Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32831
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#991   morozov » Пт авг 09, 2019 16:24

Симметрии квантовой гравитации
1 августа 2019
История построения квантовой гравитации начинается с работ М.П. Бронштейна, выполненных им в 1930-е годы в Ленинградском физико-техническом институте, сейчас — ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН. Полная теория квантовой гравитации пока не создана из-за принципиальных теоретических трудностей. О квантовой гравитации и нерешённых в этой области проблемах см. в статье Г.Е. Горелика в УФН 175 1093 (2005). Тем не менее, идут активные поиски новых подходов к созданию теории квантовой гравитации. В 1957 г. в работе Ч. Мизнера и Дж. Уилера были сформулированы ряд условий, которым должна удовлетворять эта теория. D. Harlow (Массачусетский технологический институт, США) и H. Ooguri (Калифорнийский технологический институт, США и Токийский университет, Япония) показали, как эти условия можно реализовать в модели AdS/CFT соответствия, являющейся примером принципа квантовой голографии. AdS/CFT даёт связь между теорией квантовой гравитации в пространстве анти-де Ситтера и конформной теорией поля на ограничивающей его поверхности. D. Harlow и H. Ooguri показали, что для непротиворечивости в теории должны отсутствовать глобальные симметрии, а внутренние калибровочные группы должны быть компактными. Источник: Phys. Rev. Lett. 122 191601 (2019)

Ограничения на квантовые корреляции
1 августа 2019
Наряду с ограничениями на максимальную скорость распространения квантовой информации (предел Либа – Робинсона), существует ограничение на корреляции двух наборов квантовых измерений, выполненных внутри и вне некоторой области пространства. Величина корреляций зависит от площади 2-мерной поверхности, ограничивающей указанную область (закон площадей). Исследователи из Венского университета и Института квантовой оптики и квантовой информации (Австрия) I. Kull, P. Allard Guerin и C. Brukner в своей теоретической работе обобщили закон площадей на случай 4-мерных областей пространства-времени. В качестве модельной системы был рассмотрен конечный массив из спинов, каждый с ограниченным масштабом и величиной воздействия на соседние спины, и рассмотрено распространение в такой системе взаимной квантовой информации в процессе измерений, выполняемых наблюдателями в течение ограниченного времени. Один из наблюдателей производит измерения внутри некоторой области, а второй — снаружи. Получено, что максимальная величина взаимной информации, которая характеризует квантовые корреляции, пропорциональна площади 3-мерной гиперповерхности, ограничивающей внутреннюю 4-мерную область. Новые соотношения могут давать связь между квантовой информацией и геометрией пространства времени, что важно для построения теории квантовой гравитации. Источник: npj Quantum Information 5 48 (2019)

Квантовое запутывание фотона и спиновой волны в твёрдом теле
1 августа 2019
Квантовое запутывание света и вещества представляет большой интерес для передачи квантовой информации. Ранее уже было получено запутывание между фотонами и спиновыми возбуждениями в ультрахолодных газах. K. Kutluer (Барселонский институт науки и технологий, Испания) и соавторы в своем эксперименте продемонстрировали прямое запутывание по времени между единичным фотоном и единичным коллективным спиновым возбуждением в ансамбле ионов редкоземельного элемента празеодима Pr3+, внедрённых в кристалл Y2SiO5. Эксперимент выполнялся при температуре 3,5 K. Анализ квантового состояния производился путём отображения спинового возбуждения на фотонный кубит с помощью частотной гребенки и кубита-анализатора, реализованного на втором кристалле. Наличие запутывания подтверждено по нарушению неравенств Белла на уровне двух стандартных отклонений. Такая точность делает устройство пригодным, например, для создания квантовых репитеров. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 030501 (2019)

Трёхмерная квантовая спиновая жидкость
1 августа 2019
Квантовой спиновой жидкостью называется такое состояние вещества, в котором взаимодействующие спины его атомов остаются неупорядоченными даже при приближении к абсолютному нулю температуры. Ранее уже были получены свидетельства существования двумерной квантовой спиновой жидкости в некоторых материалах. Теоретически предсказывалось, что в пирохлоре Ce2Zr2O7 возможно наличие трёхмерной квантовой спиновой жидкости в решётке ионов Ce3+, однако существующие экспериментальные данные не могли достоверно это подтвердить из-за отсутствия больших кристаллов. B. Gao (Университет Райса, США) и соавторы сумели вырастить кристалл Ce2Zr2O7 достаточно большого размера и пришли к выводу о возможном наличии в кристалле 3D квантовой спиновой жидкости. Исследование теплоемкости кристалла показало отсутствие фазовых переходов вплоть до 50 мК, по измерениям времени релаксации мюонных спинов подтверждено отсутствие дальнего порядка при охлаждении до 20 мК, а метод рентгеновской дифракции исключил наличие большого числа дефектов. Наконец, неупругое нейтронное рассеяние на единичном кристалле Ce2Zr2O7 выявило континуум спиновых возбуждений вплоть до температуры 35 мК. Всё это с высокой вероятностью свидетельствует о наличии трёхмерной квантовой спиновой жидкости. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 15 июля 2019 г.

Парадокс Клейна в SmB6
1 августа 2019
В 1929 г. О. Клейн обнаружил, что потенциальные барьеры могут быть прозрачны для электронов, даже если высота барьера превышает энергию частицы. В интерпретации А.И. Никишова (ЖЭТФ 57 1210 (1969)) «парадокса Клейна» объясняется рождением одной из частиц пары частица-античастица за барьером. Электронно-дырочные возбуждения в графене и в топологических изоляторах эффективно описываются уравнением Дирака для безмассовых частиц, что дает возможность наблюдения туннелирования Клейна при малых энергиях, и этот эффект действительно наблюдался в графеновых гетероструктурах. S. Lee (Мэрилендский университет в Колледж-Парке, США) и соавторы сообщили о первом наблюдении идеального туннелирования в топологическом изоляторе. Изучалась граница между нормальным металлом и топологическим изолятором SmB6, в котором посредством прилегающего слоя YB6 была наведена сверхпроводимость. Электронная спектроскопия показала удвоение величины проводимости, что свидетельствовало об идеальном туннелировании электронов из нормального металла в сверхпроводник. Теоретически это явление объясняется идеальным адреевским отражением (А.Ф. Андреев, ЖЭТФ 46 1823 (1964)): электроны не могли отражаться обратно из-за спин-имульсной блокировки в топологическом изоляторе. Эффект туннелирования Клейна может найти практические применения в создании новых спинтронных устройств. Источник: Nature 570 344 (2019)

