אלקטרונים זורמים כמו נוזל. חדשות הספרייה הטכנית בחינם

חדשות מדע וטכנולוגיה, חידוש באלקטרוניקה
ספריה טכנית בחינם / עדכון חדשות

אלקטרונים זורמים כמו נוזל

20.09.2017

בניסויים האחרונים שלהם, מדענים ממכון גרפן באוניברסיטת מנצ'סטר גילו את התנאים שבהם אלקטרונים הנעים דרך גרפן מתנהגים בצורה מאוד חריגה. תנועה ספציפית זו של אלקטרונים מעניקה למדענים הבנה טובה יותר של התהליכים הפיזיקליים בחומרים מוליכים חשמלית, ובעתיד הקרוב, אותם תהליכים יכולים לשמש לפיתוח מעגלים ננו-אלקטרוניים עבור שבבי מחשב מהירים ובעלי ביצועים גבוהים מהדור הבא.

ברוב המתכות, המוליכות החשמלית מוגבלת על ידי מספר הפגמים בסריג הגביש שלהן, הגורמים לאלקטרונים להתפזר ופוגעים בהם כמו כדורי ביליארד. לכן, הגרפן, בשל המבנה ה"דו מימדי" שלו, מוליך חשמל הרבה יותר טוב מכל מתכת. בנוסף, בחלק ממתכות טהורות וחומרים אחרים בעלי מבנה גבישי מסודר, כולל גרפן, אלקטרונים יכולים להתגבר על מרחקים של מיקרונים מבלי להתפזר בשל מה שנקרא התנועה הבליסטית. הפרמטרים של תנועה כזו קובעים את המוליכות החשמלית המרבית האפשרית של החומר, הנקראת הגבול הבסיסי של לנדואר.

עם זאת, הנתונים שהתקבלו במהלך הניסויים אפשרו למדענים להגיע למסקנה שהחוק הקובע את גבול לנדואר הבסיסי אינו נשמר במדיום הגרפן בתנאים מסוימים. ומנגנון אחד מאוד יוצא דופן אחראי לכך, שקשור ישירות לתחום החדש יחסית של הפיזיקה שנקרא הידרודינמיקה של אלקטרונים (אלקטרון הידרודינמיקה).

תחום דינמיקת נוזלי האלקטרונים הופיע רק בשנה שעברה לאחר שמדענים מאוניברסיטת מנצ'סטר וארגונים מדעיים אחרים הראו כי בטמפרטורה מסוימת של חומר, אלקטרונים הנעים בו מתחילים להתנגש זה בזה לעתים קרובות כל כך עד שזרימת האלקטרונים מתחילה לזרום כמו זרימת נוזל, ללא מקדם הצמיגות הקטן ביותר. ובמחקר חדש, מדענים הראו שהנוכחות של "נוזל אלקטרוני" צמיג זה מעניקה לחומר מוליכות חשמלית גבוהה יותר מהתנועה הבליסטית של אלקטרונים.

התופעה שגילו מדענים היא פרדוקסלית למדי. ואכן, במהלך התנגשויות של אלקטרונים, הם מתקשרים ומתפזרים, מה שבתיאוריה אמור להחליש את המוליכות החשמלית של החומר. אבל העלייה במוליכות החומר מתרחשת בשל העובדה שהאלקטרונים מחולקים לשני חלקים מותנים, כמו זרם מים הזורם בנהר. אותם אלקטרונים שנעים בסמיכות לקצוות של סריג הגביש מאבדים את התנופה שלהם ומאטים. אבל, באותו זמן, הם פועלים כהגנה מפני התנגשויות של אלקטרונים הנעים באמצע הזרם. והאלקטרונים האלה כבר נעים לאורך מסלול סופר-בליסטי בתוך ה"ערוץ" שנוצר על ידי האלקטרונים הקיצוניים.

"אנחנו יודעים מהפיזיקה של בית הספר שככל שמבנה החומר לא מסודר יותר, ההתנגדות החשמלית שלו גדלה", אומר סר אנדרו גיים, "אבל במקרה שלנו, ההפרעה הנגרמת מהפיזור עקב התנגשויות אלקטרונים מפחיתה, במקום מגבירה, את התנגדות חשמלית של החומר במקרה זה, האלקטרונים מתחילים לזרום כמו נוזל ומהירות הנוזל הזה עולה על מהירות האלקטרונים עם אותה אנרגיה בוואקום.

המדענים ערכו סדרה של ניסויים שבהם נמדדה מוליכות הגרפן בטמפרטורות שונות. השוואה בין המוליכות של גרפן טהור וגרפן מסומם, בעל תכונות מוליכות מתכתיות ברורות, אפשרה למדענים לחשב בדיוק גבוה גודל פיזיקלי חדש הנקרא מוליכות צמיגה. ומה שהכי מדהים, הנתונים הניסויים שנאספו עלו בקנה אחד עם הנתונים שהושגו במהלך חישובים של המודלים המתמטיים המתאימים.

