Невероятная наука

Как это ни странно, до сих пор нет ясного представления о механизме формирования самородков драгоценных металлов. Структура самородков говорит сама за себя: они зарождаются в толще земли при большой температуре. Но как? Ученые полагают, что, вероятно, золото выпадает из горячих подземных водных флюидов, а в процессе участвуют еще и флюиды СО₂, меняющие температуру и давление. В общем процесс сложный, но и вызывает сомнения, все-таки обилие самородков не вяжется с медленным выпадением металла из разбавленных растворов. Австралийские геохимики провели изящный эксперимент, способный раскрыть эту тайну.

Адепты водородной энергетики не устают искать менее опасные способы хранения водорода. Одна из свежих идей — использовать аммиак, точнее его водный раствор, фактически крепкий нашатырный спирт. Но чтобы извлечь водород из аммиака, нужен нагрев и катализатор. Исследователи из гуанчжоуского Университета им. Сунь Ятсена нашли оригинальный способ.

В том, что разноименные электрические заряды притягиваются нет ничего удивительного. Однако чтобы притянуть электродом, скажем, ломтик помидора или кусок мяса — до этого пока что никто не додумывался. А вот исследователи из Мерилендского университета сумели-таки подвесить на электроде и помидор, и мясо и банан, лук, картошку.

Группа китайских ученых разработала растягивающуюся искусственную термоэлектрическую ткань. Она может генерировать электрический ток из-за разницы температур между ее слоями и служить датчиком температуры. В нее можно интегрировать датчики давления, растяжения, химического состава и пр. Ткань выдерживает 3200 циклов сминания. Она не потребует частой смены внешних источников питания и идеально подходят для непрерывного сбора данных о людях, которые затем сможет анализировать искусственный интеллект. Руководитель исследований заявил, что это «технология, разрушающая границы здоровья».

Сканирующие просвечивающие микроскопы направляют сфокусированный пучок электронов на образец и точка за точкой создают его изображение. В каждой точке пучок делает паузу для накопления сигнала, не зависящую от ее особенностей. Этот метод опасен разрушением объекта исследования. Физики пересмотрели всю логику работы микроскопа и придумали, как значительно сократить время облучения образца. Чтобы автоматически перекрывать пучок электронов за наносекунды, ученые совместно с одной из инженерных фирм разработали и запатентовали новую технологию. Метод принесет пользу многим исследованиям, от материаловедения до медицины.

Ученые выяснили, что сильно анизотропные кристаллы InSeI нанометровой длины в зависимости от температуры меняют свой цвет от желтого к оранжевому. Явление связано с линейной температурной зависимостью длины волны света, соответствующей границе полосы поглощения InSeI. Это позволяет откалибровать кристалл так, чтобы дистанционно измерять его температуру оптическими методами. Эти наносенсоры не менее чем на порядок чувствительней любых других. Они нужны многим потребителям, в том числе для научных исследований и промышленности. К примеру, они смогут измерять температуру электронных приборов и разных компонентов компьютерной техники.

Диоксид циркония в виде тонких пленок или наночастиц перспективен для транзисторов и мемристоров, а также устройств энергонезависимой памяти нового поколения. Он хорошо совместим с кремнием, который составляет основу современной электроники. Российские ученые разработали новую промышленную методику синтеза при комнатной температуре оксида циркония со стабильной тетрафазой. Наночастицы диоксида получают в плазме аргона с кислородом при давлении на порядки меньшем атмосферного. Ученые исследовали фазовый состав частиц и эффект резистивного переключения между двумя состояниями материала.

Коллоидные точки на основе перовскита галогенида свинца — перспективный фотоактивный материал для солнечных батарей. Однако органические квантовые точки не показывают высокой эффективности из-за кристаллических и поверхностных дефектов, хотя и имеют приемлемую полосу поглощения солнечного света. Проблему решили корейские ученые, которые разработалb инновационный метод обмена лигандов. Он позволил синтезировать перовскитные квантовые точки с хорошо контролируемыми дефектами, а затем получить из них качественный фотоактивный слой солнечных батарей с рекордной эффективностью преобразования энергии света.

Сегодня от шума не спасают даже толстые стены домов, но они не всегда обязательны. Междисциплинарная группа ученых и инженеров разработала подавляющую шумы ткань, которую можно использовать для создания тихих пространств. Вшитое в обычные ткани пьезоэлектрическое волокно может служить и поглотителем, и динамиком. Колебания такой ткани описывают классические уравнения для тонкой пластинки. Эксперименты позволили выяснить, как механические свойства материала и размер его пор влияют на эффективность генерации звука. Новая ткань открывает возможности для управления звуком в самых разных областях человеческой деятельности.

