Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#541   morozov » Сб окт 26, 2013 14:07

Космология в оптической ловушке

В непосредственной близости к точке фазового перехода различные по своей природе физические системы часто ведут себя очень похоже, что математически проявляется в равенстве их соответствующих критических индексов. А можно ли ожидать какой-либо универсальности вдали от термодинамического равновесия? Около 50 лет назад А.Д. Сахаров опубликовал статью [1] о возникновении неоднородности распределения материи на ранней стадии расширения Вселенной. Им были, в частности, проанализированы флуктуации плотности вещества (так называемые осцилляции Сахарова), ответственные, как сейчас считается, за анизотропию фонового космического излучения и крупномасштабные корреляции в расположении галактик. Твердотельный аналог осцилляций Сахарова описан в работе [2], авторы которой изучали неравновесную динамику бозе-конденсата атомов цезия после резкого изменения силы межатомного взаимодействия. Оказалось, что на начальном этапе эволюции конденсата (сильно неравновесный режим) его плотность (см. рис.) изменяется в соответствии с теорией Сахарова. Таким образом, космологические эффекты теперь можно изучать в лаборатории.
Изображение
Флуктуации плотности в атомном бозе-конденсате.

1. А.Д.Сахаров, ЖЭТФ 49, 345 (1966).

2. C.-L.Hung et al., Science 341, 1213 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#542   morozov » Вс ноя 03, 2013 0:06

Топологические поверхностные состояния со
сверхпроводящей щелью

Топологические диэлектрики представляют собой особый тип материалов: внутренность у них диэлектрическая, а поверхность – проводящая. В работе [1] (Китай, США) обнаружено, что при напылении тонкой пленки топологического диэлектрика Bi2Se3 на высокотемпературный сверхпроводник Bi2Sr2CaCu2O8+d (рис. 1) в ней индуцируется сверхпроводимость, и в поверхностных состояниях возникает сверхпроводящая щель D » 15 мэВ.

Изображение
Рис. 1. Схематическое изображение гетероструктуры Bi2Se3/Bi2212.
Эффект близости приводит к появлению сверхпроводящей щели D в поверхностных состояниях Bi2Se3.
Изображение
Рис. 2. Угловая зависимость индуцированной щели.

Интересно, что эта щель почти изотропна (рис. 2), хотя в Bi2212 она имеет d-волновую симметрию. Авторы полагают, что в гетероструктурах такого типа удастся наблюдать нулевые моды Майораны, которые не только представляют собой фундаментальный интерес, но и могут найти применение в квантовой информатике.

1. E.Wang et al., Nature Phys. 9, 621 (2013).
_______________________
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#543   morozov » Пт ноя 15, 2013 13:08

Углеродные капсулы для хранения газов

В работе [1] предпринята очередная попытка подобраться к функциональным материалам, способным запасать различные газы. В этот раз роль “хранилищ” отведена, так называемым, углеродным капсулам или попросту углеродным нанотрубкам различной хиральности, закрытым половинками фуллеренов с обоих краев (см. рис.). На первом этапе с помощью программного комплекса SIESTA в рамках теории функционала плотности авторы рассмотрели полный спектр их свойств: геометрические, энергетические, электронные и оптические. Например, исследователи показали, что энергия связи повышается с увеличением длины образцов (что свидетельствует об увеличении термодинамической устойчивости), а величина диэлектрической щели, напротив, уменьшается. Затем авторы заполнили одну из самых крупных капсул C460 молекулами газов: водорода H2 и углекислого газа CO2 (см. рис.).
Изображение
Оптимизированные геометрии эндоэдральных комплексов –
углеродных капсул C460 с молекулами H2 (верх) и CO2 (низ) внутри

Выполнив оптимизацию геометрии уже эндоэдральных комплексов, исследователи приступили к молекулярно-динамическим расчетам, на основании результатов которых они пришли к выводу, что эти наносистемы обладают достаточно высокой кинетической стабильностью. Молекулярную динамику проводили при комнатной температуре (300 K) в течение 1000 фс. За это время образцы не разрушились, сохранив свою первоначальную структуру. Однако авторы отмечают, что наличие молекул газов внутри капсул изменяет их электронные и оптические свойства. По оценкам исследователей C460 способны запасать значительное количество H2 и CO2: 7.69 и 28.08 вес.%, соответственно. Поэтому авторы предполагают, что именно углеродные капсулы станут в дальнейшем идеальным функциональным наноматериалом для хранения легких газов.

