Dèanamaid an rud againn agus is dòcha gum bi ar-a-mach ann
de theicneòlas

Dèanamaid an rud againn agus is dòcha gum bi ar-a-mach ann

Lorgan mòra, teòiridhean dàna, adhartasan saidheansail. Tha na meadhanan làn de leithid de fhoirmean, mar as trice a 'dèanamh iomadachd. An àiteigin fo sgàil “fiosaig sgoinneil”, an LHC, ceistean cosmological bunaiteach agus an t-sabaid an aghaidh a’ Mhodail Choitcheann, tha luchd-rannsachaidh dìcheallach gu sàmhach a ’dèanamh an cuid obrach, a’ smaoineachadh air tagraidhean practaigeach agus a ’leudachadh raon ar n-eòlais ceum air cheum.

Faodaidh "Nì sinn ar rud fhèin" a bhith gu cinnteach na sluagh-ghairm de luchd-saidheans a tha an sàs ann an leasachadh fusion thermonuclear. Oir, a dh'aindeoin na freagairtean math dha na ceistean mòra, tha e comasach fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan practaigeach, a tha coltach gu ìre bheag co-cheangailte ris a 'phròiseas seo, air an t-saoghal ath-nuadhachadh.

Is dòcha, mar eisimpleir, gum bi e comasach fusion niùclasach beag-sgèile a dhèanamh - le uidheamachd a tha a’ freagairt air bòrd. Thog luchd-saidheans aig Oilthigh Washington an inneal an-uiridh Z-pinch (1), a tha comasach air freagairt fusion a chumail taobh a-staigh 5 microseconds, ged a b’ e am prìomh fhiosrachadh drùidhteach miniaturization an reactair, nach eil ann ach 1,5 m a dh’ fhaid.

Chan eil e gu math èifeachdach, ach a dh'fhaodadh a bhith air leth cudromach oidhirpean gus . A rèir sgrùdadh le Roinn Cumhachd na SA (DOE), a chaidh fhoillseachadh san Dàmhair 2018 anns an iris Physics of Plasmas, tha comas aig reactaran fusion smachd a chumail air oscillation plasma. Bidh na tonnan sin a’ putadh mìrean làn lùth a-mach às an raon ath-bhualadh, a’ toirt leotha cuid den lùth a tha a dhìth airson an ath-bhualadh fusion. Tha sgrùdadh ùr DOE a’ toirt cunntas air samhlaidhean coimpiutair sòlaimte as urrainn lorg agus ro-innse a dhèanamh air cruthachadh thonn, a’ toirt comas dha fiosaigs casg a chuir air a’ phròiseas agus mìrean a chumail fo smachd. Tha luchd-saidheans an dòchas gun cuidich an obair aca ann an togail ITER, is dòcha am pròiseact reactor fusion deuchainneach as ainmeil san Fhraing.

Cuideachd coileanaidhean leithid teòthachd plasma 100 millean ceum Celsius, a fhuaireadh aig deireadh na bliadhna an-uiridh le sgioba de luchd-saidheans aig Institiud Plasma Physics ann an Tokamak Superconducting Advanced Experimental Advanced (EAST), na eisimpleir de adhartas ceum air cheum a dh’ ionnsaigh fusion èifeachdach. A rèir eòlaichean a 'toirt iomradh air an sgrùdadh, is dòcha gu bheil e air leth cudromach anns a' phròiseact ITER a chaidh ainmeachadh, anns a bheil Sìona a 'gabhail pàirt còmhla ri 35 dùthchannan eile.

