Fononinen katalyysi?

03.06.2021

MIT-fononi-katalyysi-300-t.jpgKuvassa ionien värähtelyä eli fononeja esitettynä punaisilla nuolilla litiumfosfaattirakenteessa.

Lämmittämällä valikoivasti tiettyjä fononeja lämmittämättä koko materiaalia tutkijat ovat tehostaneet ionidiffuusiota tavalla, jolla voisi olla laajaa käyttöä.

Akkujen ja polttokennojen toiminta riippuu usein ionien diffuusiosta, jossa ionisoidut atomit liikkuvat kiinteiden materiaalien läpi. Ionidiffuusio on kuitenkin vahvasti lämpötilariippuvainen ja vaatii korkeita lämpötiloja tapahtuakseen nopeasti.

Uudessa tutkimuksessa MIT:n ja Saksan Munsterin yliopiston tutkijaryhmä osoitti uuden vaikutuksen, jossa ionien diffuusio paranee samalla kun materiaali pysyy kylmänä, vain virittämällä valitun määrän värinöitä eli fononeita.

Tämä uusi lähestymistapa - jota tiimi kutsuu "fononikatalyyttiksi" - voi johtaa täysin uuteen tutkimusalueeseen.

Tutkimusryhmä käytti laskennallista mallia selvittääkseen, mitkä värähtelyt todella aiheuttivat ionien liikkumisen ionidiffuusion aikana. Sen sijaan, että nostettaisiin koko materiaalin lämpötilaa, he nostivat vain tiettyjen erityisten värähtelyjen lämpötilaa prosessissa, jota ne kutsuvat kohdennetuksi fononiherätykseksi.

"Lämmitimme vain tärkeät värinät ja näin pystyimme osoittamaan, että pystymme pitämään materiaalin kylmänä, mutta saako sen käyttäytyä aivan kuin se on erittäin kuumaa", sanoo konetekniikan professori Asegun Henry.

Tällä kyvyllä pitää materiaalit viileinä ionidiffuusion aikana voi olla laaja valikoima sovelluksia. Polttokennoissa voisi käyttää halvempia materiaaleja, jos koko kennoa ei tarvitse altistaa erittäin korkeille lämpötiloille.

"Uusien ionijohteiden löytäminen on kriittistä litiumakkujen edistämiseksi ja mahdollisuuksiin kuuluu litiummetallin käytön mahdollistaminen. Valitettavasti perustavanlaatuinen käsitys ionien johtumisesta puuttuu”, lisää Yang Shao-Horn, WM Keckin energiaprofessori.

Tässä työssä yhdistettiin aikaisempaan tutkimusta ionijohteiden suunnitteluperiaatteista ja sitä voisiko suunnitteluperiaatteita lämmönsiirtotutkimukseen.

Henry, Gordiz ja heidän tiiminsä käyttivät litiumfosfaattimallia, jota löytyy usein litiumioniakuista. Erilaisien laskentamenetelmien ja simulaatioiden avulla tutkimusryhmä laski kvantitatiivisesti kuinka paljon kukin fononi vaikuttaa litiumfosfaatin ionidiffuusioprosessiin. Tämän tietämyksen avulla tutkijat voisivat käyttää lasereita herättämään tai lämmittämään tiettyjä fononeja valikoivasti sen sijaan, että koko materiaali altistettaisiin korkeille lämpötiloille. Tällainen menetelmä voi avata uuden mahdollisuuksien maailman.

Henry uskoo, että tämä menetelmä voi johtaa uuden tutkimusalueen luomiseen - jota hän kutsuu "fononikatalyysiksi". Vaikka uusi työ keskittyy erityisesti ionien diffuusioon, Henry näkee sovelluksia kemiallisissa reaktioissa, faasimuunnoksissa ja muissa lämpötilasta riippuvaisissa ilmiöissä.

"Tämä valikoivan virityksen idea, joka keskittyy vain tarvittaviin osiin eikä kaikkeen, voi olla erittäin suuri paradigman muutos siihen, miten näemme nämä asiat", Henry sanoo. "Meidän on alettava ajatella lämpötilaa spektrinä eikä vain yhtenä numerona."

