Определены характеристики поляронов

19.01.2021

Исследователи из Национальной лаборатории линейных ускорителей SLAC Стэнфордского университета использовали один из имеющихся в их распоряжении рентгеновских лазеров для того, чтобы отследить процесс возникновения и формирования так называемых поляронов, а также измерить основные характеристики этих образований. Поляроны - это деформации кристаллической решетки материала, которые возникают вокруг движущихся свободных электронов и исчезают без следа спустя триллионные доли секунды. Несмотря на столь короткую "продолжительность жизни", эти деформации, по предположениям ученых, затрагивают некоторые свойства материала и изменяют его поведение, в частности, реакцию на фотоны света, что особенно сильно проявляется в материалах, относящихся к классу перовскитов.

Перовскиты - это прозрачные материалы, название которых унаследовано от перовскита, прозрачного минерала естественного происхождения. Около десяти лет назад было замечено, что включение материалов этого класса в состав солнечных батарей позволяет значительно увеличить коэффициент преобразования света в электричество. Однако, работа с этим материалам вызывает массу проблем, эти материалы нестабильны, они деградируют и быстро разрушаются под воздействием воздуха, также они содержат в своем составе свинец, токсичный металл, контакта которого с окружающей средой не стоит допускать лишний раз.

Но именно в кристаллах перовскита, синтезированного в одной из лабораторий Стэнфордского университета, первый раз были замечены поляроны. Ученые использовали для этого источник LCLS (Linac Coherent Light Source), самый мощный и быстрый рентгеновский лазер на свободных электронах, который способен обеспечить съемку внутри материалов практически с атомарной разрешающей способностью и запечатлеть движения атомов на временной шкале в миллионную долю от миллиардной доли секунды.

Во время эксперимента кристалл перовскита освещался светом обычного лазера, за импульсом которого сразу же следовал синхронизированный импульс рентгеновского лазера, который и позволил увидеть реакцию образца материала на свет. Было установлено, что материал начинает реагировать на свет с задержкой, измеряющейся десятками триллионных долей секунды. А реакция материала заключается в начале формирования поляронных деформаций, которые сначала имеют размер, сопоставимый с расстоянием между двумя соседними атомами в кристаллической решетке, а затем быстро расширяются до диаметра около 5 миллиардных долей метра, что приблизительно соответствует ширине 10 атомных слоев. При этом, процесс формирования полярона очень быстр, он происходит всего за несколько пикосекунд.

Повышенный интерес со стороны ученых к данному явлению объясняет то, что поляроны могут быть именно той причиной, почему солнечные батареи, изготовленные из гибридных перовскитов, демонстрируют присущую им высокую эффективность. И знание того, как эти деформации кристаллической решетки формируются, развиваются, плюс знание их параметров, таких, как форма, размер и время существования, позволят ученым найти ответы на множество вопросов, что, в свою очередь, в будущем сделает область солнечной энергетики более эффективной и рентабельной с экономической точки зрения.

<< Назад: Очиститель воздуха Huawei Smart Life Air Purifier 1Pro 19.01.2021

>> Вперед: Типы любопытства 19.01.2021

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Новая система улавливания углерода 28.02.2023 Ученые из PNNL планируют выгодный курс для улавливания углерода посредством переработки углерода, открывая важный шаг в процессе декарбонизации и приближаясь к достижению нулевых чистых выбросов. Потребность в технологии, которая может улавливать, удалять и перерабатывать углекислый газ, становится все острее с каждой дополнительной молекулой CO2, попадающей в атмосферу Земли. Чтобы удовлетворить эту потребность, ученые Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, являющейся частью Министерства энергетики, добились значительного прорыва в своих усилиях сделать улавливание углерода более доступным и экономически эффективным. Они разработали новую систему, эффективно улавливающую CO2, наиболее доступную на сегодняшний день, и превращает его в метанол, один из наиболее часто используемых химикатов в мире. Предотвращение попадания CO2 в атмосферу является важным аспектом смягчения глобального потепления. Однако прежде чем это произойдет, важно создать стимулы для основных выбросов и использовать технологию улавливания углерода. Чрезмерно высокая стоимость коммерческой технологии захвата являлась постоянным препятствием для ее широкого внедрения. Ученые PNNL полагают, что метанол может обеспечить такой стимул. Его много используют в качестве топлива, растворителя и важного ингредиента в пластмассе, краске, строительных материалах и автомобильных деталях. Превращение CO2 в такие полезные вещества, как метанол, позволяет промышленным предприятиям улавливать и использовать углерод. Занимая столько же места, сколько гардеробная, новая система улавливания и превращения углерода проста и эффективна для удаления углекислого газа из газа, насыщенного углекислым газом. Слева от этого вытяжного шкафа "дым" движется через цилиндрический контейнер, где он контактирует с улавливающим углерод растворителем. Этот растворитель химически связывается с углекислым газом и, справа, превращается в метанол. Химик PNNL Дэвид Хелдебрант, возглавляющий исследовательскую группу новой технологии, сравнивает систему с переработкой. Подобно тому, как можно выбирать между одноразовыми и пригодными для переработки материалами, также можно перерабатывать углерод. "Это, по сути, то, что мы здесь пытаемся сделать", - сказал Хельдебрант. "Вместо того, чтобы добывать нефть из земли для производства этих химикатов, мы пытаемся делать это из CO 2, который улавливается из атмосферы или угольных заводов, чтобы его можно было превратить в полезные вещества. Вы, так сказать, поддерживаете углерод, поэтому это не просто "вытащите его из земли, используйте один раз и выбросьте". Мы стараемся перерабатывать CO2 так же, как мы стараемся перерабатывать другие вещи, такие как стекло, алюминий и пластик".

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026