Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  

Recommended Posts

Naukowcy z MIT-u odpowiedzieli na pytanie, które od dziesięcioleci trapiło uczonych - czy w gazach powstaje zjawisko magnetyzmu. Odpowiedź brzmi: tak.

Zespół z Massachusetts Institute of Technolgy zaobserwował magnetyzm w gazie atomów litu schłodzonych do temperatury -273 stopni Celsjusza. W ten sposób udowodniono, że gaz złożony z fermionów nie musi tworzyć sieci krystalicznej, by być ferromagnetykiem.

Uczeni od dziesięcioleci zastanawiali się, czy gazy i płyny mogą być ferromagnetykami, czyli materiałami wykazującymi silne właściwości magnetyczne nawet bez obecności pola magnetycznego.

W ciałach stałych, takich jak żelazo czy nikiel, mamy do czynienia z ferromagnetyzmem wówczas, gdy nietworzące par elektrony w siatce krystalicznej spontanicznie ustawiają się w tym samym kierunku.


Wszystkie fermiony (elektrony, protony i neutrony) wykazują właściwości podobne do elektronów, a więc mogą zostać użyte do symulowania ich zachowania w elektromagnesie. Atomy i molekuły, które posiadają równe liczby fermionów uznawane są za złożone fermiony. Dlatego też uczeni z MIT-u użyli litu-6, którego atomy składają się z trzech elektronów, trzech protonów i trzech neutronów. Wiadomo, że w naturze istnieją naturalne płyny i gazy fermionowe. Występują on w ciekłym helu-3 i w gwiazdach neutronowych. Jednak, jak wyjaśnia Gyu-boong Jo, członek zespołu badawczego, naturalne gazowa i ciekłe systemy fermionów nie wykazują właściwości ferromagnetycznych, gdyż poszczególne elementy zbyt słabo ze sobą oddziałują. Jednak w przypadku atomów litu-6 możliwe jest manipulowanie siłą oddziaływań dzięki zmianom zewnętrznego pola magnetycznego.

Uczeni z MIT-u najpierw złapali chmurę chłodnych atomów litu w pułapkę stworzoną za pomocą lasera na podczerwień. Następnie zwiększali stopniowo siły oddziałujące pomiędzy atomami. Początkowo chmura zaczęła się powiększać, a później gwałtownie się skurczyła. gdy atomy uwolniono z pułapki, doszło do bardzo szybkiego powiększania się chmury.

Takie zachowanie jest zgodne z teoretycznymi przewidywaniami dotyczącymi zjawisk zachodzących podczas przechodzenia do stanu ferromagnetyka.

Specjaliści zgadzają się, że uzyskano w ten sposób bardzo silny dowód na to, iż gazy fermionowe mogą mieć takie właściwości jak krystaliczne ferromagnetyki. Jednak ostatecznym dowodem byłoby bezpośrednie zaobserwowanie ferromagnetyzmu.

MIT ma zamiar nadal prowadzić badania nad nowymi właściwościami gazów, które są kontynuacją badań nad kondensatami Bosego-Einsteina. Bardzo szybko mogą one przyczynić się do powstania nowych materiałów magnetycznych, użytecznych podczas przechowywania danych, w nanotechnologii i diagnostyce medycznej. Ponadto umożliwią one dokładniejsze zbadania związków magnetyzmu i nadprzewodnictwa.

Share this post


Link to post
Share on other sites

mowiac o ferromagnetyzmie mamy na mysli raczej rownolegle ustawienie magnetycznych momentow pedu elektronow, ktore na obrazku prezentowane sa przez strzalki zwiazane z obiektami. same elektrony, z natury rzeczy, trudno byloby 'ustawic'. natomiast ferromagnetyzm niekoniecznie musi byc procesem spontanicznym. najczesciej, do wytworzenia uporzadkowania ferromagnetycznego, stosuje sie zewnetrzne pole magn.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Wszystkie fermiony (elektrony, protony i neutrony) wykazują właściwości podobne do elektronów 

Zgaduję że największe podobieństwo właściwość wykazują elektrony do elektronów.

