Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1051   morozov »

Пионный гелий
1 июня 2020

В 1947 г. были открыты заряженные пи-мезоны (пионы), которые, как сейчас известно, состоят из кварка и антикварка, связанных сильным взаимодействием. В том же году Э. Ферми и Э. Теллер предположили, что могут формироваться экзотические атомы, в которых один или больше орбитальных электронов замещены мезонами [1]. В большинстве случаев атомное ядро должно быстро поглощать мезон и распадаться. Однако расчёты показали, что в пионном гелии π4He+ реализуется редкая ситуация, при которой время его жизни в 1000 раз больше, чем у других пионных атомов. Атом π4He+ состоит из ядра гелия-4, электрона и π--мезона. Ранее были получены лишь косвенные свидетельства образования π4He+ в столкновительных процессах. M. Hori (Институт квантовой оптики общества им. М. Планка, Германия) и соавторы выполнили эксперимент [2], в котором впервые удалось получить в достаточном количестве и выполнить лазерную спектроскопию атомов π4He+. Пучок π-, получаемый на циклотроне в Институте Пауля Шеррера (Швейцария), направлялся в сверхтекучий 4He. Примерно 3,2 % всех π-, затормозившихся в гелии, образовывали атомы π4He+, живущие несколько нс. Эта же мишень освещалась наносекундными лазерными импульсами. Они вызывали в π4He+ каскадные процессы, которые в итоге вели к поглощению пиона и распаду ядра. Темп появления нейтронов, протонов и дейтронов, образующихся в результате распадов, имел максимум при определённой частоте лазерных импульсов. Этому резонансу, имеющему статистическую значимость более 7 σ, соответствовали внутриядерные переходы (n,l)=(17,16)→(17,15). Резонансная частота оказалась несколько выше, чем давали вычисления. Возможно, это вызвано влиянием атомных столкновений, которые возмущают уровни энергии, как ранее это уже было отмечено при спектроскопии анти-p4He+. Таким образом, в данном эксперименте продемонстрирована возможность лазерной спектроскопии экзотических атомов, содержащих мезоны. Об экзотических атомах см. в [3]. [1] Fermi E & Teller E, Phys. Rev. 72 399 (1947) [2] Hori M et al., Nature 581 37 (2020) [3] Меньшиков Л И, Есеев М К, УФН 171 149 (2001), [Phys. Usp. 44 135 (2001)]

Сильная квантовая связь на расстоянии 1 метр
1 июня 2020

Для квантовых технологий важна связь между системами, осуществляемая с квантовой точностью без потери когерентности. Между близкими объектами такую связь легко осуществить напрямую либо через поле в резонаторе. Однако для далёких систем создание квантовой связи представляет значительные трудности из-за ослабления сигналов и рассеяния квантовой информации. P. Treutlein (Базельский университет, Швейцария) и его коллеги реализовали в своём эксперименте [4] дальнюю связь через луч лазера в петлевой конфигурации с несколькими проходами в двух направлениях. Петля связи позволяет компенсировать некоторые виды потерь за счёт деструктивной интерференции квантового шума. Эта методика была применена для связи общего спинового состояния 7 атомов 87Rb в магнитном поле в оптической дипольной ловушке и расположенного на расстоянии 1 м механического осциллятора, представляющего собой квадратную мембрану из нитрида кремния в оптической полости. Спины возмущались с помощью небольшого соленоида, и возмущение коллективного спина приводило к вращению поляризации света, которое конвертировалось в возмущение амплитуды световой волны и в итоге оказывало силовое воздействие на осциллятор. И наоборот, смещения мембраны в обратном порядке влияли на спин. Квантовая связь при комнатной температуре была продемонстрирована в различных режимах с положительной и отрицательной эффективной массой ансамбля спинов. [4] Karg T M et al., Science, онлайн-публикация от 7 мая 2020 г.

Начальная стадия фотовозбуждения молекул
1 июня 2020

В ускорительной лаборатории SLAC исследован процесс перераспределения электронной плотности в молекуле на начальном этапе её возбуждения лазерными импульсами. P.M. Weber (Брауновский университет, США) и его коллеги изучали относительно небольшие органические молекулы 1,3-циклогексадиена C6H8 в разреженном газе при комнатной температуре [5]. Сразу после воздействия оптических лазерных импульсов молекулы освещались сверхкороткими рентгеновскими импульсами от лазера на свободных электронах LCLS. По их рассеянию была найдена разность электронных плотностей до и после начала воздействия лазерных импульсов. Эти прямые измерения показали, что на малом расстоянии <3 Å от центра молекулы плотность электронного облака уменьшается, тогда как на большем расстоянии (4-9) Å она повышается. Такой характер фотовозбуждения воспроизводится и в теоретических расчётах как переход в диффузное электронное 3p-состояние. Подобные исследования могут помочь в понимании механизмов различных фотохимических процессов. [5] Yong H et al., Nature Communications 11 2157 (2020)

Лазерное излучение с большим орбитальным угловым моментом
1 июня 2020

H. Sroor (Университет Витс, ЮАР) и соавторы создали лазер [6], генерирующий излучение с большой величиной орбитального углового момента — с квантовыми числами до l = 100. В предшествующих работах с помощью жидких кристаллов были получены лишь на порядок меньшие l. В новом устройстве применяется метаповерхность, интегрированная в лазерную генерирующую среду с ИК-накачкой на нелинейном кристалле в оптическом резонаторе. Метаповерхность состояла из массива стержней прямоугольного сечения, изготовленных из аморфного оксида титана TiO2 на подложке из кварца. Стержни ориентированы своими длинными сторонами перпендикулярно поверхности (вдоль направления луча лазера). Они имеют различную длину и специальным образом расположены по поверхности так, что проходящая через метаповерхность волна получает в каждом стержне определенный сдвиг фазы и в итоге большой суммарный угловой момент. Данный метод создания метаповерхности позволяет получать структурированный свет с различными характеристиками в достаточно компактном устройстве с небольшим числом оптических элементов. Свет с большим орбитальным угловым моментом может найти полезные применения в различных областях, в том числе в квантовой связи и в метрологии. [6] Sroor H et al., Nature Photonics, онлайн-публикация от 27 апреля 2020 г.

Микроволновый квантовый радар
1 июня 2020

Зондирование небольших объектов с помощью маломощных электромагнитных импульсов находит ряд важных практических применений. Наиболее интересен случай, когда исследуются объекты с малой отражающей способностью в среде с большими тепловыми шумами. В оптической области для этих целей уже применялись пары фотонов в запутанном квантовом состоянии [7]. Данная методика была названа квантовым освещением (quantum illumination). Квантовая запутанность позволяет существенно повысить отношение сигнал/шум для отражённого сигнала. Перенесение этой методики в терагерцовую и микроволновую области встречает ряд сложностей, т.к. здесь слабее развиты квантовые технологии и обычно требуется охлаждение до криогенных температур. Но, в то же время, эта область частот очень важна, например, для неинвазивной биомедицинской диагностики [8]. S. Barzanjeh (Институт науки и технологий Австрии) и соавторы выполнили эксперимент [9], в котором демонстрируется квантовое зондирование фотонами микроволнового излучения объекта, находящегося при комнатной температуре. С помощью джозефсоновского параметрического преобразователя генерировались пары микроволновых фотонов в квантово-запутанном состоянии. Один из фотонов пары отражался от исследуемого объекта на расстоянии около 1 м и затем в приёмнике сравнивался по фазе со вторым фотоном. Важным элементом этих измерений по сравнению с предшествующими экспериментами стало аналого-цифровое преобразование сигнала уже на ранней стадии измерений, что позволило за счёт более удобного метода обработки информации повысить качество сигнала на выходе. По итогам измерений было показано, что использование фотонов в запутанных состояниях позволяет значительно улучшить результаты зондирования — выделить сигнал над уровнем шумов — по сравнению с классическими (не квантовыми) методами. [7] Желтиков А М, Скалли М О, УФН 190 (2020) [Phys. Usp. 63 (2020)] [8] Доронина-Амитонова Л В, Федотов И В, Федотов А Б, Анохин К В, Жёлтиков А М, УФН 185 371 (2015) [Phys. Usp. 58 345 (2015)] [9] Barzanjeh S et al., Science Advances 6 eabb0451 (2020)