М. Маслов

1. A.K. Manna and S.K. Pati, Chem. Phys. 426, 23 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#544   morozov » Вт ноя 19, 2013 14:39

От нескольких фермионов к фермиевскому морю

При теоретическом описании макроскопических систем обычно полагают, что число частиц стремится к бесконечности. Это позволяет перейти от дискретных переменных к непрерывным, что существенно упрощает вычисления. Возникает вопрос – начиная с какого числа частиц к системе уже можно применять такой многочастичный подход? Интересный результат получили немецкие физики в работе [1]. Они измеряли энергии взаимодействия различного количества N ультрахолодных фермиевских атомов 6Li, каждый из которых находился в состоянии |­ñ, с одной-единственной “примесью” – атомом 6Li в состоянии |¯ñ. Вся (N+1)-частичная система находилась в квазиодномерной оптической ловушке. Сопоставив экспериментальные данные для N=1¸5 c аналитическим результатом для N ® ¥, авторы [1] обнаружили очень быструю сходимость к многочастичному пределу: уже при N=4 экспериментальная энергия взаимодействия (нормированная на энергию Ферми) совпадает в пределах ошибки измерений с теоретической величиной для N ® ¥. Вот бы удивилась мартышка из популярного детского мультфильма, если бы ей сказали, что хотя четыре ореха – это еще не куча, но зато четыре фермиона – уже море…

Изображение
Примесь (синий шарик), взаимодействующая с различным количеством фермионов
(зеленые шарики) в гармоническом потенциале. Если фермионов очень много, то их
можно описать как “фермиевское море” с энергией Ферми EF.

Л.Опенов

1. A.N.Wenz et al., Science 342, 457 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#545   morozov » Чт ноя 21, 2013 1:44

Просмотр > Главная / Исследования / Трагическая судьба «двойника» Земли
Трагическая судьба «двойника» Земли

19 ноября 2013 года. ТрВ № 142, c. 3, "Новости"
Максим Борисов
Рубрика: Исследования

Изображение

Изображение Jasiek Кrzysztofiak / Nature [4]

Двум группам исследователей впервые удалось измерить массу экзопланеты размером с Землю [1, 2]. Речь идет о планете Kepler-78b, диаметр которой лишь ненамного больше земного, а оценка массы колеблется от 1,69 до 1,86 массы Земли. Обращается она возле звезды в созвездии Лебедя на расстоянии 400 световых лет от нас. Выясняется, что плотность этой планеты сходна с земной, а это в свою очередь предполагает аналогичный состав пород и наличие железного ядра.

На этом, впрочем, всё сходство и заканчивается. Ведь орбита Kepler-78b примерно в 40 раз меньше, чем у нашего Меркурия, год там длится всего 8,5 часа, а температура на поверхности, как полагают, достигает 2300-3100 градусов Кельвина. Неясно, почему Kepler-78b оказалась так близко к своей звезде, ведь сформироваться на таком расстоянии от светила она не могла, однако дальнейшая ее судьба будет, скорее всего, весьма незавидной — рано или поздно ее разорвут мощные приливные силы звезды-хозяйки.

Чем примечательна эта новость помимо трагической судьбы планеты размером с Землю? Дело в том, что массу экзопланеты обычно оценивают на основе влияния, которое оказывает ее гравитация на родительскую звезду (об этом судят по доплеровскому сдвигу в звездном спектре). Массу же экзопланет размером с Землю, как правило, трудно оценить, потому что они не оказывают такого мощного влияния на свои звезды, как газовые гиганты (их регистрируют по мини-затмениям, когда они оказываются между своей звездой и земными наблюдателями). Однако Kepler-78b, диаметр и орбиту которой впервые вычислила группа астрономов, анализировавшая данные космической обсерватории NASA «Кеплер» (соответствующая публикация была в августе [3]), находится достаточно близко к своей звезде, чтобы вызвать измеримые колебания в ее движении.