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
      Dzięki nowemu sposobowi kontroli rozszerzania się materii w swobodnie opadającym kondensacie Bosego-Einsteina udało się zanotować najniższą z zarejestrowanych temperatur. Naukowcy z Niemiec i Francji obrazowali spadek kondensatu przez ponad 2 sekundy. Zanotowali przy tym temperaturę 38 pikokelwinów (10-12 K). Tak niskiej temperatury nigdy wcześniej nie udało się uzyskać. To znacznie chłodniej niż w przestrzeni kosmicznej, której średnia temperatura wynosi 2,7 K.
      Opracowana przez naukowców metoda umożliwi też lepsze pomiary stałej grawitacji, a być może stanie się alternatywną metodą wykrywania fal grawitacyjnych.
      Kondensat Bosego-Einsteina to występujący w bardzo niskich temperaturach taki stan skupienia materii, w którym tworzące kondensat atomy zachowują się bardziej jak fale, a nie jak cząstki. Fale te nakładają się na siebie, przez co kondensat zachowuje się jak jedna cząstka. Istnienie takiego stanu materii przewidzieli w 1924 roku Satyendra Nath Bose i Albert Einstein. Po raz pierwszy udało się go uzyskać w 1995 roku. Od tamtej pory laboratoria, które są w stanie go wytworzyć, wykorzystują kondensat do badania kwantowej natury materii. Badania takie prowadzi się, na przykład, za pomocą interferometru atomowego, wykorzystującego falową naturę atomów. Badania prowadzi się na swobodnie opadającym kondensacie Bosego-Einsteina, uwolnionym z pułapki magnetycznej. Jednak zaraz po uwolnieniu kondensatu z pułapki do głosu dochodzą siły oddziałujące pomiędzy cząstkami, które szybko zamieniają się w energię kinetyczna cząstek. Kondensat zaczyna się rozszerzać i jego obserwacja staje się niemożliwa.
      Dlatego też kluczową kwestią jest ograniczenie rozszerzania się kondensatu. Obecnie stosowane metody pozwalają na efektywną kontrolę kondensatu wzdłuż jego średnicy, ale nie w osi jego swobodnego spadku.
      W ramach swoich najnowszych badań francusko-niemiecki zespół badawczy zmienił pole magnetyczne w pułapce na oscylujące, zmieniające kształt z kuli w cienką elipsę. Kondensat uwalniany jest w takim momencie, by jego rozszerzanie się wzdłuż osi spadku było jak najmniejsze.
      Podczas eksperymentów zespół Ernsta Rasela z Uniwersytetu Leibniza w Hanowerze wykorzystał 110-metrową wieżę w Bremie. To wyspecjalizowana budowla służąca badaniom nad swobodnym spadkiem i mikrograwitacją. Uczeni rozpoczęli eksperyment od utworzenia kondensatu Bosego-Einsteina złożonego z około 100 000 atomów rubidu. Kondensat był następnie poddawany swobodnemu spadkowi, który trwał 4,74 sekundy. W czasie spadku był obrazowany za pomocą lasera i kamery. Gdy kondensat opadał bez wykorzystania żadnych technik jego kontrolowania, ulegał degradacji już po 160 milisekundach. Jednak, gdy naukowcy wykorzystali swoją technikę kontroli, byli w stanie obrazować kondensat przez ponad 2 sekundy, a osiągnięta w nim temperatura wyniosła rekordowo niskie 38 pK.
      Naukowcy nie powiedzieli jednak ostatniego słowa. Twierdzą bowiem, że dzięki bardziej złożonej architekturze soczewek magnetycznych można będzie lepiej kontrolować kondensat. Pomóc też może zmniejszenie liczby atomów w kondensacie. Ich zdaniem można by dzięki temu osiągnąć temperaturę nawet 14 pK. Problemem może być jednak za mała liczba atomów, przez co kondensat szybko stanie się zbyt rzadki, by można było go obserwować.
      Fizyk Florian Schreck w Amsterdamu pochwalił osiągnięcia kolegów stwierdzając, że to znaczący krok w kierunku badań kondensatu Bosego-Eisteina w warunkach umożliwiających swobodny spadek. Uczony dodał, że bardzo interesujące będzie zastosowanie atomów strontu w miejsce atomów rubidu, gdyż to właśnie stront uważany jest za ten pierwiastek, który pozwoli na wykorzystanie interferometrów atomowych w roli wykrywaczy fal grawitacyjnych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W tzw. magnetyczny grafenie zauważono nieznany dotychczas rodzaj magnetyzmu. Jego odkrycie pomoże lepiej zrozumieć zjawisko nadprzewodnictwa w tym niezwykłym materiale. Odkrycia dokonali naukowcy z University of Cambridge, którym udało się kontrolować przewodnictwo i magnetyzm tiofosforanu żelaza (FePS3), dwuwymiarowego materiału, który gdy jest ściskany zmienia swoje właściwości z izolujących po przewodzące.