Промежуточная квантовая статистика для энионов
1 июня 2020

В трёхмерной системе элементарные возбуждения — квазичастицы могут быть только бозонами или фермионами, в зависимости от изменения фазы общей волновой функции при перестановке двух частиц (соответственно, π=0 или φ=π). Однако теоретически предсказывалось, что в двумерных системах может реализоваться статистика промежуточного типа с другими φ. Удовлетворяющие этой статистике квазичастицы были названы энионами. До настоящего времени были получены лишь косвенные экспериментальные свидетельства того, что квазичастицы могут иметь промежуточную статистику. H. Bartolomei (Высшая нормальная школа, Париж, Франция) и соавторы впервые в прямом столкновительном эксперименте показали [10], что сталкивающиеся энионы действительно удовлетворяют промежуточной статистике. Для этого в гетероструктуре GaAs/AlGaAs, удерживающей двумерный электронный газ, были созданы два источника энионов — квантовые точечные контакты (quantum point contact). Третий подобный контакт служил сплитером, в котором взаимодействовали энионы, испускаемые первыми двумя контактами. Измерялись корреляции электрических токов, создаваемых анионами, которые прошли через сплиттер. По этим корреляциям можно было определить статистические свойства энионов. Было показано, что для энионов в этой системе реализуется промежуточная статистика с φ=π/3. О двумерных системах см. в [11]. [10] Bartolomei H et al., Science 368 173 (2020) [11] Штермер Х, УФН 170 304 (2020)

Поиск солнечных аксионов
1 июня 2020

В Институте физики общества им. М. Планка (Германия) выполнен новый эксперимент [12] по поиску солнечных аксионов, который продолжает серию экспериментов, проводившихся в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова (ПИЯФ). Гипотетические частицы аксионы были предложены теоретически для объяснения проблемы сохранения CP-симметрии в сильных взаимодействиях. Аксионы и аксионоподобные частицы рассматриваются в качестве одного из главных кандидатов на роль тёмной материи (скрытой массы) во Вселенной. Предсказывается, что аксионы должны эффективно рождаться на Солнце в различных процессах, и были выполнены эксперименты по поиску потока солнечных аксионов на Земле. В новом криогенном эксперименте проводился поиск резонансного поглощения аксионов ядрами 169Tm с помощью усовершенствованного низкофонового болометра на основе кристалла Tm3Al5O12 весом 8 г. Отличительной особенностью эксперимента стало использование нового фононного сенсора. Он представляет собой напылённую на кристалл пленку вольфрама между двумя пленками алюминия, которые служили коллекторами фононов. Эта конструкция позволила преодолеть энергетический порог, необходимый для детектирования аксионов. Также на кристалл был напылён нагреватель, предназначенный для создания требуемой рабочей температуры и для калибровки. Новый детектор имеет значительно лучшую чувствительность по сравнению с предыдущими детекторами, использующими ядра 169Tm. Измерения производились в течение нескольких дней. Хотя резонансного поглощения аксионов пока зарегистрировано не было, были получены новые ограничения на константы связи аксионов с фотонами и электронами. В эксперименте принимали участие российские учёные из Курчатовского института, ПИЯФа и из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН. [12] Abdelhameed A H et al., arXiv:2004.08121 [hep-ex]

Прецессия орбиты звезды вокруг сверхмассивной черной дыры
1 июня 2020

Коллаборацией GRAVITY впервые зарегистрирована шварцшильдовская прецессия орбиты звезды S2, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры (ЧД) в центре нашей Галактики [13]. Объяснение аналогичной прецессии орбиты Меркурия — дополнительного смещения перигелия — явилось в начале XX-го века одной из важнейших проверок Общей теории относительности. S2 — близкая к ЧД звезда, имеющая вытянутую орбиту с периодом 15,6 лет. В течение 27 лет с помощью ряда телескопов ведется мониторинг этой звезды. Для фиксации системы отсчета, относительно которой измеряется положение звезды и ЧД, в частности, использовались вспышки около ЧД. Ранее уже был зарегистрирован релятивистский доплер-эффект, связанный с движением звезды S2, а также гравитационное красное смещение, обусловленное полем ЧД. Полученная совокупность данных с достоверностью (5-6) σ свидетельствует также о прецессии орбиты — в точном соответствии с предсказаниями Общей теории относительности. Таким образом, Общая теория относительности прошла ещё одну успешную проверку в новых условиях. На движение звезды могло, в принципе, оказывать влияние гравитационное поле непрерывно распределённой невидимой материи или компактных объектов. Новые данные накладывают ограничение на эти источники возмущения орбиты. В частности, масса дополнительного компактного объекта (второй ЧД) внутри области размером в одну угловую секунду вокруг центра Галактики не может превышать 103 M☉. Об экспериментальной проверке Общей теории относительности см. в [14-15]. [13] Abuter R et al., Astron. & Astrophys. 636 L5 (2020) [14] Руденко В Н, УФН 126 361 (1978) [Sov. Phys. Usp. 21 893 (1978)] [15] Турышев С Г, УФН 179 3 (2009) [Phys. Usp. 52 1 (2009)]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1052   morozov »

Спустя полвека ученые разгадали загадку сияния пульсаров

Изображение
Елизавета Приставка Новостной редактор

Астрономы из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайро совместно с коллегами из Зеленогурского и Пристонского университетов разгадали загадку мерцающего света пульсаров. Это вращающиеся на высокой скорости нейтронные звезды, которые издают необычное свечение. Около полувека причина эффекта оставалась неизвестной. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Пульсары — это вращающиеся на высокой скорости нейтронные звезды, которые излучают узкие лучи радиоволн с определенной частотой. Впервые астрономы увидели эффект свечения в 1967 году и решили, что это сигналы инопланетных цивилизаций.

Для того, чтобы понять характер этих сигналов, ученые смоделировали распределение плотности электрон-позитронной плазмы вблизи поверхности нейтронной звезды. Результатами их работы стала 2D-модель плазмы, которая окружает магнитные полюсы пульсара. Она позволила увидеть объемные электромагнитные волны — главную причину необычного свечения. Ранее все предыдущие модели были одномерными.

На основе этой работы исследователи показали, что специфичное мерцание появляется из-за контакта между электрическими и магнитными полями. Один из авторов исследования Александр Филиппов, младший научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики Института Флатирон в Нью-Йорке, считает, что эффект похож на удар молнии.

Авторы уверены, что их открытие поможет проектам, которые основаны на периодичности сияния пульсаров. Позже они планируют расширить симуляции, чтобы приблизиться к пониманию реальной физики пульсаров. Исследование этой темы, по их мнению, поможет раскрыть причины периодических вспышек радиоволн, которые наблюдаются у нейтронных звезд.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1053   morozov »

"Плоская" линза "нарушила" законы оптики и сжала свет до наномасштабов
Она может не только сжимать свет, но и фокусировать его и управлять его движением
Изображение
© EPA-EFE/CHRISTOPHE PETIT TESSON

ТАСС, 18 июня. Физики создали линзу из метаматериала, которые может сжимать лучи света в структуры шириной несколько нанометров, которые "нарушают" классические законы оптики. Об этом пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на научный журнал Optics Letters.

Наночастицы из диэлектриков и тонкие полоски из некоторых металлов, к примеру золота или серебра, vjuen поглощать видимый свет, передавать его дальше и повторно излучать в виде других форм электромагнитных волн. Это возможно благодаря так называемыv поверхностным плазмонам – коллективным колебаниям электронов, которые могут поглощать и испускать энергию в виде световых волн.

За последние десять лет ученые открыли десятки примеров того, что подобные структуры действительно существуют – например, во многих красках и шедеврах искусства, созданных еще во времена античности и средневековья. Кроме того, физики придумали, как применять знания об этих структурах на практике. Например, шесть лет назад ученые из Массачусетского технологического института создали на основе плазмонов прозрачный цветной дисплей, а их коллеги приспособили эти структуры для создания устройств, которые могут скрывать объекты от микроволновых или инфракрасных радаров.

Ученые из России и Дании приспособили плазмоны для решения одной из самых важных проблем, которая мешает использовать свет в качестве переносчика информации внутри микропроцессоров компьютеров и других вычислительных устройств.

Дело в том, что из-за дифракции света – явления, в ходе которого волны света огибают препятствия размером менее половины длины световой волны, световые аналоги транзисторов не могут быть меньше 200 нанометров для видимого света и около 500 нанометров для инфракрасного излучения.

Еще пять лет назад ученые из МФТИ показали, что этого можно добиться, сжав свет с помощью источников плазмонных колебаний и так называемых поляритонов – квазичастиц, которые одновременно ведут себя и как волна, и как частица. Сейчас физики из России и Дании решили эту задачу на практике, создав своеобразную линзу, которая может "сжимать" луч света до наноразмеров с помощью плазмонов и поляритонов.