03.12.2021Kotimaista kvanttitietotekniikkaa
02.12.2021Dynaamisesti ohjelmoitava transistori
01.12.2021Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille
30.11.2021Näkyvän valon modulointi sirutasolle
29.11.2021Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille
27.11.2021Kvanttipisteledi taipuu kuin paperi
26.11.2021Ultranopea akkujen lataus uudella anodimateriaalilla
25.11.2021Nanoantenni avittaa kvanttiviestintää
24.11.2021Vihreää vetyä edullisemmin
23.11.2021Astrosyytit tekoälyn tehostajiksi
22.11.2021Nanoresonaattoreita 3D-tulostuksella
20.11.2021Solut laskevat ja peptideistä antureita
19.11.2021Topologialla kohti terahertsitaajuuksia
18.11.2021Suprajohtavia johteita ja koneita
17.11.2021Kohti tehokkaampaa kvanttilaskentaa
16.11.2021Perovskiitista on moneksi
15.11.2021Yliääniä ja suprajohtavuutta grafeenissa
13.11.2021Energian varastointi kasvien elektronisiin juuriin
12.11.2021Uutta väriä ledeihin
11.11.2021Fotonioperaatiot sopivat yhä paremmin sirulle
10.11.2021Kohti hologarfista videokonferenssia
09.11.2021Spin-kubitin hallintaa
08.11.2021Tekoälyä tehokkaammin
06.11.2021Navigointia ilman GPS:ää
05.11.2021Grafeenia doupaten
04.11.2021Valon hallintaa mustalla fosforilla
03.11.2021Yleiskäyttöinen nopea virheenkorjaus
02.11.2021Sellulla ja kuparilla parempia ja turvallisempia akkuja
01.11.2021Kohinan leikkausta ja hybridikäyttöä kvanttilaskennalle
30.10.2021Anturi SARS-CoV-2-proteiineille
29.10.2021Parveilevaa ja loikkivaa robottitekniikkaa
28.10.2021Räjähtävää sähkövoimaa
27.10.2021Nanomittakaavan 3D-rakenteita
26.10.2021Germaniumia kvanttielektroniikkaan
25.10.2021Jäähdyttää radioaaltoja kvanttitilaan
22.10.2021Fotoniikkaa topologisesti
21.10.2021Metamateriaali ohjaa valon korrelaatioita
20.10.2021Elektronien tanssia, lomittumista ja jäätiköitä
19.10.2021Molekyyli kerrallaan
18.10.2021Sähköisesti ohjattua magnetismia
15.10.2021Topologinen fotoni-fononi -läpimurto
14.10.2021Valolla hallittavia meta-ajoneuvoja
12.10.2021Lennokkiantennit EMF-ongelmien ratkaisijana
11.10.2021Tuulen lennättämä mikrosiruanturi
08.10.2021Katalyyttejä yhdellä atomilla ja ferrosähköllä
07.10.2021Ihmiseen integroitavia elektroniikan polymeerejä
06.10.2021Twist, twist, twist
05.10.2021Laskentaa ilman digitaaliprosessoria
04.10.2021Superioninen johde ja muita akku-uutisia
01.10.2021Lämmönhallintaa nanoelektroniikalle
30.09.2021Vuotaa ja ei vuoda
29.09.2021Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa
28.09.2021Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille
27.09.2021Uusia optisen tiedonsiirron ratkaisuja
24.09.2021Hehkuvien kasvien seuraava sukupolvi
23.09.2021Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin
22.09.2021Osittaisdifferentaaleja ja Hamiltoneita ratkaisemaan
21.09.2021Etsausta spintroniikalle ja laaksotroniikalle
20.09.2021Huonelämpötilainen spintransistori
17.09.2021Kiertymiä ja laaksoja
16.09.2021Vihreää polttoainetuottoa kehittäen
15.09.2021Topologiaa ja magneettisuutta
14.09.2021Kvanttianturit ohenevat
13.09.2021Nanokamera seuraa kemiallisia reaktioita
10.09.2021Komplementaarista galliumnitridielektroniikkaa
08.09.2021Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja
06.09.2021Ionit vauhdikkaina erittäin ohuissa savissa
03.09.2021Akun anodi ja katodi osana kotelointia
01.09.2021Nanomaailman kvanttiominaisuuksia
30.08.2021Perovskiitillä vihreämpiä transistoreita
27.08.2021Ferrosähköistä energian tuottoa
25.08.2021Kvanttiturvallinen viestintä ilman avainten jakelua
23.08.2021Alumiini kiinnostaa energia-alaa
20.08.2021Kvanttipalapelin puuttuvia paloja
18.08.2021Muistitekniikalle uusia ja vanhoja konsteja
16.08.2021Nanoteknistä pienenergian keruuta
13.08.2021Ennätysohuet magneetit hallintaan
11.08.2021Portti auki seuraavan sukupolven tietojenkäsittelylle
09.08.2021Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?
05.08.2021Aurinkokennoja siemenistä kasvattaen
04.08.2021Grafeenikamera kuvaa sydämen sähköistä toimintaa
02.08.2021Laser ja mikrokampa samalle sirulle
30.07.2021Australialaistutkijat kehittivät kvanttimikroskoopin
29.07.2021Fotonit ja magnonit kaveraavat
19.07.2021Kvanttiaskel lämpökytkimelle
08.07.2021Lämpöaaltoja puolijohdemateriaalissa
25.06.2021Kvanttipisteet voivat "puhua" keskenään
24.06.2021Metamateriaaleja tulostustekniikalla
23.06.2021Kohti topologisia suprajohteita
22.06.2021Uusia ominaisuuksia moiré-superhiloissa
21.06.2021Valoa ja elektroneja antiferromagneeteille
17.06.2021Uusia materiaalimuotoja elektroniikalle
16.06.2021Kvanttiviestintää helposti ja pitkille matkoille
15.06.2021Elektronisia järjestelmiä nanovihreästä materiaalista
14.06.2021Atominen katse litiumakkuihin
12.06.2021Kubitteja hiilinanoputkista
11.06.2021RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja
10.06.2021Kuinka revontulet syntyvät?
09.06.2021Radiotaajuisen signaalin prosessointi akustiseksi
08.06.2021Magnetosähköä ja magnetostriktiota

Näytä lisää »