Максим Борисов

http://dx.doi.org/10.1038/naturel2767
http://dx.doi.org/10.1038/nature12768
http://iopscience.iop.org/0004-637X/774/1/54/
http://www.nature.com/news/exoplanet-is ... er-1.14058
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#546   morozov » Вс ноя 24, 2013 3:26

Слабый заряд протона
1 ноября 2013

Коллаборацией Qweak в Лаборатории им. Т. Джефферсона (г. Ньюпорт-Ньюс, США) впервые определён слабый заряд (заряд слабого взаимодействия) протона путём измерения асимметрии упругих рассеяний pe- при малой величине переданного импульса. Спин-поляризованные пучки e- пропускались через мишень из жидкого водорода, и сравнивались зависящие от слабого заряда характеристики рассеяния пучков со спинами e-, направленными по вектору скорости e- и в обратную сторону. Полученная величина параметра асимметрии рассеяния составляет Aep = ( -279 ± 35(stat) ± 31(syst)) × 10-9. С использованием формфакторов протона, взятых из результатов других экспериментов, через указанную величину асимметрии был вычислен слабый заряд протона QWp = 0,064 ± 0,012. Это значение хорошо согласуется с предсказываемой Стандартной моделью величиной QWp(SM) = 0,0710 ± 0,0007. Слабый заряд удалось определить на основе обработки всего 4 % данных, собранных в эксперименте Qweak, и по мере дальнейшего анализа погрешность должна уменьшиться примерно в пять раз. Измерение слабого заряда — перспективное направление для поиска новых эффектов за пределами Стандартной модели элементарных частиц. Источник: Phys. Rev. Lett. 111 141803 (2013)
Квантовый метаматериал
1 ноября 2013

P. Macha (Институт фотонных технологий и Технологический институт Карлсруэ, Германия) и его коллеги из Германии и России создали метаматериал, представляющий собой массив из 20 кубитов (квантовых битов) на основе сверхпроводящих джозефсоновских контактов. Ранее метаматериалы создавались только из классических (не квантовых) элементов. Массив кубитов был помещён в микроволновый резонатор. Благодаря индуктивной связи кубитов с резонатором решалась проблема расфазировки кубитов из-за неизбежного разброса их параметров. В результате, массив кубитов мог иметь единые резонансные частоты: основную частоту резонатора и её гармоники. В эксперименте было показано, что метаматериал изменяет частоту и фазу проходящих через него сигналов. Причём, на сигнал оказывали коллективное воздействие сразу несколько кубитов — до восьми. Использование в метаматериале сверхпроводящих элементов с малыми потерями придаёт ему уникальные свойства и представляет перспективы практического использования, например, в детекторах единичных фотонов. Источник: arXiv:1309.5268 [quant-ph]
Фотонная «молекула»
1 ноября 2013

Группой исследователей под руководством М. Лукина (Гарвардский университет) и V. Vuletic (Массачусетский технологический институт) наблюдалось образование связанных пар фотонов в ультрахолодном газе атомов рубидия. Лазерным импульсом в газе возбуждалось коллективное ридберговское состояние. Это состояние возникает, когда электрон распределяется между высоковозбужденными уровнями сразу нескольких соседних атомов. Распространение данного электромагнитного возбуждения можно интерпретировать как движение по среде фотона, обладающего некоторой эффективной массой. Из-за эффекта ридберговской блокады второе такое возбуждение рядом с первым возникнуть не могло. Но второй фотон мог следовать за первым, образуя с ним связанное состояние, напоминающее фотонную «молекулу». Фотоны в таких парах взаимодействовали друг с другом не напрямую, а посредством нелинейной среды. Измерения показали, что фотоны покидали атомную ловушку одновременно, т.е. фотоны перемещались по среде вместе. Связанные состояния фотонов могут найти применение как в квантовых логических устройствах, так и в оптических элементах классических (не квантовых) компьютеров. Источник: Nature 502 71 (2013)
Связанные состояния магнонов
1 ноября 2013

T. Fukuhara (Институт квантовой оптики Общества им. М. Планка, Германия) и др. наблюдали в эксперименте предсказанный Г. Бете в 1931 г. эффект объединения магнонов (квазичастиц Поиск гамма-линий в данных Fermi-LAT возбуждений в системе взаимодействующих спинов) в связанные пары. Ранее пары магнонов были выявлены лишь косвенно по спектрам твёрдых тел. В новом эксперименте атомы ультрахолодного газа 87Rb были захвачены в оптическую решётку Поиск гамма-линий в данных Fermi-LAT периодический потенциальный барьер, создаваемый лучами лазеров. Атомы были выстроены в одномерные цепочки, в центральной части которых возбуждались магноны. Два направления спина соответствовали двум подуровням гипертонкого расщепления. При понижении потенциального барьера магноны начинали перемещаться вдоль цепочек, а через некоторое время экспериментаторы снова повышали барьер, фиксируя магноны в новом положении. Магноны регистрировались путем наблюдения через микроскоп возбуждаемого лазером флуоресцентного излучения атомов, зависящего от их спинового состояния. Эта методика позволяет наблюдать положение отдельных магнонов с точностью до одной ячейки решётки. Путём вычисления пространственных корреляционных функций было показано, что наряду с отдельными магнонами имелись и перемещающиеся пары. Также было измерено среднее время распада связанных пар магнонов — около 210 мс. Это время определяется рассеянием магнонов на неоднородностях, создаваемых тепловыми флуктуациями. Источник: Nature 502 76 (2013)
Поиск гамма-линий в данных Fermi-LAT
1 ноября 2013

Помимо экспериментов по прямой регистрации частиц темной материи, которые не дали пока однозначных результатов, предпринимаются попытки непрямой регистрации частиц темной материи посредством поиска сигналов от их аннигиляции. Интересным направлением является поиск монохроматических линий, соответствующих каналу аннигиляции в два фотона. Обнаружение таких линий могло бы дать решающие аргументы в пользу наличия аннигиляционного сигнала от темной материи. Недавно некоторые указания наличия линии при энергии 133 ГэВ были получены на основе наблюдений орбитального гамма-телескопа Fermi-LAT. Коллаборацией Fermi-LAT выполнена новая обработка данных, собранных за 4,4 года наблюдений, с целью проверки наличия линий. Линии искали в диапазоне энергий от 5 до 300 ГэВ в пяти участках вокруг центра Галактики. Если локально в одном из участков на уровне достоверности 2,9 σ действительно наблюдается небольшой избыток гамма-излучения вблизи энергии 133 ГэВ, то по совокупности данных от всех участках достоверность падает до 1 σ. Ввиду столь малой достоверности, наличие гамма-линии при энергии 133 ГэВ из области центра Галактики пока не подтверждается, а отмечавшиеся особенности в спектре могут быть статистической флуктуацией. Источник: arXiv:1310.2953 [astro-ph.HE]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#547   morozov » Вт ноя 26, 2013 15:37

Хранение квантовой информации в шредингеровском коте
В мысленном эксперименте Шредингера кот находится в суперпозиции двух классических состояний (живой и мертвый). Американские и французские ученые пошли дальше, причем не в мыслях, а на эксперименте [1]: они сконструировали “кота” в суперпозиции четырех различных состояний. Их “кот” состоял из 111 фотонов в резонаторе. Конечно, состояние 111 фотонов еще нельзя считать классическим, но это уже и не одно- или двухфотонные состояния, фигурирующие в большинстве экспериментов по квантовой суперпозиции и квантовой запутанности.
Авторы [1] создали своего “фотонного кота” путем переноса суперпозиционного состояния со сверхпроводникового трансмонного кубита на свет. Использованная методика допускает дальнейшее увеличение “размера” состояний (числа фотонов), что приблизит их к классическим. Такие состояния могут использоваться для хранения квантовой информации, в метрологии и пр.
Изображение
Квантовая природа созданной в [1] суперпозиции четырех когерентных состояний света проявляется при измерении функции Вигнера (А), а ее бытовым аналогом является суперпозиция котов в четырех различных точках окружности (В).

