Antyferromagnetyk przenosi i wzmacnia prądy spinowe. Szansa na szybki energooszczędny transfer danych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Większość ludzi korzysta z urządzeń elektronicznych. Gdy zaczynają one szwankować, bądź gdy pojawi się nowszy model, znaczna część użytkowników bez zastanowienia wyrzuca stare urządzenie i zastępuje je nowym. Dlatego śmieci elektroniczne są najszybciej rosnącą kategorią odpadów. Każdego roku wyrzucamy około 40 milionów ton elektroniki. A problem narasta, gdyż im więcej elektroniki wokół nas – a np. w przeciętnym amerykańskim gospodarstwie domowym znajdują się już 24 urządzenia elektroniczne – tym krótszy średni czas użytkowania urządzenia. Naukowcy z University of Chicago postanowili sprawdzić, czy można zmienić relacje pomiędzy człowiekiem a gadżetem poprzez dosłowne... ożywienie gadżetu.
Eksperyment przywodzi na myśl popularną zabawkę tamagotchi. Jasmine Lu i profesor Pedro Lopes wykorzystali śluzowca z gatunku Physarum polycephalum do pomocy w zasilaniu smartwatcha. Urządzenie w pełni działa tylko wówczas, gdy przewodzący prąd organizm jest zdrowy. A to wymaga dbałości ze strony użytkownika.
Zmusiliśmy w ten sposób użytkowników do przemyślenia swojego związku z urządzeniem na wiele różnych sposobów. Gdy rozmawialiśmy z nimi o ich doświadczenia ze standardowymi smartwatchami, opaskami i inną ubieralną elektroniką, ludzie mówili, że wykorzystują te urządzenia utylitarnie, w konkretnym celu. Jednak w przypadku naszego urządzenia to podejście się zmieniło, bardziej odczuwali tutaj dwukierunkowy związek i przywiązanie, gdyż musieli opiekować się żywym organizmem. Czuli, że nie mogą go wyrzucić czy zamknąć w szufladzie, mówi Jasmine Lu.
Zbudowane przez Lu zegarki pokazują godzinę i mierzą puls właściciela. Jednak druga z ich funkcji jest całkowicie zależna od kondycji śluzowca. Organizm znajduje się w jednej z części specjalnego pojemnika. Użytkownik musi regularnie odżywiać go wodą i płatkami owsianymi. Dzięki temu śluzowiec rozrasta się i dociera do drugiej części pojemnika. Powstaje obwód elektryczny, który aktywuje funkcję pomiaru tętna. Śluzowiec, gdy nie jest odpowiednio odżywiany, przestaje się rozrastać, wchodzi w stan uśpienia, w którym może pozostawać całymi latami.
W eksperymencie wzięło udział 5 osób, które nosiły urządzenie przez dwa tygodnie. W ciągu pierwszych 7 dni zadaniem użytkowników było dbanie o śluzowca tak, by doszło do aktywowania funkcji pomiaru tętna. W drugim tygodniu poproszono ich, by zaprzestali karmienia, by śluzowiec wysechł, a pomiar tętna się wyłączył. Przez cały czas trwania eksperymentu użytkownicy mieli opisywać swoje myśli i odczucia względem urządzenia w dzienniczku, odpowiadali też na pytania eksperymentatorów.
Okazało się, że użytkownicy czyli się mocno związani z zegarkiem. Niektórzy stwierdzili, że traktowali go jak domowego pupila, nadali mu imię, a gdy byli chorzy, prosili kogoś innego, by karmił śluzowca. Przyznali, że ich związek z organizmem był silniejszy niż z wirtualnymi bytami, jak tamagotchi czy Simy. Jeszcze bardziej zaskakujące była reakcja uczestników eksperymentu na prośbę, by przestali karmić organizm. Zaczęli oni odczuwać winę, a nawet żałobę. Byli w szoku. Niemal każdy upewniał się, czy na pewno ma to zrobić, mówi Lopes.
Lu i Lopes zaprezentowali wyniki swoich badań podczas 2022 ACM Symposium on User Interface Software and Technology, jednej z najważniejszych konferencji dotyczących interakcji ludzi i komputerów. Uczeni mają nadzieję, że zainspiruje to przemysł do tworzenia kreatywnych urządzeń zasilanych dzięki śluzowcom i zachęci projektantów do tworzenia technologii, których ludzie mniej chętnie będą się pozbywali i nawiązywali z nimi silniejsze więzi. Chcą, by dzięki temu więcej osób oddawało zepsute urządzenia do naprawy, a nie pozbywało się ich, generując kolejne miliony ton odpadów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podzespoły elektroniczne tworzy się integrując olbrzymią liczbę urządzeń na płaskim podłożu. Przemysł używa i doskonali tę technikę od dziesięcioleci. Jednak pojawia się coraz większe zapotrzebowanie na podzespoły elektroniczne o zakrzywionych kształtach, które byłyby lepiej dostosowane do zastosowań biologicznych czy medycznych. Z pomocą może przyjść tutaj... rafinowany cukier.