Взаимодействие Дзялошинского – Мории в гетероструктурах
1 августа 2019
Взаимодействие Дзялошинского – Мории представляет собой обменное взаимодействие через промежуточные немагнитные атомы посредством спин-орбитальных связей. Е.Ю. Ведмеденко (Гамбургский университет, Германия) и соавторы в своей теоретической работе исследовали взаимодействие Дзялошинского – Мории в гетероструктурах, состоящих из двух ферромагнетиков, разделенных немагнитной прослойкой, и показали, что оно имеет заметную величину и приводит к формированию глобальной киральной структуры между слоями в трех пространственных измерениях. Вычисления производились как аналитически, так и численно методом Монте – Карло. При этом ферромагнетики моделировались монослоем спинов. Полученный результат открывает новые перспективы для применения магнитной киральности в гетероструктурах. Исследование гетероструктур активно ведется, в частности, в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, где был получен ряд фундаментальных результатов. О двойных гетероструктурах см. в УФН 108 598 (1972), УФН 172 1068 (2002) и УФН 188 1249 (2018). Источник: Phys. Rev. Lett. 122 257202 (2019)

Органический лазерный диод с прямой электрической накачкой
1 августа 2019
Ранее уже были созданы лазеры на основе органических диодов, но накачка в них осуществлялась оптическим излучением. Электрическую накачку получить не удавалось из-за больших оптических и поляронных потерь. В Университете Кюсю (Япония) впервые создан лазер на основе органического диода с прямой электрической накачкой. Применялась тонкая плёнка органического соединения 4,4'-bis[(N-карбазол)стирил]бифенил, имеющего низкий порог лазерной генерации. На плёнку был нанесён катод из ванадия, позволяющий эффективно инжектировать ток. Частота лазерной генерации в синей области спектра отделена от области триплетного и поляронного поглощения, что способствует уменьшению потерь. Фундаментальный вклад в науку о лазерах, в том числе, создание лазеров на двойных гетероструктурах, был сделан Ж.И. Алферовым и его коллегами в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе АН СССР. Источник: Applied Physics Express 12 061010 (2019)

Катодолюминесцентная лампа
1 августа 2019
В последнее время лидирующие позиции в освещении заняли светодиодные лампы. Они имеют неоспоримые достоинства по экономичности, долговечности и экологической безопасности, однако при их производстве применяются редкие вещества, поставки которых по тем или иным причинам могут оказаться затруднены, например, галлий и индий. В качестве альтернативы светодиодным рассматриваются катодолюминесцентные лампы. Примером катодолюминесценции является свечение экранов электронно-лучевых трубок в телевизорах. Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) и ФИАНа им. П.Н. Лебедева разработали новый тип катодолюминесцентной лампы с катодом на основе пучка углеродных волокон. В лампу встроен преобразователь переменного тока в высоковольтное постоянное напряжение, под действием которого с окончаний волокон в процессе автоэлектронной эмиссии вылетают электроны. Лампа, созданная Е.П. Шешиным и соавторами, имеет триодную схему с модулятором, управляющим током анода. Анодом служит напыление из алюминия. Электроны ударяют в люминофор (Y2O2S:Tb или др.), вызывая его свечение. Световая отдача лампы составляет 30-40 лм Вт-1. В отличие от светодиодных ламп, катодолюминесцентные лампы можно производить из распространенных веществ, и они устойчиво работают при температурах от -50°C до 100°C. Опытный образец c потребляемой мощностью 5,5 Вт имеет стандартный цоколь E27 и уже может применяться для освещения в быту. О катодолюминесцентных источниках света см. в обзоре УФН 185 853 (2015). Источник: Journal of Vacuum Science & Technology B 37 031213 (2019)

Эргозвёзды
1 августа 2019
Возможность существования нейтронных звезд была предсказана Л.Д. Ландау в феврале 1931 г. — в период между его учебой в аспирантуре Ленинградского ФТИ и работой в ЛФТИ — еще до открытия нейтрона (см. УФН 183 307 (2013)). Нейтронные звезды были обнаружены в астрономических наблюдениях как пульсары в 1967 г. Вычисления в рамках Общей теории относительности (ОТО) показывали, что у вращающихся тел, таких как нейтронные звезды, может существовать эргообласть — область пространства, в которой все объекты неминуемо вовлекаются во вращение, — даже без образования горизонта событий чёрной дыры. Однако оставалось неизвестно, являются ли объекты с эргообластью динамически устойчивыми, или же, образовавшись, они быстро коллапсируют в чёрные дыры из-за роста возмущений. A. Tsokaros (Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне, США) и соавторы выполнили численный расчёт и впервые построили динамически устойчивые модели нейтронных звезд, имеющих эргообласть. Выбирались реалистичные уравнения состояние вещества нейтронной звезды и проводились общерелятивистские расчёты без упрощающих предположений. Были найдены классы моделей, в которых имелась эргообласть, но отсутствовал горизонт событий, и которые оставались динамически устойчивыми в течение 30 периодов вращения объекта вокруг своей оси — до окончания численного счёта. Обнаруженные теоретически устойчивые объекты нового типа названы эргозвёздами (ergostars). Такие объекты могут образовываться в процессе слияния двух нейтронных звёзд, причем эргообласть может играть важную роль в быстром формировании релятивистских струй (джетов) вдоль оси вращения. Об актуальных проблемах физики нейтронных звезд см. в обзоре УФН 180 1279 (2010). Источник: arXiv:1907.03765 [gr-qc]

Гравитационные волны и проверка ОТО
1 августа 2019
В 2017 г. гравитационно-волновыми интерферометрами LIGO и Virgo был зарегистрирован всплеск гравитационных волн GW170817, который произведен слиянием двух нейтронных звёзд. Одновременно наблюдались электромагнитные сигналы, включая всплеск гамма-излучения GRB 170817A (о космических гамма-всплесках см. в обзоре Р.Л. Аптекаря (ФТИ им. А.Ф. Иоффе) и соавторов в УФН 189 785 (2019). Мультиволновое наблюдение позволило выполнить проверку ОТО и ограничить по параметрам ряд альтернативных теорий гравитации. Коллаборация LIGO/Virgo представила новые ограничения в неисследованных ранее областях параметров. Первый класс ограничений касается генерации гравитационных волн. Получены ограничения на возможный вклад дипольного излучения в режиме сильного поля и на поправки к пост-ньютоновскому приближению. Второй класс ограничений связан с распространением волн. Получены ограничения на поправки в дисперсионном соотношении, которые могли бы быть обусловлены ненулевой массой гравитона. Также были ограничены параметры теорий с большими дополнительными измерениями. В таких теориях гравитоны должны вылетать в дополнительное пространство, что ослабило бы сигнал. Кроме того, показано, что гравитационная волна с высокой точностью имеет только две тензорные моды поляризации. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 011102 (2019)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32831
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#992   morozov » Сб авг 31, 2019 10:27

