Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#886   morozov » Вс ноя 05, 2017 2:56

Новости не опубликованные в журнале

Гамма-излучение из центра галактики M31
1 марта 2017

Путем обработки данных, полученных космическим гамма-телескопом Fermi-LAT за 7 лет наблюдений, выполнен новый анализ гамма-излучения галактик M31 и M33. От галактики M33 избытка излучения над уровнем фона не обнаружено, и получены ограничения сверху. Наличие гамма-излучения от M31 (Туманность Андромеды), о котором сообщалось ранее, подтверждено с достоверностью 10σ. Причем, согласно новым данным, гамма-излучение сосредоточено в центральной области с видимым размером 0,4° (меньше толщины диска галактики). Возможными источниками этого излучения являются популяция пульсаров или распад/аннигиляция частиц темной материи. Источник: arXiv:1702.08602 [astro-ph.HE]

Новые частицы-резонансы
1 марта 2017

С помощью детектора BESIII в эксперименте на Пекинском электрон-позитронном коллайдере обнаружены две новые частицы-резонансы Y(4220) и Y(4390) с массами, соответственно, 4.22 и 4.39 ГэВ/c2. С достоверностью 10σ установлено, что они представляют два отдельных резонанса, а не единый пик в сечении реакции e+e- → π+π-hc, которое измерялось в эксперименте. Источник: Phys. Rev. Lett. 118 092002 (2017)

Метаматериалы для лазерной техники
3 марта 2017

Исследователи из МИСИСа рассчитали теоретически и изготовили новый метаматериал — активный фотонный кристалл, состоящий из полупроводниковых и диэлектрических слоев, в котором происходит компенсация рассеяния проходящей лазерной волны, а также усилено нелинейное воздействие света на среду. Источник: МИСИС

Экспериментальная реализация дискретного временного кристалла
8 марта 2017

М.Д. Лукин (Гарвардский университет, США) и его коллеги впервые продемонстрировали в эксперименте так называемый дискретный временной кристалл. Он был реализован в системе азото-замещенных вакансий в кристалле алмаза при комнатной температуре. Наблюдались осцилляции системы спинов вакансий с частотами, равными целым кратным от частоты следования вынуждающих микроволновых импульсов. Временные кристаллы были предсказаны теоретически F. Wilczek. Некоторые их физические характеристики должны изменяться и спонтанно повторяться через равные периоды времени даже в низшем энергетическом состоянии системы, подобно тому, как свойства обычных кристаллов периодичны в пространстве. Было также показано, что в случае теплового равновесия временные кристаллы не возникают, но в неравновесной системе можно создать дискретный временной кристалл. Наблюдавшиеся в эксперименте М.Д. Лукина и его коллег долгоживущие временные корреляции оказались достаточно устойчивыми по отношению к внешним возмущениям. Независимо дискретный временной кристалл был получен и другой группой исследователей — J. Zhang (Мэрилендский университет и Национальный институт стандартов и технологий, США) и др. — в системе захваченных в ловушку ионов. Источники: Nature 543 221 (2017), Nature 543 217 (2017)

Изменяющееся АЯГ
20 марта 2017

В.Л. Окнянский (ГАИШ МГУ) и др., используя данные нескольких телескопов, работающих в разных диапазонах волн, установили, что активное ядро галактики NGC 2617 за последние годы заметно изменило характер своей активности, в частности, увеличилась его яркость и изменились ширина и профиль широких бальмеровских линий. По одной из гипотез, эти изменения могут быть связаны с сублимацией пыли в струйном выбросе. Источник: arXiv:1701.05042 [astro-ph.HE]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#887   morozov » Сб ноя 25, 2017 11:15

И все-таки она крутится: прямое наблюдение спиновой циклоиды в феррите висмута
Спиновые циклоиды – магнитные структуры, в которых векторы магнитных моментов соседних атомов неколлинеарны и описывают в пространстве кривую, подобную траектории точки на ободе колеса (рис. 1). Они являются частыми спутниками сегнетоэлектрического упорядочения в магнитных веществах, а в некоторых случаях и сами являются причиной сегнетоэлектричества [1]. В высокотемпературном магнитоэлектрике феррите висмута спиновая циклоида играет не менее важную роль: от нее зависят магниторезистивный и магнонный отклики материала [2], а также такие свойства мультиферроика, как слабый ферромагнетизм и линейный магнитоэлектрический эффект: макроскопически они проявляются только после подавления спиновой циклоиды [1].
Изображение
Рис. 1. Спиновая циклоида в феррите висмута [1]. При вращении вектора антиферромагнетизма L в плоскости xz меняется величина и направление бокового скоса магнитных подрешеток (рисунки на вставках). В результате циклоиду сопровождает волна намагниченности M (показана синими стрелками, лежащими в горизонтальной плоскости xy).

Здесь нужно оговориться, что на локальных масштабах слабый ферромагнетизм имеет место и при наличии спиновой циклоиды (рис. 1). Однако субмикронный период модуляции намагниченности не позволяет засечь ее стандартными магнитометрическими методами, а для магнитной силовой микроскопии, которая могла бы обеспечить такое разрешение, намагниченность слишком мала. Поэтому для изучения циклоидального упорядочения в феррите висмута используют дифракционные нейтронографические методы.

В недавней публикации [3] сообщается о первом прямом наблюдении микроскопического распределения намагниченности в этом материале. Визуализировать спиновые циклоиды удалось команде французских исследователей Национального центра научных исследований (CNRS) с помощью уникального по своей чувствительности и пространственному разрешению прибора – односпинового магнитометра (single-spin magnetometer).
Односпиновая магнитометрия представляет собой сочетание методов сканирующей зондовой микроскопии, электронного парамагнитного резонанса и спектроскопии NV-центров. NV-центры – азото-замещенные вакансии в алмазе, представляют собой дефекты в кристаллической решетки алмаза, в которых место атома углерода занято азотом. Благодаря широкой запрещенной зоне алмаза спин атома азота ведет себя подобно спину уединенного атома, что обеспечивает его высокую чувствительность к всевозможным внешним воздействиям: магнитному полю, свету и радиоизлучению. Это позволяет использовать NV-центр в сверхчувствительных методах электронного парамагнитного резонанса: изменяя частоту радиоизлучения, действующего на NV-центр, можно по его спектру фотолюминесценции определять магнитное поле, в котором он находится. Создавая такой дефект в алмазном зонде атомно-силового микроскопа, можно осуществлять сканирование распределения магнитных полей рассеяния образца с разрешением, ограниченным только расстоянием между зондом и поверхностью образца (рис. 2 а).


Изображение

Рис. 2. Наблюдение спиновой циклоиды в феррите висмута методом односпиновой магнитометрии.
а – Принципиальная схема односпинового магнитометра: красный шарик со стрелкой – NV-центр, играющий роль магнитного зонда. Объектив микроскопа служит как для фокусировки возбуждающего фотолюминесценцию излучения (показано зеленым), так и для сбора фотолюминисценции с дефекта (красные волнистые стрелки). RF – радиочастотное излучение качающейся частоты.
б – Распределение магнитных полей рассеяния от спиновых циклоид над поверхностью пленки BiFeO3 толщиной 32 нм, выращенной на подложке из DyScO3 с кристаллографической ориентацией (001). Штриховые черные линии – границы сегнетоэлектрических доменов [3].

С помощью такой методики удается увидеть короткопериодические осцилляции намагниченности в феррите висмута, порожденные циклоидальным распределением спина (рис. 2б). Направление модуляции меняется от одного сегнетоэлектрического домена к другому, что хорошо видно на рисунке. Как утверждают авторы работы [3], данный метод применим не только к узкой задаче наблюдения спиновой циклоиды в феррите висмута, но и к исследованиям любых неоднородностей в спиновом упорядочении антиферромагнетиков, крайне трудных для наблюдения в силу компенсации намагниченностей подрешеток в таких кристаллах. Учитывая, что вещества с доминирующим антиферромагнитным взаимодействием составляют до 90% магнитоупорядоченных веществ, это открывает поистине широкие перспективы для нового метода магнитометрии.
А. Пятаков
1. А.П.Пятаков, А.К.Звездин, УФН 182, 593 (2012).
2. D.Sando et al., Nature Materials 12, 641 (2013).
3. I.Gross et al., Nature 549, 252 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#888   morozov » Пн ноя 27, 2017 2:04

С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#889   morozov » Вт дек 05, 2017 15:10