Gary Zabow z amerykańskich Narodowych Instytutów Standardów i Technologii (NIST) przygotowywał dla kolegów z laboratorium biomedycznego mikroskopijne magnetyczne kropki. Umieszczał je na podłożu, a następnie zabezpieczał cukrem. Naukowcy z laboratorium biomedycznego po prostu zmywali ochronną warstwę cukru wodą i mogli prowadzić swoje badania z użyciem magnetycznych kropek, na których nie pozostawały fragmenty plastiku czy związków chemicznych.
Niedawno Zabow przez przypadek zostawił jeden z zestawów kropek w zlewce, którą podgrzał. Cukier rozpuścił się i utworzył gumowatą strukturę. Naukowiec postanowił posprzątać bałagan i zmyć cukier wodą. Tym razem okazało się, że magnetyczne kropki zniknęły. Jednak nie zmyła ich woda, ale zostały przeniesione na podłoże, któremu nadały tęczową poświatę. To ta tęcza mnie zaintrygowała, mówi Zabow. Wskazywała ona, że mikrokropki zachowały ułożenie, jakie im nadał.
Naukowiec zaczął się zastanawiać, czy zwykły cukier stołowy może posłużyć do tworzenia układów elektronicznych na niekonwencjonalnych podłożach. Jego badania zaowocowały artykułem w Science.
Bezpośrednie nadrukowywanie elementów elektronicznych na docelowe podłoże jest trudne, więc nadruki są przenoszone za pomocą elastycznych taśm czy plastikowego podłoża. Jednak podłoża takie nie są na tyle elastyczne, by można było swobodnie dostosowywać je do dowolnych kształtów. Ponadto przenoszenie za pomocą tworzyw sztucznych pozostawia resztki plastiku i związków chemicznych, które nie powinny znaleźć się w elektronice stosowanej w biomedycynie. Istnieją płynne techniki, gdy pożądany wzór znajduje się na powierzchni płynu, a podłoże, na którym ma się docelowo znaleźć, jest przez płyn przepychane. Jednak w takim wypadku trudno jest zachować dużą precyzję.
Zabow odkrył, że połączenie skarmelizowanego cukru i syropu klonowego pozwala na osiągnięcie tego, czego chcemy. Cukier rozpuszczony w niewielkiej ilości wody może zostać wylany na przygotowany nadruk. Gdy się utwardzi, całość można podnieść z przytwierdzonym doń wzorem, nałożyć na nowe podłoże i rozpuścić. Najlepsze wyniki daje połączenie cukru i syropu klonowego, gdyż zachowuje wysoką lepkość i pozwala na odtworzenie wzoru na zakrzywionych powierzchniach. Następnie cukier można zmyć, a pozostawiając na docelowym podłożu podzespoły elektroniczne ułożone według pożądanego wzorca.
Podczas swoich eksperymentów Zabow udowodnił, że w ten sposób można np. nakładać nadruki na ostrze pineski czy nadrukować wyraz skrótowiec na ludzkim włosie. Wykazał też, że magnetyczny dysk o średnicy 1 mikrometra można przenieść na włókno trojeści. Odkrywca nazwał nową technikę REFLEX (REflow-drive FLExible Xfer). Pozostaje jeszcze sporo do zrobienia, ale RELEX daje nadzieję na wykorzystanie nowych materiałów i mikrostruktur w elektronice, optyce czy inżynierii biomedycznej.
Przemysł półprzewodnikowy wydał miliardy dolarów na udoskonalenie elektroniki, której dzisiaj używamy. Czyż nie byłoby wspaniale, gdyby inwestycje te udało się wykorzystać w nowych zastosowaniach za pomocą czegoś tak prostego i niedrogiego jak kawałek rafinowanego cukru?, cieszy się Zabow.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego stworzyli kwantowy nanomagnes o wyjątkowych właściwościach. To krok w kierunku nowych rodzajów komputerowych pamięci i procesorów.
Zespół Uniwersytetu Jagiellońskiego pod kierunkiem dr. hab. Dawida Pinkowicza, na łamach prestiżowego pisma „Nature Communications” opisał unikalną cząsteczkę – nowego typu metaloorganiczny nanomagnes kwantowy.
Nanomagnesy badane są już od lad 90, ale polski zespół stworzył strukturę, która w skali nano przypomina te, jakie stosuje się w zwykłych, dużych magnesach. W nowej cząsteczce centralny jon magnetyczny otoczony jest wyłącznie przez inne jony metali. Molekuła składa się bowiem z centralnego jonu erbu (metal ziem rzadkich), który łączy się z trzema ciężkimi jonami renu (metal przejściowy). To pozwala zbliżyć się do cenionych właściwości, jakie wykazują duże, makroskopowe magnesy.