Superconductors agus electronics

Is e raon eile le comas mòr, far a bheilear a’ gabhail ceumannan caran beaga, mionaideach an àite adhartas mòr, a bhith a’ lorg superconductors aig teòthachd àrd. (2). Gu mì-fhortanach, tha tòrr rabhaidhean meallta agus draghan ro-luath ann. Mar as trice bidh aithrisean mòra sna meadhanan a’ tionndadh a-mach gu bhith nan àibheiseachd no dìreach ceàrr. Eadhon ann an aithrisean nas miosa tha an-còmhnaidh “ach”. Mar ann an aithisg o chionn ghoirid, tha luchd-saidheans aig Oilthigh Chicago air faighinn a-mach superconductivity, an comas dealan a ghiùlan gun chall aig an teòthachd as àirde a chaidh a chlàradh a-riamh. A’ cleachdadh teicneòlas ùr-nodha aig Saotharlann Nàiseanta Argonne, rinn sgioba de luchd-saidheans ionadail sgrùdadh air clas de stuthan anns an do chunnaic iad superconductivity aig teòthachd timcheall air -23 ° C. Tha seo na leum de mu 50 ceum bhon chlàr a chaidh a dhearbhadh roimhe.

2. Superconductor ann an achadh magnetach

Is e an glacadh, ge-tà, gum feum thu tòrr cuideam a chuir an sàs. B 'e hydrides na stuthan a chaidh a dhearbhadh. Airson ùine, tha lanthanum perhydride air a bhith gu sònraichte inntinneach. Ann an deuchainnean, chaidh a lorg gu bheil sampaill tana den stuth seo a’ nochdadh superconductivity fo ghnìomhachd cuideaman anns an raon bho 150 gu 170 gigapascals. Chaidh na toraidhean fhoillseachadh sa Chèitean anns an iris Nature, air a cho-ùghdar leis an Oll. Vitaly Prokopenko agus Eran Greenberg.

Gus smaoineachadh air cleachdadh practaigeach nan stuthan sin, feumaidh tu an cuideam a lughdachadh agus cuideachd an teòthachd, oir chan eil eadhon sìos gu -23 ° C gu math practaigeach. Tha obair air mar fhiosaig ceum beag àbhaisteach, a’ dol air adhart airson bliadhnaichean ann an deuchainn-lannan air feadh an t-saoghail.

Tha an aon rud a’ buntainn ri rannsachadh gnìomhaichte. phenomena magnetach ann an electronics. O chionn ghoirid, le bhith a’ cleachdadh sgrùdairean magnetach a tha gu math mothachail, tha sgioba eadar-nàiseanta de luchd-saidheans air fianais iongantach a lorg gum faodar smachd a chumail air an magnetachd a tha a’ nochdadh aig eadar-aghaidh sreathan tana de ogsaid neo-magnetach le bhith a’ cleachdadh feachdan beaga meacanaigeach. Tha an lorg, a chaidh ainmeachadh san Dùbhlachd an-uiridh ann an Nature Physics, a’ sealltainn dòigh ùr ris nach robh dùil airson smachd a chumail air magnetachd, gu teòiridheach a’ ceadachadh smaoineachadh air cuimhne magnetach nas dùmhail agus spintronics, mar eisimpleir.

Tha an lorg seo a’ cruthachadh cothrom ùr airson miniaturization de cheallan cuimhne magnetach, aig a bheil meud grunn deichean nan nanometers an-diugh, ach tha e duilich am miniaturization a bharrachd aca a’ cleachdadh theicneòlasan aithnichte. Bidh eadar-aghaidh ogsaid a ’cothlamadh grunn uinneanan fiosaigeach inntinneach leithid giùlan dà-thaobhach agus superconductivity. Tha smachd air sruth tro magnetism na raon gealltanach ann an electronics. Le bhith a’ lorg stuthan leis na feartan ceart, ach aig prìs reusanta agus saor, leigidh sin leinn a bhith dha-rìribh a’ leasachadh spintronic.

tha e sgìth cuideachd smachd teas sgudail ann an electronics. O chionn ghoirid leasaich innleadairean UC Berkeley stuth film tana (tighead film 50-100 nanometers) a ghabhas cleachdadh gus teas sgudail fhaighinn air ais gus cumhachd a ghineadh aig ìrean nach fhacas riamh roimhe san t-seòrsa teicneòlas seo. Bidh e a’ cleachdadh pròiseas ris an canar tionndadh cumhachd pyroelectric, a tha rannsachadh innleadaireachd ùr a’ sealltainn a tha gu math freagarrach airson a chleachdadh ann an stòran teas fo 100 ° C. Is e seo dìreach aon de na h-eisimpleirean rannsachaidh as ùire san raon seo. Tha ceudan no eadhon mìltean de phrògraman rannsachaidh air feadh an t-saoghail co-cheangailte ri riaghladh lùth ann an electronics.

