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Kühlung winziger Elektronik zur Aufzeichnung niedriger Temperaturen

12.03.2019

Erstmals wurden winzige elektronische Chips auf eine Allzeittiefsttemperatur unter einem Tausendstel Kelvin gebracht. Dies berichteten Wissenschaftler am 6. März bei einem Treffen der American Physical Society.

Um eine so niedrige Temperatur zu erreichen, fügten die Wissenschaftler dem Chip winzige Metallstücke hinzu, die als magnetische Kühlschränke fungieren. Als die Wissenschaftler die Magnetfelder auf und ab drehten, halfen diese winzigen Indiummetallkühler, die Elektronen des Chips auf etwa 420 Mikrokelvin abzukühlen – weniger als ein halbes Tausendstel Kelvin.

Andere Materialien wurden viel niedrigeren Temperaturen ausgesetzt als die gekühlten Chips. So wurden die Elektronenwolken der Atome auf Billionstel Kelvin abgekühlt. Aber Elektronenwolken lassen sich leichter kühlen als elektronische Chips, die eine Interaktion von außen erfordern und außerdem von Strömen durchflossen werden, die Wärme erzeugen.

Das Erreichen ultraniedriger Temperaturen könnte bei bestimmten Anwendungen helfen, beispielsweise beim Quantencomputing, bei dem Wissenschaftler die Physik der winzigen atomaren Welt nutzen. Warme Temperaturen führen dazu, dass sich die Teilchen bewegen und ihre Quanteneigenschaften durcheinander bringen. Viele Quantencomputer werden durch spezielle Kühlschränke auf mehrere tausendstel Kelvin gekühlt. Niedrigere Temperaturen können es Partikeln ermöglichen, ihre Quanteneigenschaften für einen längeren Zeitraum beizubehalten.

Laut dem Physiker Nikolai Yurtagul von der Technischen Universität Delft in den Niederlanden könnte das Erreichen niedrigerer Temperaturen auch zu unerwarteten Effekten führen. So konnten Wissenschaftler in der Vergangenheit beispielsweise das Phänomen der Supraleitung – der widerstandslosen Stromleitung – entdecken.

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Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop 02.05.2024

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Luftfalle für Insekten 01.05.2024

Die Landwirtschaft ist einer der Schlüsselsektoren der Wirtschaft und die Schädlingsbekämpfung ist ein integraler Bestandteil dieses Prozesses. Ein Team von Wissenschaftlern des Indian Council of Agricultural Research-Central Potato Research Institute (ICAR-CPRI), Shimla, hat eine innovative Lösung für dieses Problem gefunden – eine windbetriebene Insektenluftfalle. Dieses Gerät behebt die Mängel herkömmlicher Schädlingsbekämpfungsmethoden, indem es Echtzeitdaten zur Insektenpopulation liefert. Die Falle wird vollständig mit Windenergie betrieben und ist somit eine umweltfreundliche Lösung, die keinen Strom benötigt. Sein einzigartiges Design ermöglicht die Überwachung sowohl schädlicher als auch nützlicher Insekten und bietet so einen vollständigen Überblick über die Population in jedem landwirtschaftlichen Gebiet. „Durch die rechtzeitige Beurteilung der Zielschädlinge können wir die notwendigen Maßnahmen zur Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten ergreifen“, sagt Kapil ... >>

Die Bedrohung des Erdmagnetfeldes durch Weltraummüll 01.05.2024

Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

Verfestigung von Schüttgütern 30.04.2024

In der Welt der Wissenschaft gibt es viele Geheimnisse, und eines davon ist das seltsame Verhalten von Schüttgütern. Sie verhalten sich möglicherweise wie ein Feststoff, verwandeln sich aber plötzlich in eine fließende Flüssigkeit. Dieses Phänomen hat die Aufmerksamkeit vieler Forscher auf sich gezogen, und wir könnten der Lösung dieses Rätsels endlich näher kommen. Stellen Sie sich Sand in einer Sanduhr vor. Normalerweise fließt es frei, aber in manchen Fällen bleiben seine Partikel stecken und verwandeln sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff. Dieser Übergang hat wichtige Auswirkungen auf viele Bereiche, von der Arzneimittelproduktion bis zum Bauwesen. Forscher aus den USA haben versucht, dieses Phänomen zu beschreiben und seinem Verständnis näher zu kommen. In der Studie führten die Wissenschaftler Simulationen im Labor mit Daten aus Beuteln mit Polystyrolkügelchen durch. Sie fanden heraus, dass die Schwingungen innerhalb dieser Sätze bestimmte Frequenzen hatten, was bedeutete, dass sich nur bestimmte Arten von Schwingungen durch das Material ausbreiten konnten. Erhalten ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

funkgesteuerte Gene 31.05.2017

Es ist bekannt, dass viele Tiere wie Vögel, Bienen, Hummer, Molche und andere das relativ schwache Magnetfeld der Erde wahrnehmen und mit seiner Hilfe im Weltraum navigieren können. Solche Fähigkeiten sind im genetischen Code dieser Tiere „fest verdrahtet“, und kürzlich gelang es Forschern aus Baltimore, die entsprechende Sequenz im Genom eines Fisches, des Glaswelses (Glaswels, Kryptopterus bicirrhis), zu finden, zu isolieren und diese Sequenz einzuführen das Genom von Nervenzellen im Gehirn eines experimentellen Nagetiers. Nach einer solchen genetischen Veränderung wurde das Gehirn des Nagetiers empfindlich für elektromagnetische Wellen, und eine ähnliche Technologie kann in Zukunft beispielsweise zur zerstörungsfreien Überwachung der Aktivität von Nervenzellen und Herzgewebezellen eingesetzt werden.

Wissenschaftler konnten zuvor die Gene identifizieren, die für die „magnetische Wahrnehmung“ bei Tauben und einigen Bakterienarten verantwortlich sind. Die meisten dieser Gene sind Teil sehr komplexer biologischer Mechanismen, und das aus dem Glaswels entfernte Gen ist insofern einzigartig, als es völlig eigenständig funktioniert und nicht mit anderen komplexen biochemischen Komplexen verbunden ist.

Die Wissenschaftler suchten nach dem magnetischen Gen, indem sie Segmente des Wels-Erbguts in das Genom von Frosch-Eizellen einfügten. Beobachtungen der Reaktion modifizierter Eier auf ein Magnetfeld ermöglichten es Wissenschaftlern, ein Gen zu identifizieren, das als elektromagnetisches Wahrnehmungsgen (EPG) bezeichnet wird. Wie genau Proteine, die vom EPG-Gen produziert werden, Magnetfelder wahrnehmen, ist Wissenschaftlern noch ein Rätsel, das sie in naher Zukunft lüften müssen. Aber die Wirkung dieser Proteine ist seit langem bekannt, dieses Protein füllt die Zelle mit Kalziumionen, was zum Beispiel zur „Aktivierung“ eines Neurons oder zur Kontraktion einer Muskelgewebszelle führt.

Die Forscher glauben, dass ihre Entdeckung die Tür zu drahtlosen biologischen Schrittmachern und Gehirn-Computer-Schnittstellen öffnet, die Funksignale verwenden, um mit Nervenzellen zu kommunizieren. Darüber hinaus kann die Einführung des EPG-Gens dazu führen, dass Tiere und sogar Menschen eine andere Art von Sinn erhalten – einen Sinn für magnetische und elektromagnetische Wahrnehmung, ähnlich dem, den zahlreiche Superhelden aus verschiedenen Science-Fiction-Filmen und -Werken besitzen.

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