รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปีนี้ ซึ่งประกาศเมื่อต้นเดือนตุลาคม มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ 3 คน ผู้วางรากฐานทางทฤษฎีเพื่อทำความเข้าใจความซับซ้อนในระบบทางกายภาพ ข้อมูลเชิงลึกพื้นฐานของพวกเขามีผลที่กว้างไกลในหลายพื้นที่ของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่พลวัตที่วุ่นวายของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไปจนถึงผลกระทบของความผิดปกติในสถานะที่แปลกใหม่ของสสาร
แม้ว่ารางวัล
โนเบลในปีนี้จะเฉลิมฉลองผลกระทบที่ยาวนานของผลงานที่ทำขึ้นเมื่อหลายสิบปีที่แล้ว สิ่งสำคัญพอๆ กันคือการตระหนักถึงความสำเร็จของนักวิจัยเริ่มต้นอาชีพและวิธีที่พวกเขาจะมีอิทธิพลต่อวิทยาศาสตร์แห่งอนาคต ด้วยเหตุผลดังกล่าว จึงได้สนับสนุนรางวัล ตั้งแต่ปี 2548 ซึ่งมอบรางวัล
โดยคณะนักวิชาการชั้นนำให้แก่นักวิจัยรุ่นใหม่ชาวยุโรป ผู้บุกเบิกเทคนิคการทดลองใหม่ๆ ที่ใช้อุณหภูมิต่ำหรือสนามแม่เหล็กสูง หรือบางครั้งก็ทั้งสองอย่าง “การได้รับรางวัล ถือเป็นเกียรติอย่างยิ่ง” ผู้ได้รับรางวัลประจำปี 2021 กล่าว “ฉันเชื่ออย่างยิ่งว่ามันจะเป็นการสนับสนุนที่แท้จริงสำหรับอาชีพ
ทางวิทยาศาสตร์ของฉัน”อธิบายว่าการระบายความร้อนด้วยแม่เหล็กใช้ประโยชน์จากวัสดุที่มีผลกระทบจากสนามแม่เหล็กที่รุนแรง กล่าวคือ อุณหภูมิของวัสดุจะเปลี่ยนแปลงเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว การหมุนของวัสดุเหล่านี้มักจะไม่เป็นระเบียบ และจะกลายเป็นแนวเดียวกัน
เมื่อใช้สนามแม่เหล็กเท่านั้น กล่าวว่า “การเปลี่ยนจากสภาวะที่ไม่เป็นระเบียบไปสู่สภาวะที่มีระเบียบจะช่วยลดค่าเอนโทรปีในวัสดุได้ “หากใช้สนามแม่เหล็กเร็วพอ เอนโทรปีนี้จะถูกถ่ายโอนจากระบบแม่เหล็กไปยังโครงผลึก อะตอมจะสั่นแรงขึ้นและอุณหภูมิของวัสดุก็เพิ่มขึ้น”
สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กถูกขจัดออก: สปินจะกลับเข้าสู่สภาวะที่ไม่เป็นระเบียบและวัสดุจะเย็นลง “เราสามารถใช้เอฟเฟ็กต์เหล่านี้เพื่อสร้างเครื่องจักรที่ทำหน้าที่เป็นตู้เย็นได้” กล่าว “ข้อได้เปรียบที่สำคัญในอุณหภูมิห้องคือเราต้องการเพียงน้ำเพื่อสูบความร้อน ซึ่งทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
มากกว่า
สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซที่มักใช้กันในปัจจุบัน” ในการตรวจสอบคุณสมบัติของวัสดุแมกนีคาลอริกเหล่านี้ ใช้ประโยชน์จากสนามแม่เหล็กแบบพัลส์ที่ออกแบบและสร้างขึ้นที่ HLD ซึ่งสามารถส่งความแรงของสนามได้สูงถึง 100 T ในช่วงระยะเวลาสั้นๆ โดยทั่วไปคือไม่กี่มิลลิวินาที
ตัวอย่างเช่น สำหรับธาตุแกโดลิเนียมที่เป็นธาตุหายาก เขาวัดอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 60 K เมื่อสนามพัลซิ่งถึง 60 T “ในช่วงเวลานั้น สนามไฟฟ้ากลับไปเป็นศูนย์ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิก็จะกลับไปเป็นศูนย์ด้วย” เขากล่าว . “มันน่าทึ่งจริงๆ ไม่มีวัสดุประเภทอื่นที่สามารถทำสิ่งนี้ได้”
หนึ่งในความท้าทายด้านการทดลองที่สำคัญสำหรับ คือการวัดอุณหภูมิของตัวอย่างอย่างแม่นยำภายในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งเขาประสบความสำเร็จโดยการสร้างเทอร์โมคัปเปิลที่บางถึง 35 µm จำเป็นต้องวัดคุณสมบัติของวัสดุอื่นๆ ในเวลาเดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปลี่ยนแปลงของความยาวและปริมาตร
