Физики из Массачусетского технологического института (MIT) сделали важное открытие в области физики конденсированного состояния. Они наблюдали за так называемыми краевыми состояниями в облаке ультрахолодных атомов. Краевые состояния представляют собой редкое явление, при котором электроны могут течь без трения вдоль границы материала.

«Можно представить себе создание небольших кусочков подходящего материала и помещение их внутрь будущих устройств, чтобы электроны могли перемещаться по краям и между различными частями схемы без каких-либо потерь», — говорит доцент Ричард Флетчер.

Исследователи из MIT создали искусственную реальность, в которой атомы натрия вращались в ловушке, контролируемой лазером, и охлаждались до температур около нанокельвина. Затем они манипулировали ловушкой, чтобы вращать атомы. В эту искусственную реальность исследователи затем ввели «край» в виде кольца лазерного света, которое образовало круглую стену вокруг вращающихся атомов.

«Мы создали систему, в которой атомы ведут себя как электроны в магнитном поле. Это позволяет изучать поведение электронов в пограничных состояниях в более крупной и более наблюдаемой системе», — объясняет профессор Мартин Цвирляйн.

Когда команда делала снимки системы, исследователи заметили, что когда атомы сталкивались с кольцом света, они текли вдоль его края только в одном направлении. «Вы можете представить, что это как шарики, которые очень быстро раскрутили в миске, и они просто продолжают вращаться вокруг края миски. Нет трения. Нет замедления, и нет утечки или рассеивания атомов в остальную часть системы. Есть только прекрасный, последовательный поток», — предлагает Цвирляйн.

Этот поток сохранялся даже тогда, когда исследователи поместили на пути атомов препятствие в виде точки света, которую они осветили вдоль края исходного лазерного кольца. Даже когда они наталкивались на это новое препятствие, атомы не замедляли свой поток и не разбегались, а вместо этого скользили мимо, не чувствуя трения, как это было бы обычно.

«Мы намеренно посылаем этот большой, отталкивающий зеленый шар, и атомы должны отскакивать от него. Но вместо этого они волшебным образом находят свой путь вокруг, возвращаются к стене и продолжают свой путь», — говорит Флетчер.

Наблюдения команды документируют то же поведение, которое, как было предсказано, должно происходить в электронах. Результаты показывают, что установка атомов является надёжной заменой для изучения того, как электроны будут вести себя в пограничных состояниях.

«Это очень чистая реализация очень красивой части физики. Естественным направлением теперь является введение большего количества препятствий и взаимодействий в систему, где становится более неясным, чего ожидать», — говорит Флетчер.

Результаты этого исследования могут иметь важные последствия для управления электронами в материалах и обеспечения сверхэффективной передачи энергии и данных без потерь. «Однако я хотел бы подчеркнуть, что для нас красота — это увидеть своими глазами физику, которая совершенно невероятна, но обычно скрыта в материалах и не может быть увидена напрямую», — добавляет Флетчер.

Учёные из Технологического университета Эйндховена (TU/e), Массачусетского технологического института (MIT) и Института Пауля Шеррера в Швейцарии (PSI) разработали новый метод визуализации внутреннего функционирования окислительно-восстановительных проточных батарей с помощью нейтронной радиографии.

Этот прорыв позволит улучшить производительность и долговечность этих батарей, которые в основном используются для хранения возобновляемой энергии от солнца и ветра.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, было проведено под руководством исследователя TU/e Антони Форнера-Куэнки. Команда учёных использовала нейтронную радиографию для визуализации распределения концентрации молекул в проточных батареях, что ранее было невозможно.

«Нейтроны легко проходят сквозь материалы корпуса батареи, но активно взаимодействуют с молекулами в жидких электролитах. Используя это фундаментальное свойство нейтронов, взаимодействующих с определёнными молекулами, мы впервые применили нейтронную радиографию для изучения концентрации молекул в проточных батареях», — объяснил Форнер Куэнка.

Этот метод позволит учёным лучше понять внутреннюю работу проточных батарей и разработать более производительные системы, которые работают более эффективно и имеют более длительный срок службы. Кроме того, этот метод может быть использован в других областях, таких как химические реакторы, производство пластмасс, косметики и лекарств.

«Возможность использовать нейтроны — это необыкновенный опыт, в среднем мы используем такое оборудование только раз в два года. PSI [Институт Пауля Шеррера в Швейцарии, где проводились эксперименты] проводит ежегодный международный конкурс экспериментов, ранжируемый по важности. Нам выпала честь провести четыре успешных эксперимента», — сказал Форнер Куэнка.

Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), астрономы из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе (штат Мэриленд) провели трансмиссионную спектроскопию близлежащей суперземли, известной как L98-59 d. Результаты этих наблюдений, доступные в исследовательской статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv, предполагают, что у планеты богатая серой атмосфера.

L98-59 — яркая звезда-карлик спектрального класса М, расположенная примерно в 34,6 световых годах от Земли. Известно, что вокруг неё вращаются по крайней мере четыре планеты, и одна из них — L98-59 d — суперземля, которая примерно на 58% больше Земли и имеет массу 2,31 массы Земли. L98-59 d совершает оборот вокруг своей звезды каждые 7,45 дня на расстоянии примерно 0,05 а. е. Равновесная температура планеты оценивается в 416 К.

Группа астрономов под руководством Амели Грессироф из STScI использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST для проведения спектроскопических наблюдений этой планеты в трансмиссионном диапазоне. Наблюдения проводились в рамках программы JWST Guaranteed Time Observations (GTO).

Анализируя полученные данные, команда Грессироф обнаружила намёки на присутствие серосодержащих соединений в атмосфере L98-59 d. Более того, водород и гелий, по-видимому, являются фоновыми газами в атмосфере планеты.

Согласно статье, атмосфера L98-59 d демонстрирует высокое содержание сероводорода и диоксида серы. Учёные исключили возможность того, что это может быть вызвано «загрязнением» излучения от родительской звезды.

Астрономы отмечают, что присутствие диоксида серы в атмосферах экзопланет, таких как L98-59 d, является свидетельством фотохимии. Более того, серные виды и облака обычно ожидаются в гигантских планетах и атмосферах коричневых карликов. Они добавляют, что способность обнаруживать диоксид серы в атмосферах экзопланет обеспечивает решающий тест для различных моделей формирования планет.

Подводя итоги, авторы статьи подчеркивают важность дальнейших наблюдений транзита L98-59 d для подтверждения своих новых выводов. «Если это подтвердится, то обнаружение серосодержащих соединений в атмосфере с преобладанием водорода вокруг L98-59 d станет значимым результатом, поскольку она находится как раз на границе сохранения планетами своей первичной водородно-гелиевой атмосферы », — заключили учёные.