Choć praktyczne zastosowania molekularnych magnesów raczej nie pojawią się w najbliższej przyszłości, to w dłuższej perspektywie takie badania mogą odmienić kluczowe dla cywilizacji dziedziny, np. informatykę.
W pierwszej kolejności nanomagnesy kwantowe mają szansę zastąpić dotychczas stosowane materiały magnetyczne tam, gdzie już osiągnęły one granicę swoich możliwości. Tak jest właśnie w przypadku magnetycznych dysków twardych. Ich dalszy rozwój jest już ograniczony przez same prawa fizyki, które nie pozwalają na dalszą miniaturyzację domen magnetycznych stanowiących podstawową jednostkę pamięci - wyjaśnia mgr Michał Magott, członek grupy badawczej.
W dalszej kolejności nanomagnesy mają szansę na zastosowanie w konstrukcji tranzystorów, a właściwie spintronicznych tranzystorów, które mogą w przyszłości zastąpić tradycyjne tranzystory w układach elektronicznych, a do ich konstrukcji potrzebne jest właśnie źródło magnetyzmu naszych nanomagnesów, czyli spin elektronu – dodaje.
Jednym z kluczowych zadań, przed którymi stoją projektanci nanomagesów, jest uzyskanie takich struktur, które będą działały w temperaturze pokojowej. Obecnie wymagają one zwykle silnego chłodzenia, co utrudnia lub wręcz uniemożliwia praktyczne zastosowania. Dopiero w 2020 r. jedna z grup zajmujących się tym tematem uzyskała molekularny magnes, który działa w temperaturze ok. minus 30 stopni. To ogromny sukces.
Mamy nadzieję, że nasze odkrycie zadziała w podobny sposób - zaproponowaliśmy zupełnie nową strategię syntezy molekularnych nanomagnesów, która umożliwia otrzymanie cząsteczek, naśladujących struktury stosowanych przemysłowo magnesów metalicznych. Liczymy na to, że właśnie ta nowa ścieżka syntetyczna będzie potrzebną zmianą strategii, która umożliwi otrzymanie wysokotemperaturowych molekularnych nanomagnesów – mówi mgr Magott.
Badacza i jego kolegów czekają teraz dalsze, żmudne badania.
Na razie udało nam się pokazać, że ta nowa strategia syntetyczna jest skuteczna i pozwala na otrzymanie świetnego nanomagnesu. Teraz trzeba przeprowadzić setki (może nawet tysiące) prób z wykorzystaniem tego nowego podejścia, aż uda się otrzymać taki nanomagnes, który nada się do zastosowań praktycznych – podkreśla naukowiec.
Badania nad nanomagnesem ErRe 3 zostały sfinansowane przez Narodowe Centrum Nauki w ramach projektu Sonata Bis 6.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się zrekonstruować w laboratorium falową naturę elektronu, jego funkcję falową Blocha. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB), a ich praca może znaleźć zastosowanie w projektowaniu kolejnych generacji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki oraz jak fala. Ich falowa natura opisywane jest przez naukowców za pomocą obiektów matematycznych zwanych funkcjami falowymi. Funkcje te zawierają zarówno składowe rzeczywiste, jak i urojone. Z tego też powodu funkcji falowej Blocha elektronu nie można bezpośrednio zmierzyć. Można jednak obserwować powiązane z nią właściwości. Fizycy od dawna próbują zrozumieć, w jaki sposób falowa natura elektronów poruszających się przez sieć krystaliczną atomów, nadaje tej sieci właściwości elektroniczne i optyczne. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli nam projektowanie urządzeń lepiej wykorzystujących falową naturę elektronu.
Naukowcy z Santa Barbara wykorzystali silny laser na swobodnych elektronach, który posłuży im do uzyskanie oscylującego pola elektrycznego w półprzewodniku, arsenu galu. Jednocześnie za pomocą lasera podczerwonego o niskiej częstotliwości wzbudzali jego elektrony. Wzbudzone elektrony pozostawiały po sobie „dziury” o ładunku dodatnim. Jak wyjaśnia Mark Sherwin, w arsenku galu dziury te występują w dwóch odmianach – lekkiej i ciężkiej – i zachowują się jak cząstki o różnych masach.
Para elektron-dziura tworzy kwazicząstkę zwaną ekscytonem. Fizycy z UCSB odkryli, że jeśli utworzy się elektrony i dziury w odpowiednim momencie oscylacji pola elektrycznego, to oba elementy składowe ekscytonów najpierw oddalają się od siebie, następnie zwalniają, zatrzymują się, zaczynają przyspieszać w swoim kierunku, dochodzi do ich zderzenia i rekombinacji. W czasie rekombinacji emitują impuls światła – zwany wstęgą boczną – o charakterystycznej energii. Emisja ta zawiera informacje o funkcji falowej elektronów, w tym o ich fazach.