Этот прибор, так называемая металинза, представляет собой квадратный блок из материала, который не проводит электрический ток, размерами 5 на 5 мкм и толщиной в 250 нм. Она прикреплена к пленке из золота, на обратную поверхность которой также нанесена дифракционная решетка. Ученые подобрали их размеры таким образом, что они сжимают падающий на них луч света до 60% от длины его волны.

Подобная структура, как объясняют ученые, позволяет линзе из метаматериалов не только сжимать свет, но и фокусировать его и манипулировать его движением благодаря формированию так называемой плазмонной наноструи, существование которой российские исследователи впервые смогли подтвердить экспериментально.

Создание металинзы, как считают авторы статьи, открывает дорогу для разработки полноценных фотонных чипов и появления первых световых компьютеров уже в ближайшем будущем. Этому, в частности, может помочь то, что подобные наноструктуры можно "печатать" с помощью уже существующих литографических технологий, которые применяются в микропроцессорной промышленности уже много десятилетий.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1054   morozov »

Ускоряя молекулярную динамику

Метод молекулярной динамики по праву считается современным “золотым” стандартом компьютерного моделирования временной эволюции многочастичных систем: молекул, олигомеров и кристаллов. Он традиционно используется для анализа термической устойчивости наноструктур и вычисления их термокинетических параметров. Однако его, наверное, самым известным недостатком является так называемая “проблема временных масштабов”, которая проявляется из-за существенного несоответствия типичного временного шага молекулярной динамики, выбор которого обусловлен необходимостью адекватного описания атомных колебаний, с характерными временами изучаемых процессов, способных достигать совсем уж макроскопических величин. В этом смысле непосредственное исследование физических объектов и явлений с помощью молекулярной динамики на реальных временных масштабах, соответствующих условиям натурных экспериментов, является своеобразной “светлой мечтой”. Попытки заставить молекулярную динамику ускориться предпринимались неоднократно. Тем не менее, в работе [1] авторы представили свое видение на процедуру гипердинамики, построенной на основе неортогональной модели сильной связи NTBM. Нельзя сказать, что этот подход является абсолютно новым, основные идеи таких методов, как гипердинамика и метадинамика, хорошо известны. Тем не менее, удачное сочетание предложенного авторами гипердинамического алгоритма с потенциалом сильной связи NTBM и разработанного оптимизированного программного обеспечения представляет собой комплекс, который демонстрирует впечатляющие результаты.

Изображение
Время, необходимое для вращения связи C–C (дефект Стоуна-Уэльса) в фуллерене C60 (а) и разрушения связи C–N в допированном фуллерене C60NH2, как функция обратной температуры. Черные кружки и красные квадраты – результаты расчетов в рамках молекулярной динамики и гипердинамики, соответственно. Прямые линии – аппроксимации методом наименьших квадратов.

По заверениям авторов, коэффициент ускорения при использовании представленного комплекса алгоритм-модель-программа достигает фантастических 107 по сравнению с использованием классической молекулярной динамики. Кроме того, предложенный метод не требует обязательного предварительного анализа ландшафта гиперповерхности потенциальной энергии системы, как, например, ряд методов метадинамики. Основным направлением применения своего подхода авторы называют как раз исследование термоактивированных процессов в ковалентных системах различной размерности, в частности термически индуцированных дефектов, возникающих в средних или относительно крупных атомных системах при низких температурах. Для демонстрации его эффективности исследователи рассмотрели два известных классических процесса: образование дефекта Стоуна-Уэльса в фуллерене C60 и поведение группы NH2 на поверхности фуллереновой клетки. В последнем случае авторы проанализировали возможность отрыва группы от фуллерена и образование “мостиковой конфигурации” с тетракоординированным атомом азота, которая проявляется при достаточно высоких температурах. В результате они пришли к выводу, что гипердинамика приводит, по сути, к тем же результатам, что и традиционная молекулярная динамика, но охватываемый диапазон температур у первой несравнимо шире (см. рис.). Авторы рассчитывают, что предложенный подход окажется полезным при решении современных задач вычислительной химии. К слову, рабочая версия программы с гипердинамикой распространяется свободно, ее можно скачать и попробовать по адресу http://ntbm.info.

М. Маслов

1. K.P.Katin et al., J. Chem. Theor. Comput. 16, 2065 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1055   morozov »

Физики впервые подтвердили регистрацию солнечных нейтрино CNO-цикла

Изображение
Стальная полусфера внутри детектора Borexino с установленными на ней фотоэлектронными умножителями
Borexino Collaboration

Анализ данных детектора Borexino впервые позволил физикам подтвердить обнаружение нейтрино, которые образуются внутри Солнца в ходе CNO-цикла. Регистрация этих частиц является экспериментальным свидетельством протекания ядерных реакций этого типа в недрах звезд, а дальнейшие исследования позволят уточнить химический состав Солнца. О результатах ученые сообщили на виртуальной конференции «Neutrino 2020», их публикация в рецензируемом журнале на данный момент отсутствует.

CNO-цикл — это совокупность ядерных реакций, в ходе которых водород превращается в гелий при участии углерода (C), азота (N) и кислорода (O). Ученые полагают, что этот цикл является одним из основных процессов термоядерного синтеза для массивных звезд главной последовательности, но происходит и в недрах более легких светил — в том числе внутри Солнца.

Поскольку наблюдать внутренности звезды напрямую невозможно, информацию о термоядерных процессах физики получают при помощи косвенных измерений. Источником данных здесь выступают нейтрино — чрезвычайно легкие (энергия покоя оценивается в менее чем 0,12 электронвольт) элементарные частицы, которые, в частности, становятся продуктами реакций CNO-цикла. Особенность нейтрино заключается в том, что они очень слабо взаимодействуют с веществом.

С одной стороны, это упрощает работу ученых — испущенные в недрах светила частицы практически беспрепятственно доходят до наблюдателя и при этом почти не теряют энергию — согласно оценкам, через каждый квадратный сантиметр вблизи поверхности Земли пролетают десятки миллиардов нейтрино в секунду (из них сотни миллионов рождены в CNO-цикле). С другой стороны, существенно усложняется регистрация частиц — из колоссального числа нейтрино лишь малая часть взаимодействует с веществом. Чтобы обнаружить достаточное число событий, необходимо строить массивные детекторы, тщательно изолировать их от шума и продолжать эксперимент вплоть до нескольких лет.

Участники проекта Borexino под руководством Джаокино Рануччи (Gioacchino Ranucci) из Национального института ядерной физики в Италии провели обработку данных нейтринного детектора в период с июля 2016 по февраль 2020 года. Установка оснащена несколькими слоями защиты, каждый из которых отсеивает фоновые частицы космического излучения и земной радиоактивности. В центральной части детектора расположен шар из 280 тонн жидкого сцинтиллятора в нейлоновой оболочке, который окружают 2200 фотоэлектронных умножителей (ФЭУ).

При рассеянии нейтрино на электронах сцинтиллятора возникает излучение, которое ФЭУ регистрируют и преобразуют в выходной сигнал — по его амплитуде можно определить энергию обнаруженной частицы. Установка позволяет ежедневно регистрировать порядка ста событий, однако трудность заключается в том, что детектор улавливает нейтрино сразу от всех возможных процессов — начиная от протон-протонного цикла, который составляет основу термоядерных реакций в Солнце, и заканчивая радиоактивными распадами в земных недрах. Чтобы в распределении событий по энергии выделить нейтрино CNO-цикла, необходимо привлекать теоретические модели и с большой точностью вычислять вклады фоновых реакций в суммарный поток частиц.

Проделав такие вычисления и обработав с их помощью многолетнюю статистику детектора, физики впервые смогли надежно подтвердить регистрацию нейтрино CNO-цикла — по словам авторов, статистическая значимость гипотезы достигла уровня 5σ. Таким образом, ученые получили первое достоверное экспериментальное свидетельство термоядерных реакций этого типа в недрах звезды. Будущие исследования позволят на основе таких данных уточнить содержание углерода, азота и кислорода в составе Солнца и, вероятно, получить дополнительные сведения о физике звезд.

Ранее мы рассказывали о том, как установка Borexino позволила определить долю энергии протон-протонного цикла в Солнце и оценить разогрев Земли от ядерных распадов в мантии планеты. Подробнее об истории нейтринного эксперимента можно узнать в материале «Лаборатория под горой».

Николай Мартыненко
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1056   morozov »

Взаимодействие Дзялошинского-Мории и механическая деформация.
Скирмионы займутся растяжкой?

