Снижение потерь энергии в металлических наноструктурах за счет изменения геометрических размеров

Исследователи из Городского университета Гонконга (CityUHK) сделали открытие, которое значительно снижает потери энергии в металлических наноструктурах. Изменяя геометрические размеры этих структур, исследователи полностью раскрыли их потенциал, открыв путь для разработки более мощных и эффективных нанооптических устройств. Обнаружено новое универсальное правило — закон обратного квадратного корня, показывающее, как регулирование размеров плазмонных наноструктур может существенно снизить потери энергии. Это открытие устраняет разрыв между локализованными поверхностными плазмонными резонансами (LSPR) и поверхностными плазмонными поляритонами (SPP), что приводит к улучшению качества резонанса в металлических массивах на два порядка. Этот прорыв открывает захватывающие возможности для более сильных взаимодействий света и материи на наноуровне.

Электроиндуцированный эффект Эйнштейна-де Гааза или что общего у квадрокоптера и антиферромагнетика?

В статическом положении квадрокоптера моменты импульсов двух диагональных винтов полностью компенсируются другой диагональю. Если же необходимо повернуть аппарат по часовой стрелке, то для этого нужно увеличить скорость вращения винтов, крутящихся против часовой стрелки: вследствие закона сохранения момента импульса корпус квадрокоптера повернется в противоположную сторону. Подобно этому в антиферромагнетике спины двух магнитных подрешеток полностью уравновешивают друг друга. Если же вызвать декомпенсацию магнитных моментов подрешеток, то, вследствие эффекта Эйнштейна-де Гааза, возникновение намагниченности приведет к появлению и механического момента. Один из способов создать некомпенсированную намагниченность в антиферромагнетике – приложить электрическое поле, которое нарушит симметрию, чтобы одна из магнитных подрешеток получила преимущество. Учёные из физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова предложили воспользоваться аналогом весов Кулона 21 века – оптической системой детектирования колебаний кантилевера в атомном силовом микроскопе, а сам кантилевер сделать из зажатого между графеновыми электродами ван-дер-ваальсова антиферромагнетика – графеноподобного материала, в котором магнитный момент одного слоя компенсируется соседним слоем. Прикладывая переменное электрическое напряжение к графеновым электродам, можно вызывать за счет магнитоэлектрического эффекта периодическое изменение магнитного момента, а вследствие магнитомеханической связи – также и вибрацию кантилевера.

В сочетании с тонкой пленкой тяжелого металла и ферромагнитными монослоями графен усиливает эффект стабилизации скирмионов в спинтроники

На границе раздела графена и тяжелого металла возникает сильная спин-орбитальная связь, которая приводит к различным квантовым эффектам, включая спин-орбитальное расщепление уровней энергии (эффект Рашбы) и скос в выравнивании спинов (взаимодействие Дзялошинского-Мория). Эффект скоса спинов особенно необходим для стабилизации скирмионов, которые особенно подходят для спинтроники. В статье, опубликованной в журнале ACS Nano, испано-немецкая группа учёных показала, что эти эффекты значительно усиливаются, когда несколько монослоев ферромагнитного элемента кобальта вставляются между графеном и тяжелым металлом (в данном случае: иридием). Образцы выращивались на изолирующих подложках, что является необходимым условием для внедрения многофункциональных спинтронных устройств, использующих эти эффекты. 

Наноструктуры позволяют реализовать встроенный в чип световой волновой электронный частотный смеситель

Разработан электронный смеситель частот для обнаружения сигналов, который работает за пределами 0,350 ПГц с использованием крошечных наноантенн. Эти наноантенны могут смешивать различные частоты света, позволяя анализировать сигналы, колеблющиеся на порядки быстрее, чем самые быстрые, доступные для обычной электроники. Учёные подчеркивают использование сетей наноантенн для создания широкополосного электронного оптического частотного смесителя на чипе. Этот инновационный подход позволяет точно считывать формы оптических волн, охватывающие более одной октавы полосы пропускания. Важно, что этот процесс работал с использованием коммерческого лазера под ключ, который можно купить в готовом виде, а не с помощью высоконастраиваемого лазера. Хотя оптическое смешение частот возможно с использованием нелинейных материалов, этот процесс является чисто оптическим. Кроме того, толщина материалов должна быть во много раз больше длины волны, что ограничивает размер устройства микрометрическим масштабом. Продемонстрированный авторами метод световолновой электроники использует механизм туннелирования, управляемый светом, который обеспечивает высокую нелинейность для смешивания частот и прямого электронного вывода с использованием устройств нанометрового масштаба.

