpływają na spin pobliskich atomów.

Według obecnego stanu wiedzy, jeśli spotkają się dwa elektrony o przeciwnych spinach, to ich wpływ na otoczenie będzie się znosił.

Wspomniani powyżej naukowcy twierdzą jednak, że nie wygląda to tak prosto. Ich zdaniem w kwantowych kropkach można zaobserwować pewien szczególny rodzaj magnetyzmu pojawiający się w obecności elektronów o przeciwnym spinie. W swoim artykule opisali oni teoretyczną kropkę kwantową zawierającą dwa elektrony o przeciwnych spinach oraz atomy manganu umieszczone w ściśle określonych miejscach kropki. Elektrony będą tam działały jak „magnetyczni posłańcy", wpływając na spin pobliskich atomów. Z wyliczeń Oszwaldowskiego, Zutica i Petukhova wynika, ze oba elektrony będą w odmienny sposób działały na atomy. Jeden z nich będzie bowiem preferował lokalizację na środku kropki, a drugi na jej obrzeżach. To spowoduje, że atomy manganu znajdujące się w różnych częściach kropki będą podlegały różnemu wpływowi. Ten elektron, który będzie na atomy wpływał silniej „wygra" i dostosuje ich spin do swojego, dzięki czemu kropka nabierze właściwości magnetycznych.

Igor Zutic zauważa, że jeśli obliczenia się potwierdzą, to całkowicie zmienią naszą wiedzę o interakcjach magnetycznych. Uczony dodaje: gdy mamy dwa elektrony o przeciwnych spinach, założenie jest takie, że pomiędzy nimi będzie istniała równowaga, a zatem żadna magnetyczna wiadomość czyli żadne siły nie wpłyną na spin pobliskich atomów manganu. Ale naszym zdaniem tam zachodzi walka. Podstawowe zasady magnetyzmu są dla nas wciąż tajemnicą i skrywają wiele niespodzianek.

Wyliczeniami już zainteresowali się fizycy z University of Bufallo, którzy chcieliby przeprowadzić odpowiednie eksperymenty.

