В ЮФУ создали материал на основе наночастиц золота, который изменит оптику и энергетику
Российские исследователи из ЮФУ и РХТУ сделали важный шаг в развитии фотоники, создав и изучив свойства уникального материала с аномально широкой полосой локализованного поверхностного плазмонного резонанса. Основой разработки стали наночастицы золота, сформированные внутри стекла. Новые свойства материала открывают широкие перспективы для создания высокоэффективных устройств, включая солнечные батареи.
Плазмонный резонанс — явление, которое используется в фотонных приборах. Сейчас почти вся техника работает на электронах в полупроводниковых материалах. Идея фотоники — заменить полупроводниковые технологии фотонными, то есть вместо управления электронами, текущими по полупроводниковым схемам, перейти к управлению фотонами. Это сложнее, но выгода может быть невероятной — как по скорости работы такого устройства, так и по его энергоэффективности.
Также эффект плазмонного резонанса используется в различных биомедицинских датчиках. Но как работает плазмонный резонанс? При воздействии света на наночастицу металла возникают колебания электронной плотности внутри вещества. Под воздействием поля электромагнитной волны свободные электроны в металле смещаются в его сторону. При этом электроны притягивают обратно положительно заряженные частицы, и происходит колебание. Частица такого колебания и называется плазмоном.
Как и у любого колебания, у плазмонных колебаний существует резонансная частота, и при определенной частоте волны возникает резонанс, который выражается в резком усилении поглощения металлом света определенной частоты. При этом частота и характер резонанса может меняться при изменении формы и размера наночастиц, а также при «окружении» их диэлектриком — например, стеклом.
Ученые Южного федерального университета вместе с исследователями Российского химико-технологического университета разработали и изучили материал с очень широкой полосой поверхностного плазмонного резонанса — более 1000 нанометров. Это означает, что материал способен поглощать волны в широком спектре частот.
Это наночастицы золота, осажденные на особо чистом стекле на основе оксидов цинка, алюминия и кремния. К тому же было выяснено, что полосу резонанса можно очень точно варьировать (изменять по ширине и «сдвигать» в разные стороны спектра), меняя температуру при синтезе. Исследователи предполагают, что такая аномальная ширина полосы плазмонного резонанса вызвана связью между частицами, которая возникает при разделении фаз термически обработанного стекла.
Новый материал может быть применим в фотонике, биомедицине, а также может использоваться в солнечной энергетике для сбора энергии, приходящей от Солнца в широком интервале длин волн. Он будет способен запасать энергию и отдавать ее на другие элементы — солнечные батареи и нагревательные элементы. Ключевой момент здесь — прозрачность материала.
«В нашем материале в прозрачной матрице стекла присутствуют наночастицы золота, причем эти наночастицы спонтанно формируют группы, и это приводит к появлению необычных свойств — очень широкого диапазона поглощения», — рассказывает доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической и вычислительной физики ЮФУ Леон Авакян. Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Ceramics, поддержано грантами Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая предложили универсальный подход для определения с высокой точностью так называемой внутримолекулярной потенциальной функции — информация о ее свойствах позволяет делать прогноз поведения молекулы в различных условиях. Новый подход подходит для самых разных многоатомных молекул. В будущем он позволит точнее предсказывать спектры и динамику молекул как в условиях атмосфер планет Солнечной системы, а также более точно моделировать химические процессы на квантовом уровне.
Звезды типа Солнца в конце жизни превращаются в пульсирующего красного гиганта, а потом – в белого карлика. Ранее считали, что на этом этапе их планеты становятся слишком холодными, ведь белый карлик светит слабо. Новые наблюдения показали, что все намного сложнее и планета может даже прибавить свою температуру. Примерно в 80 световых годах от Земли лежит белый карлик WD 1856. Хотя он всего вдвое легче Солнца, по размерам близок к нашей планете (примерно на треть больше). За счет этого у него огромная плотность, поэтому, несмотря на отсутствие в нем термоядерных реакций (топливо уже кончилось), поверхность этой «мертвой» звезды разогрета почти до пяти тысяч градусов.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно