-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się zmierzyć spin elektronu w materiale. Osiągnięcie uczonych z Uniwersytetów w Bolonii, Wenecji, Mediolanie, Würzburgu oraz University of St. Andrews, Boston College i University of Santa Barbara może zrewolucjonizować sposób badania i wykorzystania kwantowych materiałów w takich dziedzinach jak biomedycyna, energia odnawialna czy komputery kwantowe. Pomiar spinu w kontekście topologii materiału, w którym był mierzony, był możliwy dzięki wykorzystaniu promieniowania synchrotronowego oraz nowoczesnym technikom modelowania zachowania materii.
Profesor Domenico di Sante z Uniwersytetu w Bolonii wyjaśnia: Na zachowanie elektronów w materiałach mają wpływ pewne właściwości kwantowe, determinujące ich spin w materiale, w którym się znajdują. Tak jak na tor ruchu światła we wszechświecie ma wpływ obecność gwiazd, ciemnej materii czy czarnych dziur, które zaginają czasoprzestrzeń.
Właściwości elektronu znamy od dawna, jednak dotychczas nikt nie bezpośrednio nie zmierzył „topologicznego spinu” elektronu. Uczeni z Włoch, Niemiec, Wielkiej Brytanii i USA wykorzystali efekt znany jako dichroizm kołowy. Zjawisko to polega na różnej absorpcji przez substancje światła spolaryzowanego kołowo prawo- i lewoskrętnie. W swoich badaniach skupili się na metalach kagome. To materiały, w których atomy tworzą – znany z tradycyjnego japońskiego koszykarstwa kagome – wzór składający się z sieci trójkątów o wspólnych wierzchołkach. Ta nietypowa geometria atomów powoduje, że elektrony zachowują się w takim materiale w sposób nietypowy, co pozwala badać niezwykłe zjawiska kwantowe. Metale kagome służą m.in. do badań nad nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym. Pierwsze eksperymenty z nimi przeprowadzono w USA w 2018 roku.
Teraz dwuwarstwowe metale kagome XV6Sn6 – gdzie X oznacza pierwiastek ziem rzadkich, tutaj były to terb, skand i holm – posłużyły do badania topologicznego spinu elektronu. Było to możliwe dzięki połączeniu eksperymentu z analizą teoretyczną. Teoretycy przeprowadzili najpierw złożone symulacje kwantowe na potężnych superkomputerach i poinstruowali eksperymentatorów, w którym miejscu materiału powinni mierzyć dichroizm kołowy, wyjaśnia Di Sante.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Polscy chemicy opracowali stabilne barwniki, silnie emitujące światło czerwone. Umożliwią one badanie mikroskopem fluorescencyjnym głęboko położonych struktur biologicznych i obserwować choćby przeciwciała lub białka biorące udział w rozwoju chorób uszkadzających mózg.
A jednak świeci
Zaprojektowanie, a następnie zsyntetyzowanie lepszych barwników pozwoli na dalszy rozwój mikroskopii STED (Stimulated Emission Depletion) oraz w przyszłości na jej użycie w diagnostyce medycznej – mówi prof. Daniel Gryko z Instytutu Chemii Organicznej PAN, cytowany w informacji przesłanej przez FNP, która finansowała badania.
Polscy naukowcy, we współpracy z Francuzami i Niemcami, stworzyli nową klasę trwałych znaczników fluorescencyjnych – nowy typ diketopirolopiroli – wykazujących niezwykle intensywną emisję światła czerwonego. Prof. Gryko podkreśla, że czerwone światło jest najlepiej widoczne pod mikroskopem fluorescencyjnym. Dlatego nowe związki organiczne będzie można zastosować jako sondy fluorescencyjne.
Wyniki badań przedstawiono w formie publikacji w czasopiśmie „Angewandte Chemie”. Publikacja ta – jak informuje FNP – zmienia sposób patrzenia na związki, które w swojej strukturze mają dwie grupy nitrowe. Dotychczas sądzono, że grupa nitrowa prawie zawsze tłumi fluorescencję. A jednak diketopirolopirole emitują światło, choć mają taką właśnie strukturę. Badacze wykazali, że przy spełnieniu odpowiednich założeń grupa nitrowa nie wpływa na fluorescencję związku. Jest to istotne, bo często taka grupa podwyższa stabilność znacznika. Odkrycie jest w trakcie patentowania.
Od zakreślaczy po zaawansowaną medycynę
Fluorescencja to zdolność do emitowania światła o określonym kolorze, na skutek wzbudzenia promieniowaniem świetlnym o określonej długości. Związki wykazujące fluorescencję są często wykorzystywane w praktyce - od pisaków, tzw. zakreślaczy po tablety, laptopy, a nawet telewizory z wyświetlaczami zbudowanymi z tzw. OLED-ów, czyli diod na bazie związków organicznych, emitujących światło niebieskie, zielone i czerwone.