Поиск безнейтринного двойного бета-распада
1 декабря 2017

Некоторые атомные ядра испытывают двойной бета-распад, когда два нейтрона в ядре одновременно распадаются на два протона, два электрона и два антинейтрино. Однако обсуждается также гипотетическая возможность двойного бета-распада без испускания нейтрино. Наличие такого распада означало бы несохранение лептонного числа, что запрещено в Стандартной модели, но предсказывается в ее расширениях. При этом нейтрино должно являться майорановским фермионом, т.е. своей античастицей. Поиск безнейтринного двойного бета-распада ведётся, в частности, в эксперименте CUORE в Национальной лаборатории Гран Сассо (Италия), где применяется массив из кристаллов TeO2 при низкой температуре. Выполняется поиск термических всплесков, вызываемых распадами 130Te → 130Xe. На достигнутом уровне точности безнейтринный двойной бета-распад не обнаружен, и получено ограничение на время полураспада T1/2 > 1,5×1025 лет. Это ограничение сравнимо с ограничением T1/2 > 5,3×1025 лет, полученным ранее для ядер 76Ge в низкофоновом эксперименте GERDA, выполняемым в Гран Сассо с участием российских учёных. Источник: arXiv:1710.07988 [nucl-ex]

Электронный топологический переход Лифшица в YbAl3
1 декабря 2017

S. Chatterjee (Корнелльский университет, США) и др. методом фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по углам обнаружили, что в тонкой плёнке соединения YbAl3 при изменении температуры или давления имеют место флуктуации структуры валентных связей (переходы между двумя конфигурациями валентности Yb2+(4f14) и Yb3+(4f13)), обусловленные взаимодействием между локализованными и делокализованными электронами. Результаты измерений сравнивались с вычислениями методом функционала плотности с учётом релятивистских эффектов и спин-орбитального взаимодействия. Обнаружено, что флуктуации ведут к изменению топологии поверхности Ферми, что соответствует фазовому переходу 2½ рода — «переходу Лифшица», который был рассмотрен теоретически И.M. Лифшицем в 1960 г. О геометрии поверхности Ферми см. в статье М.И. Каганова и И.М. Лифшица в УФН 129 487(1979). Источник: Nature Communications 8 852 (2017)

Доля атомов в конденсате Бозе – Эйнштейна
1 декабря 2017

R. Lopes (Кембриджский университет, Великобритания) и др. впервые экспериментально подтвердили теоретическое предсказание Н.Н. Боголюбова, сделанное в 1947 г. (см. УФН 93 564 (1967)), о доле взаимодействующих бозе-атомов, переходящих в состав бозе-эйнштейновского конденсата. Распределение атомов 39K по импульсам и их доля в состоянии конденсата измерялась методом двухфотонного брэгговского рассеяния после выключения потенциала атомной ловушки. Измерения выполнялись при различной величине парного взаимодействия атомов, регулируемого с помощью резонанса Фешбаха, и получено хорошее согласие с теорией Н.Н. Боголюбова. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 190404 (2017)

Взаимодействие Дзялошинского – Мория в диэлектриках
1 декабря 2017

Взаимодействие Дзялошинского – Мория в виде векторного произведения спинов атомов имеет место в том случае, когда в кристалле локально нарушена симметрия относительно отражения. Возможность управления этим взаимодействием важна для будущих применений в спинтронике. Управление такого рода уже было ранее продемонстрировано применительно к сплавам металлов. G. Beutier (Университет Гренобль Альпи, Франция) и др. выполнили наблюдение взаимодействия Дзялошинского – Мория в ферромагнетиках MnCO3, FeBO3, CoCO3 и NiCO3, представляющих собой диэлектрики. Взаимодействие Дзялошинского – Мория в них возникает из-за структурной закрученности слоёв кислорода. Для исследования применялась фазочувствительная рентгеновская магнитная дифракция, и было получено хорошее количественное согласие с расчётами ``из первых принципов'', воспроизводящих как знак, так и величину взаимодействия Дзялошинского – Мория. В работе принимали участие российские исследователи из МГУ, УрФУ (г. Екатеринбург) и Института кристаллографии им. А.В. Шубникова ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН (г. Москва). Источник: Phys. Rev. Lett. 119 167201 (2017)

Мюонная радиография
1 декабря 2017

K. Morishima (Нагойский университет, Япония) и др. с помощью метода мюонной радиографии обнаружили неизвестное ранее помещение длиной 30 м в пирамиде Хеопса. Мюоны, производимые в атмосфере космическими лучами, способны проходить через толстый слой вещества, поэтому регистрация мюонов дает возможность выявлять внутренние неоднородности (подобно рентгеновским снимкам), что важно для дистанционного исследования шахт, вулканов и других объектов. Для изучения пирамиды применялись пленки с ядерной фотоэмульсией, которые экспонировались в помещениях внутри пирамиды в течение нескольких месяцев. По расположению треков мюонов в пленках было восстановлено распределение плотности в пирамиде и обнаружена новая полость. Затем этот результат был подтверждён с помощью сцинтилляционных и газовых детекторов. Идея применения космических лучей для целей геологоразведки была впервые высказана П.П. Лазаревым в 1926 г. и получила широкое практическое развитие в СССР и за рубежом, а в настоящее время этот метод возрожден в России исследователями из ФИАНа и НИИЯФ МГУ с использованием ядерных фотоэмульсий (см. статью на стр. 1375 в этом номере УФН). Источник: Nature, онлайн-публикация от 2 ноября 2017 г.

Гамма-гало вокруг пульсаров
1 декабря 2017

Космический детектор ПАМЕЛА недавно обнаружил избыток позитронов e+ с энергиями > 10 ГэВ. В качестве возможного объяснения, наряду с аннигиляцией частиц темной материи, рассматривалось испускание e+ близкими пульсарами. A.U. Abeysekara (Университет Юты, США) и др. с помощью черенковского телескопа HAWC исследовали протяжённые гало гамма-излучения с энергией 8-40 ТэВ вокруг пульсаров Geminga и PSR B0656+14 и рассмотрели гипотезу о том, что эти гало производятся теми же частицами, которые представляют избыток e+. Гамма-излучение могло бы генерироваться испускаемыми e- и e+ при их обратном комптоновском рассеянии на фоновых фотонах. Оказалось, однако, что наблюдаемый спектр гамма-излучения несовместим с этой моделью, т.к. регистрируется значительно больше e+, чем могло бы достигнуть Земли, и форма рассчитанного энергетического спектра e+ (в виде пика) отличается от наблюдаемого степенного спектра. Таким образом, избыточные позитроны не могли быть испущены указанными пульсарами и должны иметь иное происхождение. Источник: Science 358 911 (2017)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#890   morozov » Чт дек 14, 2017 14:38

Материалы отфильтрованы по дате: Декабрь 2017

Новые типы ЖК откроют дорогу 3D технологиям будущего

В лаборатории оптоэлектронных процессоров ФИАН ведется работа по созданию новых материалов, которые могут найти широкое применение в производстве жидкокристаллических дисплеев с рекордно высокой частотой смены кадров. Это позволит не только улучшить качество изображения, но и создать новые, более совершенные 3D-дисплеи.



Жидкие кристаллы (ЖК) – особое состояние вещества, обладающее свойствами как жидкости, так и твердого тела. Важнейшим свойством ЖК является их способность менять ориентацию молекул при приложении электрического поля, что и позволяет использовать их для изготовления пикселей в экранах мониторов. С помощью поляризаторов можно пропускать или задерживать прошедший через ЖК свет, и, таким образом, формировать изображение.

Более 70% современных дисплеев созданы с использованием нематических ЖК. Главная проблема подобных материалов – они долго восстанавливают свое начальное состояние после выключения электрического импульса, поэтому не могут менять свое положение быстрее, чем 140-160 раз в секунду. Такой частоты кадров достаточно для отображения 2D- видео, которое будет комфортно восприниматься человеческим глазом, однако современные технологии цветопередачи и создания 3D-изображений требуют более высокой скорости работы. Не могут обеспечить достаточную частоту кадров и современные OLED-дисплеи.

Группа ученых ФИАН под руководством Игоря Николаевича Компанца создала и исследовала материалы, принадлежащие к классу смектических ЖК с сегнетоэлектрическими свойствами. Такие кристаллы устроены более сложным, «слоистым» образом. В ходе исследований были найдены несколько интересных режимов их работы, каждый из которых сможет найти свое применение в реальных устройствах.



«В режиме пропускания данные ЖК ведут себя подобно нематическим кристаллам, однако время реакции молекул на электрическое поле уменьшается в 20 раз: c 1 миллисекунды до 50 микросекунд! Кроме того, возвращать молекулы в исходное состояние можно электрическим импульсом обратного знака. Это позволяет отображать на экране несколько тысяч кадров в секунду, что делает доступной технологию последовательной во времени смены цветов. В современных мониторах цвет каждого пикселя на экране формируют три субпикселя с фильтрами различных цветов: красного, зеленого и синего. Увеличив частоту отображения кадров в 3 раза, можно подавать каждый из цветов на один и тот же пиксель последовательно. Человеческий глаз не различает изображения, сменяющиеся быстрее, чем 25 в секунду, поэтому наблюдатель увидит цветное изображение без разделения на субпиксели, т.е. потребуется втрое меньше отображающих элементов. Более того, цвета будут более яркими, так как отпадает потребность в светофильтрах» – рассказывает Игорь Николаевич.