"Chan eil fhios 'am carson, ach tha e ag obair"

Tha a bhith a’ feuchainn le stuthan ùra, na h-eadar-ghluasadan ìre aca agus uinneanan topological na raon rannsachaidh gealltanach, gun a bhith gu math èifeachdach, duilich agus glè ainneamh tarraingeach dha na meadhanan. Is e seo aon den rannsachadh as trice a chaidh ainmeachadh ann an raon fiosaig, ged a fhuair e mòran follaiseachd anns na meadhanan, ris an canar. prìomh-shruth mar as trice cha bhith iad a’ buannachadh.

Bidh deuchainnean le cruth-atharrachaidhean ìre ann an stuthan uaireannan a’ toirt toraidhean ris nach robh dùil, mar eisimpleir leaghadh meatailt le puingean leaghaidh àrd teòthachd an t-seòmair. Is e eisimpleir eisimpleir de bhith a’ leaghadh sampallan òir o chionn ghoirid, a bhios mar as trice a’ leaghadh aig 1064 ° C aig teòthachd an t-seòmair, a’ cleachdadh raon dealain agus miocroscop dealanach. Bha an t-atharrachadh seo air a thionndadh air ais oir dh'fhaodadh tionndadh dheth an raon dealain an t-òr a dhaingneachadh a-rithist. Mar sin, tha an raon dealain air a dhol còmhla ris na factaran aithnichte a tha a’ toirt buaidh air cruth-atharrachaidhean ìre, a bharrachd air teòthachd agus cuideam.

Chaidh atharrachaidhean ìre fhaicinn cuideachd rè dian buillean solais laser. Chaidh toraidhean an sgrùdaidh air an iongantas seo fhoillseachadh as t-samhradh 2019 anns an iris Nature Physics. Bha an sgioba eadar-nàiseanta airson seo a choileanadh air a stiùireadh le Nuh Gedik (3), àrd-ollamh fiosaig aig Institiùd Teicneòlais Massachusetts. Lorg an luchd-saidheans, aig àm leaghadh air a bhrosnachadh gu optigeach, gu bheil an eadar-ghluasad ìre a’ tachairt tro bhith a’ cruthachadh aonranachd anns an stuth, ris an canar lochdan topological, a bheir buaidh an uair sin air daineamaigs dealanach is leaghan anns an stuth. Tha na h-uireasbhaidhean topological sin, mar a mhìnich Gedik san fhoillseachadh aige, coltach ri vortices beaga bìodach a tha a’ nochdadh ann an lioftaichean leithid uisge.

Airson an rannsachadh aca, chleachd luchd-saidheans measgachadh de lanthanum agus tellurium LaTe.3. Tha an luchd-rannsachaidh a’ mìneachadh gur e an ath cheum feuchainn ri faighinn a-mach ciamar as urrainn dhaibh “na h-uireasbhaidhean sin a ghineadh ann an dòigh fo smachd." Dh’ fhaodadh seo a bhith air a chleachdadh airson stòradh dàta, far am biodh buillean aotrom air an cleachdadh gus lochdan san t-siostam a sgrìobhadh no a chàradh, a bhiodh a rèir gnìomhachd dàta.