По материалам заметки P.J.Leek,
Science 342, 568 (2013).
1. B.Vlastskis et al., Science 342, 607 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#548   morozov » Вс дек 01, 2013 15:26

Долгая жизнь квантовых битов в кремнии-28
Для практической реализации квантовых вычислений требуется надежная “квантовая память”, то есть способность кубитов сохранять свою когерентность в течение как можно более длительного времени. У ядерных спинов нейтральных атомов фосфора, играющих роль доноров в кремнии, это время может достигать T2 » 180 с, но только при сверхнизких температурах. Нагрев даже до 10 К приводит к падению T2 до нескольких миллисекунд. В работе [1] (Канада, Великобритания, Германия) показано, что ионизация доноров 31Р вкупе с изотопической очисткой 28Si приводит к резкому росту T2 – до 39 минут при комнатной температуре и нескольких часов при гелиевой. Причина в том, что удаление электронного спина (см. рис.) устраняет канал декогерентизации, связанный с флуктуациями электрического поля на электродах и на границе Si/SiO2. Интересно, что при термоциклировании в интервале 4.2 К « 300 К когерентность выживает.

Изображение Изображение
Спины и распределение заряда в нейтральном (D0)
и ионизированном (D+) донорах фосфора.

Авторы [1] рассматривают также возможность использования вместо фосфора других доноров, например халькогенов.

1. K.Saeedi et al., Science 342, 830 (2013)..
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#549   morozov » Ср дек 04, 2013 1:03

Перепутывание света с механическим осциллятором
Мы уже привыкли к сообщениям о создании, исследовании и даже практическом использовании запутанных состояний квантовых объектов, таких как фотоны и атомные спины. Запутанность является специфической чертой квантовых систем, не имеющей аналога в классике. Тем интереснее результат, полученный в работе [1], авторы которой запутали СВЧ-излучение с механическим мезоскопическим устройством – осциллятором (алюминиевой мембраной диаметром 15 мм и толщиной 100 нм, см. рис.).

Изображение
Схема эксперимента [1]

Нужно, конечно, понимать, что свет (фотоны) перепутывался не с осциллятором как таковым, а с его колебательными состояниями (фононами), которые при низких температурах (20 мК в [1]) подчиняются квантовым законам. Оптомеханическая запутанность может найти применение в квантовой информатике (например, для конструирования квантовой памяти).

По материалам заметки
“Quantum mechanics tackles mechanics”, K.Hammerer,
Science 342, 702 (2013).
1. T.A.Palomaki et al., Science 342, 702 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#550   morozov » Чт дек 12, 2013 13:24

Недеструктивная регистрация фотонов
1 декабря 2013
В ряде экспериментов была реализована методика так называемых «слабых квантовых измерений», в которых квантовое состояние исследуемой системы при измерении не разрушается благодаря тому, что извлекается только часть квантовой информации. В частности, S. Haroche и др. в 1990-х годах путём «слабых измерений» регистрировали фотоны микроволнового излучения в резонаторе. Исследователи из Института квантовой оптики Общества им. М. Планка (Германия) A. Reiserer, S. Ritter и G. Rempe впервые реализовали подобный недеструктивный метод регистрации по отношению к фотонам оптического диапазона. В эксперименте использовался атом 87Rb, помещённый в оптический резонатор между двумя полупрозрачными зеркалами. Атом находился в состоянии суперпозиции двух состояний, одно из которых было связано с резонатором, а второе — нет. Когда атом находится в первом состоянии, фотоны не могли проникнуть в резонатор, сразу отражаясь. При нахождении атома во втором состоянии, фотоны проникали в резонатор и отражались от второго зеркала, при этом разность фаз указанных двух состояний атома менялась на 180°. Разность фаз у атома, находящегося в предварительно подготовленной суперпозиции состояний, измерялась по свойствам излучаемых им флуоресцентных фотонов, и делался вывод о том, испытал ли атом сдвиг фаз от прохождения фотона. Важно, что установление факта пролёта фотона через резонатор не разрушало квантовое состояние кубита (квантового бита), которое этот фотон мог бы кодировать, например, своим состоянием поляризации. Источник: Science, онлайн-публикация от 14 ноября 2013 г.

