Физики открыли странный вид кристаллов, в которых электроны не могут двигаться
В поисках новых материалов, способных содержать причудливые новые состояния материи, физики из Университета Райса (США) провели эксперимент, в котором заставили свободно перемещающиеся электроны оставаться на месте.
Хотя это явление уже наблюдалось в материалах, где электроны ограничены только двумя измерениями, впервые оно было замечено в трёхмерной кристаллической решётке металла, известной как пирохлор. Этот метод даёт исследователям новый инструмент для изучения не совсем обычной деятельности смелых частиц, несущих заряд.
«Мы ищем материалы, в которых потенциально могут существовать новые состояния материи или новые экзотические свойства, которые ещё не были обнаружены», — говорит физик Минг Йи из Университета Райса.
Как свет может быть описан дуально, как волна или как частица, так и строительные блоки атомов можно описывать по-разному.
Волновое квантовое поведение электронов необходимо для понимания того, как они координируют свою деятельность в определённых условиях. В охлаждённом состоянии электронные волны могут объединяться друг с другом в акты запутывания, которые позволяют им проскальзывать сквозь твёрдые тела, как призраки, что приводит к появлению энергоэффективных материалов, называемых сверхпроводниками.
Пирохлоры — сложные минералы с формульной структурой, которая делает их полезными для различных исследовательских и промышленных целей. Создав один из них из смеси меди, ванадия и серы, исследователи получили геометрически неупорядоченный металл, способный направлять электронные волны в дроссельные точки.
Получены новые доказательства существования «мира РНК»
Чарльз Дарвин описал эволюцию как «происхождение с изменениями». Генетическая информация в виде последовательностей ДНК копируется и передаётся от одного поколения к другому. Но этот процесс должен быть в определённой степени гибким, позволяя небольшим вариациям генов возникать со временем и привносить в популяцию новые черты.
Но как всё это началось? Могла ли подобная эволюция происходить в более простых масштабах на заре зарождения жизни, задолго до появления клеток, белков и ДНК? В 1960-х годах учёные, в том числе сотрудник Института Салка Лесли Оргел, предположили, что жизнь началась с «мира РНК» — гипотетической эпохи, когда на ранней Земле правили маленькие, нитевидные молекулы РНК, которые и заложили динамику дарвиновской эволюции.
Новое исследование Института Салка позволяет по-новому взглянуть на происхождение жизни, представляя убедительные доказательства в пользу гипотезы о мире РНК. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 4 марта 2024 года, рассказывает о ферменте РНК, который может создавать точные копии других функциональных нитей РНК, позволяя при этом со временем появляться новым вариантам молекулы. Эти удивительные возможности позволяют предположить, что самые ранние формы эволюции могли происходить на молекулярном уровне в РНК.
Полученные результаты также ещё на один шаг приближают учёных к воссозданию жизни на основе РНК в лаборатории. Моделируя эти примитивные среды в лаборатории, учёные смогут напрямую проверить гипотезы о том, как могла зародиться жизнь на Земле или даже на других планетах.
Исследователи создали новые тандемные солнечные элементы с рекордной эффективностью
Учёные из Национального университета Сингапура (NUS) разработали новый тандемный солнечный элемент с тройным переходом перовскит/кремний, способный достичь рекордной эффективности преобразования энергии в 27,1 процента при площади поглощения солнечной энергии в 1 кв. см, что является лучшим показателем среди тандемных солнечных элементов с тройным переходом перовскит/кремний на сегодняшний день. Для достижения этой цели команда разработала новый перовскитный солнечный элемент с интеграцией цианата, который отличается стабильностью и энергоэффективностью.
Солнечные элементы можно делать более чем из двух слоёв и собраны в многопереходную солнечную батарею для повышения эффективности. Каждый слой изготавливается из разных фотоэлектрических материалов и поглощает солнечную энергию в разных диапазонах. Однако существующие технологии многопереходных солнечных элементов создают множество проблем, таких как потеря энергии, приводящая к низкому напряжению, и нестабильность устройства во время работы.
Чтобы преодолеть эти трудности, доцент Хоу И возглавил группу учёных из Колледжа дизайна и инжиниринга NUS (CDE) и Сингапурского научно-исследовательского института солнечной энергии (SERIS), впервые продемонстрировав успешную интеграцию цианата в перовскитный солнечный элемент и разработав передовой трехпереходный перовскит/кремний тандемный солнечный элемент, превосходящий по своим характеристикам другие подобные многопереходные солнечные элементы.
Новые «водяные батарейки» дешевле, пригодны для вторичной переработки и не взрываются
Заменив опасные химические электролиты, используемые в коммерческих батареях, водой, учёные разработали перерабатываемую «водную батарею» — и решили ключевые проблемы этой новой технологии, которая может стать более безопасной и экологичной альтернативой.
Водные батареи официально известны как водные металл-ионные батареи. В этих устройствах используются такие металлы, как магний или цинк, которые дешевле в производстве и менее токсичны, чем материалы, используемые в других видах батарей.
Батареи накапливают энергию, создавая поток электронов, которые движутся от положительного конца батареи (катода) к отрицательному концу (аноду). Они расходуют энергию, когда электроны движутся в обратном направлении. Жидкость в батарее служит для перемещения электронов туда и обратно между двумя концами.
В водной батарее электролитической жидкостью является вода с несколькими добавками солей, а не серная кислота или соль лития.
Очень важно, что команда, создавшая это последнее достижение, придумала, как предотвратить короткое замыкание этих водных батарей. Это происходит, когда на металлическом аноде внутри батареи образуются крошечные шипообразные металлические наросты, называемые дендритами.
Хотя новая технология вряд ли заменит литий-ионные батареи в ближайшее время, при дальнейших исследованиях и разработках водные батареи могут стать безопасной альтернативой литий-ионным через десятилетие или около того, говорит ведущий автор, учёный-химик Тяньи Ма из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия.
Мигающий свет и щёлкающий звук очистили мозг мышей с болезнью Альцгеймера от токсичных белков
Можно ли будет когда-нибудь лечить болезнь Альцгеймера вспышками света и щелчками? Учёные продемонстрировали, как стимулирование высокочастотных мозговых волн у мышей может очистить их от сгустков амилоидного белка, ассоциируемого с болезнью Альцгеймера.
Предыдущие исследования показали, что стимуляция высокочастотных мозговых волн, называемых гамма-волнами, может улучшить способность мозга очищаться от мусора — мусора, который может способствовать развитию неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, — но данное исследование позволяет более детально рассмотреть механизм этого процесса.
В ходе испытаний на мышах команда под руководством исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружила, что вспышки света и звуковые щелчки с частотой 40 раз в секунду помогают очистить от амилоидных белков глимфатическую систему мозга — «водопроводную» сеть, которая удаляет вредные вещества.
Скопление амилоидного белка заметно в мозге больных болезнью Альцгеймера, хотя учёные до сих пор не уверены, что это скопление является непосредственной причиной заболевания — скорее всего, происходит нечто большее.
«У нас пока нет линейной карты точной последовательности происходящих событий, но результаты наших экспериментов подтверждают наличие такого пути клиренса через основные глимфатические пути», — говорит когнитивист Митчелл Мердок из Массачусетского технологического института.
В мозге мышей, подготовленных таким образом, чтобы у них проявлялись симптомы, похожие на болезнь Альцгеймера, команда заметила увеличение количества защитной спинномозговой жидкости.