В связи с появлением в микромагнетизме новых объектов для изучения – магнитных скирмионов, повысился интерес и к основной причине их образования – взаимодействию Дзялошинского-Мории. Практически важно не только предсказывать величину этого взаимодействия в той или иной структуре (как правило, магнитной пленке на подложке тяжелого металла), но и уметь модулировать величину этого взаимодействия, и как следствие, управлять скирмионами.

Ученые из нижегородского Института физики микроструктур РАН, Саратовского государственного университета и московского ИРЭ РАН им. В.А. Котельникова предложили новый способ изменения величины взаимодействия Дзялошинского-Мории – простой и необычно эффективный с помощью механической деформации они регулируют взаимное расположение ионов (рис. 1), меняя таким образом, величину и даже знак взаимодействия [1].

Напомним, что взаимодействие Дзялошинского-Мории является релятивистской поправкой к сверхобменному взаимодействию, обусловленной нарушением центральной симметрии в системе двух магнитных ионов и иона-лиганда, посредством, которого осуществляется взаимодействие (рис. 1б). Механическое напряжение, возникающее при изгибе пластины, анизотропно, поэтому соответствующие треугольники ионов искажаются по-разному. Это должно привести к анизотропии взаимодействия Дзялошинского-Мории, что действительно, было подтверждено путем измерения частот стоксовской и антистоксовской компонент рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.
Изображение
Изображение
Рис. 1. Управление величиной взаимодействия Дзялошинского-Мории:
а - схема эксперимента; б - вызванные деформацией изменения в конфигурации треугольника из двух
магнитных ионов (Co) и атома тяжелого металла (Pt) для двух взаимно-перпендикулярных направлений [1].

Изображение
Рис. 2. Изменение микромагнитной конфигурации при нарастании анизотропии
взаимодействия Дзялошинского-Мории:
а - изотропное взаимодействие; b - константы отличаются в 2.5 раза;
c - константы взаимодействий равны по модулю и противоположны по знаку.
Интересно, что при величинах сжатия порядка 0.1% константы взаимодействия Дзялошинского-Мории для направлений Ox и Oy отличаются даже знаком. Ранее подобное наблюдали в различии знака неоднородного магнитоэлектрического эффекта для двух направлений в одном и том же образце анизотропной пленки феррита-граната (см. [2] и [3]).

Как следует из работы [4], разница в знаках констант взаимодействия Дзялошинского-Мории должна приводить к образованию необычных структур – антискирмионов (рис. 2), что в сочетании с возможностью создавать механические напряжения с помощью пьезоэлектрических приводов, открывает большой простор для манипуляций скирмионами.

А. Пятаков

1. N.S.Gusev et al., Phys. Rev. Lett. 124, 157202 (2020).

2. Д.П.Куликова и др., Письма в ЖЭТФ 104,196 (2016).

3. D.P.Kulikova, Physica Status Solidi - RRL,12,1800066 (2018).

4. L.Camosi, Phys. Rev. B 95, 214422 (2017.)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1057   morozov »

Никита Богуславский
7 июля в 13:01
8148
Samsung нашла материал для полупроводников нового поколения — на основе «белого графена»
Изображение
Аморфный нитрид бора сравнительно прост в производстве и обладает отличными изолирующими свойствами.

Учёные из исследовательского института высоких технологий Samsung (Samsung Advanced Institute of Technology), Национального института Науки и Технологии Улсана (Южная Корея) и Кэмбриджского университета (США) сообщили об открытии нового двухмерного материала, который может стать основой для технологического прорыва в области полупроводников.

Пластины аморфного нитрида бора (a-BN) производятся на основе «белого графена» и имеют толщину в 1 молекулу. «Белый графен» представляет собой соединение бора и азота с кристаллической решёткой в форме шестиугольника — основное отличие a-BN заключается в его аморфности, то есть структура расположения молекул неупорядочена.
Изображение
До сих пор разработки микроэлектроники на основе графена упирались в отсутствие подходящих 2D-изоляторов — второй необходимой составляющей полупроводниковых чипов.

Графен представляет собой практически идеальный проводник, и микроэлектроника на его основе может быть значительно компактнее и в разы энергоэффективнее, чем то, что сейчас производится c использованием кристаллов кремния. Samsung утверждает, что a-BN имеет превосходные изолирующие и диэлектрические свойства, и может использоваться для создания чипов на основе 2D-материалов.

Кроме того, пластины a-BN могут быть достаточно большими для промышленного производства. Отжиг происходит при 400 градусах — это важно, так как графен плохо переносит более высокие температуры.

Теперь учёные сосредоточатся на проектировании и создании модулей оперативной (DRAM) и постоянной (NAND) памяти на основе 2D-материалов. Никаких сроков появления технологии на рынке потребительской электроники пока не называется, но едва ли это произойдёт в ближайшие несколько лет.

Ранее исследователи Samsung сообщили об успешном создании полностью твердотельного аккумулятора, который запасает энергию вдвое эффективнее существующих литий-ионных батарей.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1058   morozov »

онденсат Бозе – Эйнштейна в космосе
1 июля 2020
D.C. Aveline (Лаборатория реактивного движения – JPL, США) и соавторы впервые получили бозе-эйнштейновский конденсат в условиях микрогравитации на борту Международной космической станции [1]. Конденсатом Бозе – Эйнштейна называют атомы-бозоны, накапливающиеся в состоянии с нулевой энергией при низких температурах. В экспериментах, выполняемых на Земле, сила тяготения затрудняет исследование конденсата. Для её компенсации опыты проводились в падающих установках, а также на самолетах и суборбитальных ракетах. Но оптимальные условия имеются на орбите Земли. В компактной установке, доставленной на МКС в 2018 г., атомы 87Rb испытывают испарительное охлаждение в атомной ловушке и переводятся в требуемое начальное состояние. После охлаждения потенциал ловушки выключался и регистрировалось поглощение света на разлетающемся облачке атомов. Эти наблюдения показали, что в состояние конденсата переходило в три раза больше атомов, чем в этой же установке на Земле, а время свободного разлета облачка достигало рекордной величины ≈ 1 с. Если на Земле основной помехой было гравитационное поле, то в космосе остаточные силовые воздействия на конденсат обусловлены квадратичным эффектом Зеемана. С помощью бозе-эйнштейновского конденсата на орбите планируются исследования фундаментальных эффектов квантовой механики и Общей теории относительности. О конденсатах Бозе – Эйнштейна см. [2-5], а об экспериментах в условиях микрогравитации см. [6]. [1] Aveline D C et al. Nature 582 193 (2020) [2] Кадомцев Б Б, Кадомцев М Б УФН 167 649 (1997) [3] Питаевский Л П УФН 176 345 (2006) [4] Каган М Ю, Турлапов А В УФН 189 225 (2019) [5] Исаев Т А УФН 190 313 (2020) [6] Фортов В Е и др. УФН 174 495 (2004)

Молекулярный мотор
1 июля 2020
O. Groning (Швейцарские Федеральные лаборатории материаловедения и технологий и Федеральная политехническая школа Лозанны, Швейцария) и его коллеги продемонстрировали в своём эксперименте [7] непрерывное вращение молекулы под действием квантового туннельного эффекта. В созданном ими «молекулярном моторе» вращающимся ротором служила единичная молекула ацетилена C2H2, а неподвижным стартером – кластер из трёх атомов Pd на поверхности кристалла PdGa с нарушенной вращательной симметрией. Мотор имел размер менее 1 нм, и его составляли всего 16 атомов. Через иглу сканирующего туннельного микроскопа происходило туннелирование электронов в молекулу, которое вызывало её вращение в одном направлении с постоянной скоростью. Движение в противоположном направлении блокировалось атомами кристалла, аналогично действию храпового механизма в часах. При этом однонаправленность вращения превышала 97 %, что является рекордной величиной для созданных до сих пор молекулярных моторов. Вращение наблюдалось даже при температурах ниже 17 К, когда невозможно классическое вращение, что говорило о квантовом характере эффекта. В будущем в подобном эксперименте можно будет исследовать тонкие эффекты диссипации энергии в процессах с квантовым туннелированием. О молекулярных моторах и управлении движением наночастиц см. [8-10]. [7] Stolza S et al. PNAS, онлайн-публикация от 15 июня 2020 г. [8] Романовский Ю М, Тихонов А Н УФН 180 931 (2010) [9] Розенбаум В М, Шапочкина И В, Трахтенберг Л И УФН 189 529 (2019) [10] Гуляев Ю В, Бугаев А С, Розенбаум В М, Трахтенберг Л И УФН 190 337 (2020)