Левитоны
1 декабря 2013
D.C. Glattli (Институт вещества и излучения в г. Сакле, Франция) и его коллеги впервые получили в своем эксперименте квазичастицы, предсказанные почти 20 лет назад Л.С. Левитовым, Д.А. Ивановым, Г.Б. Лесовиком и H.W. Leea (Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН, Институт физики твердого тела РАН и Массачусетский технологический институт (США)). Квазичастицы, названные авторами эксперимента левитонами (солитоны Левитова), переносят волну электронной плотности, причем важно, что одновременно с электронным возбуждением не возникает дырка (электронная вакансия). В эксперименте левитоны перемещались по проводящей гетероструктуре между двумя электродами, рождаясь под действием зависящего от времени потенциала. Как и предсказывает теория, если изменение потенциала имеет форму распределения Лоренца, то левитоны рождаются наиболее эффективно, т.к. лоренцева кривая соответствует целочисленной величине переносимого возбуждением заряда. Проверка показала, что в случае иной формы потенциального импульса (прямоугольной или синусоидальной) левитоны рождались менее эффективно, и был велик вклад от дырок. Левитоны регистрировались двумя способами. В первом из них измерялся электронный шум в образце. В случае с левитонами шум был значительно слабее, чем при рождении пар электронов и дырок. Второй способ был основан на генерации двух левитонов сдвинутыми по времени импульсами потенциала и измерения их антикорреляции (эффект Хонга – У – Мандела) в центре проводника. Данные измерения показали, что левитоны действительно являются квантовыми квазичастицами, подчиняющимися статистике Ферми. Левитоны могут найти применение в качестве переносчиков квантовой информации в твердотельных квантовых компьютерах. Источник: Nature 502 659 (2013)

Диссоциации молекул водорода
1 декабря 2013
J. Robert (Университет Париж-юг, Франция) и его коллеги из Франции и Бразилии впервые наблюдали канал диссоциации молекул H2 на пару атомов водорода в метастабильных состояниях 22S. Хотя ранее диссоциация H2 на H(22S) уже подробно излучалась, в экспериментах не регистрировались напрямую два атома H(22S), происходящие из одной молекулы. Причиной является малое сечение диссоциации по указанному каналу. В новом эксперименте пучок молекул H2 пересекал пучок электронов, и их столкновения вызывали диссоциацию молекул. На расстояниях в несколько см от точки пересечения располагались два фотодетектора над и под плоскостью, в которой лежат пучки. Эти детекторы регистрировали Lyα фотоны, испускаемые при переходов атомов на нижний энергетический уровень. Исследование методом совпадений позволило обнаружить несколько тысяч H(22S)-H(22S) пар атомов. Когда детекторы располагались на различных расстояниях от точки столкновений наблюдался временной сдвиг между сигналами, объясняемый пролётом атома дополнительного расстояния до распада метастабильного уровня. Источник: Phys. Rev. Lett. 111 183203 (2013)

Броуновское движение несимметричных частиц
1 декабря 2013
A. Chakrabarty (Университет Кента, США) и др. исследовали броуновское движение коллоидных микрочастиц, имеющих форму бумеранга, и установили, что в начале наблюдения частицы движутся преимущественно вдоль линии симметрии в направлении расхождения плеч бумеранга, а позже движение частиц становится хаотичным. Это поведение отличается от поведения круглых или эллипсоидальных частиц, которые с самого начала движутся хаотично. Частицы в форме бумеранга с длинами плеч 2,1 мкм, расположенных под прямым углом, были изготовлены методом фотолитографии из полимерного материала. В воде между двумя листами стекла они образовывали суспензию, и их квазидвумерное движение можно было наблюдать через стекло с помощью микроскопа и видеокамеры. Если начать следить за частицей, то, сначала, как и ожидалось теоретически, она двигалась вдоль оси симметрии с ненулевым средним перемещением по направлению суммарной силы, оказываемой на неё молекулами. Однако на больших временах движение выглядит хаотичным, как у броуновского движения симметричных частиц. Это объясняется тем, что с течением времени частица поворачивается и её преимущественное направление движения меняется. Выяснение свойств броуновского движения несимметричных частиц может найти применение для сортировки или упорядочивания больших органических молекул. Источник: Phys. Rev. Lett. 111 160603 (2013)

