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Ein neuer Materiezustand: ein Kristall aus Bosonen

19.06.2023

Eine Gruppe von Physikern der University of California in Santa Barbara hat eine sensationelle Entdeckung gemacht und die Geheimnisse eines einzigartigen Materials enthüllt, das aus Bosonen entstanden ist. Bisher konzentrierte sich die wissenschaftliche Gemeinschaft auf die Untersuchung von Fermionen – subatomare Teilchen, die für die Stabilität und Wechselwirkung der Materie verantwortlich sind. Der jüngste Durchbruch eröffnet jedoch ein neues Kapitel in der Erforschung der besonderen Eigenschaften von Bosonen und erweitert unser Wissen auf dem Gebiet der Elementarteilchenphysik.

Durch die Überlagerung der Gitter aus Diselenid und Wolframdisulfid in einer speziellen verdrehten Konfiguration, die als Moiré-Muster bekannt ist, schufen die Wissenschaftler einen hochgeordneten Kristall bosonischer Teilchen, sogenannte Exzitonen. Dies führte zur Entstehung eines neuen Zustands der Materie, der als „bosonischer korrelierter Isolator“ bezeichnet wurde.

Bosonen unterscheiden sich von Fermionen durch ihr einzigartiges Verhalten. Während Fermionen nicht das gleiche Energieniveau einnehmen können, teilen sich Bosonen dieses problemlos, was zu ihren besonderen Eigenschaften führt.

Professor Chenghao Jin, ein Experte für die Physik der kondensierten Materie von der University of California in Santa Barbara, erklärt: „Bosonen haben die Fähigkeit, das gleiche Energieniveau einzunehmen, während Fermionen dies vermeiden. Dieser Unterschied bildet die Grundlage des Universums, das wir beobachten.“ " .

Um Exzitonen im Material zu beobachten und zu identifizieren, nutzten die Forscher die Methode der „Pump-Probe-Spektroskopie“. Durch die Überlagerung zweier Gitter und intensive Beleuchtung stimulierten die Wissenschaftler die Bildung und Wechselwirkung von Exzitonen. Diese Methode ermöglichte es, das Verhalten von Exzitonen zu untersuchen und ihre Eigenschaften aufzudecken.

Es ist interessant festzustellen, dass mit zunehmender Dichte der Exzitonen diese aufgrund starker Wechselwirkung unbeweglich wurden, was zur Bildung eines hochgeordneten kristallinen Zustands und einer isolierenden Wirkung führte. Durch die Korrelation zwischen diesen bosonischen Teilchen organisierten sie sich ab einer bestimmten Dichte zu einem symmetrischen und ladungsneutralen Isolator. Diese Entdeckung ist das erste Mal, dass ein solches Material in einem realen Materiesystem und nicht nur unter synthetischen Bedingungen erzeugt wurde.

Die Wissenschaftler stellen fest: „Wir haben eine Korrelation etabliert, die Bosonen in einen hochgeordneten Zustand brachte. Wir haben eine Plattform für die Untersuchung von Bosonen in realen Materialien geschaffen, die es vorher nicht gab.“

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Mini-Klimaanlage Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

Mit dem Aufkommen neuer Technologien und der Entwicklung von Raumfahrtprogrammen wird die Erzeugung von Solarenergie im Weltraum immer machbarer. Der Leiter des Startups Virtus Solis teilte seine Vision mit, mit dem Raumschiff von SpaceX Orbitalkraftwerke zu bauen, die die Erde mit Strom versorgen können. Das Startup Virtus Solis hat ein ehrgeiziges Projekt zur Schaffung von Orbitalkraftwerken mit dem Starship von SpaceX vorgestellt. Diese Idee könnte den Bereich der Solarenergieerzeugung erheblich verändern und sie zugänglicher und kostengünstiger machen. Der Kern des Plans des Startups besteht darin, die Kosten für den Start von Satelliten ins All mithilfe von Starship zu senken. Es wird erwartet, dass dieser technologische Durchbruch die Solarenergieproduktion im Weltraum gegenüber herkömmlichen Energiequellen wettbewerbsfähiger machen wird. Virtual Solis plant den Bau großer Photovoltaikmodule im Orbit und nutzt Starship für die Lieferung der notwendigen Ausrüstung. Allerdings eine der größten Herausforderungen ... >>

Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

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Billionen Bilder pro Sekunde Kamera 06.02.2020

Wissenschaftler des California Institute of Technology haben eine Ultrahochgeschwindigkeitskamera erfunden, die Videos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 Billion Bildern pro Sekunde aufnehmen kann, an denen transparente Objekte beteiligt sind. Das Prinzip dieser Kamera heißt phasenempfindliche komprimierte ultraschnelle Fotografie (pCUP) und ist eine Weiterentwicklung des Prinzips der Fotografie, das vor etwa einem Jahrzehnt entwickelt wurde und zur Erfassung der Lichtbewegung in Zeitlupe verwendet wurde.

Die Kombination der pCUP-Technologie mit der Technologie der sogenannten Kontrastphasenmikroskopie ermöglicht es der Kamera, nicht nur transparente Objekte mit höchster Geschwindigkeit zu erfassen, sie ist auch in der Lage, „flüchtige“ Phänomene zu erfassen, wie die Ausbreitung von Stoßwellen in einem Gas mittlere und innere Kristalle, die Übertragung von Signalen durch die Neuronen des Nervengewebes und vieles mehr. Die Phasenkontrastmikroskopie wurde speziell entwickelt, um die Bildqualität von transparenten und durchscheinenden Objekten wie lebenden Zellen zu verbessern.

Um die von der neuen Ultrahochgeschwindigkeitskamera empfangenen Daten zu speichern, wurde die LLE-CUP-Ultrahochgeschwindigkeits-Codierungs- und Komprimierungstechnologie entwickelt, die Datenverlust und -qualität eliminiert. Bei dieser Technologie wird ein einziges Referenzbild aufgenommen und dann alle während der Aufnahme erfassten Bewegungen beschrieben.

Sobald ein Referenzbild aufgenommen wurde, ist LLE-CUP so schnell, dass es die Lichtausbreitung erfasst, was mit anderen langsameren Aufnahme- und Kodierungsmethoden nicht möglich ist. Um die Möglichkeiten all dessen zu demonstrieren, filmten die Wissenschaftler den Vorgang der Ausbreitung einer Stoßwelle in Wasser und die Ausbreitung eines Laserlichtimpulses durch einen Teil eines transparenten Materials.

Beachten Sie, dass sich diese Technologie noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium befindet, aber in einigen Bereichen der Wissenschaft, einschließlich Physik, Chemie und Biologie, bereits große Vorteile bringen kann. Die pCUP-Kamera wird es Wissenschaftlern ermöglichen, die Ausbreitung von Signalen und die Kommunikation zwischen Neuronen, die Ausbreitung einer Flammenfront in der Brennkammer eines Motors und vieles mehr in Echtzeit zu sehen.

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