Новости науки: самый тонкий магнит, наноантены и термоэлектрогенераторы

Магнит толщиной в атом, наноантенны для систем связи и термоэлемент для прямого преобразования энергии — ​зарубежные новости науки, заинтересовавшие нашего обозревателя Григория Мкртчяна.

Команда физиков из Калифорнийского университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли создала самый тонкий магнит: один атом — ​тоньше некуда. При этом он, во-первых, сильный, во-вторых, не теряет свойств даже при температуре до 100 °C. Для получения двумерного магнита ученые соединили оксид графена, цинка и кобальта и несколько часов выпекали эту смесь в лабораторной печи. Получился атомный слой оксида цинка с небольшим количеством атомов кобальта, зажатых между слоями графена. На заключительном этапе весь графен выгорел, оставив только одноатомный слой легированного кобальтом оксида цинка. Именно от концентрации кобальта и зависят характеристики материала: при 5–6 % это слабомагнитная пленка, при 12 % — ​очень сильный магнит. Метод при небольших затратах без проблем масштабируется для массового производства, утверждает доктор Цзе Яо, руководитель проекта.

Вот еще одна история про тонкое, но полезное. В Инженерной школе Самуэли Калифорнийского университета в Лос-­Анджелесе придумали, как пустить в дело слой на поверхности полупроводников — ​атомы с неполными связями. Эти так называемые болтающиеся связи и помогли реализовать технологию изменения длины падающего на полупроводник света. С помощью наноантенн ученые так перенаправляли свет, что он полностью распределялся по поверхности, не проникая внутрь, и, взаимодействуя с «болтающимися» атомами, менял длину волны. Экспериментаторы получили терагерцевое излучение с длиной волны от 100 мкм до 1 мм, затратив энергии на два порядка меньше, чем потребовалось бы традиционными способами. Изобретение поможет значительно повысить производительность систем, использующих терагерцевое излучение, — ​от медицинских до систем зондирования и связи.

Увы, бывает и наоборот: вроде тонкое, практически невидимое, а на деле — ​ужасно вредное. Команда Северо-­Западного университета (США) и Сеульского национального университета получила самый высокоэффективный на сегодняшний день термоэлектрический материал. Термоэлектрогенератор напрямую преобразует тепло в электричество, сердце этого устройства — ​материал, на границах которого из-за разницы температуры вырабатывается электроэнергия. Такое устройство, например, питает марсоход Perseverance. Ученые обнаружили, что самый эффективный термоэлемент — ​очищенный селенид олова в поликристаллической форме. Правда, чтобы довести этот материал до ума и достичь высокой степени конверсии тепла в электроэнергию, пришлось лет пять думать, как избавить его от вредного тончайшего слоя окисленного олова, чтобы снизить теплопроводность. В результате получился термоэлектрик с коэффициентом добротности ZT, равным 3,1 при 783 К. Это лучший в истории показатель для материала, пригодного к промышленному применению.