Далёкая галактика
1 декабря 2013
С помощью ИК-спектрографа MOSFIRE на 10-метровом телескопе Keck I обнаружена галактика с высоким темпом звездообразования на красном смещении z = 7,5078 ± 0,0004. Галактика наблюдается в ту эпоху, когда возраст Вселенной составлял 700 млн. лет, и является рекордно далёкой из тех галактик, для которых в настоящее время имеется спектроскопическое подтверждение величины z. S.L. Finkelstein (Техасский университет в Остине, США) и др. изучили 43 галактики на z≥6,5 среди отобранных ранее телескопом Хаббла галактик-кандидатов. Спектральную линию, которую с хорошей достоверностью можно интерпретировать как Lyα, удалось обнаружить только в случае одной указанной выше галактики. По-видимому, при z≥6,5 какие-то эффекты затрудняют регистрацию Lyα. Это может быть высокая доля нейтрального водорода в межгалактической среде или большое количество газа в самих галактиках. Цвет указанной галактики соответствует относительно высокому содержанию в ней тяжёлых элементов. Ввиду большого z обогащение металлами должно было произойти очень быстро — оценка темпа образования звёзд составляет ≈ 330M☉ год-1, что на два порядка превышает современный темп звездообразования в нашей Галактике. Источник: arXiv:1310.6031 [astro-ph.CO]
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#551   morozov » Пт дек 27, 2013 4:21

От графена к станену
В последние годы экспериментально изготовлено много квазидвумерных материалов, ранее считавшихся сугубо теоретической вотчиной. За графеном последовали графин и графдин (в которых гексагональную решетку образуют не сами атомы углерода, а шестиугольники из связей С–С), графан (графен, насыщенный с обеих сторон водородом), силицен (кремниевый графен), германиевый аналог графана и пр. В работе [1] на основании расчетов из первых принципов предсказано существование еще одного такого материала – станена (stanene) – монослоя атомов олова с гексагональной структурой (см. рис.).

Изображение
Станен. Вид сверху и сбоку.
В отличие от практически плоского графена,
станен довольно сильно гофрирован.

Свое название станен берет от латинского “stannum” (олово). Он представляет собой 2D топологический диэлектрик (ТД) с диэлектрической “внутренностью” и металлическими краями. Краевые состояния станена очень устойчивы к рассеянию, что выгодно отличает их от поверхностных металлических состояний в обычных трехмерных ТД (Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te3). По этой причине станен можно использовать в электронике для реализации практически бездиссипативных проводящих каналов и повысить наконец-таки быстродействие процессоров, которое с 2005 года держится на уровне 3 ГГц, не поддаваясь увеличению из-за банального перегрева. С фундаментальной точки зрения станен представляет интерес для исследования квантового спинового эффекта Холла (QSH). К настоящему времени единственным примером двумерных ТД являются квантовые ямы HgTe. Но из-за малой ширины запрещенной зоны QSH в них наблюдается только при сильном охлаждении (ниже 10 К). При функционализации станена различными химическими элементами или группами (-F, -Cl, -Br, -I, -OH) величина Eg достигает » 0.3 эВ, поэтому все специфические особенности ТД должны проявляться уже при комнатной температуре и даже выше. При изготовлении станена нужно будет очень тщательно выбирать подложку, чтобы ее взаимодействие с атомами олова не разрушало хрупкий топологический порядок. Один из кандидатов здесь – гексагональный нитрид бора.