Кристалл Паули
1 июля 2020
M. Holten (Гейдельбергский университет, Германия) и его коллеги впервые наблюдали [11] кристалл Паули, в котором упорядоченное расположение атомов достигалось за счёт их фермионной природы без участия реальных сил взаимодействия. Утрахолодный газ атомов 6Li был помещён в квазидвумерную оптическую ловушку с гармоническим потенциалом вдоль радиуса. В поперечном направлении атомы могли свободно перемещаться, взаимодействуя друг с другом как фермионы. Другие остаточные взаимодействия были скомпенсированы с помощью резонанса Фешбаха. Наблюдение атомов выполнялось по их флуоресцентному излучению на стадии свободного разлёта после выключение потенциала ловушки. Такие измерения были выполнены тысячи раз, и в распределении атомов по импульсам были обнаружены упорядоченные структуры. Они соответствовали кристаллам Паули, состоящим из нескольких атомов на трех уровнях гармонического осциллятора. Также наблюдалось «плавление» кристалла Паули за счёт передачи ему дополнительной энергии при возмущениях потенциала ловушки. [11] Holten M et al., arXiv:2005.03929 [cond-mat.quant-gas]

Стирание квантовой информации
1 июля 2020
В 1982 г. M.O. Scully и K. Druhl предложили идею «квантового ластика». Она заключается в том, что если в эксперименте по квантовой интерференции не использовать («стереть») полученную информацию о траектории частицы, то можно восстановить потерянную интерференционную картину. Эта схема уже была реализована в опытах с оптическими и микроволновыми фотонами. A. Bienfait (Чикагский университет, США) и соавторы впервые выполнили [12] эксперимент «квантового ластика» с поверхностными акустическими фононами (квантами колебательного движения). Применялся интерферометр Фабри-Перо, состоящий из фононного канала на поверхности пьезоэлектрика с двумя сверхпроводящими кубитами на концах. Электромагнитные сигналы могли трансформироваться в фононы и обратно и регистрироваться кубитами. Для определения пути распространения фононов использовался второй фонон квантово запутанной пары. В случае определения пути интерференция отсутствовала, но поглощение второго фонона приводило к стиранию квантовой информации и восстановлению интерференционной картины. Малая скорость фононов позволила выполнить данные измерения по схеме эксперимента с отложенным выбором Уилера, когда решение о процессе стирания принимается уже после интерференции. О принципиальных положениях квантовой механики см. [13, 14]. [12] Bienfait A et al. Phys. Rev. X 10 021055 (2020) [13] Кадомцев Б Б УФН 164 449 (1994) [14] Желтиков А М, Скалли М О УФН 190 749 (2020)

Регистрация «потерянных барионов» с помощью быстрых радиовсплесков
1 июля 2020
Свойства реликтового излучения и теория первичного нуклеосинтеза говорят о том, что большая часть обычной барионной материи во Вселенной не излучает свет и поэтому невидима. J.-P. Macquart (Международный центр радиоастрономических исследований, Австралия) и соавторы реализовали [15] новый метод регистрации этих так называемых «потерянных барионов» путём наблюдения быстрых радиовсплесков, имеющих хорошую локализацию на небе. Локализация позволяет идентифицировать родительские галактики всплесков и тем самым определить их красное смещение. Поскольку мера дисперсии быстрых радиовсплесков зависит от количества электронов вдоль луча зрения, то по величине меры дисперсии и красному смещению источника можно найти полное количество ионизированного газа. Используя данные по нескольким быстрым радиовсплескам, авторы определили космологический параметр плотности барионов Ωb ≈ 0,051+0,021-0,025. Таким образом, новый независимый метод подтвердил, что большая часть «потерянных барионов» действительно содержится в ионизированных облаках водорода в межгалактическом пространстве. О быстрых радиовсплесках см. [16], а о наблюдении газа во Вселенной см. [17]. [15] Macquart J-P et al. Nature 581 391 (2020) [16] Попов С Б, Постнов К А, Пширков М С УФН 188 1063 (2018) [17] Щекинов Ю А и др. УФН 187 1033 (2017)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
venjuu
Сообщения: 455
Зарегистрирован: Вт ноя 13, 2007 18:46
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1059   venjuu »

Сибирские физики поймали и сфотографировали одиночный атом
https://vesti.ua/mir/kvantovaya-fizika- ... m-rubidiya

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1060   morozov »

Анатолий Глянцев
Создан первый управляемый магнит из полностью немагнитного материала
Новое открытие может превратить "золото дураков" в основу технологий будущего.
Изображение
Новое открытие может превратить "золото дураков" в основу технологий будущего.
Фото Pixabay.
Управление магнитными свойствами вещества может привести к созданию принципиально новой электроники.

Управление магнитными свойствами вещества может привести к созданию принципиально новой электроники.
Фото Pixabay.
Новое открытие может превратить "золото дураков" в основу технологий будущего.
Управление магнитными свойствами вещества может привести к созданию принципиально новой электроники.

Физики совершили, казалось бы, невозможное, сделав магнит из вещества, не обладавшего магнитными свойствами. При этом нужные свойства можно включить и выключить по желанию пользователя. Новая технология пригодится при разработке электроники нового поколения.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science Advances группой во главе с Крисом Лейтоном (Chris Leighton) из Университета Миннесоты.

Ни одно вещество не в силах остаться равнодушным к магнитному полю. Одни материалы немного ослабляют его, другие – немного усиливают. Есть и немногочисленные вещества, которые интенсивно усиливают магнитное поле и сохраняют намагниченность, даже когда оно отключается. Они называются ферромагнетиками.

Ферромагнетиков очень мало. Из более или менее распространённых в природе веществ к ним относятся только железо, кобальт и никель.

Между тем человечество очень нуждается в таких материалах. Более того, учёных интересуют вещества, в которых ферромагнитные свойства можно включать и отключать буквально нажатием кнопки. Они пригодятся, например, для создания принципиально новой энергоэффективной электроники.
Изображение
Управление магнитными свойствами вещества может привести к созданию принципиально новой электроники.
Фото Pixabay.

Учёные неоднократно создавали такие управляемые магниты. Но каждый раз использовался материал, который и сам по себе хоть немного, но усиливает магнитное поле.

Теперь же физики совершили следующий шаг. Они научились включать и выключать ферромагнетизм в веществе, которое обычно не только не усиливает, но даже ослабляет магнитное поле. При этом такой материал очень дёшев в изготовлении.

Речь идёт о дисульфиде железа (FeS2). Это соединение составляет основу минерала пирита, прозванного золотом дураков. Дело в том, что его жёлтый цвет и металлический блеск не раз вводили в заблуждение незадачливых старателей. Но благодаря достижениям науки то, что блестит, может в конце концов всё же оказаться золотом, хотя и не в буквальном смысле.

"Большинство людей, знакомых с магнетизмом, вероятно, сказали бы, что невозможно превратить немагнитный материал в магнитный с помощью электричества. Однако, когда мы взглянули [на проблему] немного глубже, мы увидели потенциальный путь и воспользовались им", – рассказывает Лейтон.

Исследователи использовали дисульфид железа, контактирующий с ионной жидкостью. Приложив к этой паре напряжение всего в один вольт, они добились возникновения у вещества ферромагнитных свойств. После отключения электрического поля материал вернулся к своему обычному немагнитному состоянию.

Правда, эксперимент проходил при очень низкой температуре. И теперь учёные ищут способ добиться похожего эффекта при комнатной температуре. Только в этом случае материал можно будет использовать в бытовой электронике.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как физики создали управляемый магнит из графена. Писали мы и об управление магнитным полем вещества на уровне отдельных атомов.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1061   morozov »

Изображение
Article
Published: 19 August 2020

Observation of superconducting diode effect

Fuyuki Ando, Yuta Miyasaka, Tian Li, Jun Ishizuka, Tomonori Arakawa, Yoichi Shiota, Takahiro Moriyama, Youichi Yanase & Teruo Ono