<< חזרה: כל מלח הים מזוהם בפלסטיק 21.09.2017

>> קדימה: גרסה קומפקטית של Supercharger לעיר 20.09.2017

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח 09.05.2024

מכניקת הקוונטים ממשיכה להדהים אותנו עם התופעות המסתוריות והתגליות הבלתי צפויות שלה. לאחרונה הציגו ברטוס רגולה ממרכז RIKEN למחשוב קוונטי ולודוביקו לאמי מאוניברסיטת אמסטרדם תגלית חדשה הנוגעת להסתבכות קוונטית והקשר שלה לאנטרופיה. להסתבכות קוונטית יש תפקיד חשוב במדע ובטכנולוגיה של מידע קוונטי מודרני. עם זאת, מורכבות המבנה שלו הופכת את ההבנה והניהול שלו למאתגרים. התגלית של רגולוס ולמי מראה שההסתבכות הקוונטית פועלת לפי כלל אנטרופיה דומה לזה של מערכות קלאסיות. תגלית זו פותחת נקודות מבט חדשות בתחום מדע וטכנולוגיה של מידע קוונטי, ומעמיקה את הבנתנו את ההסתבכות הקוונטית והקשר שלה לתרמודינמיקה. תוצאות המחקר מצביעות על אפשרות הפיכה של טרנספורמציות של הסתבכות, מה שיכול לפשט מאוד את השימוש בהן בטכנולוגיות קוונטיות שונות. פתיחת כלל חדש ... >>

מזגן מיני Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

הקיץ הוא זמן להירגעות ולנסיעות, אבל לעתים קרובות החום יכול להפוך את הזמן הזה לייסורים בלתי נסבלים. הכירו מוצר חדש מבית סוני - מזגן המיני Reon Pocket 5, המבטיח להפוך את הקיץ לנוח יותר עבור המשתמשים בו. סוני הציגה מכשיר ייחודי - המיני-מרכך Reon Pocket 5, המספק קירור הגוף בימים חמים. בעזרתו, המשתמשים יכולים ליהנות מקרירות בכל זמן ובכל מקום פשוט על ידי לענוד אותו על צווארם. מזגן מיני זה מצויד בהתאמה אוטומטית של מצבי פעולה, כמו גם בחיישני טמפרטורה ולחות. הודות לטכנולוגיות חדשניות, Reon Pocket 5 מתאים את פעולתו בהתאם לפעילות המשתמש ולתנאי הסביבה. משתמשים יכולים להתאים בקלות את הטמפרטורה באמצעות אפליקציה ייעודית לנייד המחוברת באמצעות Bluetooth. בנוסף, זמינים לנוחות חולצות טי ומכנסיים קצרים בעיצוב מיוחד, אליהם ניתן לחבר מזגן מיני. המכשיר יכול הו ... >>

אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים 08.05.2024

ייצור אנרגיה סולארית בחלל הופך לאפשרי יותר עם כניסתן של טכנולוגיות חדשות ופיתוח תוכניות חלל. ראש הסטארט-אפ Virtus Solis שיתף את החזון שלו להשתמש בספינת הכוכבים של SpaceX כדי ליצור תחנות כוח מסלוליות המסוגלות להניע את כדור הארץ. הסטארט-אפ Virtus Solis חשף פרויקט שאפתני ליצירת תחנות כוח מסלוליות באמצעות ספינת הכוכבים של SpaceX. רעיון זה עשוי לשנות באופן משמעותי את תחום הפקת האנרגיה הסולארית, ולהפוך אותו לנגיש וזול יותר. ליבת התוכנית של הסטארט-אפ היא להפחית את עלות שיגור לוויינים לחלל באמצעות Starship. פריצת דרך טכנולוגית זו צפויה להפוך את ייצור אנרגיה סולארית בחלל לתחרותי יותר עם מקורות אנרגיה מסורתיים. Virtual Solis מתכננת לבנות פאנלים פוטו-וולטאיים גדולים במסלול, באמצעות Starship כדי לספק את הציוד הדרוש. עם זאת, אחד האתגרים המרכזיים ... >>

