Графен — ферромагнетик
Попросите школьника назвать ферромагнетик, и он ответит — железо, студент добавит никель и кобальт, кое-кто вспомнит про гадолиний и его соседей… Но графен? Впрочем, от него можно ожидать чего угодно.
Графит, как известно, диамагнетик, причём хороший: в поле неодимового магнита монокристаллический графит даже левитирует, то есть висит в воздухе. Исследователи из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе (Санкт-Петербург) изготовили композит на основе матрицы из полистирола с внедрёнными в неё графеновыми хлопьями. Этот композит подвергался вибрационному воздействию с акустической частотой в течение нескольких часов. В результате происходило разделение на фрагменты иглообразной формы, длиной 50—100 мкм и шириной 5—10 мкм, и плоские фрагменты большего размера, порядка нескольких сотен микрометров. Далее было обнаружено, что при комнатной температуре иглообразные фрагменты сильно притягиваются к полюсу постоянного магнита, то есть ведут себя как ферромагнетики, а плоские фрагменты слабо отталкиваются от полюса магнита, то есть ведут себя, как и положено, диамагнитно.
Исследование показало, что кривая намагниченности иглообразных фрагментов — это петля гистерезиса, слабо зависящая от температуры в диапазоне от 5 до 300 К, при этом намагниченность насыщения существенно превосходила значения для графена, ранее найденные другими авторами. Для плоских фрагментов также была получена гистерезисная кривая, однако намагниченность оказалась на три порядка меньше и наблюдались некоторые черты, характерные для сверхпроводников второго рода (которые при температуре ниже критической способны пропускать магнитный поток в виде квантованных вихрей).
Кажется, от графена действительно можно ожидать чего угодно.
Ионов А. Н., Волков М. П. Намагниченность иглообразного графена, внедрённого в матрицу полистирола. Письма в ЖТФ, 2022, вып. 16, с. 7.
Трепещет на ветру
Осень, листья романтично трепещут на ветру… А если это не листья, а элементы конструкции здания или моста? Листья могут отрываться, в материалах конструкций при знакопеременных нагрузках будут накапливаться дислокации, потом возникнут и трещины. Так что вопрос — какие и почему возникают колебания — очень даже важный.
Сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета стали подвешивать горизонтально на пружинах в аэродинамической трубе (диаметр сопла 1,5 м, скорость воздушного потока до 40 м/с) длинные деревянные бруски с разным прямоугольным поперечным сечением. Перемещение брусков определяли по натяжению пружин, которое измеряли тензометрически, то есть по сопротивлению полупроводникового датчика. При включении потока возникают два режима колебаний тел: поступательные колебания в направлении, перпендикулярном бруску и скорости потока, то есть вверх-вниз, и вращательные колебания вокруг продольной оси. Оказалось, что бруски с отношением высоты к ширине поперечного сечения 0,22 предпочитают вращательные колебания. Увеличение отношения высоты к ширине до 0,36 ведёт к уменьшению амплитуды вращательных колебаний и появлению поступательных. Диапазоны существования вращательных и поступательных колебаний перекрываются. Дальнейшее увеличение отношения высоты к ширине до 0,43 сопровождается интенсивными колебаниями вверх-вниз, которые образно называют галопированием.
Авторы статьи указывают, что изученные колебания имеют частоты от 2,4 до 7,6 Гц и не связаны со сходом вихрей, образующих периодическую вихревую цепочку Кaрмана, частота которых существенно больше (56 Гц).
Рябинин А. Н., Бобу Ю. Э. Вращательное и поступательное галопирование призм в воздушном потоке. ЖТФ, 2022, вып. 12, с. 1787.
Либрации в барах
Формы галактик очень разнообразны — например, все видели фотографии галактик со спиральными рукавами. Многие галактики, в том числе и наш Млечный Путь, содержат ещё и вытянутые структуры из звёзд и газа, так называемые перемычки, или бары (от англ. bar — полоса). В спиральных галактиках бар, как правило, проходит через их центр, и именно с его концов начинаются спиральные рукава.
Галактика NGC 1365 с двойным баром. Большой бар расположен горизонтально (посмотрите издалека или прищурившись), малый — повёрнут относительно него на 60°. Источник: Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/ CC BY 4.0.
Примерно треть баров — двойные, когда на фоне одного виден второй, расположенный под углом к первому. Гравитационные силы приводят к тому, что они могут вести себя как два разных тела. Как образовались бары и почему они так себя ведут, не вполне ясно.
Исследователи из Государ-ственного астрономического института им. П. К. Штернберга, Главной (Пулковской) астрономической обсерватории (Санкт-Петербург) и Удмуртского государственного университета (г. Ижевск) построили модель поведения двух таких баров, представленных в виде эллипсоидов, и вычислили, когда возникают их либрации, то есть колебания в виде покачиваний. Авторы рассмотрели разные варианты устройства перемычек и показали, что для типичных значений параметров (например, для средней плотности бара 7,5 масс Солнца в кубическом парсеке, или 5x10–22 г/см3) период колебаний получается, например, 44 млн лет или 1/5 периода обращения Солнца вокруг центра нашей Галактики.
Кондратьев Б. П., Киреева Е. Н., Корноухов В. С., Трубицына Е. Г. Либрации в двойных барах галактик. Астрономический журнал, 2022, № 8, с. 619.