Agus bhon a fhuair sinn gu buillean laser ultrafast, tha an cleachdadh ann an iomadh deuchainn inntinneach agus tagraidhean a dh’ fhaodadh a bhith gealltanach ann an cleachdadh na chuspair a bhios gu tric a’ nochdadh ann an aithisgean saidheansail. Mar eisimpleir, sheall a’ bhuidheann de Ignacio Franco, àrd-ollamh cuideachaidh ann an ceimigeachd agus fiosaig aig Oilthigh Rochester, o chionn ghoirid mar as urrainnear buillean laser ultrafast a chleachdadh a 'toirt air falbh feartan cuspair Oraz gineadh sruth dealain aig astar nas luaithe na innleachd sam bith as aithne dhuinn gu ruige seo. Bha an luchd-rannsachaidh a’ làimhseachadh filamentan glainne tana le fad aon mhilleanamh de bhilleanamh de dhiog. Ann am priobadh na sùla, thionndaidh an stuth glainne gu rudeigin mar mheatailt a bhios a’ giùlan dealan. Thachair seo nas luaithe na ann an siostam aithnichte sam bith às aonais bholtadh gnìomhaichte. Faodar smachd a chumail air stiùir an t-sruth agus dèinead an t-sruth le bhith ag atharrachadh feartan an t-seam laser. Agus leis gum faodar smachd a chumail air, tha ùidh aig gach innleadair dealanach.

Mhìnich Franco ann am foillseachadh ann an Nature Communications.

Chan eilear a’ tuigsinn nàdar corporra nan iongantasan sin. Tha amharas aig Franco fhèin gu bheil uidheamachdan mar buaidh làidir, ie, an co-dhàimh eadar sgaoileadh no gabhail a-steach solas quanta le raon dealain. Nam biodh e comasach siostaman dealanach obrach a thogail stèidhichte air na h-uinneanan sin, bhiodh prògram eile againn den t-sreath innleadaireachd leis an t-ainm Chan eil fios againn carson, ach tha e ag obair.

Cugallachd agus meud beag

Gyroscopes nan innealan a chuidicheas carbadan, drones, a bharrachd air goireasan dealanach agus innealan so-ghiùlain a’ seòladh ann an àite trì-thaobhach. A-nis tha iad air an cleachdadh gu farsaing ann an innealan a bhios sinn a’ cleachdadh a h-uile latha. An toiseach, b 'e seata de chuibhlichean neadachaidh a bh' ann an gyroscopes, agus bha gach fear dhiubh a 'cuairteachadh timcheall an axis aige fhèin. An-diugh, ann am fònaichean-làimhe, lorg sinn mothachairean microelectromechanical (MEMS) a bhios a’ tomhas atharrachaidhean ann am feachdan ag obair air dà tomad co-ionann, a’ oscillating agus a’ gluasad an taobh eile.

Tha crìochan cugallachd mòr aig gyroscopes MEMS. Mar sin tha e a 'togail gyroscopes optigeach, gun phàirtean gluasadach, airson na h-aon ghnìomhan a bhios a’ cleachdadh iongantas ris an canar Buaidh sagnac. Ach, gu ruige seo bha duilgheadas ann le am miniaturization. Tha na gyroscopes optigeach àrd-choileanadh as lugha a tha rim faighinn nas motha na ball ping pong agus chan eil iad freagarrach airson mòran thagraidhean so-ghiùlain. Ach, tha innleadairean aig Oilthigh Teicneòlais Caltech, air a stiùireadh le Ali Hadjimiri, air gyroscope optigeach ùr a leasachadh a còig ceud uair nas lughana tha fios gu ruige seo4). Bidh e ag àrdachadh a chugallachd tro bhith a’ cleachdadh innleachd ùr leis an t-ainm “neartachadh dha chèile» Eadar dà sheile solais a thathas a’ cleachdadh ann an interferometer àbhaisteach Sagnac. Chaidh cunntas a thoirt air an inneal ùr ann an artaigil a chaidh fhoillseachadh ann an Nature Photonics san t-Samhain an-uiridh.