Еще более многообещающим представляется применение новых материалов для формирования 3D-изображений. Самым популярным способом отобразить объемную картинку является стереоскопия: изображения для правого и левого глаза подаются на экран попеременно. Существуют различные варианты реализации этой технологии - как с применением специальных очков, так и без них. Использование смектических ЖК увеличит число ракурсов, с которых можно будет просматривать 3D-фильмы (то есть число мест для зрителей), а также сделает возможным одновременный просмотр разных телеканалов на одном экране несколькими пользователями. Другой возможный подход к 3D-отображению – вольюметрические дисплеи, визуализирующие в объёмном экране типа «аквариума» наиболее реалистичный световой макет трехмерного объекта или сцены. Учеными ФИАНа был создан и успешно протестирован экспериментальный макет такого устройства. (см. здесь)



Изображение
Схема 3D-дисплея с объемным ЖК-экраном



Исследованные жидкие кристаллы могут не только пропускать свет, но также и интенсивно рассеивать его. Режим рассеяния может быть включен и выключен столь же быстро, как и режим пропускания – за десятки микросекунд, однако любое из двух состояний кристалла может сохраняться десятки секунд или до прихода следующего электрического импульса. Такие ЖК позволят существенно снизить энергопотребление приборов, в которых не требуется частая смена кадров (например, электронных книг).

Создание дисплейных экранов на основе исследуемых материалов может быть легко освоено производителями, так как технологии создания приборов на основе нематических и смектических ЖК близки. Существует также возможность получения пока дорогих смектических жидких кристаллов из достаточно дешёвых нематических путем добавления специальных примесей. Новый принцип создания ЖК был предложен и экспериментально проверен совместными усилиями сотрудников ФИАН, ИКРАН, Курчатовского центра, а также Политехнического университета Турина (Италия).



К. Кудеяров, АНИ «ФИАН-информ»



___________________

От редакции. Изображение представлено И.Н. Компанцом
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#891   morozov » Пт дек 15, 2017 13:14

Новости не опубликованные в журнале


Мазер постоянного действия
3 ноября 2017
Группой исследователей из Великобритании и Германии создан твердотельный мазер постоянного действия, работающий при комнатной температуре. Новый мазер функционирует на основе азото-замещенных вакансий в алмазе, расположением электронных уровней которых можно управлять с помощью внешнего магнитного поля, что позволило создать конфигурацию уровней, необходимую для работы мазера. Ранее у твердотельных мазеров при комнатной температуре удавалось получить только импульсный режим генерации, а использование в них органических молекул делало эти мазеры термически и механически нестабильными. Источники: physicsworld.com, arXiv:1710.07726 [physics.app-ph]

Электронный топологический переход Лифшица в YbAl3
7 ноября 2017
S. Chatterjee (Корнеллский университет, США) и др. методом фотоэмиссионной спектроскопии с разрешением по углам обнаружили, что в соединении YbAl3 имеют место флуктуации структуры валентных связей, обусловленные локализацией и делокализацией электронов вблизи атомов Yb при изменении температуры, что ведет к изменению топологии поверхности Ферми. Это явление было рассмотрено теоретически И.M. Лифшицем в 1960-м году и известно как «переход Лифшица». Источники: www.sciencedaily.com, Nature Communications 8 852 (2017)

Истощение конденсата Бозе – Эйнштейна
7 ноября 2017
R. Lopes (Кембриджский университет, Великобритания) и др. впервые экспериментально подтвердили теоретическое предсказание Н.Н. Боголюбова, сделанное в 1947 г., о доле взаимодействующих бозе-атомов, переходящих в состав бозе-эйнштейновского конденсата. При наличии парного взаимодействия только часть атомов переходит в конденсат, а остальные атомы остаются вне состояния конденсата, имея широкое распределение по импульсам. В эксперименте при изменении методом резонанса Фешбаха величины взаимодействия атомов наблюдалось истощение (depletion) бозе-Эйнштейновского конденсата в точном соответствии с расчетами Н.Н. Боголюбова. Источник: Phys. Rev. Lett. 119 190404 (2017)

Новый класс слоистых сверхпроводников
8 ноября 2017
Исследователи из Токийского столичного университета (Япония) обнаружили новый класс слоистых сверхпроводников. Соединение NaSn2As2 состоит из бислоев Sn2As2, удерживаемых вместе силами Ван-дер-Ваальса и разделенных ионами Na+. Температура его сверхпроводящего перехода составляет Tc=1.2 K. Источники: phys.org, J. Phys. Soc. Jpn. 86 123701 (2017)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#892   morozov » Пн дек 18, 2017 12:29

Размагнитим по-быстрому, но момент импульса с собой не возьмем

Энергосбережение и энергоэффективность записи и хранения информации сейчас, что называется, “в тренде”, поэтому исследователи выдвигают множество альтернативных вариантов ячеек памяти. В магнитных материалах традиционным способом записи является перемагничивание с помощью магнитного поля, но при увеличении скорости переключения возникают гигантские потери. Был придуман иной способ – перемагничивание с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, подробнее об этом можно узнать в обзоре [1]. Современные лазеры способны генерировать мощные импульсы света длительностью менее 100 фс, но время отклика среды на такое воздействие может значительно различаться, и механизмы воздействия излучения на магнитную подсистему еще мало исследованы. Ведутся поиски материалов и систем, в которых магнитный отклик будет максимально быстрым.

Биты современных устройств памяти – это в основном домены с ферромагнитным упорядочением. Перемагничивание такого бита требует поворота сразу множества магнитных моментов и передачи момента импульса кристаллической решетке, что увеличивает длительность процесса. В силу закона сохранения момента импульса, можно предположить, что гораздо легче разупорядочить антиферромагнитное состояние, в котором суммарный момент импульса близок к нулю. Но, как правило, материал является или ферромагнитным, или антиферромагнитным, а проводить сравнение разных материалов некорректно, поэтому прямых экспериментов по сравнению динамики до настоящего времени проведено не было.

Команда исследователей из нескольких германских исследовательских институтов (Берлина, Потсдама, Кёльна и Майнца) подобрала для демонстрации сравнительной динамики перемагничивания подходящий материал – металлический диспрозий, который при разных температурах может иметь как ферромагнитное, так и антиферромагнитное упорядочение [2].

Образец представлял собой многослойную структуру, выращенную на сапфировой подложке методом молекулярно-лучевой эпитаксии, главной компонентой которой является пленка диспрозия толщиной 120 нм. Ферромагнитное упорядочение в диспрозии исследовали по изменению поляризации и эллиптичности рентгеновских лучей за счет магнитного кругового дихроизма. Наличие антиферромагнитного упорядочения определяли по дифракции рентгеновских лучей. Измерения динамики размагничивания проводили методом накачки-зондирования (pump probe) с временным разрешением 120 фс.

ИзображениеИзображение

Рис. 1. а - Результаты исследования динамики пара-метра порядка (синяя кривая для ферромагнетика и красная – для антиферромагнетика); б - возможные каналы передачи энергии и характерные времена в зарядовой (charge), спиновой (spin) и решеточной (lattice) подсистемах (синими стрелками показаны каналы для ферромагнитного состояния, оранжевыми – для антиферромагнитного).

На рис. 1а видно, что процессы размагничивания для антиферромагнетика идут значительно быстрее, чем для ферромагнетика (характерные времена, соответственно, 220 фс и 6 пс). Для понимания механизма этих процессов необходимо рассмотреть каналы передачи энергии между электронными подсистемами, и авторы привели соответствующую диаграмму (рис. 1б). Передача энергии между спиновой и решеточной подсистемами характеризуется временами 6 пс для ферромагнитного состояния и 22 пс для антиферромагнитного. Быстрое же размагничивание не задействует решеточную подсистему и соответствует изменению конфигурации магнитных моментов внутри спиновой подсистемы с характерным временем 220 фс. При таком изменении происходит уменьшение величины магнитного момента атомов, но поскольку в антиферромагнетике магнитные моменты соседних атомов компенсируют друг друга, то суммарный момент остается неизменным и нет необходимости в передаче магнитного момента кристаллической решетке.

Что интересно, похожий эффект не был обнаружен в тербиевом образце, несмотря на схожесть элементов Dy и Tb [3]. Авторы [2] объясняют это разницей в толщине образцов – толщина пленки тербия составляла всего 10 нм (в отличие от 120-нанометрового диспрозия в [2]), а перенос спина сильно зависит от толщины.