Twierdzenia Oszwaldowskiego, Zutica i Petukhova, o ile się potwierdzą, mogą mieć olbrzymi wpływ na spintronikę oraz te działy nauki i gospodarki, które wykorzystują właściwości magnetyczne - z więc na obrazowanie medyczne, elektronikę czy budowę laserów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      O grafenie piszemy od lat, a przed kilkunastoma miesiącami informowaliśmy o powstaniu grafanu. Teraz do rodziny dołączył trzeci jej członek - grafyn.
      Symulacje komputerowe przeprowadzone przez niemieckich uczonych wskazują na możliwość istnienia pojedynczej warstwy atomów węgla, które jednak nie muszą być ułożone w kształcie sześciokąta, a mogą przyjmować bardzo różne formy. Nowy materiał może być zatem znacznie bardziej elastyczny niż grafen.
      Jak pamiętamy, energia elektronów poruszających się w grafenie jest wprost proporcjonalna do momentu pędu. Gdy energie takich elektronów przedstawimy na trójwymiarowym wykresie otrzymamy stożek Diraca. Te unikatowe właściwości grafenu powodują, że elektrony zachowują się w nim tak, jakby nie miały masy, co pozwala im na poruszanie się z niezwykle dużą prędkością, a to może być bardzo pożądaną cechą np. w elektronice.
      Grafyn tym różni się od grafenu, który ma pojedyncze lub podwójne wiązania, iż tworzy podwójne i potrójne wiązania, a atomy węgla nie układają się heksagonalnie.
      Niemieccy uczeni, wśród nich chemik Andreas Görling z Uniwersytetu Erlangen-Nuremberg, prowadzili komputerowe symulacje trzech różnych wzorców, w jakie mogą układać się atomy węgla w grafynie i odkryli, że we wszystkich mamy do czynienia ze stożkiem Diraca. Jednak, co ważniejsze, okazało się, że jeden z badanych wzorów 6,6,12 grafyn, w którym atomy węgla charakteryzuje prostokątna symetria, przewodzi elektrony tylko w jednym kierunku. Taki materiał nie potrzebowałby domieszkowania innymi pierwiastkami, by wykazywać właściwości pożądane w elektronice.
      W przeszłości uzyskiwano już niewielkie skrawki grafynu. Teraz niemieckie badania dowiodły, że warto pracować nad tym materiałem i różnymi jego odmianami.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wzrost częstości złamań poroża hiszpańskich jeleni w 2005 r. naprowadził naukowców z Uniwersytetu Kastylii-La Manczy na trop nowej hipotezy dotyczącej osteoporozy. Głosi ona, że niedobór manganu nie pozwala na wchłanianie wapnia, by wysycić nim kości (Frontiers of Bioscience).
      Zespół z Instytutu Badawczego Zasobów Łowieckich - w którego pracach uczestniczą m.in. biolodzy z Uniwersytetu Kastylii-La Manczy - sugeruje, że powodem osteoporozy jest nie tyle niedobór wapnia, co brak pierwiastka istotnego dla jego wchłaniania, zwłaszcza manganu. W takim ujęciu braki wapniowe są skutkiem, nie przyczyną choroby.
      Na podstawie analiz stanu poroża wysnuliśmy hipotezę, że gdy ludzki organizm absorbuje za mało manganu lub gdy trafia on z kośćca do potrzebujących go narządów, np. do mózgu, ekstrahowany w tym czasie [z pokarmu] wapń nie jest prawidłowo wchłaniany i ulega usunięciu wraz z moczem - tłumaczy Tomás Landete. "Porożopochodna" teoria przejdzie jeszcze niezbędne testy, ale już teraz trzeba przyznać, że brzmi rozsądnie.
      Kiedy przed 7 laty jelenie zaczęły częściej łamać rogi, okazało się, że uległy one osłabieniu przez niedobory manganu w diecie zwierząt. Zima była wtedy wyjątkowo chłodna, przez co zestresowane rośliny, którymi żywią się jelenie, włączyły do swoich tkanek mniej manganu. Rogi rosną w wyniku przetransferowania do nich 20% wapnia z kości. Jest zatem jasne, że to nie niedobór Ca, ale deficyt manganu osłabił poroże. Landete porównuje mangan do kleju przechwytującego wapń.
      Hiszpanie założyli, że gdy człowiekowi chorującemu na osteoporozę brakuje manganu, mogą się rozwijać choroby neurodegeneracyjne, np. parkinsonizm i alzheimeryzm (mózg nie ma skąd czerpać Mn). By mieć pewność, że tak się właśnie dzieje, zbadali 113 pacjentów, operowanych w latach 2008-2009 w Hospital de Hellín z powodu osteoporozy (45) i zwyrodnienia stawów (68). Okazało się, że wśród operowanych z powodu osteoporozy u 45% nastąpiła degeneracja mózgu. Nie stwierdzono jej u nikogo z chorobą zwyrodnieniową stawów. Odsetek nieprawidłowości rósł z wiekiem, ale znowu wyłącznie u osób z pierwszej grupy.
      Wg Hiszpanów, deficyt manganu można połączyć również z parkinsonizmem, ponieważ astrocyty, których wypustki stanowią zrąb dla układu nerwowego, wykorzystują enzymy zawierające właśnie mangan.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół profesora Xaioyanga Zhu z University of Texas odkrył, iż dzięki zastosowaniu w ogniwach słonecznych plastikowego półprzewodnika można dwukrotnie zwiększyć liczbę elektronów uzyskiwanych z pojedynczego fotonu. Tym półprzewodnikiem jest policykliczny węglowodór aromatyczny, pentacen.
      Przed rokiem pisaliśmy, że profesor Zhu przeprowadził badania, z których wynikało, że wydajność ogniw słonecznym można będzie zwiększyć do 66%. Obecnie najbardziej wydajne urządzenia tego typu są w stanie przekształcić w prąd elektryczny około 31% energii słonecznej. Dzieje się tak, gdyż zdecydowaną większość energii stanowią tzw. gorące elektrony, których nie potrafiliśmy przechwytywać. Zhu pokazał, w jaki sposób można to zrobić. Profesor zaznaczył wówczas, że stworzenie szeroko dostępnej technologii będzie trudne, gdyż wymaga mocnego skoncentrowania promieni słonecznych na panelach, do czego z kolei konieczne jest opracowanie sposobów produkcji ogniw z nowych materiałów.