Jako, że światło i ciężkie dziury przyspieszają w różnym tempie w polu elektrycznym ich funkcje falowe Blocha mają różne fazy przed rekombinacją z elektronami. Dzięki tej różnicy fazy dochodzi do interferencji ich funkcji falowych i emisji, którą można mierzyć. Interferencja ta determinuje też polaryzację wstęgi bocznej. Może ona być kołowa lub eliptyczna.
Autorzy eksperymentu zapewniają, że sam prosty stosunek pomiędzy interferencją a polaryzacją, który można zmierzyć, jest wystarczającym warunkiem łączącym teorię mechaniki kwantowej ze zjawiskami zachodzącymi w rzeczywistości. Ten jeden parametr w pełni opisuje funkcję falową Blocha dziury uzyskanej w arsenku galu. Uzyskujemy tę wartość mierząc polaryzację wstęgi bocznej, a następnie rekonstruując funkcję falową, która może się różnić w zależności od kąta propagacji dziury w krysztale, dodaje Seamus O'Hara.
Do czego takie badania mogą się przydać? Dotychczas naukowcy musieli polegać na teoriach zawierających wiele słabo poznanych elementów. Skoro teraz możemy dokładnie zrekonstruować funkcję falową Blocha dla różnych materiałów, możemy to wykorzystać przy projektowaniu i budowie laserów, czujników i niektórych elementów komputerów kwantowych, wyjaśniają naukowcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Anna Tomańska, studentka Wydziału Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu (UPWr), bada komunikację pszczół. Chce sprawdzić, jakie dźwięki wydają, gdy są zadowolone, zaniepokojone czy chore. Interesuje się też wykorzystaniem nowoczesnych urządzeń w hodowli tych owadów. Jej wnioski mogą być bardzo przydatne dla pszczelarzy.
Tomańska interesuje się pszczelarstwem od 2 lat. Sporo zawdzięcza w tym zakresie opiekunowi projektu, prof. UPWr, dr. hab. Pawłowi Chorbińskiemu. Pan profesor to autorytet w dziedzinie pszczelarstwa i potrafi skutecznie zarażać swoją pasją – podkreśla studentka.
Już wcześniej interesowałam się bioakustyką. Wspólnie z inżynierem dźwięku i producentem radiowym z Wielkiej Brytanii Philipem Millem napisaliśmy artykuł o nagrywaniu dźwięków przyrody i technologiach. To wtedy, w naszych rozmowach, po raz pierwszy pojawił się temat pszczół. Pomyślałam, że dźwięki z wnętrza ula mogą być nie tylko fascynujące, ale niezwykle ciekawe pod kątem testowania nowoczesnych urządzeń w hodowli tych owadów.
Gdy o pomyśle dowiedział się prof. Chorbiński, namówił Tomańską, by zgłosiła się do programu stypendialnego "Magistrant wdrożeniowy na UPWr".
Studentka wykorzystała drewniane ule wielkopolskie. Wygłuszyła je za pomocą pianki akustycznej, a następnie zainstalowała elektronikę (czujniki ciepła i wilgotności). Ule znajdują się w powstającej właśnie nowoczesnej pasiece w Górach Sowich.
Tomańska przez kilka miesięcy nagrywała dźwięki z ula, a także rejestrowała zmiany temperatury i wilgotności.
Pszczoły nie tylko bzyczą, w ulu słychać też np. ich tupanie oraz komunikację. Ta ostatnia jest fascynująca, dlatego chcemy sprawdzić, czym będzie różnić się, kiedy np. w ulu będzie matka z mniejszą/większą liczbą robotnic, sama matka albo dwie matki. Chcemy wyselekcjonować dźwięki, jakie wydają spokojne pszczoły, od tych, które słychać, gdy są zaniepokojone - tłumaczy studentka. Podobnie z temperaturą: w jakich sytuacjach spada, a kiedy rośnie. Analiza i wnioski z tych badań z pewnością pomogą pszczelarzom. Będą mogli na odległość, za pomocą elektroniki, zapobiegać niebezpiecznym sytuacjom w pasiece - dodaje.
Kilkunastominutowego audioeseju o pszczołach miodnych, który powstał w ramach projektu "Magistrant wdrożeniowy", można wysłuchać dzięki Radiu Warroza.
Owocem współpracy Tomańskiej i Milla jest ebook "Bioakustyka". Jak podkreślono w opisie książki, jest to krótki przewodnik, który pomoże Ci postawić pierwsze kroki w nagrywaniu przyrody. W listopadzie zeszłego roku w paśmie gościnnym Radia Kapitał zadebiutowała też ich audycja o Borach Tucholskich.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.