Запрещенное распространение гиперболических фононных поляритонов и его применение в ближнепольном переносе энергии

Авторы нового исследования предлагают стратегию управления распространением фононных поляритонов в материале Ван-дер-Ваальса (триоксид молибдена) с помощью подложки, так что направление распространения гиперболических фононных поляритонов может быть переориентировано на 90° для достижения запрещенного распространения. В то же время описывается роль зависящей от подложки связи фононных поляритонов в ближнепольном тепловом излучении и исследуется влияние корреляции между шириной воздушного зазора и толщиной пластины триоксида молибдена на лучистую теплопередачу. На основе вывода дисперсионного уравнения учёные теоретически устанавливают связь между направлением распространения гиперболических фононных поляритонов и диэлектрической проницаемостью подложки, которая показывает, что гиперболические фононные поляритоны вдоль осей x и y не могут распространяться, когда подложка отсутствует или действительная часть диэлектрической проницаемости подложки положительна.

Запрещенное распространение гиперболических фононных поляритонов и его применение в ближнепольном переносе энергии

Авторы нового исследования предлагают стратегию управления распространением фононных поляритонов в материале Ван-дер-Ваальса (триоксид молибдена) с помощью подложки, так что направление распространения гиперболических фононных поляритонов может быть переориентировано на 90° для достижения запрещенного распространения. В то же время описывается роль зависящей от подложки связи фононных поляритонов в ближнепольном тепловом излучении и исследуется влияние корреляции между шириной воздушного зазора и толщиной пластины триоксида молибдена на лучистую теплопередачу. На основе вывода дисперсионного уравнения учёные теоретически устанавливают связь между направлением распространения гиперболических фононных поляритонов и диэлектрической проницаемостью подложки, которая показывает, что гиперболические фононные поляритоны вдоль осей x и y не могут распространяться, когда подложка отсутствует или действительная часть диэлектрической проницаемости подложки положительна.

Генерирующее электроэнергию устройство на основе гелевого электрета для носимых датчиков

Группа исследователей из NIMS (Национального института материаловедения), Университета Хоккайдо и Фармацевтического университета Мэйдзи разработала гелевый электрет, способный стабильно удерживать большой электростатический заряд. Чтобы создать датчик, способный воспринимать низкочастотные вибрации (например, вибрации, создаваемые движением человека) и преобразовывать их в сигналы выходного напряжения, учёные объединили этот гель с очень гибкими электродами. Полученное устройство может быть использовано в качестве портативного медицинского датчика. Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition. NIMS возглавляет усилия по разработке низколетучей жидкости алкил-π при комнатной температуре, состоящей из π-сопряженного красителя и гибких, но разветвленных алкильных цепей (тип углеводородного соединения). Жидкости алкил-π демонстрируют превосходные свойства сохранения заряда, могут наноситься на другие материалы (например, посредством окраски и пропитки) и легко поддаются формованию. Разработчикам удалось создать гель алкил-π, добавив небольшое количество низкомолекулярного гелеобразователя в жидкость алкил-π. Было обнаружено, что модуль упругости этого геля в 40 миллионов раз превышает модуль упругости его жидкого аналога, и его можно упростить путем фиксации и герметизации. Гель-электрет, полученный путем зарядки этого геля, достиг 24% увеличения удержания заряда по сравнению с основным материалом.

Цепочка из атомов меди и углерода может оказаться тончайшей металлической проволокой

Исследователи из Лаборатории теории и моделирования материалов EPFL в Лозанне, входящей в состав NCCR MARVEL, использовали вычислительные методы, чтобы определить, какой может быть самая тонкая металлическая проволока, а также несколько других одномерных материалов со свойствами, которые могут оказаться интересными для множества приложений. По итогу было выявлено 800 одномерных материалов, из которых выбрали 14 лучших кандидатов — соединений, которые еще не были синтезированы в качестве реальных проводов. Наиболее интересными оказались четыре материала — два металла и два полуметалла. Среди них металлическая проволока CuC₂, прямая цепочка, состоящая из двух атомов углерода и одного атома меди, самая тонкая металлическая нанопроволока, стабильная при 0 К, обнаруженная на сегодняшний день.

Выявление трехмерного расположения полярной топологии в наночастицах

Исследовательская группа впервые экспериментально прояснила трехмерное вихревое распределение поляризации внутри сегнетоэлектрических наночастиц посредством международных совместных исследований с POSTECH, SNU, KBSI, LBNL. и Университет Арканзаса. Работа была опубликована в журнале Nature Communications под названием «Выявление трехмерного расположения полярной топологии в наночастицах». Около 20 лет назад учёные теоретически предсказали, что внутри сегнетоэлектрических наноточек может возникать уникальная форма распределения поляризации, имеющая тороидальную вихревую форму, и при должном управлении распределением вихрей можно более чем в 10 000 раз повысить плотность устройств памяти. Метод атомно-электронной томографии успешно решил задачу 20-ти летней давности. Он работает путем получения изображений наноматериалов с просвечивающим электронным микроскопом с атомным разрешением под разными углами наклона, а затем реконструирует их обратно в трехмерные структуры с использованием передовых алгоритмов реконструкции.