Związki cechujące się fluorescencją znalazły też zastosowanie w nowoczesnej biologii molekularnej i diagnostyce medycznej. Wykorzystuje się je do obserwacji – przy pomocy mikroskopów fluorescencyjnych – różnych organelli komórkowych, białek, a także do śledzenia procesów zachodzących w komórkach – mówi prof. Daniel Gryko.
Tłumaczy, że mikroskop fluorescencyjny ma znacznie większą rozdzielczość, niż konwencjonalny mikroskop optyczny, który (z uwagi na falową naturę światła) nie pozwala na obrazowanie struktur mniejszych, niż około 200 nanometrów. Rozdzielczość o kilka rzędów wielkości większą niż mikroskop optyczny ma mikroskop elektronowy, ale można w nim obserwować wyłącznie martwe obiekty, umieszczone w próżni i bombardowane wiązką elektronów. Mikroskop fluorescencyjny pozwala badać żywe organizmy i procesy, jakie w nich naturalnie zachodzą.
Do przeprowadzenia takich obserwacji potrzeba właśnie barwników fluorescencyjnych lub znaczników. Barwniki te muszą przenikać przez błony komórkowe żywych komórek. Dołącza się je do obiektu, który ma być uwidoczniony pod mikroskopem, np. konkretnego białka, i w ten sposób można obserwować np. specyficzne przeciwciała lub białka biorące udział w rozwoju chorób uszkadzających mózg: w chorobie Parkinsona, Alzheimera czy Huntingtona.
Najbardziej zaawansowaną techniką mikroskopii fluorescencyjnej jest mikroskopia typu STED, w której oprócz wiązki światła wzbudzającego, wykorzystuje się dodatkową wiązkę, która wygasza fluorescencję na brzegach wzbudzonego punktu. Dzięki temu uzyskany obraz ma bardzo wysoką rozdzielczość.
Opracowanie mikroskopii fluorescencyjnej typu STED zostało uhonorowane Nagrodą Nobla w 2014 roku. Dzięki niej możliwe stało się precyzyjne badanie m.in. wzajemnych oddziaływań białek w komórkach czy różnicowania się tkanek w rozwoju embrionalnym.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po dziesięciu latach pracy naukowcom z Princeton University udało się skonstruować system, który pozwala na kontrolowanie spinu elektronów w krzemie nawet przez 10 sekund. Wydłużenie czasu, w którym można kontrolować spin elektronów jest niezbędne do skonstruowania praktycznego komputera kwantowego. Dotychczas udawało się utrzymać spin elektronów przez ułamki sekund. Stany kwantowe są bardzo nietrwałe i pod wpływem czynników zewnętrznych dochodzi do ich utraty, czyli dekoherencji. Kwantowy bit, na którym mają pracować kwantowe komputery, traci swoje właściwości i staje się „zwykłym“ bitem, przyjmującym w danym momencie tylko jedną wartość, zamiast wcześniejszych wszystkich możliwych wartości.
Profesor Stephen Lyon i Alexei Tyryshkin, który są autorami najnowszego osiągnięcia, mówią, że kluczem do sukcesu było użycie niezwykle czystej próbki krzemu-28. Częściowo zawdzięczamy to udoskonaleniu metody pomiaru, ale większość zależy od materiału. To najczystsza próbka, jakiej dotychczas używaliśmy - mówi Lyon.
Naukowcy zamknęli kawałek krzemu-28 w stalowym cylindrze wypełnionym helem. Wewnątrz panowała temperatura 2 kelwinów. Cylinder znajdował się pomiędzy dwoma pierścieniami, które miały za zadanie kontrolować pole magnetyczne wokół próbki. Po potraktowaniu krzemu mikrofalami doszło do skoordynowania spinów około 100 miliardów elektronów. Zaszła zatem koherencja i została ona utrzymana przez niewiarygodnie długie 10 sekund. Jej utrzymanie jest niezwykle ważne dla komputerów kwantowych, gdyż działające na nich oprogramowanie będzie potrzebowało czasu np. na korekcję błędów czy i operacje na danych. Muszą być one zatem dostępne na tyle długo, by program zakończył pracę z nimi.
Stan kwantowy może zostać zniszczony przez naturalne pole magnetyczne materiałów. Dlatego też zdecydowano się na wykorzystanie krzemu-28, który, w przeciwieństwie do tradycyjnie używanego krzemu-25 ma niezwykle słabe pole magnetyczne.
