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Wussten Sie, dass Licht Töne erzeugen kann? Im späten 19. Jahrhundert entdeckte der Wissenschaftler Alexander Graham Bell (der als einer der Erfinder des Telefons gilt) das Phänomen, dass Materialien Schallwellen erzeugen, nachdem sie Lichtenergie absorbiert haben, was als photoakustischer Effekt bekannt ist.   Alexander Graham Bell Bildquelle: Sina Technology   Nach den 1960er Jahren kamen mit der Entwicklung der Technologie zur Erkennung schwacher Signale hochempfindliche Mikrofone und piezoelektrische Keramikmikrofone auf den Markt. Wissenschaftler haben eine neue spektroskopische Analysetechnik entwickelt, die auf dem photoakustischen Effekt basiert – die photoakustische Spektroskopie, die zur Erkennung von Substanzen in Proben und ihrer spektroskopischen thermischen Eigenschaften verwendet werden kann und zu einem leistungsstarken Werkzeug für die physikalisch-chemische Forschung an anorganischen und organischen Verbindungen, Halbleitern, Metallen und Polymermaterialien wird , usw.     Wie können wir Licht dazu bringen, Klang zu erzeugen? Wie in der folgenden Abbildung dargestellt, fällt eine von einem Monochromator modulierte Lichtquelle oder ein gepulstes Licht, beispielsweise ein gepulster Laser, auf eine photoakustische Zelle. Das in der photoakustischen Zelle zu messende Material absorbiert Lichtenergie, und die Absorptionsrate variiert mit der Wellenlänge des einfallenden Lichts und dem Material. Dies ist auf die unterschiedlichen Energieniveaus der in den verschiedenen Materialien enthaltenen Atommoleküle zurückzuführen und die Absorptionsrate des Lichts durch das Material erhöht sich, wenn die Frequenz ν des einfallenden Lichts nahe am Energieniveau hν liegt. Die Atommoleküle, die nach der Absorption von Licht auf höhere Energieniveaus springen, bleiben nicht auf den höheren Energieniveaus; Stattdessen neigen sie dazu, Energie freizusetzen und in den niedrigsten Grundzustand zurückzukehren, wo die freigesetzte Energie oft als thermische Energie erscheint und dazu führt, dass sich das Material thermisch ausdehnt und sein Volumen ändert. Wenn wir das Volumen eines Materials einschränken, indem wir es beispielsweise in eine photoakustische Zelle packen, führt seine Ausdehnung zu Druckänderungen. Nach einer periodischen Modulation der Intensität des einfallenden Lichts ändern sich auch Temperatur, Volumen und Druck des Materials periodisch, was zu einer erkennbaren mechanischen Welle führt. Diese Schwingung kann von einem empfindlichen Mikrofon oder einem piezoelektrischen Keramikmikrofon erfasst werden, was wir als photoakustisches Signal bezeichnen.   Prinzipschaltbild     Wie misst ein Lock-in-Verstärker photoakustische Signale?   Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das photoakustische Signal durch ein viel kleineres Drucksignal erzeugt wird, das aus sehr geringer Wärme (freigesetzt durch atomare oder molekulare Entspannung) umgewandelt wird. Die Erkennung solch extrem schwacher Signale ist o...

Was ist antiferromagnetisches Material?   Abbildung 1: Magnetische Momentanordnung in Antiferromagneten   Die gemeinsamen Eigenschaften von Eisen sind Ferromagnetismus, Ferroelektrizität und Ferroelastizität. Materialien mit zwei oder mehr Eiseneigenschaften gleichzeitig werden als multiferroische Materialien bezeichnet. Multiferroika haben normalerweise starke Eisenkopplungseigenschaften, d. h. eine Eiseneigenschaft des Materials kann eine andere Eiseneigenschaft modulieren, beispielsweise durch die Verwendung eines angelegten elektrischen Felds, um die ferroelektrischen Eigenschaften des Materials zu modulieren und so die ferromagnetischen Eigenschaften des Materials zu beeinflussen. Es wird erwartet, dass solche multiferroischen Materialien die nächste Generation elektronischer Spingeräte darstellen. Unter diesen wurden antiferromagnetische Materialien umfassend untersucht, da sie eine gute Robustheit gegenüber dem angelegten Magnetfeld aufweisen.   Antiferromagnetismus ist eine magnetische Eigenschaft eines Materials, bei dem die magnetischen Momente antiparallel gestaffelt angeordnet sind und kein makroskopisches magnetisches Nettomoment aufweisen. Dieser magnetisch geordnete Zustand wird Antiferromagnetismus genannt. In einem antiferromagnetischen Material sind die Spins benachbarter Valenzelektronen tendenziell in entgegengesetzte Richtungen gerichtet und es wird kein Magnetfeld erzeugt. Antiferromagnetische Materialien sind relativ selten und die meisten von ihnen existieren nur bei niedrigen Temperaturen, wie z. B. Eisenoxid, Ferromanganlegierungen, Nickellegierungen, Seltenerdlegierungen, Seltenerdboride usw. Es gibt jedoch auch bei Raumtemperatur antiferromagnetische Materialien, wie z BiFeO3, das derzeit intensiv erforscht wird.   Anwendungsaussichten antiferromagnetischer Materialien Das Wissen über Antiferromagnetismus ist hauptsächlich auf die Entwicklung der Neutronenstreuungstechnologie zurückzuführen, mit der wir die Anordnung der Spins in Materialien „sehen“ und so die Existenz von Antiferromagnetismus bestätigen können. Vielleicht hat der Nobelpreis für Physik die Forscher dazu inspiriert, sich auf antiferromagnetische Materialien zu konzentrieren, und der Wert des Antiferromagnetismus wurde nach und nach erforscht.   Antiferromagnetische Materialien sind weniger anfällig für Ionisierung und Magnetfeldinterferenzen und haben Eigenfrequenzen und Zustandsübergangsfrequenzen, die um mehrere Größenordnungen höher sind als typische ferromagnetische Materialien. Antiferromagnetische Ordnung in Halbleitern lässt sich leichter beobachten als ferromagnetische Ordnung. Diese Vorteile machen antiferromagnetische Materialien zu einem attraktiven Material für die Spintronik.   Die neue Generation magnetischer Direktzugriffsspeicher verwendet elektrische Methoden zum Schreiben und Lesen von Informationen auf Ferromagneten, was die Immunität von Ferromagneten verringern kann und einer stabilen Datenspeicherung n...