วิศวกรมองระดับอะตอมที่พลาสติก แก้ว ช็อคโกแลต บาคาร่า และอื่นๆ เพื่อดักจับฝุ่นดาวหางเล็กๆ ที่บินผ่านอวกาศ นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ในภารกิจ Stardust ปี 1999 ได้หันมาใช้ซิลิกาแอโรเจล โครงกระดูกที่ละเอียดและเป็นกระจกของ Aerogel นำอนุภาคของจักรวาลที่เดินทางด้วยความเร็ว 18,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมงมาสู่จุดหยุดนิ่งโดยไม่ทำลายพวกมัน ดักจับส่วนประกอบที่เป็นวัตถุดิบของระบบสุริยะและขนส่งพวกมันกลับบ้านเพื่อการศึกษา นอกจากนี้ยังเป็นฉนวนที่น่าทึ่งอีกด้วย เนื่องจากโครงสร้างที่มีรูพรุนทำให้เป็นเกราะป้องกันความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่เลวสำหรับสิ่งที่เป็นอากาศ 99.8%
Miodownik วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุกล่าวว่า
“ฉันใช้เวลาส่วนใหญ่ไปกับการหมกมุ่นอยู่กับวัสดุ เขาไม่ได้ล้อเล่น: หนังสือของเขาแสดงให้เห็นถึงความหลงใหลในสิ่งต่างๆ ทุกประเภท ตั้งแต่แอโรเจลที่แปลกใหม่และท่อนาโนคาร์บอนไปจนถึงเรื่องทางโลก เช่น กระดาษ โลหะ และพลาสติก
วัสดุบางอย่างเป็นเรื่องธรรมดามากจนง่ายต่อการมองข้าม เช่น ชั้นของโครเมียมออกไซด์ที่ทำให้ช้อนสแตนเลสไม่มีรสและป้องกันไม่ให้รสชาติในซุปของคุณรบกวน คนอื่นมีนิยายวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพวกเขา ตัวอย่างเช่น คอนกรีตที่ฝังตัวด้วยแบคทีเรียที่ผลิตแคลไซต์ วันหนึ่งอาจรองรับอาคารที่สามารถซ่อมแซมรอยแตกได้ตามที่ปรากฏ
การอธิบายว่าเหตุใดแก้วจึงใสหรือว่าเพชรก่อตัวอย่างไรหมายถึงการเจาะลึกเข้าไปในคุณสมบัติของอะตอมและกลศาสตร์ควอนตัม แต่ Miodownik กลั่นกรองฟิสิกส์และเคมีที่ยากลำบากไปจนถึงการทัวร์ชมโลกที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเป็นมิตรกับผู้อ่าน เติมชีวิตชีวาด้วยอารมณ์ขันและความกระตือรือร้นของเขาในเรื่อง ไม่ว่าหนังสือเล่มนี้จะสร้างแรงบันดาลใจให้กับความหมกมุ่นอย่างลึกซึ้งของผู้เขียนหรือไม่ก็ตาม แต่ก็ให้ความซาบซึ้งมากขึ้นสำหรับสิ่งต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน
วัสดุแปลก ๆ สามารถทำให้คอมพิวเตอร์เร็วขึ้นได้
ฉนวนทอพอโลยีสามารถเพิ่มความเร็วในการสลับระหว่าง 1 วินาทีและ 0 วินาที หนึ่งในวัสดุมหัศจรรย์ใหม่ล่าสุดของวิทยาศาสตร์อาจหาทางเข้าสู่คอมพิวเตอร์
ผลการศึกษา ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Natureวันที่ 24 กรกฎาคมเปิดเผยว่าอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านวัสดุที่เรียกว่าฉนวนทอพอโลยี (topological insulators) สามารถจัดการกับส่วนประกอบที่เป็นแม่เหล็กได้เหมือนกับที่อยู่ในหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ งานวิจัยนี้เป็นหนึ่งในความพยายามครั้งแรกในการค้นหาการใช้งานจริงสำหรับฉนวนทอพอโลยี