Projekt rozpoczął się 10 lat temu. Steve przyszedł do mnie i powiedział, żebyśmy wykorzystali próbkę wolną od innych izotopów - wspomina Tyryshkin. Po trzech latach badań uczeni byli wstanie utrzymać koherencję przez 600 mikrosekund. Przez kolejne lata wypróbowywali różne materiały.
W końcu dzięki Avogadro Project, którego celem jest opracowanie nowej definicji kilograma, udało się uzyskać próbkę niezwykle czystego krzemu-28. Międzynarodowa współpraca dała niezwykłe wyniki. Zwykle w krzemie-28 znajduje się nawet 50000 części na milion krzemu-29, do tego dochodzą inne zanieczyszczenia, które mają silne pole magnetyczne. W oczyszczonym krzemie-28 liczba atomów krzemu-29 nie przekracza 50 na milion. Taka próbka była... zbyt czysta. Dodano do niej nieco fosforu, by była ona na tyle aktywna elektrycznie, żeby reagować na mikrofale. To właśnie ta reakcja, którą Lyon i Tyryshkin nazywają „echem“, gdyż są to mikrofale emitowane przez próbkę, pozwala na odczytanie spinu elektronów.
Bardzo trudne było znalezienie odpowiedniej liczby atomów fosforu. Ich zbyt duża liczba oznaczałaby powstanie w próbce zbyt silnego pola magnetycznnego. Z kolei za mało fosforu dałoby zbyt słabe „echo“, którego nie można by odczytać. Istotne było też znaczne obniżenie temperatury próbki, gdyż w temperaturze pokojowej elektrony fosforu są zbyt aktywne. „Uspokajają się“ dopiero w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu.
Warto w tym miejscu przypomnieć, że już wcześniej innym zespołom naukowym udało się kontrolować spin elektronów przez równie długi czas. Wykonano nawet pewne operacje matematyczne. Jednak do eksperymentów używano jonów zamkniętych w komorach próżniowych. Lyon i Tyryshkin skupili się na krzemie, gdyż uważają, że jest on znacznie bardziej praktyczny. Współczesna elektronika już wiele dekad temu zrezygnowała przecież z lamp elektronowych na rzecz krzemu.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Lenovo jest już drugim pod względem wielkości sprzedaży producentem pecetów na świecie. W ubiegłym kwartale chińska firma przegoniła Della i zaczyna zagrażać pozycji HP.
Chińczycy sprzedali w trzecim kwartale 12,5 miliona komputerów. To o 14,5% więcej niż kwartał wcześniej, gdy zanotowali sprzedaż rzędu 10,9 miliona urządzeń. W tym samym czasie cały rynek pecetów powiększył się jedynie o 5,5%. Udziały Lenovo wyniosły na nim 13,9%, czyli wzrosły o 1,1 punkt procentowy.
Obecnie HP i Lenovo dzielą jedynie 4,2 punkty procentowe rynkowych udziałów. Od drugiego kwartału 2008 roku żaden konkurent nie zbliżył się tak bardzo do HP.
Hewlett-Packard również notuje wzrost sprzedaży, ale nie jest on tak imponujący jak w przypadku Lenovo. W trzecim kwartale sprzedaż maszyn HP zwiększyła się o 5,9% i wyniosła 16,3 miliona sztuk.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z University of Bristol empirycznie dowiedli, że liczące sobie ponad 150 lat prawo Wiedmanna-Franza nie zawsze jest zachowane. Prawo to mówi, że w stosunek przewodnictwa cieplnego i elektrycznego w każdym metalu jest stały przy stałej temperaturze.
Przed piętnastu laty dwójka amerykańskich fizyków wysunęła teorię, że prawo Wiedmanna-Franza nie ma zastosowania w metalu tworzącym strukturę dwuwymiarową. Wówczas bowiem elektron rozpadnie się na dwa stany kwazicząsteczkowe - spinon (posiadający spin, ale nie posiadający ładunku) oraz holon (niosący ładunek, ale nie spin). Amerykanie twierdzili, że gdy holon napotka zanieczyszczenie w metalu, odbije się, a spinon będzie w stanie wędrować dalej. W takim przypadku zatem ciepło będzie się dalej rozprzestrzeniało, a ładunek już nie. Różnica w przewodnictwie cieplnym i elektrycznym będzie rosła wraz ze spadkiem temperatury.
Teraz obliczenia Amerykanów potwierdziła grupa pracująca pod kierunkiem profesora Nigela Husseya. Uczeni dowiedli, że dwuwymiarowy materiał może przewodzić ciepło 100 000 razy lepiej, niż inne metale, w których prawo Wiedemanna-Franza zachowuje ważność. To nie tylko szansa na wykorzystanie tego zjawiska w nowoczesnych technologiach, ale również dowód na bardzo silną separacje spinu i ładunku w dwuwymiarowym świecie.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.