      Brytyjczycy, wykorzystując wysokie ciśnienie, wykazali,, co dzieje się w magnetycznym grafenie podczas przejścia z izolatora do przewodnika oraz w jego stanie metalicznym. Badania wykazały, że podczas przechodzenia w metal materiał nie traci swoich właściwości magnetycznych. Może to być wskazówką, jak działa przewodnictwo elektryczne w metalach. Nowo odkryta faza magnetyczna może być prekursorem nadprzewodnictwa, zatem odkrycie może mieć kolosalne znacznie dla zrozumienia teo zjawiska.
      Autorzy badań sugerują też metodę przygotowywania materiału tak, by był zarówno przewodnikiem, jak i wykazywał właściwości magnetyczne, co może być przydatne w rozwoju nowych technologii np. spintroniki.
      Wiemy, że właściwości materii mogą ulegać znaczącym zmianom pod wpływem zmian w strukturze atomowej i jej organizacji przestrzennej. Na przykład grafen, diament, węglowe nanorurki i grafit wszystkie są zbudowane z atomów węgla, jednak dzięki różnej strukturze mają odmienne właściwości.
      Wyobraźmy sobie, że możemy zmienić wszystkie te właściwości dodają magnetyzm. Materiał, który były elastyczny pod względem mechanicznym i pozwoliłby na utworzenie nowych obwodów służących przechowywaniu informacji i przeprowadzaniu obliczeń. To dlatego właśnie materiały te są tak interesujące. Gdy poddamy je wysokiemu ciśnieniu możemy w sposób kontrolowany zmieniać ich zachowanie, mówi główny autor badań, Matthew Coak z Cavendish Laboratory na University of Cambridge.
      Już podczas wcześniejszych badań Sebastian Haines z Cavendish Laboratory stwierdził, że tiofosforan żelaza poddany wysokiemu ciśnieniu zmienia się metal. Opisał też jego strukturę krystaliczną oraz zachodzące w niej zmiany. Brakowało jednak badań nad magnetyzmem, stwierdza Coak. Jako, że nie istniała żadna technika, która pozwalałaby badać magnetyzm w tym materiale przy tak wysokim ciśnieniu, musieliśmy opracować własną metodę, dodaje.
      Zespół Coaka, po opracowaniu odpowiedniej techniki, zaczął przyglądać się, co dzieje się z magnetyzmem FePS3 poddawanemu coraz większemu ciśnieniu. Ku naszemu zdumieniu właściwości magnetyczne zostały zachowane, nawet w pewien sposób uległy wzmocnieniu. To niespodziewane zjawisko, gdyż nowe swobodnie poruszające się elektrony w nowym materiale przewodzącym nie mogą być już ściśle związane ze swoimi atomami żelaza, tworząc tam moment magnetyczny.
      Nie wiemy dokładnie, co dzieje się tam na poziomie kwantowym, ale możemy tym manipulować. Otworzyliśmy drzwi, przez które możemy podejrzeć pewne właściwości, ale jeszcze nie wiemy, co to za właściwości, mówi doktor Siddharth Saxena.
      Szczegóły badań zostały opisane w artykule Emergent Magnetic Phases in Pressure-Tuned van der Waals Antiferromagnet FePS3.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Amerykańskim fizykom udało się uzyskać kondensat Bosego-Einsteina na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Co prawda tamtejsze laboratorium nie osiąga jeszcze tak niskich temperatur, jak instalacje na Ziemi, jednak w przyszłości ISS może stać się idealnym miejscem do testowania kwantowo-mechanicznych grawimetrów i prowadzenia najbardziej precyzyjnych testów zasady równoważności.
      Kondensat Bosego-Einsteina to nowy stan skupienia materii. Został on przewidziany przez Sayendrę Natha Bosego i Alberta Einsteina w latach 20. ubiegłego wieku, a otrzymano go dopiero w roku 1995. Z kondensatem mamy do czynienia wówczas, gdy po przekroczeniu temperatury krytycznej znaczna część cząstek zaczyna zachowywać się identycznie, przypominając jedną cząstkę.
      Kondensat uzyskuje się zamykając gaz złożony z atomów bozonowych w pułapce magnetycznej i chłodząc go za pomocą lasera. Powstaje kondensat, który jest uwalniany z pułapki, by mógł zachowywać się w sposób naturalny i badany. Eksperymenty takie są jednak poważnie zakłócane przez grawitację. Powoduje ona, że po uwolnieniu z pułapki atomy błyskawicznie opadają i uderzają o podłoże. Dlatego też naukowcy próbują różnych rozwiązań – polegających na zapewnieniu atomom jak najdłuższego swobodnego spadku – by wydłużyć czas pomiędzy uzyskaniem kondensatu a opadnięciem atomów i kontaktem z podłożem. W tym celu kondensaty zrzuca się z wież czy umieszcza na pokładzie samolotów czy rakiet w locie parabolicznym.
      Najlepszym miejscem do tego typu eksperymentów byłyby więc warunki jak najmniejszej grawitacji. To nie tylko wydłużyłoby czas badania kondensatu, ale pozwoliłoby stopniowo osłabiać pola magnetyczne pułapki, dzięki czemu atomy powoli by się rozprzestrzeniały i chłodziły do jeszcze niższych temperatur.
