Wetenschap
Een nieuwe benadering om krachten en interacties tussen atomen en moleculen te beheersen, zoals die welke door gekko's worden gebruikt om verticale oppervlakken te beklimmen, zou vooruitgang kunnen brengen in nieuwe materialen voor het ontwikkelen van kwantumlichtbronnen. Deze afbeelding toont "kwantumstralers, " in het rood. Krediet:Purdue University-afbeelding / Zubin Jacob
Een nieuwe benadering om krachten en interacties tussen atomen en moleculen te beheersen, zoals die welke door gekko's worden gebruikt om verticale oppervlakken te beklimmen, zou vooruitgang kunnen brengen in nieuwe materialen voor het ontwikkelen van kwantumlichtbronnen.
"Atomen en moleculen op korte afstand van elkaar in onze omgeving staan voortdurend in wisselwerking, elkaar aantrekken en afstoten, " zei Zubin Jacob, een assistent-professor in elektrische en computertechniek aan de Purdue University. "Zulke interacties maken uiteindelijk een groot aantal verschijnselen mogelijk, zoals de plakkerige kussentjes op gekkopoten, evenals fotosynthese."
Typisch, deze interacties vinden plaats wanneer atomen en moleculen tussen 1 en 10 nanometer van elkaar verwijderd zijn, of ongeveer 1/10, 000ste van de breedte van een mensenhaar.
"Daaronder vallen Van der Waals-krachten die alleen plaatsvinden tussen atomen en moleculen als ze heel dicht bij elkaar staan. Het feit dat ze altijd extreem korte scheidingsafstanden nodig hebben, maakt ze moeilijk te beheersen. Dit vormt een groot obstakel om ze voor praktische toepassingen te benutten, " hij zei.
Van atomen wordt gezegd dat ze gedurende korte tijd "fluctuerende dipolen" bezitten omdat hun positieve en negatieve ladingen tijdelijk gescheiden zijn. De dipolen van talrijke atomen en moleculen hebben soms interactie met elkaar, en deze dipool-dipool interacties vormen de basis voor Van der Waals en andere krachten tussen de dicht bij elkaar liggende atomen en moleculen.
De onderzoekers hebben aangetoond dat deze dipool-dipool-interacties fundamenteel worden veranderd in zogenaamde tweedimensionale materialen, zoals hexagonaal boornitride en zwarte fosfor, materialen met een dikte die uit slechts enkele atomaire lagen bestaat. Ze hebben ook aangetoond dat het mogelijk is om de dipool-dipool-interacties te bereiken, zelfs als de atomen en moleculen relatief ver verwijderd zijn, met een scheiding die een micron benadert, of 100 keer verder uit elkaar dan normaal nodig zou zijn. Deze grotere afstand vertegenwoordigt het potentieel voor de praktische toepassing van het fenomeen voor optische bronnen.
De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een artikel dat eerder dit jaar in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie . Het artikel is geschreven door promovendus Cristian L. Cortes en Jacob.
"Ons hoofddoel was proberen te begrijpen of het mogelijk is om dit soort interacties te controleren en te manipuleren, "Zei Cortes. "Wat we ontdekten was dat door materiaaleigenschappen zorgvuldig te ontwerpen, het is mogelijk om de sterkte en het ruimtelijke bereik van deze interacties aanzienlijk te veranderen. We ontdekten dat zogenaamde hyperbolische materialen in feite interacties op zeer lange afstand mogelijk maken, in tegenstelling tot enig ander conventioneel materiaal."
Dipool-dipool-interacties zorgen er ook voor dat veel fluorescerende atomen en moleculen op een gesynchroniseerde manier licht uitzenden. Gewoonlijk, fluorescerende moleculen zenden licht uit in willekeurige en spontane flitsen. Echter, materialen kunnen worden ontworpen om interacties te bemiddelen, zodat de emissie wordt gesynchroniseerd, gelijktijdig knipperen, en het dramatisch verhogen van de lichtopbrengst in een fenomeen dat superstraling wordt genoemd.
De hyperbolische tweedimensionale materialen zijn ontworpen om deze superstraling te induceren tussen fluorescerende kwantumstralers die ver uit elkaar zijn geplaatst.
"Als ze via deze materialen op elkaar inwerken, kunnen ze met elkaar opgesloten raken als twee perfect gesynchroniseerde slingers, ' zei Jaap.
Er wordt gezegd dat de materialen "sterk op elkaar inwerken" vanwege het dipool-dipooleffect op lange afstand.
De "langeafstands"-interacties kunnen nieuwe soorten lichtbronnen mogelijk maken die superstraling benutten. Een ander uitdagend doel is om kwantumsimulators te bouwen met behulp van een netwerk van op elkaar inwerkende emitters om "Coulomb-interacties" of "spin-interacties" tussen elektronen in een materiaal na te bootsen.
Hoewel de Natuurcommunicatie paper richt zich op theorie, de onderzoekers stelden ook verschillende experimentele methoden voor om de theorie te valideren. Ze voeren een experiment uit met hyperbolische 2D-materialen in het Birck Nanotechnology Center in Purdue's Discovery Park.
Centriolen vormen het microtubulekelet van de cel tijdens de interfase en dupliceren tijdens de S-fase van de interfase, samen met het DNA. Interphase bestaat uit de G1-, S- en G2-fasen. Centriolen komen
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com