Хотя данные исследования очень обнадеживающие, важным фактором, ограничивающим их быстрое внедрение в практику, являются низкие температуры – максимальная температура, при которой существует ферромагнитное упорядочение, составляет 85 К, антиферромагнитное – 178 К. Но конечно, для исследователей такие температуры не являются препятствием для выяснения механизмов быстрого перемагничивания.

З. Пятакова

1. А.М.Калашникова и др., УФН 185, 1064 (2015).

2. N.Thielemann-Kühn et al., Phys. Rev. Lett. 119, 197202 (2017).

3. M.Wietstruk et al., Phys. Rev. Lett. 106, 127401 (2011).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#893   morozov » Пн дек 25, 2017 20:28

Проверка принципа эквивалентности
1 января 2018

Согласно слабому принципу эквивалентности (ПЭ), справедливому в рамках Общей теории относительности, все тела независимо от их состава падают в гравитационном поле с одинаковым ускорением, но некоторые теории предсказывают нарушение ПЭ. Исследователи из Французского центра аэрокосмических исследований ONERA и Обсерватории Лазурного берега в эксперименте, проведённом на спутнике MICROSCOPE, выполнили проверку ПЭ с рекордной точностью ≈ 10−14. На борту спутника имеются два полых коаксиальных цилиндра, свободно подвешенных в невесомости. Внутренний цилиндр изготовлен из сплава платины и родия, а внешний — из сплава титана, алюминия и ванадия. Для контроля имелась вторая такая же система, но с цилиндрами из одинакового материала (сплава Pt и Rh). С помощью электростатических сенсоров измерялись силы, необходимые для удержания внутренних и внешних цилиндров неподвижно относительно друг друга. Наличие сигнала, промодулированного с частотой вращения спутника, свидетельствовало бы о нарушении ПЭ. Такого нарушения пока не обнаружено, и параметр Этвеша был ограничен величиной δ (Ti,Pt)=[-1 ± 9(стат.) ± 9(сист.)]×10−15. Этот результат на порядок улучшает предшествующее ограничение. В течение многих лет лучшим по точности (на уровне ≈ 10−12) оставался результат эксперимента В.Б. Брагинского и его коллег, выполненного в МГУ (см. УФН 105 779 (1971), УФН 179 3 (2009)). Источник: Phys. Rev. Lett. 119 231101 (2017)
Поиск аксионов
1 января 2018

Изначально аксионное поле было предложено для объяснения отсутствия CP-нарушения в сильных взаимодействиях, однако кванты этого поля — аксионы оказались хорошими кандидатами на роль частиц тёмной материи. При взаимодействии с когерентно осциллирующим аксионным полем электрические дипольные моменты нуклонов будут испытывать осцилляции, что отразится на характере прецессии их спинов. C. Abel (Сассекский университет, Великобритания) и др. сообщили о новых результатах поиска аксионов из данных эксперимента Sussex-RAL-ILL, который выполнялся в 1998-2002 гг. в Институте Лауэ – Ланжевена (Франция). Измерялось отношение частот прецессии спинов ультрахолодных нейтронов и атомов 199Hg в ловушке с магнитным и электрическим полями. Предполагалось, что аксионное поле составляет тёмную материю в Галактике, поэтому известна её локальная плотность и скорость. Аномальная прецессия не обнаружена, но получены ограничения на массы аксионов ma и константы связи аксионного поля с глюонами и нуклонами. В частности, исключены массы 10−24 ≤ ma ≤ 10−17эВ. Новые лабораторные ограничения на константы связи на три порядка величины лучше астрофизических ограничений. Источник: Phys. Rev. X 7 041034 (2017)
Фотоядерные реакции в грозовом разряде
1 января 2018

T. Enoto (Киотский университет, Япония) и др. сообщили о наблюдении гамма-лучей, которые генерируются фотоядерными реакциями и аннигиляцией позитронов e+ при грозовых разрядах. Молнии являются естественными ускорителями частиц (см. обзор А.В. Гуревича и К.П. Зыбина в УФН 171 1177 (2001)). Лавины убегающих e-, которые развиваются в сильных электрических полях, испускают тормозное γ-излучение. Подобные γ-вспышки ранее уже регистрировались наземными детекторами и с борта самолетов, а также наблюдались космическими телескопами как γ-всплески земного происхождения. Теоретически предсказывалось, что энергия этих γ-лучей достаточна для инициации фотоядерных реакций в атмосфере. Такие реакции ранее со статистической достоверностью не наблюдались, хотя сообщалось о регистрации нейтронов и e+, которые предположительно рождаются в этих реакциях. В частности, появление n при молниях было отмечено на Тянь-Шаньской горной станции (см. УФН 182 568 (2012)). T. Enoto и др. 6 февраля 2017 г. зарегистрировали с расстояния 0,5-1,7 километра от грозового разряда γ-вспышку длительностью менее 1 мс, одновременную с молнией. Затем наблюдалось γ-излучение, которое экспоненциально затухало в течение 200 мс, а также дополнительный запаздывающий импульс со спектральным максимумом при 0,511 МэВ. Интерпретацией этих наблюдений является следующая цепочка событий. Одновременная с молнией γ-вспышка вызвана тормозным излучением e- в разрядном канале. Гамма-фотоны взаимодействовали с молекулами воздуха с образованием нестабильных ядер 13N и n в реакции 14N+γ → 13N+n. Нейтроны взаимодействовали с 14N с образованием ядер 14C и 15N в возбуждённом состоянии, а при их переходе в основное состояние излучались γ-фотоны с энергиями <10,8 МэВ, которые наблюдались после молнии. Затем происходили β+-распады ядер 13N в стабильные ядра 13C с испусканием e+. Аннигиляция e+e- давала наблюдаемый γ-сигнал с энергией 0,511 МэВ, соответствующей массе e+. При этом минутная задержка по времени от момента грозового разряда соответствует направлению и скорости ветра, который перенёс облако с ядрами 13N к детекторам. Описываемые наблюдения дают убедительные свидетельства того, что в грозовых разрядах действительно имеют место фотоядерные реакции. Источник: Nature 551 481 (2017)
Вариации гравитационного поля при землетрясениях
1 января 2018

Землетрясение приводит к перемещению больших масс грунта, что ведет к изменениям гравитационного поля. В отличие от упругих P-волн, распространяющихся в коре и в верхней мантии Земли со скоростью 6-10 км с−1, возмущения гравитационного поля движутся со скоростью света. M. Vallee (Университет Париж Дидро, Франция) и его коллеги выполнили косвенную регистрацию этих возмущений во время землетрясения магнитудой 9,1 в Тохоку (Япония) в 2011 г. Использовались данные 11 сейсмических станций, расположенных в Азии на удалении 1-2 тыс. км от очага землетрясения. Возмущения гравитационного поля от землетрясения создавали вблизи этих станций вторичные сейсмические волны, причем суммарно гравитационные и вторичные сейсмические сигналы вызывали вариации ускорения ≈ 1 нм с−2, которые регистрировались сейсмическими станциями раньше первичных P-волн. Регистрация гравитационных возмущений даёт новый важный канал информации о сильных землетрясениях. Источник: Science 358 1164 (2017)
Квазар на красном смещении z=7,54
1 января 2018

E. Banados (Обсерватория института Карнеги в Пасадене, США) и др. обнаружили квазар при красном смещении z=7,54, когда возраст Вселенной составлял всего 690 млн. лет (прежний рекорд z=7,09). Болометрическая светимость квазара соответствует массе чёрной дыры (ЧД) 8×108M☉. Если предполагать, что эта ЧД непрерывно увеличивала массу при аккреции в эддингтоновском режиме, то на красном смещении z ≈ 40 уже должны были существовать ЧД с массами ≥104M☉, происхождение которых остается загадкой. Особенности спектра говорят о том, что квазар наблюдается в то время, когда окружающий его газ был в значительной степени нейтральным, т.е. процесс реионизации ещё не был завершен. Источник: Nature, онлайн-публикация от 6 декабря 2017 г.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#894   morozov » Ср дек 27, 2017 8:53

Точно в цель: реализация бинарных состояний с помощью скирмионов-мишеней

Магнитные скирмионы – локализованные спиновые структуры, представляющие собой магнитные вихри специального вида, в центре которых намагниченность образует угол 180° с направлением намагниченности на периферии (рис.1, средняя строчка). В силу своей топологии скирмионы защищены от случайных воздействий, а практически отсутствующие поля рассеяния от них позволяют минимизировать взаимное влияние соседних скирмионов друг на друга. Эти два достоинства выгодно отличают скирмионы от традиционно используемых в устройствах компьютерной памяти магнитных доменов, что дает основания рассматривать скирмионы как элементы магнитной памяти будущего.
Изображение

Рис. 1. Скирмионы-мишени, состоящие из центрального скирмиона и вихревого кольца [1]: a и b соответствуют двум основным состояниям, различающимся знаком полярности вихря (p) и его циркуляцией (с). Полярность и циркуляция меняют знак одновременно, так как направление вращения намагниченности от центра к краю скирмиона, определяемое взаимодействием Дзялошинского-Мории, должно быть одинаково для случаев a) и b). В отсутствие внешних полей энергии двух конфигураций одинаковы. Диаметр структур ~150 нм, толщина – 90нм.