      Nowe badania zostały przeprowadzone za pomocą Cold Atom Lab (CAL). To laboratorium zostało wyniesione na ISS w 2018 roku i znajduje się na pokładzie amerykańskiego modułu Destiny. Zbudowane kosztem 70 milionów dolarów zdalnie sterowane urządzenie ma objętość zaledwie 0,4 m3, jednak zawiera lasery, magnesy i inne urządzenia potrzebne do uwięzienia, schłodzenia i kontrolowania gazu. Atomy są początkowo przechowywane w centrum komory próżniowej, później transportowane są do "atomowego chipa", na szczycie komory. Układ ten wykorzystuje fale radiowe do odrzucenia cieplejszych atomów, pozostawiając tylko te, których temperatura wynosi mniej niż miliardowa część kelwina.
      Robert Thompson, David Aveline i ich koledzy z Jet Propulsion Laboratory wykorzystali CAL do uzyskania kondensatu Bosego-Einsteina z atomów rubidu-87. Kondensat był obecny przez 1,18 sekundy i zauważono w nim wiele odmiennych charakterystyk od analogicznego kondensatu uzyskiwanego na Ziemi. Najważniejszym spostrzeżeniem było stwierdzenie, że niektóre z atomów rubidu pozostały w oddaleniui odl kondensatu i utworzyły wokół niego halo. Atomy te były utrzymywane za pomocą efektu Zeemana. W warunkach ziemskich opadają one na dno pułapki.
      Mimo, że CAL to niewielkie zdalnie sterowane urządzenie, to uzyskane w nim kondensaty już teraz dorównują tym najlepszym kondensatom uzyskiwanym w ziemskich warunkach. Jak zauważa Bryntle Barrett z francuskiego Institut d’Optique d’Aquitaine, olbrzymią zaletą eksperymentów na orbicie jest fakt, że potencjalnie można tam zapewnić całe lata swobodnego spadku, co pozwoli naukowcom na ciągłe udoskonalanie parametrów eksperymentów. Dlatego też uczony uważa, że uzyskanie kondensatu Bosego-Einsteina na ISS to znaczący krok w kierunku prowadzenia w przestrzeni kosmicznej wysoce precyzyjnych eksperymentów z kwantowymi gazami.
      Specjaliści już mówią o kilku różnych rodzajach takich eksperymentów. Jednak najbardziej obiecującymi z nich będą badania nad atomowymi interferometrami. Takie interferometry pozwoliłyby nie tylko na badanie zjawiska swobodnego spadku, ale posłużyłyby do niezwykle precyzyjnego monitorowania środowiska czy poszukiwania minerałów z przestrzeni kosmicznej.
      Barrett mówi, że już teraz w środowisku naukowym pojawiły się propozycje wystrzelenia dedykowanego satelity, który wykorzystywałby kondensat Bosego-Eisteina do badania zjawiska grawitacji. Taki satelita byłby wolny od wibracji obecnych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W tej dekadzie będziemy świadkami realizacji części z tych ekscytujących propozycji, stwierdza uczony.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W centrum Drogi Mlecznej znajduje się olbrzymia czarna dziura o masie około 4,3 miliona razy większej niż masa Słońca. Astronomowie twierdzą, że już wkrótce Sagittarius A*, bo tak nazwano ten obiekt, rozbłyśnie dzięki chmurze gazu, która zmierza w jego kierunku.
      O istnieniu Sagittariusa A* wiemy z intensywnego promieniowania na obrzeżach dziury. Jest ono emitowane przez rozgrzaną materię wpadającą do dziury. Jednak z wyjątkiem promieniowania radiowego i niewielkiej emisji promieni X, Sagittarius A* jest niezwykle spokojna, co oznacza, że wokół niej niewiele się dzieje. Ten spokój powoduje, że niewiele o czarnej dziurze wiadomo. Jednak wkrótce to się zmieni.
      Od 2002 roku astronomowie obserwują chmurę gazów o masie 3-krotnie większej od masy Ziemi, która pędzi z prędkością 8,4 miliona kilometrów na godzinę w kierunku Sagittariusa A*. W miarę zbliżania się do strefy akrecji, obszaru, w którym materia zaczyna opadać do czarnej dziury, chmura ulega rozerwaniu. Obecnie obserwujemy, jak się rozpada. Od kilku lat na naszych oczach zachodzą zmiany. W najbliższym czasie proces ten stanie się jeszcze bardziej dramatyczny... chmura znacznie przyspiesza w kierunku czarnej dziury - mówi Stefan Gillessen, astronom z Instytutu Maksa Plancka w Garching.
      Chmura dotrze do dziury w 2012 lub 2013 roku. Astronomowie spodziewają się, że gdy materia zacznie opadać do Sagittariusa A* emisja promieniowania X stanie się znacznie bardziej intensywna, a w ciągu kilku lat powstanie gigantyczna flara. Prawdopodobnie pierwszymi urządzeniami, które zauważą rozbłysk, będą satelity wykrywające promieniowanie X, ale później Sagittarius A rozświetli się w pełnym zakresie promieniowania - stwierdził Gillessen.
       
