Электрический двойной слой активирует молекулярный переключатель, лежащий в основе реакций в батареях и водороде

От зарядки смартфонов до производства водорода — раскрыты фундаментальные принципы энергетических технологий. Корейские исследователи впервые определили, как изменяются молекулярные структуры в сверхмалом пространстве — "электрический двойной слой". Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, открывает новый путь для одновременного повышения эффективности и производительности в аккумуляторных, водородных и углеродно-нейтральных технологиях за счет снижения потерь энергии и избирательного инициирования желаемых реакций.

Одноквантовое устройство, измеряющее амперы, вольты и омы

Физики показали, как одно квантовое устройство может точно измерять три основные единицы электричества: ампер (единицу силы электрического тока), вольт (единицу электрического потенциала) и ом (единицу электрического сопротивления). Это значительный прорыв, поскольку до сих пор ни один прибор не мог измерить все три основные электрические единицы в одной практичной системе. Джейсон Андервуд из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Мэриленде и его коллеги продемонстрировали, как это устройство может быть создано благодаря интеграции двух ключевых квантовых систем в один криостат. А именно, специального типа резистора, называемого квантовым аномальным резистором Холла (QAHR), и программируемого джозефсоновского стандарта напряжения (PJVS). Криостат обеспечивает необходимую низкотемпературную среду для их эффективной работы. Данное исследование упрощает процесс проведения высокоточных электрических измерений и может привести к созданию новых способов определения электрических стандартов. Работа опубликована в журнале Nature Electronics.

Полностью электрическая слоистая спинтроника в альтернативных магнитных бислоях

Исследовательская группа под руководством Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) представила новый метод управления спином электрона с использованием только электрического поля. Работа опубликована в Materials Horizons. Результаты демонстрируют, как новый тип магнитного материала, альтермагнитный бислой, может использовать новый механизм, называемый блокировкой спинов слоев, что позволяет осуществлять полностью электрическую манипуляцию спиновыми токами при комнатной температуре.

Квантовый предел магниторецепции животных

Пара физиков из Университета Крита обнаружили, что некоторые типы биологических магниторецепторов, используемых различными животными для навигации, работают на квантовом пределе или около него. В своей статье, опубликованной в журнале PRX Life, IK Kominis и E. Gkoudinakis описывают проблему магнитного восприятия у крошечных существ и их навигационные способности.

Ученые НИУ ВШЭ разработали новую модель двойного электрического слоя

Модель учитывает широкий спектр взаимодействий ионов с электродами и позволяет предсказывать способность устройства накапливать электрический заряд. Теоретические предсказания модели совпали с результатами экспериментов. Данные о поведении двойного электрического слоя могут помочь в разработке более эффективных суперконденсаторов для портативной электроники и электромобилей. Исследование опубликовано в журнале ChemPhysChem. Для расчетов использовалось модифицированное уравнение Пуассона — Больцмана. В модели учли специфические взаимодействия между ионами, их окружение молекулами воды, влияние электрического поля на диэлектрические свойства воды и ограниченное пространство для ионов у поверхности электрода. Это позволило подробно описать профили дифференциальной электрической емкости — меры того, насколько эффективно ДЭС (двойной электрический слой) может накапливать заряд, когда меняется напряжение. Чем выше дифференциальная емкость, тем больше зарядов может удерживать слой при небольших изменениях напряжения. В исследовании изучались водные растворы электролитов перхлората натрия (NaClO₄) и гексафторфосфата калия (KPF₆) на границе с серебряным электродом.

Локальное нарушение электронейтральности электролитов внутри нанопор различного сечения

Получена система уравнений, которая описывает как локальный электрический заряд в электролитах изменяется в каналах переменного сечения. Результат может помочь предсказать пути прохождения заряженных частиц в биологических и технологических системах. По теории, когда раствор электролита находится между двумя пластинами, то общий электрический заряд жидкости должен соответствовать заряду пластин. Однако наблюдения показывают, что, когда расстояние между пластинами составляет менее 10 нанометров, баланс зарядов нарушается. Более того, появляется новая динамика для электролитов, движущихся через асимметричные поры или каналы различного диаметра. В эксперименте использовались гофрированные платины. Установлено, что локальный заряд разрушался всякий раз, когда изменялось поперечное сечение канала.

Впервые получены спектроскопические данные атмосферного зеленого призрака

Команда астрономов из Института астрофизики Андалусии, CSIC, Glorieta de la Astronomía и Политехнического университета Каталонии впервые получила данные спектроскопии мезосферного зеленого призрака. Они обнаружили доказательства наличия никеля, железа и азота в дополнение к кислороду, что позволяет предположить, что зеленый призрак возник в результате метеорной абляции частиц межпланетной пыли, движущихся через атмосферу на высокой скорости. Предыдущие исследования показали, что во время некоторых гроз атмосферные явления, известные как спрайты, появляются над обычными типами молний.

Осаждение поверхностного заряда движущимися каплями уменьшает углы контакта

Капля, скользящая по поверхности, может оставлять за собой след электрических зарядов, который затем влияет на последующие капли. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные рассмотрели влияние следа заряда на свойства капель. Если капля скатывается по наклонной пластине, как в проведенном эксперименте, капли образуют разные углы с поверхностью пластины на своей передней и задней стороне. Разница между этими двумя углами — так называемый «гистерезис контактного угла» — существенно изменяется из-за присутствия поверхностного заряда. Исследователи работали с разными конфигурациями: один раз, чтобы пластина и капля могли заряжаться, и один раз, чтобы заряжалась только пластина. С одной стороны, они смогли показать, что заряды влияют на углы контакта и, следовательно, на поведение смачивания, но также и то, что эффект возникает независимо от того, заряжены ли капли и/или пластина.

Новый способ преобразования тепла в электричество

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) изготовили новое устройство, которое может значительно ускорить преобразование тепла в электричество. Если эта технология будет усовершенствована, она может помочь компенсировать часть тепловой энергии, которая тратится впустую.