Однако, как правило, скирмионы возникают во внешнем магнитном поле и их конфигурация (направление намагниченности в центре вихря и направление вращения спинов) жестко задана, что не позволяет создавать бинарные состояния, соответствующими логическим единице и нулю. Международной команде исследователей из Китая, Германии и США удалось создать особый тип скирмионов, так называемые скирмионы-мишени [1], которые могут переключаться между двумя логическими состояниями (рис.1).

Скирмион-мишень (target skyrmion) состоит из обычного скирмиона в центре и окружающего его кольца с геликоидальной структурой. Направление вращения намагниченности при переходе от центра к периферии одинаково для кольца и внутреннего скирмиона, так что полный угол составляет 360° (рис. 1). Благодаря своей концентрической кольцевой структуре такая конфигурация и получила название “мишени”.

Если для стабильного состояния обычного скирмиона требуется внешнее магнитное поле, то скирмион-мишень устойчив и в отсутствие полей: внешнее кольцо мишени само создает необходимое поле для стабилизации внутреннего скирмиона. Непосредственным следствием этого факта является то, что основное состояние скирмиона-мишени двукратно вырождено (рис. 1): в отсутствие внешних магнитных полей одинаковой энергией обладают два состояния с противоположными направлением намагниченности в центре вихря (“полярностью”). Таким образом, скирмион-мишень может служить прообразом бита информации с двумя логическими состояниями.
Изображение
Рис. 2. Рассчитанный с помощью численного моделирования процесс перемагничивания скирмиона-мишени [1]: на периферии появляется еще одно кольцо, которое, расширяясь, приводит к исчезновению первоначального центрального скирмиона и образованию нового скормиона из среднего кольца. Цветом задается направление намагниченности в плоскости образца: от красного к пурпурному направление меняется на 360°
Но этого еще недостаточно, нужно уметь переключать элемент из одного состояния в другое. Здесь оказывается полезным то обстоятельство, что во внешнем магнитном поле состояния с противоположной полярностью перестают быть одинаковыми по энергии: та конфигурация, для которой направление намагниченности в центре вихря противоположно внешнему полю, становится неустойчивой и трансформируется во второе, более энергетически выгодное состояние (рис.2).

В работе [1] скирмион-мишень был реализован на основе 150-нанометровых дисков из FeGe, вставленных в матрицы из аморфного PtC. Картины распределения намагниченности, снятые с помощью лоренцевской электронной микроскопии, совпадают с результатами расчетов на рис. 2. Препятствием на пути к практическому использованию такой схемы являются низкие температуры, при которых наблюдаются скирмионы-мишени в FeGe, а также довольно дорогостоящий способ приготовления структур – с помощью фокусированного ионного пучка.

А. Пятаков

1. F.Zheng et al., Phys. Rev. Lett., 119, 197205 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#895   morozov » Сб дек 30, 2017 12:18

Уроки природы. Бабочки опять помогают учёным

Для создания эффективных биомиметических материалов (то есть разработанных на основе реализованных в природе принципов) нужны знания о структуре и функциях прообраза. ПерсТ уже рассказывал, какую пользу приносят ученым и технологам бабочки. Например, изучение микро/нано структуры переливчатых крыльев бабочек рода Morpho позволило синтезировать из полимера сверкающую пленку, сочетающую свойства фотонного кристалла и супергидрофобность (что важно для оптических устройств) [1], а обнаружение гироидов* в чешуйках зеленой бабочки Callophrus rubi помогло разработать метод создания гироидных фотонных наноструктур с регулируемыми оптическими свойствами [2]. Исследователи из Швейцарии, Германии и Австралии недавно попытались выяснить механизм формирования гироидной наноструктуры на примере зелёной бабочки Thecla opisena [3]. Использовали оптическую, электронную и рентгеновскую микроскопию высокого разрешения. На рис. 1 представлена фотография бабочки и изображение чешуйки с зелеными доменами, полученное с помощью оптического микроскопа.
Изображение
Рис. 1. Слева: бабочка Thecla opisena.
Справа: микроизображение чешуйки зеленого крыла.
Дальнейшие исследования показали, что зеленые домены – это изолированные гироидные нанокристаллы, расположенные вблизи поверхности чешуйки между её нижним и верхним хитиновыми слоями (рис. 2, 3). Нижний слой представляет собой пленку, а верхний слой состоит из продольных ребер, соединенных поперечными “жилками”. В гироидных нанокристаллах, в отличие от хитинового каркаса, присутствует небольшое количество пигмента, поглощающего излучение с длиной волны 430 нм (синий цвет).

ИзображениеИзображение
Рис. 2. SEM изображения отдельной чешуйки зеленого крыла (слева)
и двух гироидных нанокристаллов разного размера “за решеткой” из хитиновых рёбер и поперечных “жилок” (справа).

Для того чтобы изучить 3D форму кристаллов и их крепление к хитиновой оболочке, авторы отделили нижнюю хитиновую пленку с помощью клейкой ленты. Кристаллиты остались закрепленными вверху на хитиновой решетке из ребер и перемычек. На рис. 3 (А и В) приведены SEM изображения перевернутой на “решетку” чешуйки.

Авторы отметили, что нанокристаллы крупнее около свободного кончика чешуйки. В направлении вдоль продольной оси чешуйки к её основанию они становятся мельче, а вблизи места крепления чешуйки к крылу их вообще нет (рис. 3А). На SEM изображениях высокого разрешения видно, что гироидные кристаллиты изолированы друг от друга. Они не круглые или цилиндрические, а хорошо ограненные, причем грань, обращенная к хитиновой решетке (которая на изображениях внизу), шире, чем грань у нижней хитиновой пленки.

Изображение
Рис. 3. SEM изображения ограненных гироидов
А - перевернутая чешуйка с удаленной нижней хитиновой пленкой;
В - изображение области чешуйки вблизи свободного кончика;
С - гироиды под углом ~ 50о.

Данные, полученные с помощью рентгеновской томографии, подтвердили монокристалличность, ограненную форму гироидов и наличие более прочного крепления к верхнему слою (рис. 4).
Изображение

Рис. 4. Рентгеновская томография поперечного сечения гироидов подтверждает их монокристалличность.
Исследования показали, что чешуйка состоит из двух различных компонентов: гироидных доменов, содержащих небольшое количество пигмента, и прозрачного каркаса, состоящего из нижней пленки и решетки из ребер и поперечных жилок. Это подтверждает гипотезу о двухстадийном образовании чешуйки – сначала возникает каркас, а затем формируется внутренняя гироидная структура. Авторы [3] полагают, что эти результаты помогут разработать методы наносборки для получения новых оптических и фотоэлектрических материалов.

Кому-то нравится изучать зеленых или голубых бабочек, а кому-то – очень чёрных… Такие бабочки могут подсказать, как повысить эффективность поглощения солнечного света. Ученые из Германии и США воспроизвели микро-наноструктуру крыла черной бабочки Pachliopta aristolochiae в тонкопленочных солнечных батареях на основе аморфного кремния a-Si:H [4]. С помощью электронной микроскопии авторы работы выяснили, что продольные ребра и перемычки верхней хитиновой оболочки чешуйки крыла образуют 2D сетку разупорядоченных нанопор (рис. 5). Сетка находится над внутренней областью чешуйки, состоящей из композита хитин/пигмент меланин. От поверхностных нанопор в этот композит спускаются заполненные воздухом каналы соответствующего диаметра (на глубину ~ 800 нм).
Изображение
Рис. 5. А - Бабочка Pachliopta aristolochiae. В - Увеличенное изображение черной матовой области
(справа – SEM изображение сетки разупорядоченных нанопор на верхней поверхности чешуйки).