Nature volume 584, pages373–376(2020)Cite this article

18 Altmetric

Metrics details

Abstract

Nonlinear optical and electrical effects associated with a lack of spatial inversion symmetry allow direction-selective propagation and transport of quantum particles, such as photons1 and electrons2,3,4,5,6,7,8,9. The most common example of such nonreciprocal phenomena is a semiconductor diode with a p–n junction, with a low resistance in one direction and a high resistance in the other. Although the diode effect forms the basis of numerous electronic components, such as rectifiers, alternating–direct-current converters and photodetectors, it introduces an inevitable energy loss due to the finite resistance. Therefore, a worthwhile goal is to realize a superconducting diode that has zero resistance in only one direction. Here we demonstrate a magnetically controllable superconducting diode in an artificial superlattice [Nb/V/Ta]n without a centre of inversion. The nonreciprocal resistance versus current curve at the superconducting-to-normal transition was clearly observed by a direct-current measurement, and the difference of the critical current is considered to be related to the magnetochiral anisotropy caused by breaking of the spatial-inversion and time-reversal symmetries10,11,12,13. Owing to the nonreciprocal critical current, the [Nb/V/Ta]n superlattice exhibits zero resistance in only one direction. This superconducting diode effect enables phase-coherent and direction-selective charge transport, paving the way for the construction of non-dissipative electronic circuits.
______________________________________________________________
Статья
Опубликовано: 19 августа 2020 г.
Наблюдение эффекта сверхпроводящего диода
Фуюки Андо, Юта Миясака, Тиан Ли, Джун Исидзука, Томонори Аракава, Йоичи Сиота, Такахиро Морияма, Юити Янасэ и Теруо Оно
Том 584, страницы 373–376 (2020) Цитируйте эту статью

18 Альтметрический

Аннотация

Нелинейные оптические и электрические эффекты, связанные с отсутствием симметрии пространственной инверсии, допускают избирательное по направлению распространение и перенос квантовых частиц, таких как фотоны1 и электроны2,3,4,5,6,7,8,9. Наиболее распространенным примером таких невзаимных явлений является полупроводниковый диод с p − ​​n-переходом, с низким сопротивлением в одном направлении и высоким сопротивлением в другом. Хотя диодный эффект лежит в основе многих электронных компонентов, таких как выпрямители, преобразователи переменного и постоянного тока и фотодетекторы, он приводит к неизбежным потерям энергии из-за конечного сопротивления. Таким образом, целесообразной целью является создание сверхпроводящего диода с нулевым сопротивлением только в одном направлении. Здесь мы демонстрируем сверхпроводящий диод с магнитным управлением в искусственной сверхрешетке [Nb / V / Ta] n без центра инверсии. Кривая невзаимного сопротивления в зависимости от тока при переходе из сверхпроводящего состояния в нормальное четко наблюдалась при измерении постоянного тока, а разница критического тока считается связанной с магнитохиральной анизотропией, вызванной нарушением пространственной инверсии и времени. -обратные симметрии 10,11,12,13. Благодаря невзаимному критическому току сверхрешетка [Nb / V / Ta] n демонстрирует нулевое сопротивление только в одном направлении. Этот эффект сверхпроводящего диода обеспечивает фазово-когерентный и избирательный по направлению перенос заряда, открывая путь для создания недиссипативных электронных схем.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1062   morozov »

Избыток событий в XENON1T
1 августа 2020
В эксперименте XENON1T, проводимом в Национальной лаборатории Гран Сассо (Италия) [1], зафиксирован избыток электронов отдачи [2], объяснением которого может быть рассеяние на электронах новых частиц, не описываемых Стандартной моделью. Детектор XENON1T содержит 2 т жидкого ксенона, просматриваемого фотоумножителями. Низкий фон в Лаборатории позволяет выполнять поиски редких частиц и взаимодействий. При энергиях 1-7 кэВ зарегистрировано на 53 рассеяния электронов больше ожидавшегося числа 232±15 фоновых событий. Рассматривается возможность того, что превышение объясняется β-распадами ядер трития, присутствующих как примесь в ксеноне. Это объяснение не требует выхода за пределы Стандартной модели, но пока не удаётся измерить содержание трития в детекторе. Наблюдаемый избыток лучше всего, со статистической достоверностью 3,5σ, объясняется рассеянием аксионов — гипотетических частиц, рождающихся внутри Солнца в различных процессах. Аксионы, предложенные изначально для решения проблемы CP-инвариантности в сильных взаимодействиях, рассматриваются как один из главных кандидатов на роль частиц тёмной материи во Вселенной. С меньшей значимостью 3,2 σ избыток может объясняться рассеянием нейтрино от Солнца при условии, что нейтрино имеет магнитный момент μν=(1,4-2,9)×10−11 магнетонов Бора. Эта величина близка к верхнему пределу, полученному прямым методом в эксперименте Борексино, но противоречит косвенным астрофизическим ограничениям. Не исключено, что избыток событий объясняется другими частицами, например, «тёмными фотонами». Для более надёжных выводов требуется дальнейший набор статистики. [1] Беттини А УФН 171 977 (2001); Bettini A Phys. Usp. 44 931 (2001) [2] Aprile E et al., arXiv:2006.09721 [hep-ex]

Разветвлённый поток света
1 августа 2020
В неупорядоченной рассеивающей среде возможен эффект распространения волн вдоль отдельных каналов, расходящихся и ветвящихся, подобно ветвям дерева, за счет дифракции и образования каустик. В оптике разветвлённый поток был обнаружен и исследован в 2002 г. в Физическом институте им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАНе) в работах А.В. Старцева и Ю.Ю. Стойлова [3,4] (см. подробное описание этого явления в [5]). С помощью микроскопа (см. [3]-[6]) наблюдалась тонкая мыльная плёнка, в которую вводилось лазерное излучение оптического или ИК диапазонов. В плёнке присутствовали естественные флуктуации толщины, создающие флуктуации эффективного показателя преломления. Рассеяние света в поперечном направлении позволяло наблюдать распределение интенсивности света в плёнке. Вопреки ожиданиям, отдельные нити света не расплывались хаотично, а оставались коллимированными на протяжении больших участков пути, и затем ветвились на более мелкие волокна. A. Patsyk (Израильский технологический институт — Технион) и соавторы выполнили новый похожий эксперимент по наблюдению разветвлённого лазерного света в мыльной пленке [7]. Толщина пленки составляла 1-2 длины световой волны, а свет в неё направлялся через оптоволокно. Наблюдалось разветвлённое распространение (branched flow), аналогичное тому, что ранее было обнаружено в работах А.В. Старцева и Ю.Ю. Стойлова, и найдены его статистические характеристики. Они имеют универсальный вид и зависят только от длины корреляции неоднородностей и средней вариации показателя преломления. Расстояние, на котором начинает ветвиться поток, также описывается простой универсальной зависимостью. Разветвлённый поток ранее наблюдался также для электронных волн в полупроводниках. Предсказывается, что в трёхмерном случае распространение волн может происходить вдоль разветвляющихся двумерных поверхностей. [3] Старцев А В, Стойлов Ю Ю Квантовая электроника 33 380 (2003); Startsev A V, Stoilov Yu Yu, Quantum Electron. 33 380 (2003) [4] Старцев А В, Стойлов Ю Ю Квантовая электроника 34 569 (2004); Startsev A V, Stoilov Yu Yu Quantum Electron. 34 569 (2004) [5] Стойлов Ю Ю УФН 174 1359 (2004); Stoilov Yu Yu Phys. Usp. 47 1261 (2004) [6] Старцев А В, Стойлов Ю Ю Квантовая электроника 42 750 (2012); Startsev A V, Stoilov Yu Yu Quantum Electron. 42 750 (2012) [7] Patsyk A et al. Nature 583 60 (2020)

Каскад фазовых переходов в графене
1 августа 2020
Исследования двухслойного графена, в котором слои повернуты друг относительно друга на так называемый «магический угол» ≈ 1,1°, свидетельствовали о том, что при охлаждении в графене должны происходить фазовые переходы, связанные с заполнением электронных зон. U. Zondiner (Институт Вейцмана, Израиль) и соавторы обнаружили [8] каскад подобных фазовых переходов. Исследовался графен на подложке при температуре, выше температуры сверхпроводящего перехода. Заполнение зон изучалось путём измерения электронной сжимаемости с помощью одноэлектронного транзистора на основе нанотрубки. Были обнаружены характерные скачки, связанные с заполнением зон, после которых появлялось дисперсионное соотношение дираковского вида. При охлаждении некоторые квантовые степени свободы исчезают, но появляются новые коллективные степени свободы. Результаты измерений интерпретируются как вбирание новой зоной электронов из частично заполненных старых зон. Свойства графена при высокой температуре могут наследовать ряд низкокотемпературных эффектов, что может помочь в понимании механизма сверхпроводимости. О графене и его свойствах см. в [9-11]. [8] Zondiner U et al. Nature 582 203 (2020) [9] Морозов С В, Новоселов К С, Гейм А К УФН 178 776 (2008); Morozov S V, Novoselov K S, Geim A K Phys. Usp. 51 744 (2008) [10] Лозовик Ю Е, Меркулова С П, Соколик А А УФН 178 757 (2008); Lozovik Yu E, Merkulova S P, Sokolik A A Phys. Usp. 51 727 (2008) [11] Ратников П В, Силин А П УФН 188 1249 (2018); Ratnikov P V, Silin A P Phys. Usp. 61 1139 (2018)