Квантовая стрела времени
1 сентября 2019

Несмотря на то, что уравнение Шрёдингера обратимо по времени, измерения делают квантовые процессы необратимыми, и пока в квантовой теории не удаётся объяснить эту необратимость исчерпывающим образом. Одним из подходов является введение квантовой энтропии. K.W. Murch (Институт материаловедения и инженерии и Университет Вашингтона в Сент-Луисе, США) и его коллеги выполнили эксперимент, в котором показано существование квантовой стрелы времени для открытой системы, испытывающей обратное влияние процесса измерений. Система представляла собой сверхпроводящий трансмонный кубит, связанный с электромагнитной модой в микроволновом волноводе. Квантовые состояния кубита измерялись по сдвигу фазы отражённого сигнала, а импульс с противоположным сдвигом фазы приводил к обратной эволюции состояния кубита. Серия последовательных измерений задавала квантовую траекторию кубита. Были измерены 280 тыс. квантовых траекторий, и вычислена энтропия, связанная с вероятностью траекторий. Это позволило охарактеризовать стрелу времени как направление наиболее вероятных процессов, а именно, преобладание прямых траекторий над обратными. С увеличением продолжительности цепочки измерений необратимость (преобладание прямых траекторий) нарастала, что также подтверждало наличие квантовой стрелы времени. О классической и квантовой необратимости см. в книге Б.Б. Кадомцева «Динамика и информация», а также в его статьях и обзорах в УФН 173 1221 (2003), УФН 166 651 (1996), УФН 165 967 (1995), УФН 164 449 (1994). Источник: Phys. Rev. Lett. 123 020502 (2019)

Телепортация кутрита
1 сентября 2019

К настоящему времени выполнено множество экспериментов по квантовой телепортации состояний частиц без перемещения их самих. Однако эксперименты были выполнены лишь с двумерными подпространствами квантованных уровней, представляемых кубитами. Y.-H. Luo (Научно-технический университет Китая и Центр передового опыта в области квантовой информации и квантовой физики, Китай) и соавторы предложили схему телепортации фотонных квантовых состояний любой размерности и продемонстрировали её в эксперименте на примере телепортации кутрита, соответствующего трёхмерному подпространству. В этой схеме отправитель и получатель сначала обмениваются фотонами в трёхмерном запутанном состоянии. Затем отправитель производит измерения, создавая интерференцию между ранее распределённым состоянием фотонов, состоянием телепортируемого и вспомогательного фотонов. Получателю направляется информация о результатах измерений по классическому каналу, и он, выполнив унитарное преобразование над своей частью запутанного состояния, воспроизводит телепортируемое квантовое состояние. В эксперименте запутанные по траекториям трёхмерные состояния фотонных пар получались с помощью лазеров, сплиттеров и нелинейных кристаллов. Была достигнута квантовая точность 0,75 и подтверждено наличие трёхмерной телепортации. Телепортация с большими размерностями более устойчива к шумам в линии передачи по сравнению с кубитной связью. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 070505 (2019)

Высокоселективный полосовой фильтр
1 сентября 2019

Микроволновые полосовые фильтры находят широкое применение в средствах связи, радиоизмерениях и в других областях радиоэлектроники. Полосовые фильтры непрерывно совершенствуются. Одним из направлений является разработка эффективных фильтров на основе проводящих полосок с различной конфигурацией. Исследователи из Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета (г. Красноярск) сконструировали фильтр с уникальными характеристиками и продемонстрировали его работу. Фильтр смонтирован на диэлектрической подложке. На одной стороне подложки помещается ленточный проводник с заглушкой, а на другой стороне — ленточные проводники, соединенные с экраном. В формировании узкой полосы пропускания участвуют две из трёх первых резонансных мод, а третья мода формирует минимум коэффициента передачи, смежный с полосой пропускания. Б.А. Беляев с соавторами с помощью компьютерного моделирования подобрали оптимальные размеры и расположение ленточных проводников. Затем было изготовлено устройство-прототип из четырёх таких фильтров. Устройство имеет характеристику высокоселективного полосового фильтра восьмого порядка с центральной частотой f0=0,52 ГГц и относительной шириной полосы 14 %, а полоса затухания продолжается до ≈ 5f0. Тем самым, по своим избирательным свойствам новый фильтр превосходит имеющиеся аналоги. Источник: Technical Physics Letters 45 485 (2019)

Эффект Аскарьяна и поиск нейтрино сверхвысоких энергий
1 сентября 2019

В 1961 г. выдающийся советский физик Г.А. Аскарьян предсказал теоретически эффект генерации вспышек когерентного радиоизлучения Вавилова – Черенкова при прохождении высокоэнергетических фотонов через вещество (ЖЭТФ 41 616 (1961); УФН 144 523 (1984)). Фотоны вызывают электромагнитные ливни, которые на своем пути ионизируют атомы, выбивая из них дополнительные электроны в направлении ливня. Одновременно с этим, позитроны выбывают из состава ливня в результате аннигиляции. В результате, избыток отрицательного заряда в ливне может достигать ≈10 %, и нескомпенсированные заряды генерируют излучение Вавилова – Черенкова. Коротковолновое (в сравнении с размерами ливня) излучение гасится интерференцией, а длинноволновое дает когерентный импульс. Впервые этот эффект наблюдался экспериментально на ускорителе SLAC. Эффект Аскарьяна является перспективным методом регистрации частиц космических лучей в области больших энергий. Поиск нейтрино ν сверхвысоких энергий по методу Аскарьяна в настоящее время выполняется детекторами ARA (Askaryan Radio Array) на Южном полюсе. Идея использовать для этой цели антарктический лед принадлежит сотрудникам ИЯИ РАН В.А. Гусеву, И.М. Железных и М.А. Маркову. Массив ARA включает пять радиоантенн, расположенных во льду на глубине 200 м. Согласно расчётам, ν сверхвысоких энергий могут генерироваться как непосредственно в астрофизических объектах, так и быть космогенными, т.е возникать при взаимодействии космических лучей с фоновыми излучениями (космогенные ν были предсказаны В.С. Березинским и Г.Т. Зацепиным в 1969 г.). На конференции по космическим лучам в Мэдисоне коллаборация ARA представила результаты поиска в 2013-2016 гг ливней, производимых ν. Сигналы над уровнем фона зарегистрированы не были, но были улучшены в два раза ранее полученные ARA ограничения сверху на диффузный поток ν. По своей чувствительности при энергиях >1010 ГэВ ARA уже начинает конкурировать с другими нейтринными телескопами, и в течение следующих трех лет ARA может дать самые лучшие ограничения, либо зарегистрировать ν сверхвысоких энергий. В качестве мишени для генерации радиоимпульсов Г.А. Аскарьян рассматривал также вещество Луны (см. УФН 182 793 (2012)). Источник: arXiv:1907.11125 [astro-ph.HE]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32831
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#993   morozov » Пн сен 09, 2019 17:31

Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий

Изучение иерархической структуры природных материалов помогает технологам создавать новые нанокомпозиты. Одним из ярких примеров является перламутр, внутренний слой раковин. Этот лёгкий, но очень прочный материал состоит из пластинок арагонита СаСО3, образующих параллельные слои. Промежутки заполнены органической матрицей из белков и хитина. Использование перламутра в качестве прототипа уже позволило разработать ударопрочную керамику, пленки и покрытия разного назначения, в том числе гибкую основу для резистивного нагревателя в носимых устройствах (см. ПерсТ [1]). Однако все используемые способы получения синтетического перламутра довольно сложные, требуют высоких температур и давлений или применения токсичных органических растворителей. В природе моллюски производят перламутр из доступных возобновляемых компонентов в условиях окружающей среды. Ученые из США, Нидерландов, Италии, Швейцарии и Израиля предложили простой, экологически чистый “бактериальный” метод синтеза [2]. Использовали два штамма бактерий: Sporosarcina pasteurii для образования карбоната кальция, а Bacillus licheniformis – для формирования биополимерной прослойки. Процесс образования композита состоит из двух этапов (рис. 1).
Изображение
Рис. 1. Получение бактериального композита:
a – пластинку из полиметилметакрилата (PMMA) помещают в среду с S. Pasteurii для образования CaCO3 в присутствии мочевины и ионов Ca;
b – пластинку со слоем CaCO3 помещают в раствор полиглутаминовой кислоты (PGA), которую выделили бактерии (PGA связывается с CaCO3);
с – слоистый бактериальный композит толщиной ~ 200 мкм.

Сначала пластинку из оргстекла (PMMA) помещают в среду кристаллизации, содержащую S. pasteurii, мочевину и CaCl2. Бактерии выделяют уреазу, фермент, расщепляющий мочевину на аммиак и CO2. Повышение pH приводит к осаждению слоя карбоната кальция. Пластинку с первым слоем CaCO3 переносят в раствор полиглутаминовой кислоты (PGA), которую выделили бактерии B. licheniformis (рис. 2). Образуется слой PGA. Так повторяют 23 раза, пока не сформируется “бактериальный композит” толщиной ~ 200 мкм.

Изображение

Рис. 2. Макроскопическое количество PGA, полученное от бактерий B. Licheniformis. Бактерии были удалены с помощью центрифугирования, а PGA осаждали путем добавления CuSO4 (голубую окраску придают ионы меди).

Для сравнения исследователи синтезировали бактериальный композит без PGA (бактериальный CaCO3) и чистый неорганический CaCO3 (“химический” CaCO3). SEM изображения сечений синтезированных композитов и перламутра съедобной мидии M. edulis показаны на рис. 3. Пластинки CaCO3 в бактериальном композите ориентированы параллельно друг другу, как и в природном перламутре (рис. 3b,e), и состоят из плотных игольчатых структур (рис. 3f). В противоположность этому пластинки бактериального CaCO3 разупорядочены (рис. 3g,h). Очевидно, PGA способствует формированию слоистой структуры. Химический CaCO3 состоит из крупных кристаллов, слои не образуются.
Изображение
Рис. 3. SEM изображения сечений синтезированных композитов и перламутра съедобной мидии M. edulis. Перламутр (a,b,c) имеет характерные слои, состоящие из сферических нанозёрен. Бактериальный композит (d,e,f) тоже имеет слои из игольчатых нанозёрен со сферическими выступами. У бактериального СаСО3 (g,h,i) слои отсутствуют. “Химический” СаСО3 (полученный кристаллизацией при диффузии газов NH3 и CO2 в раствор CaCl2) не имеет ни слоев, ни нанозёрен.

На наноуровне оба бактериальных материала имеют зернистую структуру, похожую на структуру природного перламутра. Сферические выступы у перламутра имеют диаметр 20-40 нм (рис. 3с), у бактериального композита – 10-70 нм (рис. 3f), у бактериального CaCO3 – 60-90 нм (рис. 3i). “Химический” CaCO3 такую наноструктуру не имеет.

Механические свойства бактериальных материалов были изучены на нано-, микро- и макроуровнях (с помощью наноиндентирования, микроидентирования и испытания на трехточечный изгиб). Все измерения показали, что бактериальный композит имеет высокие ударную вязкость (на уровне природного перламутра) и жёсткость. Например, испытания на изгиб показали, что ударная вязкость бактериального композита в 4 раза выше, чем у бактериального CaCO3 и в 6 раз выше, чем у “химического” CaCO3, а способность к растяжению почти в два раза больше, чем у бактериального и “химического” CaCO3. Макротрещин в бактериальном композите даже при значительном изгибе не обнаружили (в отличие от двух других синтезированных материалов). Такие замечательные механические свойства, особенно сочетание высокой ударной вязкости и жесткости, несвойственны искусственным композитам, и, конечно, обусловлены иерархической “перламутровой” структурой (рис. 4).

Изображение

Рис. 4. Механические свойства бактериального композита и перламутра в сравнении со свойствами компонентов. Пунктир – оценка механических свойств композитов на основе свойств компонентов и их объемных фракций. Природный перламутр и бактериальный композит не подчиняются этому правилу “смеси”.

Исследователи предложили оригинальный способ синтеза новых композитов, не требующий существенных затрат и особых условий. Бактерии доступны, их уже используют биотехнологи для получения макроколичеств различных материалов (см., например, рис. 2). Как показали дополнительные эксперименты, бактериальный композит можно сформировать не только на плоской поверхности, но и на сложных 3D структурах. Биосовместимость материала позволит использовать его в медицине и пищевой промышленности, а благодаря прочности, химической стойкости и малому весу “перламутровый” композит может найти широкое применение в строительстве, в автомобильной и аэрокосмической отраслях.

О.Алексеева

1. ПерсТ 25, вып. 5/6, с. 2 (2018).

2. E.M.Spiesz et al., Small 15, 1805312 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32831
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#994   morozov » Пт сен 20, 2019 0:17

Оптомагнитный нейрон

Затраты энергии на работу вычислительных устройств год от года растут опережающими темпами по отношению к общему энергопотреблению. Это стало заметно уже даже рядовому обывателю: сообщения о многочисленных эксцессах, связанных с майнингом биткоинов, еще совсем недавно были частью ежедневной информационной повестки, а это лишь одно из проявлений возрастающей доли энергозатрат на вычисления. Если сейчас она составляет 7% от общего энергопотребления, то к 2030 году, при сохранении текущей тенденции, она достигнет отметки 50%! Вот почему, наряду с поиском физических способов записи и обработки информации с ультрамалым энергопотреблением, взгляд ученых и инженеров все чаще обращается в сторону методов и устройств, основанных на тех же принципах организации, что и наш мозг, потребляющий 20 Вт мощности там, где обычные бинарные алгоритмы требуют использования суперкомпьютеров мощностью 10 МВт. Впрочем, материальное воплощение этих, как их называют “brain-inspired” подходов, также является задачей физиков.

