Викторина по физике для школьников

Гипсохромный и батохромный сдвиги люминесценции квантовых точек одного и того же состава в зависимости от изменения их размера являются одним из самых ярких (в буквальном смысле) проявлений «размерных эффектов» в нанотехнологиях, когда физические свойства материала зависят от размера составляющих его элементов (в частности, наночастиц). А в чем причина «размерного эффекта» люминесценции для квантовых точек (поясните ответ)?

Всем известно, что большинство металлов – блестящие, хорошо отражающие свет вещества, поскольку содержат много «свободных» электронов, однако если металлы сильно измельчить, то получаются, как правило, различные «черни» – порошки или коллоидные растворы черного или металлического цвета. А как сделать раствор металлического серебра в воде малинового цвета (поясните ответ)?

Для терапии онкологических заболеваний разрабатывают метод локальной магнитной гипертермии, когда в опухоль вводят суспензию (золь) суперпарамагнитных наночастиц оксидов железа (или подобные биосовместимые магнитные материалы), а затем производят воздействие переменным магнитным полем. Парамагнитные наночастицы – однодоменные, то есть имеют все магнитные спины, выстроенные в одном направлении. Разумеется, все они «следят» за магнитным полем и пытаются его направлению соответствовать. Если поле переменное, то есть изменяет с точностью до наоборот вектор напряженности, то такие частицы либо пытаются сами повернуться по полю, либо переворачивают свои спины по полю. В зависимости от частоты переменного поля, вязкости среды, размера и формы магнитных наночастиц и на тот, и на другой процесс затрачивается энергия внешних систем, то есть внутри системы наночастиц в опухоли энергия магнитного поля диссипирует в тепло, опухоль разогревается и ей становится очень нехорошо. Важнейший фактор для эффективного поглощения энергии магнитного поля опухолью с наночастицами – не только его амплитуда (она обычно небольшая, около 100 Эрстед), но и частота (субмегагерцовый диапазон). Свойствам какой из ниже перечисленных термодинамических систем опухоль в наибольшей степени соответствует при разогреве в условиях взаимодействия с высокочастотным магнитным полем (в ответе обязательно поясните, почему, и попробуйте для пояснения механизма передачи энергии использовать Первый закон термодинамики)?

Ну кто не знает про пресловутый «эффект лотоса», когда капли жидкости катаются беспрепятственно по супергидрофобной поверхности как круглые шарики! А что (гипотетически) произойдет с такой системой, если жидкость будет доведена до сверхкритического состояния (свою гипотезу поясните)?

В колбочках одинаковой формы и с одинаковым количеством частиц в единице объема находятся наночастицы различного состава. В одной – золь квантовых точек селенида кадмия, в другой – желтый гидрозоль наночастиц серебра, в третьей – коллоидный раствор белоснежного диоксида титана, в четвертой – бурая взвесь наночастиц гидроксида железа (III), в пятой – мицеллярная вода. В какой из колбочек будет лучше всего виден луч синей лазерной указки?

В качестве новых поколений солнечных элементов рассматривают тонкопленочные гетероструктуры на основе гибридных перовскитов, типичным представителем которых является иодоплюмбат метиламмония. Гетероструктурой такой солнечный элемент является потому, что сам он располагается не между электродами непосредственно (один из которых прозрачный), а отделен от них тонким слоем диоксида титана (n-проводящим блокирующим слоем) и органическим p–проводящим слоем (или p–проводящим неорганическим слоем). Зачем эти дополнительные, «лишние»,  n- и p- слои нужны?

Для работы многочисленных устройств в современной науке и технике все чаще используют нанопозиционеры – элементы, которые способны за счет внешнего воздействия, например, импульсов электрического поля, механически перемещать различные объекты на расстояния всего в несколько нанометров. Такие элементы, в частности, эффективно работают в составе систем сканирующей зондовой микроскопии. Какие из типов материалов, перечисленных ниже, используются для создания таких нанопозиционеров, ответ поясните?

В последнее время, не в последнюю очередь благодаря известным последствиям закона Мура, все чаще пытаются найти совершенно новые принципы для дальнейшего развития информационных технологий. Одно из подобных перспективных направлений – фотоника, то есть создание элементной базы управления световыми потоками в интересах отображения, хранения, передачи, обработки информации. Одним из важных элементов фотоники являются фотоннокристаллические системы – среды с периодическим диэлектрическим контрастом, простейшим вариантом которых является плотнейшая упаковка одинаковых микросфер диоксида кремния, полистирола и целого ряда других материалов. Для описания особенностей поглощения света такой периодической структурой (наличие максимумов поглощения) используют модифицированное уравнение Брэгга. Модификация включает введение одного важного параметра, характеризующего фотонный кристалл. Что это за параметр (ответ поясните)?

В 2007 году физикам Альберту Ферту и Петеру Грюнберну была вручена Нобелевская премия по физике за открытие и исследование гигантского магнетосопротивления, которое может найти применение в датчиках магнитного поля, энергонезависимой памяти, устройствах обработки информации. В работах ученых рассматривали особенности поведения в магнитном поле электрического сопротивления сверхрешеток (гетероструктур) из тонких пленок ферромагнитных и неферромагнитных материалов. Самым интересным в обнаруженном явлении изменения сопротивления таких структур в магнитном поле оказалось то, что был предложен абсолютно иной фундаментальный принцип работы с электронами, нежели тот, который используется в обычной микроэлектронике. Этот же принцип лежит, по сути, в основе развивающейся сейчас области спинтроники, которая рассматривается как еще одна альтернатива современной микроэлектроники. Что это за принцип?

Одной из самых цитируемых (10 000 цитирований) статей в области наноматериалов в журнале семейства Nature недавно стала работа, описывающая (помимо других вариантов источников тока) строение и функции ионистора или суперконденсатора. В этих электрохимических устройствах “обкладками” конденсатора служит, фактически, двойной электрический слой на границе раздела электрода и электролита, поэтому ионисторы по своим функциональным параметрам занимают промежуточное положение между обычным классическим конденсатором и химическим источником тока. А зачем в этих устройствах используют «наноуглерод» (графен и углеродные нанотрубки), ответ поясните?