Суперрадиация в акустике
1 августа 2020
Я.Б. Зельдович, А.В. Рожанский и А.А. Старобинский [12]-[14] предсказали теоретически возможность усиления электромагнитных волн при их рассеянии на быстро вращающемся металлической цилиндре, а также усиление волн и рождение частиц вращающейся чёрной дырой. Этот процесс был назван «суперрадиацией». На его основе С. Хокинг предсказал эффект квантового испарения черных дыр. Условие усиления имеет вид ω < lΩ, где ω — частота падающей волны, Ω — частота вращения, а l — порядок угловой моды. Суперрадиация электромагнитных волн в экспериментах не наблюдалась из-за необходимости очень быстрого вращения. Условия усиления проще достичь для звуковых волн, и M. Cromb (Университет Глазго, Великобритания) и соавторы впервые наблюдали его в своём акустическом эксперименте [15]. Вместо рассеяния на цилиндрах, звук передавался между двумя дисками через поглощающую среду. На неподвижном диске по окружности были установлены 16 громкоговорителей. Каждый из них излучал звук со сдвигом фазы так, что звуковой фронт имел спиральную структуру с разными l. А на вращающемся диске находились два микрофона. Между дисками был помещен тонкий слой поглощающей пены, и звук мог достигать микрофонов, только пройдя через пену. Условие Зельдовича выполняется начиная с частоты вращения 15 Гц. Выше 25 Гц наблюдалось усиление, достигавшее 30 %, что подтвердило предсказание Я.Б. Зельдовича и его коллег. [12] Зельдович Я Б Письма в ЖЭТФ 14 270 (1971) [13] Зельдович Я Б ЖЭТФ 62 2076 (1972) [14] Зельдович Я Б, Рожанский Л В, Старобинский А А Известия ВУЗов, Радиофизика 29 1008 (1986) [15] Cromb M et al. Nature Physics, онлайн-публикация от 22 июня 2020 г.

Гравитационно-волновой всплеск GW190814
1 августа 2020
Детекторы гравитационных волн LIGO/Virgo зарегистрировали событие GW190814, соответствующее слиянию компактных объектов с рекордно большим отношением масс [16]. Более массивный объект пары, имеющий массу 23,2+1,1−1,0M☉, очевидно является чёрной дырой, а природа второго объекта с массой 2,59+0,08−0,09M☉ пока не ясна. Он может быть как наиболее массивной нейтронной звездой, так и самой лёгкой чёрной дырой из наблюдавшихся в двойных системах. Указанная масса лёгкого объекта находится вблизи верхней границы допустимых масс нейтронных звезд или даже превышает её. В то же время, известные астрофизические чёрные дыры имеют массы ≥5MM☉. Таким образом, масса легкого объекта является нетипичной как для нейтронных звезд, так и для чёрных дыр. Возможно, это чёрная дыра, образовавшаяся при слиянии двух нейтронных звёзд. Подобная двойная система могла образоваться динамически в молодом скоплении звёзд. Источник всплеска находится на расстоянии ≈ 240 Мпк, и от него не было зарегистрировано сопутствующего электромагнитного излучения. Благодаря большому отношению масс данное событие позволило подтвердить предсказания Общей теории относительности в неисследованной ранее области, когда при слиянии объектов возбуждаются высокие мультиполи. Об обнаружении гравитационных волн см. [17] и об эффектах ОТО см. [18]. [16] Abbott R et al. The Astrophysical Journal Letters 896 L44 (2020) [17] Райтце Д УФН 187 884 (2017); Reitze D H Phys. Usp. 60 823 (2017) ok [18] Шил М А, Торн К С УФН 184 367 (2014); Scheel M A, Thorne K S Phys. Usp. 57 342 (2014)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1063   morozov »

Эффективность фотодетектора ультрафиолета превысила 130 процентов
Изображение
H.Savin et al/ Physical Review Letters, 2020

Физики смоделировали и изготовили детектор ультрафиолетового излучения с внешней квантовой эффективностью выше 130 процентов. В качестве активного материала они использовали наноструктуру из «черного кремния», которая позволила снизить отражательную способность поверхности. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт доступен на arXiv.org.

Квантовая эффективность показывает насколько хорошо фотодетектор преобразовывает фотоны падающего излучения в электроны. Теоретический предел Шокли-Квайссера говорит, что один пришедший на сенсор фотон может выбить не более одного электрона. Тем не менее, при облучении материала фотонами с большой энергией возможно образование «горячих» зарядов, которые в свою очередь могут ударяться об атомы этого материала, ионизировать их и приводить к дальнейшему рождению зарядов. В результате, один высокоэнергетичный фотон способен породить более одного электрона. В результате значение квантовой эффективности может превышать сто процентов.

Важно различать внешнюю и внутреннюю квантовые эффективности. Внешняя показывает отношение выбитых электронов ко всем фотонам, которые прилетели на фотодетектор. Однако часть фотонов отражается от поверхности и не попадает в структуру. Отношение числа выбитых электронов к поглощенным фотонам называется внутренней квантовой эффективностью, значение которой всегда выше величины внешней.
Изображение

Изображение
(a) Зависимость квантовой эффективности от энергии падающих фотонов для разных детекторов, (b) энергетическая структура кремния
H.Savin et al/ Physical Review Letters, 2020

В 2016 году группа ученых под руководством Хеле Савин (Hele Savin) из университета Аалто продемонстрировала фотодетектор на основе наноструктуры из «черного кремния» и оксида алюминия с внешней квантовой эффективностью 96 процентов. Такое устройство может регистрировать длины волн в диапазоне от 250 до 950 нанометров и работать при падении света под большими углами — до 70 градусов.

В новой работе ученые в немного другом составе усовершенствовали предыдущую наноструктуру и сконцентрировались на длинах волн меньше 300 нанометров. Как и в прошлой работе, они использовали наноструктуры из «черного кремния». Отражательная способность такого материала ниже, чем у обычной плоской поверхности. То есть почти все фотоны, которые прилетают на детектор, попадают внутрь структуры. Авторы исследовали зависимость квантовой эффективности от длины волны падающего излучения. Для видимого диапазона и внешняя и внутренняя квантовые эффективности оказались близки к ста процентам, в то время как для излучения с длиной волны 200 нанометров эти значения превысили 130 процентов. Это связано с тем, что фотоны ультрафиолетового диапазона обладают большими энергиями и могут приводить к ударной ионизации.

В своей работы авторы моделировали и изготовили два типа структур — конусообразные и столбчатые. Распределение электрических полей в обоих видах структур оказалось неравномерным: в верхней части структуры преобладает поле в направлении оси X, а в нижней — в Y-направлении. Это может быть связано с концентрацией зарядов оксида алюминия в определенной области образца. Если в эту область будет попадать излучение, то число вырвавшихся электронов окажется больше, чем для обычной плоской поверхности.
Изображение
Распределение электрического поля (слева) и потенциалов (справа) внутри двух типов структур

H.Savin et al/ Physical Review Letters, 2020
Поделиться


Сравнение параметров разработанного фотодетектора с существующими аналогами показало, что его внутренняя квантовая эффективность при больших энергиях уступает остальным. Тем не менее, из-за плохой отражательной способности наноструктуры внешняя квантовая эффективность такого устройства значительно выше значения для планарных фотодетекторов.

Добавление антиотражающей поверхности к обычным фотодетекторам также позволяет увеличить значения внешней квантовой эффективности. Тем не менее, использование наноструктуры оказалось эффективным в более широком диапазоне длин волн и углов падения. Помимо этого, производство таких наноструктур дешевле, чем наращивание антиотражающих слоев.

Наноструктуры активно применяются для различных оптических целей. Например, Физики из России, Австралии и США создали наноструктуру, которая преобразует инфракрасное излучение в зеленый свет. А китайские ученые заменили целую оптическую схему наноповерхностью из аморфного кремния.

Оксана Борзенкова
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1064   morozov »

Метаслой превратил графен в топологический изолятор

Gennady Shvets et al. / Advanced photonics, 2020

Физики предложили экспериментальную модель топологических изоляторов второго порядка на основе графена с наноструктурным подслоем. Такой подход позволяет управлять распределением энергетических зон в графене «удаленно» с помощью метазатвора. Разработанная система поможет в изучении квантовых нелокальных эффектов в периодически легированном графене и разработке сверхкомпактных нанофотонных волноводов и резонаторов. Работа опубликована в Advanced photonics.