В недавней работе группы исследователей из Radboud Univ. (Нидерланды) [1] предложена схема, моделирующая обучение нейрона, на основе сочетания оптических и магнитных технологий, что позволяет объединить быстродействие первых и энергонезависимость последних. Под энергонезависимостью (nonvolatility) понимается возможность сохранения информации без энергетических затрат (а это действительно важно, ведь никому не хочется, чтобы нейроморфная схема при внезапном отключении питания забыла все, чему ее научили).

В качестве среды для записи информации авторы использовали многослойные пленки Co/Pt с перпендикулярной магнитной анизотропией. Толщина магнитного слоя составляла 0.6 нм. Импульсное излучение от фемтосекундного лазера, сфокусированное на образец, позволяло переключать направление намагниченности в пленке за счет эффекта оптически индуци-рованного изменения магнитной анизотропии (необходимая для этого плотность энергии одиночного импульса – порядка 1 мДж на квадратный сантиметр). Данный эффект не выходил бы за пределы уже известных оптомагнитных явлений, если бы не одно примечательное обстоятельство: диаметр перемагниченной светом области растет с числом импульсов одной циркулярной поляризации и также непрерывно уменьшается при последовательном действии импульсов противоположной поляризации (рис. 1). Это позволяет моделировать свойство синаптической пластичности – постепенного изменения свойств синапса под действием повторяющихся возбуждений.
Изображение Изображение

Рис. 1. Эмуляция синаптической пластичности с помощью опто-магнитного эффекта [1].
а – Вверху представлено необработанное экспериментальное изображение образца Co/Pt. Два черных кружка w1 и w2 соответствуют положениям двух входных сигналов будущей логической схемы (во избежание взаимного влияния от рассеянного света, расстояние между ними должно быть не меньше 130 мкм). Ниже представлены обработанные магнитооптические изображения (с вычтенным фоном), показывающие эволюцию намагниченности под действием серии из 600 импульсов циркулярно поляризованного излучения с правой и левой (нижний ряд) поляризацией.
b – Зависимость интегральной интенсивности изображений от количества импульсов излучения. Оранжевые кружки на кривой соответствуют восьми экспериментальным изображениям на рис. 1а).
Наряду с синаптической пластичностью, важным фактором в процессе обучения нейроморфных схем является также наличие обратной связи, которая позволяет делать “работу над ошибками”: менять весовые коэффициенты, с которыми берутся входные сигналы прямо по ходу обучения, чтобы приближать отклик системы к желаемому. В данной схеме в роли входных сигналов выступали импульсы лазерного излучения, действующего на образец. Их вес изменялся в зависимости от состояния намагниченности образца, которое контролировали также оптически (рис. 1). В качестве выходного сигнала выступала сумма интегральных интенсивностей магнитооптических изображений после воздействия импульса лазера на материал (т.е. сумма входных сигналов с весами) из которой вычитали пороговое значение интенсивности (наличие порога – также неотъемлемая часть всех нейроморфных схем). Этот выходной сигнал сравнивали с эталонным и вычисляли сигнал ошибки, который подстраивал веса входных сигналов (т.е. состояние намагниченности в образце) на следующем этапе.
ИзображениеИзображениеИзображение
Рис. 2. Пример обучения оптомагнитного синапса работе в режиме логического “И”:
a – экспериментальные изображения (с вычтенным фоном), соответствующие началу обучения: y1, y2 – входные сигналы с начальными весами (т.е. магнитоптические изображения исходного состояния намагниченности), b – пороговый сигнал; μ=1…4 соответствуют четырем комбинациям входных сигналов (0,0), (1,0), (0,1), (1,1) , т.е. открытый или закрытый оптический путь для лучей, сфокусированных на точки w1 и w2 рисунка 1а. Внизу представлена диаграмма для алгебраической суммы y1+y2–b;
b – изменение той же диаграммы для выходного сигнала y1+y2–b в зависимости от числа циклов обучения;
с – результат обучения: в отличие от исходной ситуации рис. 2а, отлик системы на комбинацию (1,1) качественно отличается от реакции на остальные комбинации – сумма y1+y2–b положительна!
Процесс обучения устройства работе в режиме логического “И” представлен на рис. 2: если сначала схема на “единицы” и “нули” давала на выходе одинаковый по знаку сигнал (рис. 2а), то с каждым новым повтором результат становился все более близким к желаемому (рис. 2b), пока, наконец, схема не выдала положительный отклик на две единицы на входе и отрицательный на все остальные случаи, что и соответствует логической схеме “И” (рис. 2c). Авторами [1] также была показана возможность обучения алгоритму работы в режиме “ИЛИ”.

Стоит подчеркнуть, что ключевой здесь является способность схемы обучаться: логические бинарные операции “И”, “ИЛИ” выбраны лишь как простой пример, а в принципе, данный подход может быть использован и для решения задач распознавания изображений. Энергетические потери в таком оптомагнитном синапсе оцениваются авторами [1] как 60 пДж на операцию. Быстродействием они похвастаться не могли (так как эксперимент предполагал работу с механическими затворами), но при дальнейшем совершенствовании методов управления в сторону чисто оптических, быстродействие может составить невообразимые 50 ГГц.

А. Пятаков

1. A.Chakravarty et al., Appl. Phys. Lett. 114, 192407 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32831
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#995   morozov » Пт окт 04, 2019 16:20

Квантовое запутывание порядка событий в гравитационном поле
1 октября 2019
В классической Общей теории относительности порядок следования возможных причин и следствий зависит от распределения массы на начальной пространственноподобной гиперповерхности из-за эффекта гравитационного замедления времени. Вопрос о том, как согласовать квантовую суперпозицию состояний и влияние гравитации массивных тел на течение времени пока не имеет полного решения. M. Zych (Квинслендский университет, Австралия) и её соавторы показали возможный подход к этой проблеме. Они рассмотрели мысленный эксперимент с двумя событиями и массивным телом и построили амплитуду вероятности, которая описывает квантовую суперпозицию состояний с различной метрикой (различным расположением массивного тела) и одновременно -- квантовую суперпозицию временного порядка событий, разделённых времениподобным интервалом. Показано, что такие системы могут быть квантово запутаны по порядку следования событий. Также авторы сформулировали аналоги неравенств Белла, которые могли бы быть использованы для проверки квантового характера указанного запутывания. Источник: Nature Communications 10 3772 (2019)