Традиционные методы анализа электромагнитного излучения ядер пока ограничены по чувствительности, поэтому группа японских физиков предложила использовать для него астрономический прибор. Это камера Комптона с чувствительным полупроводниковым датчиком на основе теллурида кадмия, которая обладает высокой пространственной точностью. Для оценки работы камеры физики провели эксперименты с ядрами ⁵⁶Fe. Они показали, что прибор позволяет уверенно фиксировать изменения в ядерной структуре и значительно снижает неточность при определении спина и четности квантовых состояний в редких атомных ядрах. Камера открывает широкие перспективы для изучения структур редких радиоактивных ядер, включая экзотические и нестабильные.

Короткие всплески гамма-излучения отражают формирование новых звезд, возникающих при слиянии нейтронной звезды с такой же звездой или с черной дырой. Международная группа ученых исследовала необычные черты всплеска GRB230307A 2023 года, который не вписывается в прежние схемы явлений. На спектрах космического телескопа имени Джеймса Уэбба астрономам удалось обнаружить эмиссионную спектральную линию 2,15 мкм и интерпретировать ее как след теллура с атомным весом 130, одного из самых редких элементов на Земле. Ранее это предполагали теоретики, считающие процесс быстрого захвата нейтронов ключевым в нуклеосинтезе тяжелых элементов во Вселенной.

Монослой атомов углерода, графен, делают стабильным самые прочные из известных химических связей. Однако у него нет запрещенной энергетической зоны для носителей заряда свойственной полупроводникам. После 20 лет работы ученые создали первый графеновый полупроводник, совместимый с традиционными технологиями кремниевой микроэлектроники. При испарении кремния с кристаллов SiC их поверхность кристаллизуется в графен, поэтому исследователи смогли с помощью температурной модификации получить его моноатомный слой на плоских гранях карбида кремния. Новый полупроводник обладает в 10 раз большей подвижностью электронов, чем кремний. Они движутся в нем с очень низким сопротивлением, что повышает быстродействие электроники.

Новые лабораторно синтезированные химические элементы крайне нестабильны — самые тяжелые распадаются за несколько секунд. В начале года журнал Nature Reviews Physics опубликовал обзор международной группы экспертов в области теоретической и экспериментальной физики и химии сверхтяжелых элементов. Статья суммирует основные проблемы их синтеза и рассматривает возможный предел периодической системы с учетом данных искусственного синтеза и космических исследований. Авторы обсуждают предположение, что такие атомы принципиально отличаются от более легких, что ведет к отклонениям от известных физикам закономерностей.

Солнце постоянно производит легкие химические элементы. Тяжелые элементы рождаются в энергонасыщенных условиях слияния нейтронных звезд, Международная группа ученых во главе с Олегом Тарасовым синтезировала пять новых тяжелых изотопов на уникальной установке FRIB в Мичигане. Это тулий-182, тулий-183, иттербий-186, иттербий-187 и лютеций-190. Для их создания физики направили пучок ионов платины с энергией в 186 МэВ на углеродную мишень. Теперь экзотические изотопы можно получать в массовых количествах и проводить с ними эксперименты. Ученые намерены уточнить модели ядер и выяснить в деталях, как образуются тяжелые элементы в звездах.

Каждый год лучи Солнца доставляют на Землю энергию на три порядка превышающую потребности человечества. Пока на мировом рынке доминируют кремниевые солнечные батареи, однако их эффективность ограничена. Физики придумали, как повысить эффективность солнечных элементов из гидрогенизированного кремния с помощью пленки тетрацена. Его ненасыщенные химические связи с флуктуирующей энергией, которые возникают на границе пленки с подложкой, резко ускоряют перенос экситонов через этот раздел. Расчеты на суперкомпьютере показали высокую эффективность таких элементов.

Масс-спектрометры, которые точно определяют состав разных веществ, широко применяют в криминалистике, токсикологии, георазведке и пр. Однако эти приборы громоздки и дорогостоящи, а основной их элемент, масс-фильтр, в котором электромагнитное поле сортирует заряженные частицы, дорог. Физики за один шаг напечатали на 3D-принтере миниатюрный квадрупольный масс-фильтр длиной 12 см с исключительными характеристиками. Материалом всех деталей служила термостойкая стеклокерамическая смола, а себестоимость составила всего несколько долларов. Ученые поставили фильтр в серийный масс-спектрометр и обнаружили, что он дает более высокое разрешение по сравнению с серийными типами миниатюрных фильтров. Видимо, вскоре компактные масс-спектрометры станут массовым инструментом. Их можно будет запускать в ближний и дальний космос, а экологи и вулканологи смогут быстро производить анализ состава атмосферных газов.