Начало активному исследованию топологических изоляторов положила нобелевская премия 2016 года «за теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи». Структура энергетических уровней изолятора отличается от полупроводника или проводника тем, что все его электроны находятся в валентной зоне, в то время как зона проводимости остается незаполненной. Электроны двумерных материалов в магнитном поле тоже имеют распределение по уровням, называемым уровнями Ландау. На границе раздела такой структуры и вакуума энергетические уровни выстраиваются так, что по поверхности может протекать ток. Важно, что состояния с такими энергиями являются стабильными и нечувствительными к внешним воздействиям. Подробнее о топологических изоляторах вы можете прочитать в нашем материале «Топологически защищен».
Изображение
Изображение
(a) схематическое изображение структуры сбоку и наноструктуры затвора сверху, (b) распределение уровня Ферми внутри графена, (с) зона Бриллюэна и ее точки симметрии, зонные структуры зоны Бриллюэна для вырожденного (d) и общего случаев (e).

Gennady Shvets et al./ Advanced photonics, 2020
Поделиться

(a) структура энергетических уровней с двумя доменами по 18 ячеек в каждом и зигзагообразной стенкой вдоль оси Х, красные и синие линии и точки - краевые состояния, (b) уровень Ферми в графене возле границы доменов, (c) распределение плотности зарядов для крайних состояний, цветом показаны величина и фаза, серая стрелка указывает направление увеличения фазы, (d) безотражательное распространение крайних мод вдоль стенки доменов для разных направлений моды.

Gennady Shvets et al. / Advanced photonics, 2020


Размерность пространства, в котором протекает ток в топологических изоляторах имеет меньшую размерность, чем сам изолятор. То есть для объемных структур ток может протекать по ее поверхности или ребру, а для двухмерных — вдоль одной линии или локализоваться в какой-то точке. Группа физиков под руководством Геннадия Швеца (Gennady Shvets) из Корнеллского университета выбрала второй вариант — они изготовили фотонный кристалл на основе графена и показали наличие одномерных и нульмерных токов в нем.

Предложенная авторами структура состоит из слоя графена между двумя слоями гексагонального нитрида бора, под которыми находится проводящий слой металла с наноструктурой в виде круглых отверстий. В общем случае размер отверстий может быть двух разных диаметров, в вырожденном варианте — все отверстия имеют одинаковы диаметр и напоминают соты. Ученые меняли соотношения между диаметрами отверстий, что позволяло им контролировать энергетическую структуру уровней графена.

Наличие проводящего перфорированного подслоя позволяет создавать своеобразный энергетический ландшафт в графене. Уровень Ферми в нем повторяет структуру метазатвора — его величина меньше там, где есть отверстие в подслое. Периодичное распределение уровня Ферми графена означает, что показатель преломления в нем тоже меняется периодично. То есть проводящий наноструктурный подслой превращает графен в фотонный кристалл.
Изображение
(a) схематичное изображение модели сильной связи, серый треугольник - единичный элемент модели, (b) зонная структура для разных соотношений связи внутри и снаружи сегмента, (с) энергетические зоны вдоль границы между доменами

Gennady Shvets et al. / Advanced photonics, 2020
Поделиться


Фотонный кристалл можно рассматривать с точки зрения модели сильной связи, когда учитывается влияние только ближайших соседей. Для того чтобы выделить взаимодействующие элементы, шестиугольные структуры-соты разбивали на треугольники и рассматривали взаимодействие между ними. Существует шесть разных орбитальных состояний таких элементов — монополь, два диполя, два квадруполя и октуполь. В то время как первое и последнее состояния при низких энергиях не видны, дипольные и квадрупольные распределения плотностей зарядов на поверхности зарегистрировать реально. Именно их и наблюдали ученые при изменении параметров метазатвора. В случае, когда внутренний радиус сегмента был меньше внешнего, его энергетическая структура соответствует тривиальному топологическому домену (его зонная структура похожа на обычный изолятор), в противоположной ситуации — нетривиальному (в запрещенной зоне есть состояния, которые называются краевыми). Причем в первом случае в валентной зоне находились преимущественно диполи, а во втором — квадруполи.
Изображение
(a) Плазмонные структуры энергетических уровней в случае тривиального и нетривиального изоляторов, цветом показано соотношение диполей к квадруполям, (b) распределение плотности зарядов на поверхности графена.

Gennady Shvets et al. / Advanced photonics, 2020
Поделиться

Граница раздела между тривиальными и топологическими доменами и есть та прямая, вдоль которой могут перемещаться носители заряда. Для того чтобы сделать эту границу стабильной и сформировать зонную структуру таким образом, чтобы расстояние между двумя разными краевыми состояниями, было небольшим, ученым пришлось разделить эти домены стенками. Оказалось, что моды обоих направлений могут распространяться без отражений вдоль ломаной кривой с резкими углами поворота. Для создания стабильного локализованного состояния в середине, запрещенной ученым пришлось изменить радиусы отверстий метазатвора, чтобы увеличить расстояние между краевыми состояниями.

В дальнейшем авторы планируют продолжить разработки топологических изоляторов для графеновых плазмонов. Например, они предлагают использовать еще один подслой наноструктурного проводника с другой стороны от графена для того, чтобы можно было переключаться между краевыми и локализованным состояниями.

Все больше новых эффектов и явлений, связанных с топологическими изоляторами, открывают и обнаруживают физики со всего мира. Например, две группы ученых независимо друг от друга научили двумерный топологический изолятор превращаться в сверхпроводник. А немецкие физики создали структуру с фазовым переходом нового типа.

Оксана Борзенкова
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 34973
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1065   morozov »

Эксперименты с позитронием обнаружили сбой в базовых законах физики
Георгий Голованов
26 авг., 17:32

При изучении позитрония - экзотического атома, который состоит из электрона и его зеркального партнера из антивещества позитрона, группа физиков обнаружила несоответствие его свойств теоретическим предсказаниям. Эта разница может свидетельствовать о феномене за пределами Стандартной физической модели. Эксперимент был много раз повторен, расчеты тоже - результаты не сходятся. Тем не менее, авторы не спешат делать громких заявлений.

Поскольку атом позитрония не содержит ядерной материи, физики могут изучать их, не беспокоясь о сложностях слабых и сильных ядерных сил, которые незаметно, но значимо меняют свойства атома. Для того чтобы предсказать свойства позитрония, физикам нужно использовать только относительно простые квантовые теории электрических или магнитных сил, или квантовую электродинамику, пожалуй, самую точную и проверенную теорию в физике. Это делает позитроний идеальным инструментом для поисков новой физики, считают ученые из Колледжа Франклина и Маршалла.

Как и обычный атом, позитроний может абсорбировать и излучать свет и другое электромагнитное излучение только в определенных частотах, так как электрон и позитрон внутри него прыгают с одного квантового состояния к другому. Теоретики могут вычислить эти длины волн точно с помощью квантовой электродинамики. Любые расхождения между прогнозами и экспериментальными данными указывают на следы новой физики, пишет Science.

Однако осуществить такие сравнения не так-то просто. Ученые-теоретики годами проводят сложнейшие вычисления, а атомы позитрония не существуют в природе, так что экспериментаторы должны создавать их сами, стреляя позитронами в мишень. Полученные атомы живут не долго — через долю микросекунды электрон и позитрон сталкиваются и уничтожают друг друга во вспышке гамма-лучей.
Тем не менее физик Дэвид Кэсседи и его коллеги смогли получить облака примерно из 100 000 атомов позитрония и подвергнуть их действию микроволн, чтобы запустить переход между парой квантовых состояний. Они обнаружили, что переход осуществляется при 18,50102 ГГц, что противоречит теоретическим предсказаниям — 18,49825 ГГц. Эти два значения отличаются в 4,5 раза.
И все же исследователи не спешат заявлять на весь мир о прорыве и проявляют осторожность. В прошлом уже находили несоответствия между предсказаниями и экспериментами в поведении позитрония, которые оказались разрешены более точными измерениями.

Другая, более важная причина — новые результаты намекают на то, что квантовая электродинамика, основанная на фундаментальных предположениях, где-то неверна. А это слишком дерзкое заявление. «Не стоит слишком явно и открыто не соглашаться с квантовой электродинамикой, — пояснил Кэссиди. — Это как драться с Майком Тайсоном — шансов на победу нет».

На возможный сбой в Стандартной модели указывает исследование физиков, работающих на детекторе LHCb Большого адронного коллайдера, которые проверяли на прочность один из основных принципов физики — гипотезу универсальности лептонов.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»