Квантовая механика в неинерциальной системе отсчёта
1 октября 2019
Экспериментальное исследование квантовых явлений в неинерциальных системах отсчёта представляет большой интерес, т.к. нельзя исключать, что при этом будут обнаружены новые фундаментальные эффекты. M.J. Padgett (Университет Глазго, Великобритания) и его коллеги выполнили эксперимент, в котором изучались оптические квантовые явления на вращающемся лабораторном столе. Исследовалась комбинация эффекта Саньяка и квантовомеханической интерференции в интерферометре Хонга – У – Мандела. В отличие от экспериментов с чистым эффектом Саньяка, на входе находился не сплиттер, а нелинейный кристалл, в котором происходила вниз-конверсия фотонов лазерного излучения и рождение пар фотонов в квантово запутанном состоянии. Один из двух фотонов пары двигался по оптоволокну вдоль окружности по часовой стрелке, а второй фотон – в обратном направлении. На выходе стоял сплиттер и два однофотонных детектора, работающих по схеме совпадения. Как и ожидалось, равномерное вращение приводит лишь к различию длины пути в двух направлениях. Это уменьшает степень неразличимости фотонов пары и модифицирует картину квантовой интерференции в соответствии с предсказаниями квантовой механики. На достигнутом уровне точности новых эффектов не обнаружено. Авторы предлагают выполнить подобный эксперимент с использованием спутников, вращающихся по орбите вокруг Земли. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 110401 (2019)

Демонстрация квантового дарвинизма в эксперименте
1 октября 2019
Пока неизвестно, почему квантовое состояние системы переходит в классическое в процессе измерения или декогеренции. Одним из предложенных вариантов является «квантовый дарвинизм». Согласно этой концепции, классическими становятся те состояния, которые смогли распространить себя в окружении наиболее широко, что напоминает биологическую эволюцию. T. Unden (Ульмский университет, Германия) и соавторы наблюдали в своём эксперименте подобный переход к классическому описанию по мере распространении квантовой информации. Изучался NV-центр (азото-замещённая вакансия) в алмазе, который был окружён ядрами углерода 13C, присутствующими как примесь среди ядер 12C. Совокупность ядер 13C, имеющих ненулевые спины, моделировала окружающую среду. После воздействия на NV-центр лазерного импульса, состояние электрона изменялось, и его магнитное взаимодействие с окружающими ядрами 13C вызывало их излучение в микроволновом диапазоне, регистрируемое детекторами. Таким путём, наблюдая множество ядер 13C, можно было исследовать распространение квантовой информации от NV-центра в окружающую среду, не возмущая саму квантовую систему. Результаты эксперимента соответствуют концепции квантового дарвинизма. Действительно наблюдался процесс, при котором множество измерений с некоторого момента начинали давать один и тот же ответ о состоянии квантовой системы, что соответствовало переходу к классической картине по мере распространения информации в среде. Источник: arXiv:1809.10456 [quant-ph]

Фермионные возбуждения в YbB12
1 октября 2019
Топологические изоляторы SmB6 и YbB12 недавно привлекли к себе повышенное внимание, т.к. в первом из них наблюдались квантовые осцилляции намагниченности (эффект де Гааза – ван Альфена), а во втором были обнаружены квантовые осцилляции проводимости (эффект Шубникова – де Гааза). Эти нетривиальные свойства, свидетельствующие о наличии поверхности Ферми в сильных магнитных полях, вызвали дискуссию и появление ряда теоретических моделей, основанных на различных эффектах. Y. Sato (Киотский университет, Япония) и соавторы выполнили в своем новом эксперименте измерение электрической проводимости, теплоёмкости и теплопроводности кристаллов YbB12 при низкой температуре (до ≈ 0,6 K) без магнитного поля и в магнитных полях. Анализ полученных данных свидетельствует о вероятном наличии в YbB12 новых квазичастиц -- перемещающихся бесщелевых фермионных возбуждений, которые взаимодействуют с магнитным полем, несмотря на отсутствие у них электрического заряда. Возможно, что именно эти нейтральные фермионы ответственны за необычные свойства SmB6 и YbB12. Источник: Nature Physics 15 954 (2019)

Генератор электроэнергии на квантовых точках
1 октября 2019
G. Jaliel (Кембриджский университет, Великобритания) и соавторы сконструировали микроскопический термоэлектрический генератор на основе двух квантовых точек, в котором используется эффект резонансного туннелирования электронов. Для функционирования устройства достаточно лишь наличия градиента температуры. Ранее уже создавались термоэлектрические генераторы на квантовых точках, но их производительность была мала. В новом устройстве, созданном по схеме, которую предложили A.N. Jordan (Рочестерский университет, США) и его соавторы, две квантовые точки, каждая диаметром 310 нм, были реализованы на гетероструктуре GaAs/AlGaAs по обе стороны от резервуара, содержащего горячие электроны. Энергетические уровни квантовых точек были различными, они соответствовали электронам с низкой энергией с одной стороны и электронам с более высокой энергией по другую сторону. Таким образом, имел место выборочный перенос электронов между точками, и разность температур преобразовывалась в электроэнергию. Новое устройство может генерировать мощность 0,13 фВт при разности температур точек 67 мК. Его КПД составляет как минимум 10 % от КПД идеальной тепловой машины Карно. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 117701 (2019)

Исследование микропроцессов в биофизике
1 октября 2019
Y. Wang (Нанкинский университет, Китай) и соавторы разработали новый метод биофизических исследований микропроцессов, позволяющий, в том числе, идентифицировать единичные молекулы. В методе, названном ДиффузиОптоФизиологией (DiffusiOptoPhysiology), процессы исследуются оптическим методом в порах нанометрового масштаба без использования измерительных электродов. Наблюдалось флуоресцентное излучение молекул красителя Fluo-8, который связывался с ионами Ca2+, что позволяло наблюдать поток ионов, движущихся через нанопоры. Электроды в данном методе применяются только для создания эффекта электрофореза – общего потока вещества. Также была продемонстрирована регистрация единичных молекул циклодекстрина, PEG1500 и dsДНК в потоке ионов. Нанопоры широко распространены, они присутствуют в биологических мембранах для транспорта веществ. Новым методом можно одновременно наблюдать тысячи нанопор, что обуславливает его высокую эффективность. Устройство для ДиффузиОптоФизиологии может быть смонтировано на небольшом чипе и найти широкое применение в различных областях клинической диагностики и в научных исследованиях. Источник: Science Advances 5 eaar3309 (2019)