4. Optical gyroscope leasachadh le Ali Hadjimiri agus a cho-obraichean. 

Faodaidh leasachadh gyroscope optigeach ceart leasachadh mòr a thoirt air stiùireadh fònaichean sgairteil. Ann an tionndadh, chaidh a thogail le luchd-saidheans bho Columbia Engineering. a 'chiad lionsa còmhnard comasach air raon farsaing de dhhathan a chuimseachadh gu ceart aig an aon àm gun fheum air eileamaidean a bharrachd buaidh a thoirt air comasan togail dhealbhan uidheamachd gluasadach. Tha an lionsa rèidh micron-tana rèabhlaideach gu math nas taine na duilleag pàipear agus a’ lìbhrigeadh coileanadh a tha coltach ri prìomh lionsan co-dhèanta. Tha co-dhùnaidhean na buidhne, air a stiùireadh le Nanfang Yu, àrd-ollamh fiosaig gnìomhaichte, air an taisbeanadh ann an sgrùdadh a chaidh fhoillseachadh anns an iris Nature.

Tha luchd-saidheans air lionsan còmhnard a thogail bho "meatatoms". Tha gach metaatom na bloigh de thonn solais ann am meud agus a’ cur dàil air tonnan solais le tomhas eadar-dhealaichte. Le bhith a’ togail sreath chòmhnard tana de nanostructures air substrate cho tiugh ri falt daonna, bha e comasach don luchd-saidheans an aon ghnìomhachd a choileanadh ri siostam lionsa gnàthach a bha tòrr nas tiugh agus nas truime. Faodaidh metalenses siostaman lionsa mòr a chuir an àite san aon dòigh ’s a tha telebhiseanan scrion rèidh air àite a chuir an àite Tbh CRT.

Carson a tha cnap-starra mòr ann nuair a tha dòighean eile ann

Faodaidh ciall agus ciall eadar-dhealaichte a bhith aig fiosaig ceumannan beaga cuideachd. Mar eisimpleir - an àite a bhith a’ togail structaran de sheòrsa mòr agus ag iarraidh feadhainn eadhon nas motha, mar a bhios mòran de luchd-fiosaig, faodaidh duine feuchainn ri freagairtean fhaighinn do cheistean mòra le innealan nas lugha.

Bidh a’ mhòr-chuid de luathadairean a’ luathachadh sailean gràin le bhith a’ gineadh raointean dealain is magnetach. Ach, airson ùine chuir e eòlas air dòigh eadar-dhealaichte - luathaichean plasma, luathachadh gràinean fo chasaid leithid dealanan, positrons agus ions a’ cleachdadh raon dealain còmhla ri tonn air a ghineadh ann am plasma dealanach. O chionn ghoirid tha mi air a bhith ag obair air an dreach ùr aca. Bidh an sgioba AWAKE aig CERN a’ cleachdadh protonaichean (chan e dealanan) gus tonn plasma a chruthachadh. Faodaidh atharrachadh gu protons mìrean a thoirt gu ìrean lùtha nas àirde ann an aon cheum de luathachadh. Feumaidh cruthan eile de luathachadh achaidh dùsgadh plasma grunn cheumannan gus an aon ìre lùtha a ruighinn. Tha luchd-saidheans den bheachd gum faodadh an teicneòlas aca stèidhichte air proton leigeil leinn luathadairean nas lugha, nas saoire agus nas cumhachdaiche a thogail san àm ri teachd.

5. Luasaire beag dà-ìre bho DESY - fradharc

Aig an aon àm, shuidhich luchd-saidheans bho DESY (goirid airson Deutsches Elektronen-Synchrotron - synchrotron dealanach Gearmailteach) clàr ùr ann an raon miniaturization de luathaichean gràin san Iuchar. Dhùblaich an luathadair terahertz barrachd air lùth nan dealanan stealladh (5). Aig an aon àm, leasaich an stèidheachadh càileachd an beam dealanach gu mòr an taca ri deuchainnean roimhe leis an dòigh seo.

Mhìnich Franz Kärtner, ceannard na buidhne optics ultrafast agus X-ray aig DESY, ann am fios naidheachd. -

Thug an inneal co-cheangailte a-mach raon luathachaidh le dian as àirde de 200 millean volt gach meatair (MV / m) - coltach ris an luathadair gnàthach ùr-nodha as cumhachdaiche.

Ann an tionndadh, lorgar ùr, an ìre mhath beag ALPHA-g (6), a chaidh a thogail leis a’ chompanaidh à Canada TRIUMF agus a chuir gu CERN na bu thràithe am-bliadhna, tha e mar dhleastanas tomhas luathachadh grabhataidh antimatter. A bheil antimatter a’ luathachadh ann an làthaireachd raon grabhataidh air uachdar na Talmhainn le +9,8 m/s2 (sìos), le -9,8 m/s2 (suas), le 0 m/s2 (gun luathachadh grabhataidh idir), no a bheil cuid ann luach eile ? Dhèanadh an comas mu dheireadh fiosaig air ais. Faodaidh inneal beag ALPHA-g, a bharrachd air a bhith a’ dearbhadh gu bheil “anti-gravity” ann, ar stiùireadh air slighe a tha a’ leantainn gu dìomhaireachdan as motha na cruinne.

Air sgèile eadhon nas lugha, tha sinn a’ feuchainn ri uinneanan aig ìre eadhon nas ìsle a sgrùdadh. Gu h-àrd 60 billean tionndadh gach diog faodar a dhealbhadh le luchd-saidheans bho Oilthigh Purdue agus oilthighean Sìonach. A rèir ùghdaran an deuchainn ann an artaigil a chaidh fhoillseachadh o chionn beagan mhìosan ann an Litrichean Lèirmheas Corporra, leigidh cruthachadh a tha a’ tionndadh cho luath dhaibh tuigse nas fheàrr fhaighinn air. dìomhair .

Tha an nì, a tha san aon fhìor chuairt, na nanoparticle timcheall air 170 nanometers de leud agus 320 nanometers a dh’ fhaid, a rinn an luchd-saidheans synthesachadh bho silica. Thog an sgioba rannsachaidh rud ann am falamh le bhith a’ cleachdadh leusair, a chuir an uairsin air aig astar uamhasach. Is e an ath cheum deuchainnean a dhèanamh le astaran cuairteachaidh eadhon nas àirde, a leigeas le sgrùdadh ceart a dhèanamh air teòiridhean corporra bunaiteach, a’ toirt a-steach cruthan coimheach de suathadh ann am falamh. Mar a chì thu, chan fheum thu cilemeatairean de phìoban agus lorgairean mòra a thogail gus aghaidh a thoirt air dìomhaireachdan bunaiteach.

Ann an 2009, chaidh aig luchd-saidheans air seòrsa sònraichte de tholl dubh a chruthachadh anns an obair-lann a ghlacas fuaim. Bhon uairsin iad seo звук  air a bhith feumail mar analogues obair-lann den stuth a tha a’ gabhail a-steach solas. Ann am pàipear a chaidh fhoillseachadh anns an iris Nature san Iuchar seo, tha luchd-rannsachaidh aig Institiud Teicneòlais Technion Israel a’ toirt cunntas air mar a chruthaich iad toll dubh sonic agus mar a thomhais iad an teòthachd rèididheachd Hawking aca. Bha na tomhais sin a rèir an teòthachd a bha Hawking a’ ro-innse. Mar sin, tha e coltach nach eil e riatanach turas a dhèanamh gu toll dubh gus a sgrùdadh.

Cò aig a tha fios a bheil iad falaichte anns na pròiseactan saidheansail sin a tha coltach nach eil cho èifeachdach, ann an oidhirpean obair-lann mionaideach agus grunn dheuchainnean gus teòiridhean beaga, sgapte a dhearbhadh, na freagairtean do na ceistean as motha. Tha eachdraidh saidheans a 'teagasg gum faod seo tachairt.

Cuir beachd ann