שיטה חדשה ליצירת סוללות חזקות 08.05.2024

עם התפתחות הטכנולוגיה והשימוש המתרחב באלקטרוניקה, נושא יצירת מקורות אנרגיה יעילים ובטוחים הופך להיות דחוף יותר ויותר. חוקרים מאוניברסיטת קווינסלנד חשפו גישה חדשה ליצירת סוללות מבוססות אבץ בעלות הספק גבוה שיכולות לשנות את הנוף של תעשיית האנרגיה. אחת הבעיות העיקריות של סוללות נטענות מסורתיות על בסיס מים הייתה המתח הנמוך שלהן, שהגביל את השימוש בהן במכשירים מודרניים. אבל הודות לשיטה חדשה שפותחה על ידי מדענים, החיסרון הזה התגבר בהצלחה. כחלק מהמחקר שלהם פנו מדענים לתרכובת אורגנית מיוחדת - קטכול. התברר שזהו רכיב חשוב שיכול לשפר את יציבות הסוללה ולהגביר את יעילותה. גישה זו הובילה לעלייה משמעותית במתח של סוללות אבץ-יון, מה שהופך אותן לתחרותיות יותר. לדברי מדענים, לסוללות כאלה יש מספר יתרונות. יש להם ב ... >>

תכולת אלכוהול של בירה חמה 07.05.2024

לבירה, כאחד המשקאות האלכוהוליים הנפוצים ביותר, יש טעם ייחודי משלה, שיכול להשתנות בהתאם לטמפרטורת הצריכה. מחקר חדש של צוות מדענים בינלאומי מצא כי לטמפרטורת הבירה יש השפעה משמעותית על תפיסת הטעם האלכוהולי. המחקר, בראשות מדען החומרים ליי ג'יאנג, מצא כי בטמפרטורות שונות, מולקולות אתנול ומים יוצרות סוגים שונים של אשכולות, מה שמשפיע על תפיסת הטעם האלכוהולי. בטמפרטורות נמוכות נוצרים יותר אשכולות דמויי פירמידה, מה שמפחית את החריפות של טעם ה"אתנול" וגורם למשקה להיות פחות אלכוהולי. להיפך, ככל שהטמפרטורה עולה, האשכולות הופכים דמויי שרשרת יותר, וכתוצאה מכך טעם אלכוהולי בולט יותר. זה מסביר מדוע הטעם של כמה משקאות אלכוהוליים, כגון באייג'יו, יכול להשתנות בהתאם לטמפרטורה. הנתונים שהתקבלו פותחים סיכויים חדשים ליצרני משקאות, ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

דוגמנות הרשתית באמצעות ביו-שבב 21.01.2024

צוות בינלאומי של חוקרים בראשות Francesca Santoro מ-Jülich הציג ביו-שבב חדשני המחקה מקרוב את הרשתית האנושית. מכשיר חדשני זה הופך לחלק ממחקר ביו-אלקטרוניקה מקיף שמטרתו לשחזר את התפקוד הפיזי והנוירולוגי.

המחקר והפיתוח של ביו-שבב חדשני המחקה את הרשתית האנושית מספק הזדמנויות מבטיחות לרפואה וביו-אלקטרוניקה, ופותח את הדרך לשיטות חדשות לשיקום ותמיכה בתפקודים אנושיים.

המיזוג בין אדם למכונה, שנשאר מזמן עלילת פנטזיה, מקבל כעת צורה אמיתית. טכנולוגיות קודמות כבר היו קיימות, כמו קוצבי לב לטיפול בהפרעות קצב ושתלים שבלול לשיפור השמיעה. כעת ביו-שבב שיכול ליצור אינטראקציה יעילה עם גוף האדם פותח סיכויים חדשים לעתיד. באמצעות פולימרים מובילים ומולקולות רגישות לאור, השבב מחקה את הרשתית ואת מסלולי הראייה של העין.

השבב פותח על ידי קבוצת המחקר של פרנצ'סקה סנטורו במכון יוליך לביו-אלקטרוניקה בשיתוף עם אוניברסיטת RWTH Aachen, המכון הטכנולוגי האיטלקי של גנואה ואוניברסיטת נאפולי, השבב הוא מוליך למחצה העשוי כולו מרכיבים אורגניים לא רעילים. הגמישות והאינטראקציה שלו עם יונים הופכות אותו למתאים יותר לשילוב עם מערכות ביולוגיות מאשר רכיבים מוליכים למחצה מסורתיים העשויים מסיליקון, שהם קשיחים ועובדים רק עם אלקטרונים.

שבב זה, בנוסף לתפקוד כרשתית מלאכותית, יכול לפעול כסינפסה מלאכותית. על ידי חשיפת הפולימר המשמש בשבב לאור, המוליכות שלו משתנה בטווח הקצר והארוך כאחד. מנגנון זה דומה לעבודת סינפסות אמיתיות, אשר פותחות הזדמנויות לחקר תהליכי למידה וזיכרון במוח.

האפשרות להשתמש בביו-צ'יפ לתיקון שגיאות בעיבוד והעברת מידע האופייניות למחלות נוירודגנרטיביות כמו פרקינסון או מחלת אלצהיימר, כמו גם לתמיכה באיברים פגומים, פותחת אפשרויות לטכנולוגיות רפואיות עתידיות. רכיבים אלו יכולים לשמש גם כממשק בין גפיים או מפרקים מלאכותיים.

ראה מלא ארכיון של חדשות מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר