Twentse wetenschappers sturen warmte en licht in fotonische kristallen

Onderzoekers van het MESA+ Instituut van de Universiteit Twente zijn erin geslaagd de warmteverspreiding in fotonische kristallen aan banden te leggen. Fotonische kristallen zijn structuren die licht sturen en geleiden op een vergelijkbare manier als in een circuit op een chip.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Applied Physics Letters. De onderzoekers wisten de warmteverspreiding in de dunne halfgeleidermembranen aan banden te leggen door in plaats van lucht gassen met een betere warmtegeleiding te gebruiken. Op die manier konden de onderzoekers ervoor zorgen dat er veel minder ongewenste 'overspraak' tussen de verschillende signalen was. Overspraak is de elektromagnetische interferentie tussen verschillende signalen of, zoals vroeger, dat de stem van een andere beller ook hoorbaar was op een telefoonlijn waarmee geen verbinding was gelegd.

Het gas dat de warmte het best geleidt, blijkt helium te zijn. De overspraak tussen nabijgelegen circuits verminderde zo met bijna een factor twee. De onderzoekers denken op deze manier complexe circuits van honderden elementen nauwkeurig af te kunnen stemmen.

Een fotonisch kristal schakelt door middel van licht. Het licht wordt gestuurd door de kristallen in dunne halfgeleidermembranen, vergelijkbaar met elektronische circuits op computerchips. Door een laserstraal op het materiaal te richten, wordt het lokaal verwarmd, waardoor een schakeling gevormd wordt.

Toepassingen zijn er nog niet, maar dergelijke materialen vormen wel de basis voor computers van de toekomst, schrijft de universiteit op haar site. Te denken valt aan miniatuurlasers, led's, on-chip opslag van informatie en in sensoren.

Plek waar laser fotonisch kristal raakt: warmte verspreidt langs membraan, maar wordt ook aan gas afgegeven

Reacties (27)

[Nibbz]

Jammer dat het dan Helium moet zijn.. daar is schijnbaar niet zoveel meer van:

http://www.decodedscience...date-one-year-later/42314

edit:

Die bron / link is wellicht niet de beste inderdaad .

http://www.theguardian.co...party-balloons-squandered

For the past decade that vast stockpile has been sold off, causing prices to plummet. "Helium was cheap and we learned to be wasteful with it," said Kirichek. "Now the stockpile is used up, prices are rising and we are realising how stupid we have been."

Het is inderdaad niet echt op, echter zijn we hard door de voorraden heen gegaan.

[Reactie gewijzigd door Nibbz op 26 juli 2024 11:38]

[imdoctorbob]

Ik lees niet over dat het er niet meer zo veel van is, enkel dat een grote producent in de VS (overheid) ermee is gestopt.
Daarnaast staat hier ook dat er nog geen toepassing voor deze techniek is, komende 10 jaar zul je hier weinig producten van zien dus.

Edit: tweede link is beter inderdaad. Maar goed het blijft fundamenteel onderzoek, dus we zijn beetje off-topic bezig

[Reactie gewijzigd door imdoctorbob op 26 juli 2024 11:38]

[D.oomah]

Het probleem is dat in de jaren '90 de amerikaanse overheid heeft besloten om al haar helium voorraden te verkopen voor 2015. Om dit zo snel mogelijk te doen is het helium goedkoper dan het zou moeten zijn. Een leraar zei dat een enkele helium ballon eigenlijk ruim €50,- zou moeten kosten. Omdat het zo goedkoop was heeft niemand ooit moeite gedaan om helium (in gas vorm) te recyclen.

Misschien moet ik eens links gaan lezen voor het typen. Alles wat ik wilde zetten staat er al in

[MSalters]

Waarom zou het zo duur moeten zijn? Uiteindelijk is prijs een evenwicht tussen vraag en aanbod. De lage prijs is dus een direct gevolg van een overaanbod en een lage vraag. Om vanuit dat overaanbod en de lage vraag door te redeneren naar een dreigend tekort is dus wat voorbarig. En dat de VS in 25 jaar voorraden afbouwt is nou ook niet zo spannend.

[robvanwijk]

En dat de VS in 25 jaar voorraden afbouwt is nou ook niet zo spannend.

Jawel, dat is juist wel spannend; het zijn "eenmalige" voorraden; zodra ze verkocht zijn kan er (realistisch gezien) geen nieuwe productie plaatsvinden. Het probleem is dat het Amerikaanse helium niet geproduceerd is omdat ze helium nodig hadden, maar als bijproduct van de nucleaire industrie... en dan vooral de nucleaire wapenindustrie. Ik denk niet dat we moeten willen dat er opnieuw absurde hoeveelheden uranium en plutonium worden geproduceerd omdat we nu opeens het (toenmalige) afval-product goed kunnen gebruiken.

Helium produceren door het te isoleren uit gewone lucht (of andere alternatieve productiemethode) zullen vast mogelijk zijn, maar niet makkelijk of goedkoop; hoewel ik geen mening heb over het exacte getal ("€ 50 per ballon") van D.oomah, zou het me niks verbazen als het inderdaad die kant op zou gaan.

[MSalters]

Bijproduct van de [/]nucleaire[/i] industrie? Welnee. Het komt uit gasvelden. En zoals misschien is opgevallen is de Amerikaanse gasproductie omhooggeschoten door fracking. Dankzij die techniek zijn de winbare aardgasreserves omhooggeschoten, en tegelijk ook de heliumreserves.

[robvanwijk]

Er zijn twee bronnen van helium: gasvelden en (het verval van) tritium.

De hoeveelheid helium die gasvelden (in de afgelopen, letterlijk, miljarden jaren) geproduceerd hebben, die is inmiddels grotendeels erdoorheen gejaagd. Dus ja, daar kwam het vandaan... maar da's nu op, dus daar hebben we niks meer aan.

De andere bron, tritium, zouden we in theorie op kunnen krikken (wat bij helium-uit-gasvelden simpelweg onmogelijk is), maar tritium, "waterstof-3", is helaas wel degelijk een afvalproduct vanuit de nucleaire industrie en daarvan kunnen we de productie alleen ophogen door kernreactoren harder te laten draaien. En nee, dan heb ik het helaas niet over kernfusie-reactoren (die verbruiken tritium), ik heb het echt over kern-splitsing-reactoren, die krengen die langlevend radioactief afval produceren (waar we ons nog steeds geen raad mee weten).

[Reactie gewijzigd door robvanwijk op 26 juli 2024 11:38]

[MSalters]

Tritiumverval levert het zeldzame en dure He-3 op. (Logisch: Tritium is 1p2n, He-3 is 2p1n. Je tovert er niet zomaar 1 proton bij). Dat kost wel meer dan 50 euro per ballon.

Nee, tenzij je het expliciet over He-3 hebt, is Helium de stabiele isotoop He-4. Simpel te produceren, overigens: Li-7+1n => 2 He-4.

[robvanwijk]

Nee, tenzij je het expliciet over He-3 hebt, is Helium de stabiele isotoop He-4.

1) ³He en ⁴He zijn allebei stabiele isotopen.
2) Als je het over "helium" hebt (zonder verdere indicaties welk type precies), dan heb je het meestal over de verzameling van ofwel alle isotopen, ofwel alle stabiele isotopen, ofwel alle isotopen in de verhouding waarin ze op Aarde voorkomen. (Als je specifiek ⁴He zou bedoelen, dan zou je immers wel "⁴He" zeggen. )

Simpel te produceren, overigens: Li-7+1n => 2 He-4.

Simpel... in je natuurkundeboek. Op grote schaal... "not really", om het voorzichtig uit te drukken: tientallen jaren onderzoek, miljarden dollar's verslonden en we zijn er nog steeds niet...

[MSalters]

Waarom haal je ITER erbij? Dan begrijp je blijkbaar niet wat er nodig is om een neutron te produceren. Een neutronenbron is te gevaarlijk om als proefje op het VWO te bouwen, maar technisch niet veel moeilijker.

En aangezien He-4 meer dan 99.99% van alle natuurlijke Helium is, negeert iedereen de natuurlijke He-3. Als dat geen verwaarloosbaar percentage was, dan zou niemand voorstellen om de maan te gaan mijnen.

[robvanwijk]

Waarom haal je ITER erbij?

Omdat dat, bij mijn beste weten, het enige apparaat is wat zelfs maar in de buurt komt van het "op industriële schaal" transmuteren van iets-anders-dan-Helium naar Helium.

Wat mij betreft is de insteek dat we op zoek zijn naar een manier om genoeg Helium te bemachtigen om de MRI-scanners op deze planeet aan de gang te houden. Of we dat doen door het laatste restje van de Amerikaanse reserve niet te verkopen, of door "recycling", of door een nieuwe productiemethode, dat maakt me niet uit, als we het resultaat maar bereiken. En dan kun je in theorie wel gelijk hebben met je neutronenbron, maar in de praktijk schiet dat helaas van geen kanten op.

Ik weet dat het niet helemaal vergelijkbaar is, maar laten we de omzetting van bismuth in goud als hele ruwe benadering nemen (dat was de enige transmutatie waar ik zo snel getallen van kon vinden).

quote: http://www.scientificamer...-can-be-turned-into-gold/

It would cost more than one quadrillion dollars per ounce to produce gold by this experiment

Er zitten 9.51*10²² atomen in een ounce goud (bron)

[R]unning particle beams through the Bevalac cost about $5,000 an hour, “and we probably used about a day of beam time,”

24 * 5000 = 120.000 dollar, dus dan zijn er ongeveer
120.000 * 9.51*10²² / 1 quadriljoen ~= 11.4*10¹² atomen geproduceerd.... in een dag tijd.

Stel dat het produceren van helium-atomen duizend keer sneller gaat dan het produceren van goud-atomen (ik zou niet weten waarom, maar ik ben in een gulle bui) en stel dat je niet één bron hebt, maar laten we er een miljoen nemen, we hebben immers haast. Dan zitten we al op 11.4*10²¹ atomen per dag! Of, nou ja, "al"... het getal van Avogrado heeft 23 nulletjes. Er zitten 2.686*10²² atomen in een litertje helium; het duurt drie weken om dat bij elkaar te sprokkelen (en dat is met een miljoen neutronenbronnen)...

TL;DR: in theorie heb je gelijk, in de praktijk komen we een waslijst nullen tekort om echt iets op te schieten met de oplossing die je voorstelt.

[Reactie gewijzigd door robvanwijk op 26 juli 2024 11:38]

[Verwijderd]

De vorming van helium uit waterstof, een kernfusiereactie waarbij zeer veel energie vrijkomt, vormt de basis van de energie van sterren maar ook die van de waterstofbom. Helium kan gesynthetiseerd worden door lithium of boor met zeer snelle protonen te beschieten. Dit komt doordat er bij radioactief verval α-straling vrijkomt, wat helium-kernen zijn. Helium wordt ook bij aardgas gevonden (1% helium). Door scheidingstechnieken kan het helium van het aardgas gescheiden worden.

[Mebus]

Is er niet best wat helium op de maan? Of was het mars? Er was ergens best veel helium

[SCiENTiST]

De zon bestaat voor zo'n 25% uit helium. Dat is best veel.

[Pathogen]

Vandaar dat-ie zo hoog zweeft!

[beerendlauwers]

Iran heeft veel helium volgens enkele Amerikaanse geruchten, allen daarheen!

[Durandal]

Is er niet best wat helium op de maan? Of was het mars? Er was ergens best veel helium

Dat is Helium-3, uitermate geschikt voor kernfusie.

Van normaal Helium is er genoeg. Het tweede meest voorkomende element in het universum. We zullen er ook niet veel van nodig hebben; chips zijn niet zo groot en worden steeds kleiner.

[Verwijderd]

Grappig dat we het dan nog steeds massaal gebruiken om een beetje ballonnen mee op te blazen. Het is toch ook een edelgas? Waar blijft die helium dan?

@Universal Creations: Hm, ja dat klinkt eigenlijk wel logisch.
Ik heb even snel wat "onderzoek" gedaan (gegoogled). Helium lijkt inderdaad niet zo makkelijk om te winnen en nutteloos dat het links en rechts in feestballonnen verspild dient te worden.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 26 juli 2024 11:38]

[Universal Creations]

Net zoals die ballonnen stijgt het op. Klinkt flauw, maar zo is het helaas wel.

[DaManiac]

Dit soort fundamenteel onderzoek naar materialen wordt vaak uitgevoerd met "exotische" materialen en vind dan zijn weg naar praktische toepassingen.

[Reactie gewijzigd door DaManiac op 26 juli 2024 11:38]

[Verwijderd]

Jammer dat het dan Helium moet zijn.. daar is schijnbaar niet zoveel meer van:

Maar voor dit doeleinde heb je maar hele kleine beetjes nodig. Heeeeeele klein beetjes,. Dus geen factor van belang.

Overigens kan je Helium op vele manieren 'maken'. Je kan het uit gas halen etc. Er zal dus nooit een einde komen aan de voorraad maar de prijs zal pijnlijk hoog worden. We moeten er zuinig mee doen. Geen ballonetjes op koningsdag dus.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 26 juli 2024 11:38]

[tweakerrobin]

uit een plutoniumgenerator kan heluim gemaakt worden.(weet niet of ik het goed benoem) Is wel weer discutabel i.v.m. radioactiviteit.

[koelpasta]

Jammer dat het dan Helium moet zijn.. daar is schijnbaar niet zoveel meer van:
http://www.decodedscience...date-one-year-later/42314

Die site die je linkt heeft als verdienmodel het bangmaken van mensen.
Lijkt me niet echt informatie om op te vertrouwen.
Ik kan je echt aanraden daar weg te blijven.

[Verwijderd]

Helium is een gas, dat nooit zal verdwijnen omdat het gewoon in de dampkring zit, alle Helium die gebruikt wordt voor ballonnen etc etc komt gewoon weer in de atmosfeer, net zoals CO2, alles wat opgeslagen is in bomen komt gewoon weer vrij, dat geldt voor alle gassen en ook metalen. Want als Helium kon verdwijnen, kon zuurstof dat ook en dat zou diep zeuren zijn

[rodebest]

Maar omdat helium veel lichter is dan normale lucht stijgt het dus tot de rand van de dampkring waar wij het zo goed als niet kunnen winnen en word het daarentegen ook nog eens van de aarde afgeslagen door zonnewinden waardoor er steeds minder natuurlijke helium op de aarde zal zijn...

[johanneslol]

Klinkt heel interessant !:) ik ben benieuwd wat voor mooie toepassingen hier uit voortkomen.