Используя компьютерное моделирование, авторы [4] выяснили, что именно разупорядоченные каналы разных диаметров – такие, как у черной бабочки – обеспечивают наиболее стабильное поглощение света в широком диапазоне длин волн при разных углах падения. Вдохновленные этим результатом исследователи перешли к изготовлению структурированных тонкопленочных поглотителей для солнечных батарей. Предложенный способ основан на фазовом разделении бинарной полимерной смеси, которое, по мнению авторов, сходно с разделением фаз, происходящим при самосборке биофотонных наноструктур в природе. Для получения полимерного покрытия использовали метод распыления раствора на вращающуюся подложку (spin-coating). На пленку a-Si:H толщиной 130 нм наносили раствор смеси полиметилметакрилата (PMMA) и полистирола (PS) в растворителе метилэтилкетоне (MEK). Из-за различной растворимости полимеров во время центрифугирования в слое PMMA образовались “островки” PS. Их вытравили, после чего с помощью реактивного ионного травления структуру перенесли в пленку аморфного кремния (рис. 6). Нужные диаметры каналов (в диапазоне 133-343 нм) получили, регулируя соотношение компонентов раствора. Авторы статьи отмечают, что процесс получения поглощающего материала легко масштабировать.
ИзображениеИзображениеИзображение

Рис. 6. А - Схема этапов изготовления поглотителей: нанесение раствора смеси полиметилметакрилата (PMMA) и полистирола (PS) в метилэтилкетоне (MEK) на тонкий слой a-Si:H на стеклянной подложке; селективное мокрое травление PS; перенос структуры в a-Si:H сухим травлением. В - Фотография структурированной пленки a-Si:H на стеклянной подложке демонстрирует сильное поглощение света в сравнении с гладким образцом (угол наблюдения 30о (вверху) и 80о (внизу)). С - Зависимость интегрального поглощения света от угла падения (AOI) для структурированного (красный цвет) и гладкого (синий цвет) образцов (относительное увеличение поглощения для структурированной пленки показано фиолетовым цветом (правая шкала)).

Поглощение света (А) определяли по результатам измерения отражения (R) и пропускания (T) как А = 1 –R – T. Относительное увеличение поглощения в диапазоне длин волн 450-800 нм для структурированной пленки достигло 93% при нормальном падении и 207% при угле падения 50о (рис. 5С). Это важный результат, особенно для наших широт, ведь существующие солнечные панели наиболее эффективно работают, когда их поверхность перпендикулярна солнечным лучам.

Общий вывод авторов [3, 4] – необходимо продолжить изучение природных наноструктур для разработки новых методов получения фотоэлектронных устройств и оптимизации их характеристик.

______________

*Гироид – непрерывная (без самопересечений) бесконечно повторяющаяся в трёх измерениях структура с минимальной поверхностью. Впервые гироиды были описаны в 1970 г американским ученым Аланом Шоэном, в то время работавшим в NASA.

О. Алексеева

1. ПерсТ 19, вып. 24, с.3 (2012).

2. ПерсТ 23, вып. 17, с.2 (2016).

3. B.D.Wilts et al., Sci. Adv.3, 1603119 (2017).

4. R.H.Siddique et al., Sci. Adv. 3, 1700232 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#896   morozov » Пн янв 01, 2018 15:18

Структура и электронные характеристики чаши С20

На страницах научной периодики нередко можно встретить полемику о сравнительной термодинамической устойчивости изомеров C20. До настоящего времени исследователи так и не пришли к единому мнению о том, какая же модификация: кольцо, чаша или клетка самая низкоэнергетическая [1]. Являясь наименьшим из возможных фуллеренов, клетка C20 традиционно вызывает повышенный интерес, в то время как оставшиеся две модификации по отдельности рассматриваются достаточно редко. Работа [2] призвана исправить сложившуюся ситуацию, ее авторы постарались детально изучить геометрические, энергетические и электронные характеристики как чистой, так и допированной атомами германия чаши C20 (см. рис.).

При этом они варьировали не только количество замещающих атомов германия (от одного до четырех), но и относительное их расположение на поверхности изомера.

Изображение

Атомная структура “чаши” C20 и ее плотность электронных состояний (DOS).
Длины углерод-углеродных связей приведены в ангстремах.

Все расчеты авторы выполняли с помощью теории функционала плотности в программе Gaussian 09W. К сожалению, нельзя не отметить невысокий уровень теории: авторы использовали всего лишь B3LYP/3-21G, который на современном этапе развития компьютерного моделирования нельзя отнести даже к рутинным вычислениям. Что касается структуры допированных систем C20-nGen, то авторы отмечают, что атомы германия не разрушают чашу и встраиваются в углеродный каркас достаточно легко. Однако длины связей Ge–C и Ge–Ge допированных наноструктур, превышают первоначальные углерод-углеродные связи. Результат, в принципе, ожидаемый, гораздо более интересными представляются электронные свойства. Авторы рассчитали целый набор характеристик: плотность электронных состояний, энергии Ферми, HOMO-LUMO щели, дипольные моменты и многое другое. В то время как сама структура чаши в целом остается неизменной, электронные свойства допированных германием структур с увеличением числа допантов меняются от полупроводниковых до почти металлических. Так, например, HOMO-LUMO щель уменьшается от 3.80 эВ в “чистой” чаше C20 до 0.66 эВ в изомере C17Ge3. Авторы рассчитывают, что полученные результаты позволят на наноуровне контролировать ширину диэлектрической щели в C20 для нужд наноэлектроники и фотовольтаики. Однако, учитывая общий уровень вычислений, эти предсказания нуждаются в дополнительной проверке с помощью современных теоретических подходов или экспериментальных методов.

М. Маслов

1. ПерсТ 22, вып. 13/14, с. 4 (2015).

2. F.N.Ajeel, Chinese J. Phys. 55, 2134 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#897   morozov » Пт янв 12, 2018 13:52

Акция: две дифракционные решетки по цене одной

Метаматериалы в последнее десятилетие на-ходятся на пике интереса, и то и дело появляются интригующие новости с заго-ловками “плащ-невидимка” или “оптическая черная дыра”. Попутно “опровергаются” классические законы дифракционной и геометрической оптики. Однако многим красивым и необычным эффектам в метаматериалах очень далеко до практического применения. Недавно вышедшая статья американских исследователей в Physical Review Х [1] не отличается броским заголовком, но предлагает интересную и с фундаментальной, и с практической точек зрения концепцию оптического дифракционного элемента, позволяющего получать принципиально разный оптический отклик на излучение, падающее под разными углами.

В традиционном оптическом элементе, будь то дифракционная решетка или голограмма, отклик определяется геометрическими размерами элементов и длиной волны, но не углом падения. Особенность же данных устройств авторы называют угловым мультиплексированием (angle multiplexing), по аналогии с известным в оптике спектральным мультиплексированием. При спектральном мультиплексировании в системе независимо распространяются и обрабатываются сигналы на разных длинах волн, а при угловом – падающие под разными углами. Правда, в представленной авторами [1] системе есть только два таких угла, но принципиально можно создать систему, поддерживающую большее количество “несущих углов”.

Учеными из Калтеха смоделированы и выращены поверхности из метаматериала. Метаатомы, представляющие собой U-образные кремниевые элементы, образуют квадратную решетку на подложке. Высота, ширина, глубина и длина ножек элементов может варьироваться, чтобы сформировать нужную дифракционную картину.

Изображение
Изображение
Рис.1. а - Схематическое изображение элемента и варьируемых геометрических параметров.
б - Результаты расчета конфигурации полей внутри элемента, возбуждаемых электромагнитной волной, падающей под разными углами: цветом показано распределение плотности энергии электромагнитного поля, синими стрелочками направления электрического поля в плоскости сечения

В эксперименте геометрические параметры элементов выбраны так, чтобы получать разные дифракционные картины при падении поляризованного света под двумя углами: φ1=0° и φ2=30°. Но в принципе могут быть получены любые комбинации φ1 и φ2, путем подбора геометрических параметров метаатомов Dx, Dy, Dxin, Dyin (рис. 1а), и в статье приведены соответствующие расчеты.

На основе таких метаатомов авторы разработали, изготовили и исследовали два оптических прибора:

1) дифракционная решетка, работающая на длине волны λ=915 нм, которая для угла падения 0° имеет эффективный период 31λ, а для угла падения 30° - 21λ (что интересно, здесь не происходит перемешивания дифракционных порядков – в области 30° отсутсвуют высокие порядки от 0-градусной решетки, и наоборот);

2) голограмма, которая работает на длине волны 915 нм и проецирует логотип Калтеха при падении света под углом 0° и логотип исследовательского центра LMI (Light-Material Interactions in Energy Conversion) при 30°.

Чем же объясняются такие необычные свойства исследуемого метаматериала? Здесь нельзя все списать на сложную геометрию исследуемой системы. Для понимания механизмов необходимо иметь представление о структуре электромагнитных полей, возбуждающихся в метаматериале. Авторами статьи были проведены расчеты электрического поля, возбуждающегося в метаатоме при падении электромагнитной волны под разными углами. Результаты этих расчетов приведены на рис. 1б, на котором показано распределение плотности энергии электромагнитного поля в наиболее характерных сечениях элемента. Видно, что при падении под углом 30° в системе возбуждаются более высокие пространственные гармоники, то есть для этого угла характеристики системы будут принципиально другими, чем для 0°. Именно из-за этого не происходит смешивания изображений – получается, что система автоматически переключается в другой режим работы при изменении угла падения. Сам процесс перехода в данной работе изучен не был, скорее всего это предмет дальнейших исследований.