Sankar Das Sarma นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีเรื่องย่อที่มหาวิทยาลัยแมริแลนด์ในคอลเลจพาร์คกล่าวว่า “นี่เป็นข้อเสนอแรกที่ฉันได้เห็น … ซึ่งดูเหมือนจะไม่ไร้สาระเลย “ในทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ ข้อเสนอนี้สมเหตุสมผล”
นับตั้งแต่ทำนายการมีอยู่ของฉนวนทอพอโลยีในปี 2548 นักฟิสิกส์ได้สำรวจคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ ( SN: 5/22/10, p. 22 ) ส่วนใหญ่เป็นฉนวนทอพอโลยีตามชื่อที่แนะนำ แต่บนพื้นผิวของพวกมัน อิเล็กตรอนจะวิ่งอย่างรวดเร็วโดยไม่มีสิ่งกีดขวางและก่อตัวอย่างเข้มงวด: อิเล็กตรอนทั้งหมดที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งจะมีสปินเหมือนกัน
นักวิทยาศาสตร์หลายคนกำลังศึกษาฟิสิกส์พื้นฐานของวัสดุเหล่านี้ ซึ่งรวมถึงบิสมัทซีลีไนด์และปรอทเทลลูไรด์ แต่ Nitin Samarth นักฟิสิกส์เรื่องย่อของ Penn State ต้องการทำสิ่งที่มีประโยชน์กับพวกเขา เขาค้นพบแรงบันดาลใจในการทำงานของ Dan Ralph นักฟิสิกส์เรื่องย่อที่ Cornell University ซึ่งทีมของเขากำลังพยายามปรับปรุง RAM ของคอมพิวเตอร์และฮาร์ดไดรฟ์
ฮาร์ดไดรฟ์ปัจจุบันส่วนใหญ่เก็บข้อมูลเป็น 1 และ 0 ในแผ่นเวเฟอร์แม่เหล็กชิ้นเล็กๆ ที่มีลักษณะคล้ายเข็มทิศ ถ้าชิ้นหนึ่งมีทิศทางแม่เหล็กในทิศทางเดียว มันจะเป็น 1; ในอีกทางหนึ่ง มันคือ 0 การพลิกจาก 1 เป็น 0 (หรือกลับกัน) ต้องสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างช้าและไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งจะจำกัดความเร็วและความจุของอุปกรณ์ ( SN: 10/19/13, p. 28 )
เพื่อเร่งกระบวนการ ทีมของราล์ฟต้องการพลิกเข็มเข็มทิศเหล่านั้นด้วยการหมุนของอิเล็กตรอน ทีมงานของเขาได้สร้างอุปกรณ์ทดลองโดยที่อิเล็กตรอนจะปัดผ่านเข็มเข็มทิศเหล่านั้น และเนื่องจากการหมุนของพวกมัน ทำให้เกิดแรงบิดที่ละเอียดอ่อน เช่น นักสเก็ตลีลาที่กำลังหมุนตัวผลักนักสเก็ตที่อยู่กับที่ให้เคลื่อนที่ กุญแจสู่อุปกรณ์ที่ประสบความสำเร็จ Ralph กล่าวคือการเพิ่มแรงบิดสูงสุดโดยการสร้างกระแสของอิเล็กตรอนด้วยสปินเดียวกัน
สปินที่ตรงกันคือขนมปังและเนยของฉนวนทอพอโลยี ดังนั้นกลุ่มของราล์ฟและซามาร์ทจึงร่วมมือกันทดสอบว่าอิเล็กตรอนที่วิ่งผ่านพื้นผิวของฉนวนทอพอโลยีสามารถจัดการกับวัสดุแม่เหล็กด้วยสปินได้หรือไม่ พวกเขาวางวัสดุแม่เหล็กที่คล้ายกับที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ แผ่นเวเฟอร์เหล็กนิกเกิล บนยอดฉนวนบิสมัท selenide ทอพอโลยี และส่งกระแสสลับของอิเล็กตรอนผ่านอุปกรณ์ อิเล็กตรอนแต่ละตัวในบิสมัทซีลีไนด์ออกแรงแรงบิดประมาณ 10 เท่าของอิเล็กตรอนในวัสดุอื่น ๆ ที่ได้รับการทดสอบ
การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนของฉนวนทอพอโลยีสามารถให้แรงบิดเพียงพอสำหรับอุปกรณ์หน่วยความจำ Samarth กล่าว ตอนนี้เขาและเพื่อนร่วมงานกำลังเผชิญกับความท้าทายต่อไป นั่นคือการสร้างสิ่งพื้นฐาน บาคาร่า / ลายสัก