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Choć naukowcy od dawna wiedzieli, że wiele bakterii wytwarza siarkowodór, jednak dotąd myśleli, że stanowi on produkt uboczny aktywności komórkowej. Teraz okazało się, że H2S odkrywa ważną rolę w ochronie bakterii przed wpływem antybiotyków.
      Dr Evgeny Nudler z NYU School of Medicine wykazał, że siarkowodór działa jako ogólny mechanizm obronny przeciw stresowi oksydacyjnemu, za którego pośrednictwem sporo antybiotyków zabija bakterie. Hamując opisany mechanizm, można by zwiększać wrażliwość mikrobów na niższe stężenia leków, a nawet odwracać lekooporność różnych ludzkich patogenów, w tym gronkowców (stafylokoków), pałeczek okrężnicy (E. coli) czy z rodzaju Pseudomonas.
      Zaskakująco mało wiemy o biochemii i fizjologii H2S u pospolitych bakterii. To ekscytujące, że nasze badania mogą potencjalnie wpłynąć na rozwiązanie narastającego problemu antybiotykooporności. Sugerują bowiem nowe koncepcyjnie podejście - terapię adiuwantową, czyli mówiąc prościej, leczenie skojarzone. Obierałoby ono na cel gazy bakteryjne.
      Amerykanie zauważyli, że bakterie wytwarzające zarówno siarkowodór, jak i tlenek azotu(II), np. laseczki wąglika, nie przeżyją bez obu tych gazów (nawet w normalnych warunkach wzrostu). Gazy mogą się zastępować, wypełniać lukę po wyeliminowaniu drugiego składnika tandemu, ale przynajmniej jeden z nich musi być obecny.
      W poprzednim studium z 2009 r., które również ukazało się w Science, zespół doktora Nudlera wykazał, że NO chroni bakterie przed antybiotykami w podobny sposób co H2S.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...