В целом, реализованный в рассматриваемой работе принцип может найти много полезных применений для создания компактных оптических устройств. Например, в области аэрокосмического приборостроения вес и габариты устройства являются критическим параметром, и возможность объединения двух устройств в одно без лишних движущихся деталей представляет огромный интерес. А мы нашли еще одно применение данной оптической системы и создали на ее основе новогоднюю открытку для читателей бюллетеня “ПерсТ”.

З. Пятакова
Изображение
1. S.M.Kamali et al., Phys. Rev. X 7, 041056 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#898   morozov » Чт янв 18, 2018 15:50

Новости не опубликованные в журнале


Поиск новых взаимодействий в нанометровом масштабе с помощью нейтронов
4 января 2018

C.C. Haddock (Нагойский Университет, Япония) и др. путем изучения рассеяний нейтронов на ядрах выполнили поиск новых фундаментальных взаимодействий, радиус действия которых превосходит размер ядра. Новых взаимодействий не обнаружено, но получено ограничение на их возможную величину. Новое ограничение в масштабах менее 0,1 нм на порядок сильнее известных ранее. Источники: arXiv:1712.02984 [nucl-ex], physicsworld.com

Проверка квантовой запутанности
5 января 2018

Исследователи из Австралии, Великобритании и США разработали и реализовали в своем эксперименте методику проверки квантовой запутанности фотонов при передаче их через канал с шумами. Методика основана на использовании эффекта квантовой телепортации состояний. Хотя эксперимент был выполнен в одной лаборатории, созданные искусственные помехи, при которых была возможна проверка запутанности, соответствуют потерям в телекоммуникационном оптоволокне длиной 80 км. полученные результаты могут быть важны для реальных практических применений в квантовой телекоммуникации. Источник: Science Advances 4 e1701230 (2018)

Проверка соотношения Ярзинского для единичного иона
5 января 2018

T.P. Xiong (Уханьский Институт физики и математики Китайской академии наук) и др. в своем эксперименте подтвердили соотношение Ярзинского для единичного иона 40Ca+. Соотношение Ярзинского связывает характеристики неравновесного состояния системы с ее равновесной свободной энергией. Для иона 40Ca+, захваченного в ловушку с гармоническим потенциалом, это соотношение проверено в квантовой области для чистых и смешанных начальных состояний. Источник: Phys. Rev. Lett. 120 010601 (2018)

Асимметрия в рассеяниях протонов на ядрах
8 января 2018

В эксперименте коллаборации PHENIX, выполняемом на Коллайдере релятивистских тяжелых ионов (RHIC), обнаружена неожиданная асимметрия в рассеянии спин-поляризованных протонов на ядрах. Существующая теория успешно объясняет асимметрию вылета нейтронов, рождающихся при pp-рассеяниях. Однако оказалось, что при переходе к более тяжелым ядрам асимметрия начинает вести себя необычно. При рассеянии протонов на ядрах Al асимметрия очень мала, а при их рассеяниях на ядрах Au асимметрия становится в три раза больше по величине и имеет противоположный знак. Возможно, определяющую роль в рассеяниях на ядрах играет заряд ядра, хотя полная теория этого эффекта пока не построена. Источник: Phys. Rev. Lett. 120 022001 (2018)

Поляритоны с аномальной дисперсией
10 января 2018

S. Dhara (Рочестерский университет (США) и Индийский технологический институт (Индия)) и др. обнаружили, что в тонком кусочке полупроводника, помещенном в оптический микрорезонатор, рождаются квазичастицы — поряритоны с отрицательной эффективной массой. Возможно, на основе данного эффекта в будущем удастся создать новый тип лазеров. Источник: phys.org
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#899   morozov » Пн янв 29, 2018 14:58

Рукотворная реальность кристально чистой воды

Предприятием-резидентом Троицкого технопарка ФИАН – ООО ИТЦ «Комплексные исследования» разработана технология очистки воды на основе процессов интенсивного окисления, на сегодняшний день уже имеющая опыт успешного внедрения на различных предприятиях. Уникальность технологии, в том числе, заключается в ее «всеядности», т.е. широком спектре применения – от бытовых до промышленных масштабов, и полном нивелировании вреда от токсичных загрязнений.

Пожалуй, не найдется ни одного человека, который оспорил бы величайшую ценность такого природного ресурса как вода. Вода является средой обитания множества живых существ, определяет климат. Для человека она стала еще и важнейшим компонентом в промышленной деятельности: транспортная артерия, источник энергии, сырье, теплоноситель и т.д.

Интенсивное использование воды в промышленных целях (зачастую с пренебрежением экологическими нормами) привело к проблеме загрязнения водных источников. Отдельные экологи заговорили о грядущем вымирании всего живого на планете: загрязнение воды пагубно влияет на развитие флоры и фауны, ведет к росту тяжелых заболеваний, в том числе онкологических, и ухудшению уровня жизни людей в целом. И хотя такие апокалиптические прогнозы сегодня вызывают определенный скепсис, ясно, что с загрязнением воды необходимо интенсивно бороться.

19238 s1 Среди множества различных загрязнений особую тревогу вызывают т.н. стойкие органические загрязнения – ядовитые химические вещества, оказывающие негативное влияние на здоровье людей и окружающую среду. Распространяясь по воздуху и воде, они, к тому же, весьма устойчивы к распаду, что приводит к заражению территорий, достаточно удаленных от места их непосредственного производства. В результате происходит их постепенное накапливание в растениях и организмах животных, потребляемых в пищу, а также нарастание загрязнения всей планеты. Источником токсичных органических соединений является, прежде всего, промышленное производство. Список «злоумышленников» весьма широк: практически любое производство в качестве побочного продукта получает те или иные токсичные органические соединения.

Существует множество различных методов борьбы с подобными загрязнениями, которые обладают определенной степенью эффективности. Но наиболее перспективными являются процессы интенсивного окисления (АОР)[1], позволяющие производить деструкцию токсичных соединений до безопасных и биоразлагаемых.

ООО ИТЦ «Комплексные исследования», которое является предприятием-резидентом Троицкого технопарка ФИАН, разработаны технологии, позволяющие производить очистку воды с использованием данной методики.

Процессы, о которых мы говорим, хорошо известны, – рассказывает Евгений Юрьевич Щекотов, генеральный директор компании. – Вся технология связана с контролем процессов окисления в воде, реализованных в виде цепных реакций, которые в свое время исследовались академиком Семеновым Н.Н. и группой ученых. Собственно, академик Семенов за эти исследования получил Нобелевскую премию[2]. Мы же просто довели эти технологии до прикладного применения.

Принцип очистки воды, заложенный в предлагаемой технологии, основан на деструкции токсичных органических соединений и их производных в результате интенсивного окисления, активированного с помощью гидроксильных радикалов (ОН-радикалы).
Изображение

Сравнение окислительного потенциала различных групп окислителей.
Иллюстрация предоставлена ООО ИТЦ «Комплексные исследования»

Объясняет Сергей Викторович Изюмов, директор по развитию ИТЦ «Комплексные исследования»:


Константы скоростей реакций гидроксильного радикала, – так называют соединение одного атома водорода с одним атомом кислорода (ОН-радикал), – с различными органическими соединениями в миллионы раз выше, чем, например, у озона! При столкновении с органической молекулой ОН-радикал, оторвав от нее атом водорода, превращается в воду, или разорвав двойную связь, присоединяется к молекуле. Органическая молекула в этом случае приобретает лишнюю валентность и легко окисляется кислородом, будучи до этого к нему нейтральной. Таким образом ОН-радикал активирует реакции окисления.

Если процесс генерации ОН-радикалов поддерживать постоянно, то в результате будет иметь место длинная цепочка окислительных реакций, в результате которой образуются молекулы CO2, воды и некоего, более «легкого», органического соединения. Принципиально возможно полное разложение примесей, когда в качестве конечных продуктов останется лишь вода, CO2, некоторые соли и неорганические кислоты, которые образуются при наличии в органических соединениях азота, серы, хлора или других элементов.

Но такой вариант не всегда оправдан экономически. Можно за счет частичного окисления перевести токсичное или трудноудалимое соединение в более легкую биоразлагаемую форму и на этом остановить процесс. А вот как узнать, достигнут ли желаемый результат, в какой момент остановить процесс окисления – это уже ноу-хау разработчиков.