Неидентифицированные источники гамма-излучения
1 октября 2019
В гамма-обзоре неба, который был выполнен космическим телескопом Fermi-LAT, имеется множество неидентифированных источников, природа которых неизвестна. В других диапазонах, в том числе, в оптическом, эти объекты не видны. С помощью комплекса черенковских гамма-телескопов H.E.S.S., расположенного в Намибии, проведены новые наблюдения четырёх из неидентифицированных источников при энергиях ≥ 100 ГэВ. Наблюдения наземных черенковских детекторов дополняют наблюдения Fermi-LAT, т.к. позволяют проследить высокоэнергетическую часть спектра с большим временем экспозиции. Оказалось, что эти источники светят в гамма-лучах стабильно без вариаций, а их жёсткий спектр близок к тому, который должен генерироваться при аннигиляции частиц тёмной материи с массами ≤ 0,4 ТэВ/c2. По этим свойствам источники очень похожи на сгустки из тёмной материи, в которых происходит аннигиляция. Существование таких сгустков (субгало) предсказывается в иерархической картине формирования галактик, когда мелкие объекты объединяются во всё более крупные, вплоть до образования гало галактик и скоплений галактик. Тем не менее, пока нельзя достоверно утверждать, что неидентифицированные источники являются сгустками тёмной материи, и требуются дальнейшие исследования. Источник: arXiv:1909.01072 [astro-ph.HE]

Новое ограничение на первичные чёрные дыры
1 октября 2019
Возможность формирования в ранней Вселенной первичных чёрных дыр (ПЧД) была предсказана Я.Б. Зельдовичем и И.Д. Новиковым в 1967 г. В последнее время интерес к ПЧД значительно возрос в связи с тем, что слияния пар ПЧД могли бы объяснять некоторые из всплесков гравитационных волн, наблюдавшихся детекторами LIGO/Virgo. На распространенность ПЧД во Вселенной было получено множество ограничений, которые почти исключили возможность того, что ПЧД составляют всю тёмную материю. Однако часть этих ограничений модельно зависима, и ограничения ослабляются в том случае, когда ПЧД имеют широкое распределение по массам. В частности, остается пока не исключенным до конца интервал масс ПЧД MPBH ≈ 20-80M☉ и область вблизи ≈ 10−10M☉. Группа астрофизиков из Италии и Швейцарии получила новые ограничения на ПЧД. Если ПЧД существуют, то они своей гравитацией создавали бы дополнительные неоднородности в межгалактическом газе, которые должны влиять на «лес Лайман-альфа» — наблюдаемый в спектрах квазаров набор линий поглощения. В работе R. Murgia и соавторов использовались данные спектрографов MIKE и HIRES, а также было выполнено численное моделирование гидродинамики газа с учетом ПЧД. Отсутствие заметного влияния на лес Лайман-альфа дает ограничение, которое исключает значительную часть интервала ≈ 20-80M☉ со стороны больших масс. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 071102 (2019)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32831
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#996   morozov » Пт окт 04, 2019 16:32

Квантовое запутывание порядка событий в гравитационном поле
1 октября 2019
В классической Общей теории относительности порядок следования возможных причин и следствий зависит от распределения массы на начальной пространственноподобной гиперповерхности из-за эффекта гравитационного замедления времени. Вопрос о том, как согласовать квантовую суперпозицию состояний и влияние гравитации массивных тел на течение времени пока не имеет полного решения. M. Zych (Квинслендский университет, Австралия) и её соавторы показали возможный подход к этой проблеме. Они рассмотрели мысленный эксперимент с двумя событиями и массивным телом и построили амплитуду вероятности, которая описывает квантовую суперпозицию состояний с различной метрикой (различным расположением массивного тела) и одновременно -- квантовую суперпозицию временного порядка событий, разделённых времениподобным интервалом. Показано, что такие системы могут быть квантово запутаны по порядку следования событий. Также авторы сформулировали аналоги неравенств Белла, которые могли бы быть использованы для проверки квантового характера указанного запутывания. Источник: Nature Communications 10 3772 (2019)

Квантовая механика в неинерциальной системе отсчёта
1 октября 2019
Экспериментальное исследование квантовых явлений в неинерциальных системах отсчёта представляет большой интерес, т.к. нельзя исключать, что при этом будут обнаружены новые фундаментальные эффекты. M.J. Padgett (Университет Глазго, Великобритания) и его коллеги выполнили эксперимент, в котором изучались оптические квантовые явления на вращающемся лабораторном столе. Исследовалась комбинация эффекта Саньяка и квантовомеханической интерференции в интерферометре Хонга – У – Мандела. В отличие от экспериментов с чистым эффектом Саньяка, на входе находился не сплиттер, а нелинейный кристалл, в котором происходила вниз-конверсия фотонов лазерного излучения и рождение пар фотонов в квантово запутанном состоянии. Один из двух фотонов пары двигался по оптоволокну вдоль окружности по часовой стрелке, а второй фотон – в обратном направлении. На выходе стоял сплиттер и два однофотонных детектора, работающих по схеме совпадения. Как и ожидалось, равномерное вращение приводит лишь к различию длины пути в двух направлениях. Это уменьшает степень неразличимости фотонов пары и модифицирует картину квантовой интерференции в соответствии с предсказаниями квантовой механики. На достигнутом уровне точности новых эффектов не обнаружено. Авторы предлагают выполнить подобный эксперимент с использованием спутников, вращающихся по орбите вокруг Земли. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 110401 (2019)

Демонстрация квантового дарвинизма в эксперименте
1 октября 2019
Пока неизвестно, почему квантовое состояние системы переходит в классическое в процессе измерения или декогеренции. Одним из предложенных вариантов является «квантовый дарвинизм». Согласно этой концепции, классическими становятся те состояния, которые смогли распространить себя в окружении наиболее широко, что напоминает биологическую эволюцию. T. Unden (Ульмский университет, Германия) и соавторы наблюдали в своём эксперименте подобный переход к классическому описанию по мере распространении квантовой информации. Изучался NV-центр (азото-замещённая вакансия) в алмазе, который был окружён ядрами углерода 13C, присутствующими как примесь среди ядер 12C. Совокупность ядер 13C, имеющих ненулевые спины, моделировала окружающую среду. После воздействия на NV-центр лазерного импульса, состояние электрона изменялось, и его магнитное взаимодействие с окружающими ядрами 13C вызывало их излучение в микроволновом диапазоне, регистрируемое детекторами. Таким путём, наблюдая множество ядер 13C, можно было исследовать распространение квантовой информации от NV-центра в окружающую среду, не возмущая саму квантовую систему. Результаты эксперимента соответствуют концепции квантового дарвинизма. Действительно наблюдался процесс, при котором множество измерений с некоторого момента начинали давать один и тот же ответ о состоянии квантовой системы, что соответствовало переходу к классической картине по мере распространения информации в среде. Источник: arXiv:1809.10456 [quant-ph]

