Край Будущего

Когда, по оценкам, нынешний способ производства чего-либо потребляет ошеломляющие 1-2% годового мирового энергопотребления, это означает, что нам необходимо что-то изменить. В процессе производства Haber-Bosch образуется большое количество аммиака (NH3) — ценного химического соединения, которое находит широкое применение в таких областях, как сельское хозяйство, технологии и фармацевтика, — и при этом потребляется много энергии.

Исследовательская группа из Университета Тохоку внесла значительный вклад в разработку альтернативного метода преобразования вредных нитратов, содержащихся в воде, в аммиак, что позволяет решать как экологические, так и энергетические проблемы.

Их результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Благодаря использованию двухгидроксидных катализаторов на основе NiCuFe (LDH) в исследовании был предложен эффективный метод очистки загрязненной воды. Это означает более чистую воду, снижение загрязнения окружающей среды и более экологичные удобрения и энергетические ресурсы, которые непосредственно влияют на здоровье населения, продовольственную безопасность и защиту климата.

В настоящее время по технологии Haber-Bosch производится почти весь аммиак, производимый промышленным путем в мире, но у нее есть серьезные недостатки. Этот процесс не только потребляет непомерное количество энергии, но и приводит к выбросам углекислого газа в качестве побочного продукта, что делает его еще более вредным для окружающей среды.

Реакция электрокаталитического восстановления нитрата (NO3−) (NitRR) - это альтернативный способ получения аммиака, который существует уже некоторое время, но так и не получил широкого распространения из-за своей медлительности и неэффективности. Однако исследователи из Передового института исследований материалов Университета Тохоку (WPI-AIMR) нашли способ преодолеть это.

"Мы создали нанолисты NiCuFe-LDH с участками Ni и Cu, чтобы облегчить процесс электровосстановления", - объясняет профессор Хао Ли (WPI-AIMR). "NitRR превратился из слишком неэффективного, чтобы его можно было даже рассматривать, в фарадеевский КПД, равный 94,8%".

Они использовали вычислительный и теоретический анализ, чтобы объяснить механизм этой реакции, в которой в качестве основных компонентов используются добавленные Cu и Ni.

Кроме того, они протестировали Zn-NO3−батарею с использованием нанолистов NiCuFe-LDH, чтобы продемонстрировать ее реальную эффективность. Он показал очень хорошие результаты: фарадеевский КПД составил 85,8%, высокий выход аммиака и настолько высокую плотность мощности, что превзошел большинство предыдущих отчетов (12,4 МВт/см2).

Следующие шаги в рамках этого проекта будут направлены на расширение масштабов и углубление понимания механики. С практической точки зрения, эффективность катализатора должна быть подтверждена в реальных системах с загрязненной нитратами водой и в реакторах непрерывного действия, чтобы продемонстрировать промышленную осуществимость.

Одна из самых мощных черных дыр во Вселенной, известная как SMSS J052915.80-435152.0 (или J0529), извергает газ со скоростью до 10 000 км/с. Это указывает на ее массу около 1 миллиарда солнечных масс — более чем в 10 раз меньше, чем предполагалось ранее.

Открыта в 2024 году доцентом Кристианом Вольфом и командой из Австралийского национального университета (ANU). Они использовали новое мощное оптическое оборудование Европейской южной обсерватории в Чили, чтобы изучить газ вокруг черной дыры. Статья опубликована на arXiv.

"Несмотря на яркость квазара, масса черной дыры относительно скромная. Она питается газом и извергает его из-за огромной плотности света — это самый яркий объект во Вселенной", — говорит доцент Вольф.

Черная дыра находится на расстоянии более 12 млрд световых лет, что затрудняло ее изучение. Новые данные помогают объяснить происхождение сверхмассивных черных дыр: они могут формироваться из коллапсирующих звезд на ранних этапах Вселенной, что раньше казалось невозможным.

Профессор Майкл Айрленд из ANU помогает ESO совершенствовать технологию интерферометрии, что позволит детально изучать больше объектов, включая рождение планет вокруг молодых звезд. "Это революция в понимании нашего собственного происхождения", — отмечает он.

Астрономы из Дублинского Тринити-колледжа использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), чтобы изучить атмосферу странной планеты-изгоя SIMP-0136. Они зафиксировали мельчайшие изменения яркости, связанные с погодой: колебания температуры менее 5°C, химического состава и мощную полярную активность, подобную северному сиянию на Земле или полярным сияниям Юпитера.

Планета вращается с экстремальной температурой свыше 1500°C, где "летняя жара" кажется умеренной. Эти изменения намекают на бури, аналогичные Большому красному пятну Юпитера. Удивительно, но облачный покров остался постоянным — он состоит из силикатных зерен, как песок на пляже, а не из водяных паров, как на Земле.

"Это самые точные измерения атмосферы внесолнечного объекта на сегодня и первый случай прямого отслеживания изменений свойств атмосферы", — говорит доктор Эверт Наседкин, ведущий автор из Тринити-колледжа.

Работа группы "Exo-Aimsir" под руководством профессора Дж. Джоанны Вос (с участием Мерл Шрейдер, Мэдлин Лэм и Кианы О'Тула) основана на данных JWST. Они использовали разные длины волн света для моделирования температуры, химии и облаков.

"Такие наблюдения помогут понять погодные процессы на экзопланетах — от газовых гигантов до скалистых миров", — добавляет профессор Вос.

Статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics. Это первый детальный анализ; предыдущая команда из Бостонского университета уже публиковала данные, но новый подход раскрыл больше деталей. В будущем подобные методы применят для телескопов вроде Extremely Large Telescope и обсерватории обитаемых миров.

Через пару десятилетий цифровые данные станут одним из главных "пожирателей" энергии в мире — до 30% от общего потребления. Но ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции нашли выход: они создали атомарно тонкий материал, где сосуществуют два противоположных магнитных состояния. Это позволяет делать чипы памяти в 10 раз экономичнее!

Такое открытие откроет путь к сверхэффективным устройствам для ИИ, смартфонов, компьютеров и автономных машин. Блоки памяти — основа всех современных гаджетов, и магнетизм здесь ключевой. Обычно данные хранятся, меняя направление электронов с помощью внешних полей, но это жрет много энергии. Новый материал меняет все: в нем встроены ферромагнетизм (электроны выстраиваются в одну сторону, как в обычном магните) и антиферромагнетизм (они чередуются и нейтрализуют друг друга). Вместе они создают "внутренний наклон", который переключает электроны без внешних полей.

Материал — это сплав кобальта, железа, германия и теллура, слоями, скрепленными слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Нет сложных многослойных структур с проблемными стыками — проще в производстве и надежнее.

"Это настоящий прорыв! Такой материал идеален для энергоэффективных чипов в ИИ, мобильниках и будущих технологиях", говорит доктор Бинг Чжао, ведущий автор из Чалмерса.

"Мы объединили два магнитных мира в одной двумерной кристаллической структуре — это как идеальная магнитная система, которую раньше невозможно было создать", добавляет профессор Сародж П. Дэш, руководитель проекта.

Команда уже протестировала идею, и это обещает революцию в электронике. Подробности — в статье "Сосуществующие нетривиальные Ван-дер-Ваальсовы магнитные порядки обеспечивают бесполевую динамику спин-орбитального моментного намагничивания" в журнале Advanced Materials.

Астрономы сообщили об открытии редкого остатка новой (NSR) вокруг повторяющейся новой LMCN 1971-08a в Большом Магеллановом облаке (LMC). Это первый NSR, обнаруженный в LMC, и второй внегалактический. Результаты опубликованы 17 сентября на arXiv.

NSR — это сильно вытянутые структуры, подобные раковинам, образующиеся от повторяющихся извержений новых звезд, которые сметают материал в плотную внешнюю оболочку. Ранее было известно только четыре таких объекта, три из которых в нашей галактике.

Группа астрономов под руководством Майкла У. Хили-Калеша из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге проанализировала данные астрономических наблюдений и радиотелескопа MeerKAT, выявив оболочечную структуру вокруг LMCN 1971-08a. Эта структура имеет круглую морфологию, ярче на северо-востоке и юго-западе, с более слабой границей на северо-западе.