      Teraz zespół pod kierunkiem uczonego znalazł alternatywę. Uczeni odkryli, że możliwe jest uzyskanie dwóch elektronów z pojedynczego fotonu i ich przechwycenie. Co więcej, ich rozwiązanie nie wymagałoby koncentrowania promieni. Okazało się bowiem, że po zaabsorbowaniu fotonu przez pentacen zachodzi zjawisko MEG, o którym informowaliśmy przed kilkoma dniami, przy okazji stworzenia ogniwa słonecznego o zewnętrznej wydajności kwantowej przekraczającej 100%.
      Zdaniem Zhu zastosowanie pentacenu pozwoli na zwiększenie wydajności ogniw do 44%.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z amerykańskiego Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) poinformowali o stworzeniu pierwszego ogniwa słonecznego, którego zewnętrzna wydajność kwantowa wynosi ponad 100%. Dla fotoprądu wartość zewnętrznej wydajności kwantowej - podawaną w procentach - wylicza się na podstawie liczby elektronów przepływających przez obwód w ciągu sekundy podzielonej przez liczbę fotonów z określonej długości fali, wpadających w ciągu sekundy do ogniwa słonecznego. Dotychczas nie istniały ogniwa, których wydajność w jakimkolwiek zakresie fali przekraczałaby 100%. Uczonym z NREL udało się osiągnąć szczytową wydajność kwantową rzędu 114%. W przyszłości może to pozwolić na zbudowanie ogniw słonecznych, z których energia będzie równie tania, lub tańsza, od energii uzyskiwanej z paliw kopalnych czy energii jądrowej.
      Mechanizm uzyskania wydajności większej niż 100% bazuje na procesie zwanym Multiple Exciton Generation (MEG), podczas którego pojedynczy foton o odpowiednio wysokiej energii tworzy więcej niż jedną parę elektron-dziura.
      W roku 2001 pracujący w NREL Arthur J. Nozik przewidział, że MEG będzie lepiej działało w półprzewodnikowych kropkach kwantowych niż w zwykłych półprzewodnikach. Pięć lat później w pracy opublikowanej wraz z Markiem Hanną Nozik stwierdził, że kropki kwantowe użyte w ogniwach słonecznych mogą zwiększyć ich wydajność o około 35% w porównaniu z innymi nowoczesnymi rozwiązaniami. Ogniwa bazujące na kropkach kwantowych nazywane się ogniwami trzeciej (lub kolejnej) generacji. Obecnie buduje się ogniwa pierwszej i drugiej generacji.
      Zjawisko MEG, zwane też Carrier Multiplication (CM), zostało po raz pierwszy zaprezentowane w Los Alamos National Laboratory w 2004 roku. Od tamtej chwili wiele innych ośrodków badawczych potwierdziło jego występowanie w różnych półprzewodnikach. Teraz NREL zaprezentował MEG o wartości większej niż 100%. Badań dokonano przy niskiej intensywności symulowanego światła słonecznego, a mimo to eksperymentalne ogniwo słoneczne osiągnęło wydajność konwersji energii rzędu 4,5%. To bardzo dobry wynik, biorąc pod uwagę fakt, że ogniowo nie było optymalizowane pod kątem wydajności.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Specjaliści z niemieckiej firmy Namlab GmbH stworzyli podstawy tranzystora polowego, który za pomocą sygnału elektrycznego można rekonfigurować tak, by działał jak tranzystor typu p lub typu n.
      Koncepcyjny uniwersalny tranzystor został opisany w artykule w Nano Letters. Niemcy zaprezentowali teoretyczne założenia tranzystora, jednak twierdzą, że bez najmniejszych problemów można zbudować takie urządzenie za pomocą technologii CMOS.
      Nowy tranzystor składa się z pojedynczego nanokabla o strukturze metal-półprzewodnik-metal, otoczonego dwutlenkiem krzemu. Elektrony i dziury przepływają ze źródła na jednym końcu nanokabla przez dwie bramki do drenu. Bramki w różny sposób kontrolują ruch elektronów i dziur. Jedna z nich decyduje o trybie pracy tranzystora wybierając, czy wykorzystuje elektrony czy dziury. Druga z nich kontroluje ich przepływ dobierając odpowiednio rezystancję.
      Niemcy zaprezentowali zatem całkowicie inne podejście niż spotykamy we współczesnych tranzystorach. Obecnie o tym, czy tranzystor będzie typu p czy n decyduje się na etapie produkcji za pomocą odpowiednich domieszek. Raz wybrany typ nie może już być zmieniony.
      W rekonfigurowalnym tranzystorze napięcie przyłożone do jednej z bramek decyduje o jego typie. Bariera Schottky’ego, która powstaje na styku metalu i półprzewodnika blokuje albo dziury, albo elektrony. Gdy zablokowane są elektrony, dziury przepływają i mamy do czynienia z tranzystorem typu p. Nieco inne napięcie spowoduje, że zablokowane zostaną dziury, a możliwy będzie ruch elektronów.
      Taki tranzystor może przeprowadzać operacje logiczne właściwe dla tranzystorów p i n. To z kolei oznacza, że może je zastąpić, co pozwoli na zmniejszenie liczby tranzystorów w układzie bez ograniczania jego funkcjonalności. Za tym idzie możliwość produkcji mniejszych układów scalonych, zużywających mniej energii i łatwiejszych oraz tańszych w chłodzeniu.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...