Фермионные возбуждения в YbB12
1 октября 2019
Топологические изоляторы SmB6 и YbB12 недавно привлекли к себе повышенное внимание, т.к. в первом из них наблюдались квантовые осцилляции намагниченности (эффект де Гааза – ван Альфена), а во втором были обнаружены квантовые осцилляции проводимости (эффект Шубникова – де Гааза). Эти нетривиальные свойства, свидетельствующие о наличии поверхности Ферми в сильных магнитных полях, вызвали дискуссию и появление ряда теоретических моделей, основанных на различных эффектах. Y. Sato (Киотский университет, Япония) и соавторы выполнили в своем новом эксперименте измерение электрической проводимости, теплоёмкости и теплопроводности кристаллов YbB12 при низкой температуре (до ≈ 0,6 K) без магнитного поля и в магнитных полях. Анализ полученных данных свидетельствует о вероятном наличии в YbB12 новых квазичастиц -- перемещающихся бесщелевых фермионных возбуждений, которые взаимодействуют с магнитным полем, несмотря на отсутствие у них электрического заряда. Возможно, что именно эти нейтральные фермионы ответственны за необычные свойства SmB6 и YbB12. Источник: Nature Physics 15 954 (2019)

Генератор электроэнергии на квантовых точках
1 октября 2019
G. Jaliel (Кембриджский университет, Великобритания) и соавторы сконструировали микроскопический термоэлектрический генератор на основе двух квантовых точек, в котором используется эффект резонансного туннелирования электронов. Для функционирования устройства достаточно лишь наличия градиента температуры. Ранее уже создавались термоэлектрические генераторы на квантовых точках, но их производительность была мала. В новом устройстве, созданном по схеме, которую предложили A.N. Jordan (Рочестерский университет, США) и его соавторы, две квантовые точки, каждая диаметром 310 нм, были реализованы на гетероструктуре GaAs/AlGaAs по обе стороны от резервуара, содержащего горячие электроны. Энергетические уровни квантовых точек были различными, они соответствовали электронам с низкой энергией с одной стороны и электронам с более высокой энергией по другую сторону. Таким образом, имел место выборочный перенос электронов между точками, и разность температур преобразовывалась в электроэнергию. Новое устройство может генерировать мощность 0,13 фВт при разности температур точек 67 мК. Его КПД составляет как минимум 10 % от КПД идеальной тепловой машины Карно. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 117701 (2019)

Исследование микропроцессов в биофизике
1 октября 2019
Y. Wang (Нанкинский университет, Китай) и соавторы разработали новый метод биофизических исследований микропроцессов, позволяющий, в том числе, идентифицировать единичные молекулы. В методе, названном ДиффузиОптоФизиологией (DiffusiOptoPhysiology), процессы исследуются оптическим методом в порах нанометрового масштаба без использования измерительных электродов. Наблюдалось флуоресцентное излучение молекул красителя Fluo-8, который связывался с ионами Ca2+, что позволяло наблюдать поток ионов, движущихся через нанопоры. Электроды в данном методе применяются только для создания эффекта электрофореза – общего потока вещества. Также была продемонстрирована регистрация единичных молекул циклодекстрина, PEG1500 и dsДНК в потоке ионов. Нанопоры широко распространены, они присутствуют в биологических мембранах для транспорта веществ. Новым методом можно одновременно наблюдать тысячи нанопор, что обуславливает его высокую эффективность. Устройство для ДиффузиОптоФизиологии может быть смонтировано на небольшом чипе и найти широкое применение в различных областях клинической диагностики и в научных исследованиях. Источник: Science Advances 5 eaar3309 (2019)

Неидентифицированные источники гамма-излучения
1 октября 2019
В гамма-обзоре неба, который был выполнен космическим телескопом Fermi-LAT, имеется множество неидентифированных источников, природа которых неизвестна. В других диапазонах, в том числе, в оптическом, эти объекты не видны. С помощью комплекса черенковских гамма-телескопов H.E.S.S., расположенного в Намибии, проведены новые наблюдения четырёх из неидентифицированных источников при энергиях ≥ 100 ГэВ. Наблюдения наземных черенковских детекторов дополняют наблюдения Fermi-LAT, т.к. позволяют проследить высокоэнергетическую часть спектра с большим временем экспозиции. Оказалось, что эти источники светят в гамма-лучах стабильно без вариаций, а их жёсткий спектр близок к тому, который должен генерироваться при аннигиляции частиц тёмной материи с массами ≤ 0,4 ТэВ/c2. По этим свойствам источники очень похожи на сгустки из тёмной материи, в которых происходит аннигиляция. Существование таких сгустков (субгало) предсказывается в иерархической картине формирования галактик, когда мелкие объекты объединяются во всё более крупные, вплоть до образования гало галактик и скоплений галактик. Тем не менее, пока нельзя достоверно утверждать, что неидентифицированные источники являются сгустками тёмной материи, и требуются дальнейшие исследования. Источник: arXiv:1909.01072 [astro-ph.HE]

Новое ограничение на первичные чёрные дыры
1 октября 2019
Возможность формирования в ранней Вселенной первичных чёрных дыр (ПЧД) была предсказана Я.Б. Зельдовичем и И.Д. Новиковым в 1967 г. В последнее время интерес к ПЧД значительно возрос в связи с тем, что слияния пар ПЧД могли бы объяснять некоторые из всплесков гравитационных волн, наблюдавшихся детекторами LIGO/Virgo. На распространенность ПЧД во Вселенной было получено множество ограничений, которые почти исключили возможность того, что ПЧД составляют всю тёмную материю. Однако часть этих ограничений модельно зависима, и ограничения ослабляются в том случае, когда ПЧД имеют широкое распределение по массам. В частности, остается пока не исключенным до конца интервал масс ПЧД MPBH ≈ 20-80M☉ и область вблизи ≈ 10−10M☉. Группа астрофизиков из Италии и Швейцарии получила новые ограничения на ПЧД. Если ПЧД существуют, то они своей гравитацией создавали бы дополнительные неоднородности в межгалактическом газе, которые должны влиять на «лес Лайман-альфа» — наблюдаемый в спектрах квазаров набор линий поглощения. В работе R. Murgia и соавторов использовались данные спектрографов MIKE и HIRES, а также было выполнено численное моделирование гидродинамики газа с учетом ПЧД. Отсутствие заметного влияния на лес Лайман-альфа дает ограничение, которое исключает значительную часть интервала ≈ 20-80M☉ со стороны больших масс. Источник: Phys. Rev. Lett. 123 071102 (2019)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»