อนุภาคนาโนสร้างวัสดุสีดำอย่างยิ่งซึ่งช่วยให้ความร้อนแบบ เซ็กซี่บาคาร่า “พลาสโมนิก” วัสดุใหม่ที่มีสีดำสนิทสามารถเปลี่ยนน้ำเป็นไอน้ำโดยใช้แสงแดดเท่านั้น โดยไม่จำเป็นต้องต้มน้ำ ทำจากอนุภาคนาโนทองคำที่มีความกว้างหลายสิบล้านส่วนเมตรซึ่งติดอยู่กับโครงนั่งร้านที่มีช่องเล็กๆ หรือ “นาโนพอเรส” วัสดุนี้มีสีดำสนิทเพราะสะท้อนแสงที่มองเห็นได้น้อยมาก นักวิจัยรายงาน 8 เมษายนใน Science Advancesว่ามีประสิทธิภาพ 99 เปอร์เซ็นต์ในการดูดซับแสงในสเปกตรัมที่มองเห็นและบางส่วนของสเปกตรัมอินฟราเรด
ด้วยโครงสร้างที่มีรูพรุนสูง วัสดุจึงลอยอยู่บนผิวน้ำ
เพื่อให้สามารถดูดซับแสงแดดได้ เมื่อแสงที่ความยาวคลื่นหนึ่งกระทบอนุภาคนาโนทองคำภายในรูพรุนตัวใดตัวหนึ่ง มันจะกระตุ้นอิเล็กตรอนบนพื้นผิว แล้วเหวี่ยงพวกมันกลับออกมาในรูปแบบการสั่นที่เรียกว่าพลาสมอน พลาสมอนเหล่านี้ผลิตความร้อนที่รุนแรงซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นซึ่งจะทำให้น้ำในบริเวณใกล้เคียงกลายเป็นไอ
ความยาวคลื่นของแสงที่กระตุ้นพลาสม่าขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาคนาโน ดังนั้น เพื่อใช้ประโยชน์จากแสงอาทิตย์ที่ปล่อยออกมาให้ได้มากที่สุด กลุ่มดังกล่าวจึงกระจายอนุภาคนาโนทองคำขนาดต่างๆ ในรูพรุน ซึ่งสามารถดูดซับช่วงความยาวคลื่นได้หลายช่วง
เจีย จู นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัยหนานจิงในจีน ผู้นำด้านวัสดุศาสตร์ Jia Zhu แห่งมหาวิทยาลัยหนานจิงในจีน เปิดเผยว่า นี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ผลิตไอน้ำด้วยวัสดุพลาสโมนิก แต่วัสดุชนิดใหม่นี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ โดยเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นไอน้ำได้มากถึง 90 เปอร์เซ็นต์ กลุ่มวิจัย
วิศวกรเครื่องกล Nicholas Fang จาก MIT ผู้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยกล่าวว่า “พวกเขาได้ค้นพบวิธีแก้ปัญหาที่น่าสนใจมาก” ประสิทธิภาพไม่สูงมากเท่าที่นักวิทยาศาสตร์ทำได้จากวัสดุประเภทอื่นๆ เช่น ท่อนาโนคาร์บอน ฝางกล่าว แต่วัสดุใหม่ควรจะถูกกว่าในการผลิต
การผลิตไอน้ำอย่างมีประสิทธิภาพอาจเป็นประโยชน์สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล โดยการผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็ม Zhu กล่าว การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ มีตั้งแต่การฆ่าเชื้อไปจนถึงการทำงานของเครื่องยนต์ไอน้ำ “ไอน้ำสามารถใช้ทำสิ่งอื่นได้มากมาย” เขากล่าว “มันเป็นรูปแบบพลังงานที่มีประโยชน์มาก”
อย่างไรก็ตามแสดงให้เห็นว่าผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับโทโพโลยีอย่างไร
