News image News image News image News image News image News image News image News image


Универсальное уравнение для наномасштаба
Нанотехнологии в технике - Технологии

универсальное уравнение для наномасштаба

Основываясь на научных данных XIX века, группа ученых из Франции предложила универсальное уравнение для описания изменения физических свойств тел при переходе от макроскопической физики к нанотехнологиям.

Понимание того, как разные материалы ведут себя при малых масштабах и радиусах взаимодействия, чрезвычайно важно для развития нанотехнологий будущего. Но создание единой теории, охватывающей все аспекты малых размеров, - это крайне сложная проблема, как для теоретической, так и для практической физики. Однако, даже к, казалось бы, не решаемой задаче существуют простые подходы.

Исследователи из Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN, Франция) предложили использовать для описания наномасштабов методику, применявшуюся в науке еще в XIX столетии. Выведенное ими «универсальное» уравнение предсказывает, каким образом размер нанометровой структуры влияет на ее основные физические свойства.

Известно, что при переходе от привычных макроскопических масштабов к наночастицам свойства материалов радикальным образом меняются. Первейшее отличие наночастиц от макроматериалов в том, что при уменьшении размера резко увеличивается отношение площади поверхности к объему структуры. Таким образом, начинают преобладать поверхностные явления, большей частью из которых макроскопическая физика просто пренебрегает.

Предложенное исследователями уравнение связывает между собой характеристику материала в макроскопическом состоянии с аналогичной характеристикой наночастицы. Для вывода общего уравнения ученые использовали зависимость четырех ключевых температурных точек от размера тел: температуры плавления, перехода в сверхпроводящее состояние, перехода в ферромагнитное состояние (температуры Кюри) и, кроме того, температуры Дебая, которая связана с колебаниями кристаллической решетки и скоростью распространения высокой температуры в материале. Эти параметры характеризуют физические свойства любого вещества, кроме того, они связаны между собой: температура плавления пропорциональна точке Кюри, квадрату температуры Дебая и квадрату температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

Разработанное уравнение отражает зависимость изменения характерной температуры от диаметра, параметра формы (уже упоминавшегося выше отношения площади поверхности к объему частицы), а также спина частиц, «отвечающих» за рассматриваемое физическое свойство: спин равен 1 или ½ в зависимости от того, являются ли эти частицы фермионами или бозонами. Как известно, при плавлении рушатся химические связи, в результате образуются свободные электроны; явление ферромагнетизма проявляется благодаря частично заполненным электронным оболочкам. Таким образом, в процессах плавления и ферромагнетизма участвуют так называемые фермионы (эти процессы подчиняются статистике Ферми-Дирака). Колебания кристаллической решетки принято описывать при помощи так называемых фононов; а в рамках явления сверхпроводимости электроны связаны в пары, так же имеющие в сумме целое значение спина. Т.е. за температуру Дебая и сверхпроводимость «отвечают» бозоны (соответственно, работает статистика Бозе-Эйнштейна).

Ключевая особенность предложенного уравнения в том, что оно не имеет никаких параметров, относящихся к конкретному материалу или структуре; единая математическая форма характеризует изменение свойств для абсолютно любых тел при уменьшении их размеров.

Для разных веществ, в частности, кремния выведенная формула хорошо согласуется с экспериментальными данными, не смотря на то, что в основе ее лежат научные представления, известные еще в XIX веке.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Автомобили будущего могут быть сделаны и

News image

Что прочнее стали и может в корне изменить преобразованную человеком среду? Бумага! А если точнее, ма...

Наностенки из NiO

News image

Оксид никеля NiO обладает множеством перспективных применений в термоэлектрических устройствах, газовых сенсорах, электродах, электрохромных пленках, со...

Фотонные нанокристаллы – лучший теплоизо

News image

Вакуум не только является проблемой космических путешественников, но и является одним из лучших теплоизоляторов в пр...

Цеолиты: теперь еще объемнее!

News image

Цеолиты - кристаллические нано пористые твердые тела с диаметром пор приблизительно 1 нм - ис...

Молекулярные солнечные батареи

News image

В обзоре Hiroshi Imahori Electrophoretic deposition of donor-acceptor nanostructures on electrodes for molecular photovoltaics (J...

Почему Луна влияет на организм и деятель

News image

Никакой магии – сплошная наука! Это легко объяснить на наноуровне. С древности Луна и звёзды привлекали вн...

Наночастицы в сточных водах

News image

Малоугловое нейтронное рассеяние выявило зависимость дальнейшей судьбы наночастицы от наличия или отсутствия у не...

Нанометрология (nanometrology)

News image

Любой человек в повседневной жизни встречается с необходимостью измерения. Чтобы приготовить вкусный обед, нужно смешать ин...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Medfield - атомная платформа третьего поколения

Компания Intel с громкого успеха начала освоение платформы для ультрамобильных персональных компьютеров, известных также как нетбуки, и MID-аппаратов – только по...

Волокнисто игольчатый композит

Текстильный материал черного цвета состоящий из случайно орентированых углеродних волокон и нитевидных кристалов. Электропроводен, стойкий к контактной электроэрозии, агресивным середам, эл...

Светодиоды: реальная угроза рынку света

Cветотехнический рынок уже давно поделился две группы. Первая — те, кто продвигает лампы накаливания, галогенные и люминесцентные лампы. Вторая же гр...

В России появится принципиально новая наука

В России появится принципиально новая наука на основе нанотехнологий, биотехнологий, информационных технологий, специально ориентированных на развитие интеллектуальных способностей человека. Фактически, ре...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.