ที่สามารถเห็นได้ค่อนข้างชัดเจนในวัสดุแมกนีคาลอริก ในขณะที่ยังใช้เครื่องวัดความร้อนจากแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด 16 T แบบคงที่เพื่อบันทึกความจุความร้อนของตัวอย่าง ช่วงอุณหภูมิที่กว้าง “การทดลองในสนามพัลซิ่งนั้นไม่เหมือนใครเพราะพวกมันให้โอกาสในการวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
รวมถึงผลกระทบทางจลนศาสตร์ แต่เรายังต้องการสภาวะคงที่เพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์และช่วยให้เราปรับวัสดุให้เหมาะสม” เขากล่าว ตอนนี้ กระตือรือร้นที่จะสำรวจศักยภาพของการทำความเย็นด้วยแม่เหล็กสำหรับการทำให้ไฮโดรเจนเหลว ซึ่งเป็นกระบวนการที่สำคัญสำหรับการจัดเก็บ
และขนส่ง
เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจำนวนมาก เทคโนโลยีในปัจจุบันใช้พลังงานมาก โดยมีประสิทธิภาพเพียง 20–25% ซึ่งหมายความว่ากระบวนการทำให้เป็นของเหลวใช้พลังงานเกือบทั้งหมดที่บรรจุอยู่ภายในไฮโดรเจน เชื่อว่าการทำความเย็นด้วยแม่เหล็กมีศักยภาพในการทำให้กระบวนการมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ปัจจุบันเขากำลังสมัครขอรับทุนวิจัย และหวังว่าการได้รับรางวัล จะเป็นการรับรองที่สำคัญจากภายนอกเพื่อสนับสนุนข้อเสนอการวิจัยของเขา“แน่นอนว่าสิ่งพิมพ์และการอ้างอิงมีความสำคัญ แต่ผู้ที่ตัดสินใจเกี่ยวกับทุนวิจัยมักไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญในสาขานี้” เขากล่าว “การได้รับการยอมรับในลักษณะนี้
สำหรับผลงานของเธอเกี่ยวกับวัสดุสองมิติ ยอมรับว่าการยอมรับจากภายนอกนี้สามารถส่งเสริมโปรไฟล์ของนักวิจัยเริ่มต้นอาชีพได้ “การทำให้ชื่อของคุณเป็นที่รู้จักในชุมชนการวิจัยเป็นสิ่งสำคัญมาก” เธอกล่าว “หากผู้คนคุ้นเคยกับงานของคุณมากขึ้น อาจช่วยให้คุณได้งานที่ดีขึ้น ระดมทุนวิจัย
“ผมสนใจเป็นพิเศษเกี่ยวกับการขนส่งอิเล็กตรอนภายในวัสดุเหล่านี้ เนื่องจากที่อุณหภูมิต่ำ พวกมันสามารถแสดงสถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แข็งแกร่งซึ่งได้รับการปกป้องจากสิ่งแวดล้อม เช่นเดียวกับข้อบกพร่องใดๆ ในวัสดุ รัฐที่ได้รับการคุ้มครองทางโทโพโลยีดังกล่าวสามารถสร้างพื้นฐานของเทคโนโลยี
ควอนตัมในอนาคตได้” ในการตรวจสอบปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเหล่านี้ ริเบโร-ปาเลาจำเป็นต้องทำการตรวจวัดการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุที่อุณหภูมิต่ำอย่างแม่นยำ ตัวอย่างคุณภาพสูงเป็นสิ่งจำเป็นในการเปิดเผยผลกระทบทางควอนตัมที่เธอกำลังมองหา อีกทั้งการทดลองยังมีความไวอย่างมาก
ต่อแหล่งกำเนิดเสียงใดๆ “การทดลองจำเป็นต้องแยกออกจากสิ่งแวดล้อมโดยสิ้นเชิง ไม่ใช่แค่เพื่อให้อุณหภูมิต่ำ แต่ยังป้องกันการรบกวนทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ในห้องแล็บอื่นๆ และแม้แต่คอมพิวเตอร์ที่เราใช้ดำเนินการ” เธออธิบาย “เราจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่มีสัญญาณรบกวนต่ำมากและเครื่องขยายเสียงที่มีความไวสูง” ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ริเบโร-ปาเลาหวังว่าจะพัฒนาห้องปฏิบัติการ