ในการเปรียบเทียบขนมปังอบเชย เบเกิล และเพรทเซล แต่ละวัตถุสามารถมีจำนวนหลุมเป็นจำนวนเต็มได้ ไม่มีทางที่จะเพิ่มครึ่งรูให้กับวัตถุได้ จำนวนของรูเปลี่ยนแปลงไปอย่างราบรื่นไม่ได้ แต่จะเป็นการก้าวกระโดดครั้งใหญ่เท่านั้น เช่นเดียวกับค่าการนำไฟฟ้าที่เปลี่ยนไปในการกระโดดแบบไม่ต่อเนื่องในเอฟเฟกต์ควอนตัมฮอลล์ ในปี 1988 Haldane ได้แสดงให้เห็นว่าผลกระทบที่คล้ายกันสามารถเกิดขึ้นได้แม้ในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก
Haldane ยังทำนายพฤติกรรมใหม่ในสายโซ่ของอะตอม อะตอมในห่วงโซ่แต่ละตัวมีคุณสมบัติควอนตัมที่เรียกว่าสปิน ซึ่งทำให้พวกมันมีพฤติกรรมเหมือนแม่เหล็กขนาดเล็ก Haldane แสดงให้เห็นว่าสายโซ่ของอะตอมที่มีการหมุนแบบครึ่งจำนวนเต็มจะทำหน้าที่ต่างจากสายโซ่ที่มีการหมุนเป็นจำนวนเต็ม
ทั้งสามคน “วางรากฐานสำหรับวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับวัสดุและสสาร” ชาร์ลส์เคนแห่งมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียกล่าว “จากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดไปจนถึงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุ สิ่งนี้มีความหมายที่ลึกซึ้ง”
งานนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการพัฒนาใหม่ในวัสดุทอพอโลยี วัสดุที่เรียกว่าฉนวนทอพอโลยีมีกระแสไฟฟ้าอยู่บนพื้นผิว แต่มีฉนวนอยู่ภายใน การใช้งานที่เป็นไปได้มีตั้งแต่การคำนวณควอนตัมไปจนถึงฮาร์ดไดรฟ์ของคอมพิวเตอร์ประเภทใหม่ ( SN: 8/23/14, p.8 ) และรวมถึงวัสดุที่สามารถนำแสงหรือกระแสไฟฟ้าได้โดยไม่ถูกรบกวนจากสิ่งสกปรก ( SN: 5/18/13 , น. 8 ) แผ่นคาร์บอนสองมิติที่เรียกว่ากราฟีนแสดงคุณสมบัติทอพอโลยีเช่นกัน
การวิจัยได้ “รวมข้อมูลเชิงลึกทางคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ที่ลึกซึ้งที่สวยงามและบรรลุผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดซึ่งได้รับการยืนยันโดยการทดลอง” แฮนส์สันกล่าวในระหว่างการประกาศโนเบล “มันสวยจริงๆ และมันลึกมาก”
สำหรับตอนนี้ พี่น้อง Popmintchev กำลังทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและพลังของเลเซอร์ของพวกเขา ในScienceในเดือนธันวาคม พวกเขาอธิบายวิธีปรับแต่งการสร้างฮาร์โมนิกสูงเพื่อผลิตรังสีเอกซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น พวกชอบความสมบูรณ์แบบไม่ยึดถือเกียรติยศของตน
ตอนนี้ Popmintchev กำลังจะออกจากโบลเดอร์เพื่อเริ่มต้นห้องปฏิบัติการที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก และในกรุงเวียนนา ในที่สุด เขาหวังว่าจะทำให้เครื่องเอ็กซ์เรย์เลเซอร์บนโต๊ะเป็นไปได้สำหรับห้องปฏิบัติการใดๆ ก็ตาม ซึ่งเป็นกล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ที่เข้าถึงได้และราคาไม่แพงสำหรับนาโนเทคโนโลยี ชีววิทยา และการใช้งานอื่นๆ “นี่จะเป็นหนึ่งในเครื่องมือแสงที่ดีที่สุด” เขากล่าว “สิ่งนี้เหมือนกับเลเซอร์เอ็กซ์เรย์ส่วนบุคคลของคุณ ซึ่งคุณสามารถปรับเปลี่ยนตามที่คุณต้องการได้” เซ็กซี่บาคาร่า / ร้านอาหาร