LMCN 1971-08a — одна из четырех известных периодических новых в LMC с периодом около 38 лет; последнее извержение было в 2009 году. Система состоит из белого карлика массой 1,1–1,3 солнечных масс и субгигант-компаньона с орбитальным периодом около 1,2 дня.

NSR имеет диаметр около 650 световых лет (внутренняя граница на 284 световых годах, внешняя — на 329 от новой). Это крупнейший известный NSR. Внешняя оболочка массой около 4130 солнечных масс расширяется со скоростью 20 км/с; возраст оценивается в 2,4 миллиона лет.

Присутствие NSR предполагает, что период повторения LMCN 1971-08a может быть короче 38 лет, а следующее извержение — раньше 2047 года.

Исследователи из Университета Райса использовали сфокусированный электронный луч для создания узоров с субмикронной точностью в ультратонком кристалле оксида молибдена. Эти узоры светятся ярко-синим светом и проводят электричество, что демонстрирует возможность их применения для компактной проводки и встроенных источников света на кристалле.

По словам доцента Хэ Ен Ли, электронный луч действует как наноразмерный карандаш, позволяя рисовать источники света и провода с точностью, недоступной традиционным методам, таким как литография. Оксид молибдена состоит из ультратонких слоёв, связанных слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, что делает материал легко настраиваемым для новых устройств.

Учёные предположили, что электроны высокой энергии выбивают атомы кислорода из кристаллической решётки, образуя кислородные дефекты. Эти дефекты усиливают свечение и повышают проводимость материала. В местах воздействия электронного луча интенсивность синего излучения значительно возрастала и сохранялась, а проводимость увеличивалась в сотни раз, формируя встроенные провода шириной всего несколько сотен нанометров.

Для экспериментов использовалась система катодолюминесцентной спектроскопии, которая позволила одновременно создавать дефекты и отслеживать излучение в реальном времени. Дополнительные методы подтвердили наличие кислородных дефектов.

Главным достижением работы является одновременное создание оптических и электрических свойств в одном материале с высокой точностью, без необходимости отдельных этапов для оптики и электроники. Исследователи отмечают, что метод может быть применён и к другим ван-дер-ваальсовым оксидам, открывая новые возможности для разработки оптоэлектронных устройств следующего поколения.

Международная группа астрономов провела фотометрические и спектроскопические наблюдения компактной звездной системы (CSS) вокруг спиральной галактики NGC 7531, расположенной на расстоянии около 72,4 миллионов световых лет в созвездии Ворон. Результаты, опубликованные 17 сентября на arXiv, указывают, что эта система является ультракомпактной карликовой галактикой (UCD).

Внешние области галактик часто содержат звездные субструктуры, образующиеся при слиянии спутниковых галактик и их разрушении. Многие разрушенные карликовые галактики были домом для ядерных звездных скоплений (NSC), которые под воздействием приливных сил эволюционируют в UCD.

NGC 7531 — спиральная галактика среднего размера с диаметром около 95 000 световых лет. Ранее в ней было обнаружено большое облако звездного мусора и компактная звездная система, встроенная в эту оболочку.

Исследование под руководством Дэвида Мартинеса-Дельгадо из Арагонского центра физики космоса базируется на данных DESI Legacy Imaging Survey и обсерватории Кека. Цель — определить природу CSS, восстановить историю её аккреции и понять формирование диффузной оболочки.

CSS вокруг NGC 7531 имеет массу около 3,7 миллиона солнечных масс и радиус 45,6 световых лет. Её возраст оценивается в 3,7 миллиарда лет, металличность — около 0,13. Примерно миллиард лет назад в системе произошёл всплеск звездообразования. Вероятно, CSS была ядерным звездным скоплением, испытывающим приливное разрушение.

Авторы обозначили объект как NGC 7531-UCD 1, подчеркивая его важность для понимания формирования UCD из NSC. Результаты согласуются с теоретическими моделями приливного разрушения и подтверждают наличие подобных объектов вне Млечного Пути.

Анализ также показал, что для создания наблюдаемой оболочки и хвостового потока потребовалось два прохождения перицентра, первое из которых совпало со всплеском звездообразования около миллиарда лет назад.