Предлагаемая методика принципиально отличается от наиболее распространенных сегодня методов очистки органических соединений, таких как фильтрация, окисление хлором и биологическая очистка. Во-первых, данные методы имеют выборочный спектр действия. Так, например, не все органические соединения можно отфильтровать, а некоторые из них не подлежат окислению хлором. Во-вторых, после них возникает новая проблема: куда девать полученный осадок, который также зачастую небезопасен для окружающей среды? В-третьих, проблемой являются невысокие скорости реакций и, следовательно, медленный процесс очистки.

Главным преимуществом предлагаемой технологии является неселективный характер окисления, за счет чего появляется возможность перекрывания весьма широкого спектра токсичных соединений, а сама она приобретает характер универсальности: гидроксильным радикалам все равно, что окислять – органические соединения или же неорганические.

Известна, например, международная база данных из более, чем 650 органических соединений, требующих нейтрализации. Так вот, бо́льшая часть этих веществ попадает в область наших возможностей, – продолжает Сергей Викторович. – Более того, хотя наша основная мишень – органические соединения, благодаря работе с окислителями мы можем попутно удалять и некоторые неорганические соединения (например, железо и марганец – основные «болевые» точки загрязненной воды), бороться с микробиологическими опасностями и т.д. Нашей технологии оказалось под силу даже улучшение органолептических свойств воды, таких как удаление постороннего запаха, вкуса и цветности.

Такая универсальность технологии позволяет говорить о дальнейшем расширении спектра решаемых задач как относительно списка нейтрализуемых органических соединений, так и для удаления веществ техногенного происхождения.

В основе технологии лежит применение различных принципов получения ОН-радикалов в воде. Один из них – использование уникального генератора озона и ОН-радикалов, запатентованного под названием XENOZONE, на базе эксимерных ксеноновых ламп, излучающих свет в ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 172 нм.
Изображение
На рисунке: наверху – генератор XENOZONE;
внизу – схема очистки воды с помощью генератора XENOZONE.
Иллюстрация предоставлена ООО ИТЦ «Комплексные исследования»
Использование вакуумного ультрафиолета эксимерных ксеноновых ламп генераторов XENOZONE направлено на одновременную реализацию двух процессов:

• получение гидроксильных ОН-радикалов и перекиси водорода H2О2 при облучении воды вакуумным ультрафиолетовым излучением;
• получение озона при облучении кислорода в воздухе.

Не менее важным является возможность встраивания предлагаемых систем в уже существующие системы очистки воды, что также позволяет повысить качество, скорость обработки загрязнений и расширить спектр нейтрализуемых веществ, а также обеспечить способность «подстраивания» системы под конкретные задачи заказчика.

На сегодняшний день технология XENOZONE не просто научная разработка, а активно внедряемая на предприятиях система очистки. Среди предлагаемых объектов применения крупные предприятия, такие как АЭС, ТЭС, муниципальные водоканалы, предприятия микроэлектроники, а также небольшие организации – предприятия пищевой промышленности, бассейны.
Изображение

Установка очистки конденсата и промывочной воды для Нововоронежской АЭС
(стоп-кадр видеосюжета «Системы очистки воды XENOZONE для промышленности и энергетики»)
Рассказывает Евгений Юрьевич:

Одним из предприятий-заказчиков была Нововоронежская АЭС (НВ АЭС), где в 2015 году была запущена установка очистки конденсата от органических соединений. Как результат внедрения установки мы можем представить заключение миссии OSART МАГАТЭ[3].

Помимо данного опыта, за «плечами» компании программы по очистке воды на муниципальных водоканалах Троицка и Подольска, Верхнетагильской ГРЭС и многих других.
Изображение

Установка по очистке воды на предприятии водоканала Троицка.
Иллюстрация предоставлена ООО ИТЦ «Комплексные исследования»
Летом 2017 года был успешно завершен проект по созданию установки очистки сточных вод от токсичных органических соединений из промышленных стоков предприятий микроэлектроники, осуществленный по заказу японской компании «SANBIC». Таким образом, можно говорить, что данная технология получила международное признание.



Самое важное, на мой взгляд, состоит в том, что все работы – от «железа» до автоматизации и наладки – мы полностью проводим своими силами, на площадке Троицкого технопарка ФИАН. Для реализации крупных проектов, подобных Нововоронежской АЭС или Верхнетагильской ГРЭС, конечно, необходимы определенные финансовые вложения, которые мы обеспечиваем самостоятельно, за счет реализации небольших коммерческих проектов. Такое самоинвестирование – наша принципиальная позиция. И в этом мы также видим залог своего успеха, – отметил в заключение Сергей Викторович.



Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»

____________________

От редакции. Дополнительно предлагаем ознакомиться с видеосюжетом, рассказывающим об опыте применения разработки на муниципальном предприятии по очистке вод Троицка.



Примечания:

[1] Международное название процессов активного окисления: AOP – Advanced Oxidation Processes. К тексту ↑

[2] Семенов Николай Николаевич – советский физико-химик, один из основоположников химической физики. Единственный советский лауреат Нобелевской премии по химии. Получил премию в 1956 г. «За исследования в области механизма химических реакций» (совместно с С.Н. Хиншелвудом). К тексту ↑

[3] OSART (англ. Operating Safety Analysis Review Team) – группа анализа эксплуатационной безопасности. Миссии OSART имеют целью повысить эксплуатационную безопасность АЭС за счёт обмена опытом эксплуатации, накопленным в мире. Такие миссии проходят на различных АЭС мира. На основании проведённой ими оценки разрабатывается отчёт, содержащий описание положительной практики эксплуатации (признаваемой таким образом на международном уровне), а также предложения и рекомендации.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 28720
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#900   morozov » Вт фев 06, 2018 8:03

“Стратегия 20/20 оптомагнитной записи

Магнитная запись информации остается самой дешевой среди различных видов компьютерной памяти, если оценивать ее стоимость в расчете на один бит информации. Однако в плане быстродействия и энергосбережения традиционная запись на магнитных дисках отстает от своих полупроводниковых конкурентов: для записи одного бита информации на жесткий диск требуется около 100 нДж, а в флеш-память – в 10 раз меньше, не говоря уже о том, что механика жесткого диска делает для него принципиально недостижимым быстродействие, характерное для полупроводниковых устройств.

Оптические методы воздействия на намагниченность, которые активно начали изучать лишь в последнее десятилетие с появлением фемтосекундных лазеров, обещают в будущем стать лидирующей технологией как по быстродействию, так и по энергосбережению. Как показано в работе группы проф. А.В. Кимеля [1], фотиндуцированная прецессия спина позволяет переключать магнитные биты с беспрецентными для компьютерной памяти характеристиками: временем записи, меньшим 20 пикосекунд, и энергией диссипации 20 аттоджоулей.
Изображение

Наблюдение фотоиндуцированной динамики на масштабе пикосекунд с помощью метода накачки-зондирования [1]:
импульс накачки (pump) на длине волны 1.15-1.45 мкм и длительностью 40 фс возбуждает динамику намагниченности,
которую наблюдают с помощью 40 фс-импульса зондирования (probe) на длине волны 0.8 мкм, следующего за импульсом
накачки с регулируемой задержкой. Записанные домены также визуализируют в белом свете с помощью светодиода (LED).
В отличие от схожего явления в магнитных металлах, недавно рассмотренного в Перст [2], воздействие света на прозрачный материал (железо-иттриевый гранат) не приводит к поглощению тепловой энергии и разрушению магнитного упорядочения. Механизм перемагничивания иной: спиновая прецессия в эффективном поле анизотропии, наведенной световым излучением. Время жизни такой наведенной анизотропии исчисляется несколькими десятками пикосекунд. Если подобрать период прецессии спина почти в четыре раза больший, то за время существования наведенной анизотропии намагниченность успеет повернуться на угол немногим более 90°, и переключение намагниченности в новое положение станет неизбежным, что и наблюдается в эксперименте.

Больше вопросов вызывает оценка энергии, рассеянной при переключении. Интенсивность света, необходимая для наведения анизотропии составляет 30 мДж/см2, что при масштабировании на объем бита в жестком диске 20×20×10 нм3 и с учетом малого поглощения в среде как раз дает заветные 20 аДж. Однако нельзя не отметить лукавства этих цифр: фокусировка световой энергии на таких масштабах средствами классической оптики невозможна – придется прибегнуть либо к методам сканирующей зондовой микроскопии ближнего поля, либо к использованию плазмонных концентраторов. И то и другое неизбежно влечет дополнительные потери энергии, на многие порядки превышающие номинальные 20 аДж. Поэтому результат в [1], конечно, следует рассматривать не как целевой показатель на ближайшее десятилетие, а, скорее, как путеводную звезду современных технологий записи.

А. Пятаков

1. А.Stupakiewicz et al., Nature 542, 71 (2017).

2. ПерсТ 24, вып. 21/22, c.5 (2017).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: Bing [Bot] и 10 гостей