Л.Опенов
1. Y.Xu et al., Phys. Rev. Lett. 111, 136804 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#552   morozov » Сб дек 28, 2013 3:36

О проводимости границ раздела LaAlO3/SrTiO3
Недавно было обнаружено, что граница раздела между LaAlO3 и SrTiO3 (двумя типичными зонными диэлектриками) является проводящей, а при достаточно низких температурах – даже сверхпроводящей. Это обычно объясняют переносом заряда из ближайших к границе слоев LaAlO3, что приводит к появлению на ней свободных носителей. В работе [1] (США, Израиль, Япония, Германия) методом сканирующей СКВИД-микроскопии было изучено распределение магнитного поля, создаваемого протекающим по границе LaAlO3/SrTiO3 электрическим током. Анализ полученных результатов показал, что при температурах ниже точки структурного перехода SrTiO3 из кубической в тетрагональную фазу (105 К) токовая конфигурация имеет страйповую структуру (см. рис.).

Изображение
Распределение плотности транспортного тока на границе LaAlO3/SrTiO3.
Реконструкция данных СКВИД-микроскопии.

Термоциклирование приводит к изменению направления токовых “каналов”. Авторы делают вывод, что на локальную проводимость границы существенное влияние оказывает тетрагональная доменная структура SrTiO3. Понимание взаимосвязи структурных и электрических характеристик оксидных гетероструктур позволит осознанно конструировать гетероструктуры с заданными характеристиками.

1. B.Kalinsky et al., Nature Mater. 12, 1091 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#553   morozov » Вт дек 31, 2013 10:32

Электронная жидкость в блюдце

В лаборатории физики низкоразмерных систем и структур ФИАН наконец-то доказали существование и подробно изучили свойства двумерной электрон-дырочной жидкости. Это в высшей степени искусственное и эфемерное образование демонстрирует изощренность современной экспериментальной техники.


Современная физика твердого тела основана на зонной теории, согласно которой энергетический спектр электронов твердого тела состоит из разрешенных зон, разделенных запрещенными зонами. В зависимости от взаимного расположения этих зон вещества делятся на металлы, полупроводники и диэлектрики. В свою очередь, полупроводники делятся узко- и широкозонные, в зависимости от величины запрещённой зоны.

Цифровой век неразрывно связан с полупроводниками. Уже нельзя представить возможным проведение эксперимента без полупроводниковой техники и работы любого бытового прибора. Современная полупроводниковая техника основана на игре с размерами и на комбинировании полупроводников с различающимися запрещенными зонами. Например, полупроводниковый лазер – это p-n переход из двух элементов с разными типами носителей, транзистор – более сложный, состоящий из трех элементов, а гетероструктуры – это большие сложные «бутерброды», состоящие из комбинаций разных элементов.

Оказывается, что «внутри» полупроводника можно как бы смоделировать всю нашу вселенную со всем ее разнообразием. Роль «обычных» корпускул – протонов и электронов будут играть квазичастицы полупроводника – электроны и дырки. Стоит обратить внимание, что электрон «внутри» полупроводника совершенно не похож на своего «свободного» или «голого» собрата: массы квазичастиц могут очень сильно (в тысячи раз) отличаться от масс «обычных» частиц. Соответственно, «внутри» полупроводника можно смоделировать процессы, которые в «обычной» материи происходят, скажем, при сверхвысоких давлениях. В данном случае удалось получить чисто двухмерную систему, которую в обычной жизни не увидишь.

Объектом исследований лаборатории физики низкоразмерных систем и структур ФИАН была полупроводниковая гетероструктура на основе германия и кремния.

«Если сделать квантовую яму достаточно узкой, например шириной в 2-5 нм, мы сможем в некоторых случаях рассматривать эту систему как двумерную. В такой системе можно наблюдать связанные состояния электрона и дырки, они же экситоны. Экситоны в объемном полупроводнике по своим свойствам очень похожи на атом водорода и способны, подобно нему, образовывать экситонные молекулы – биэкситоны. Аналогичные состояния можно получить в квантовой яме, только в данном случае экситоны будут двумерные. Так мы получаем двумерный экситонный газ. Как и большинство обычных газов, при достаточно высокой плотности или низкой температуре его можно сконденсировать» – комментирует старший научный сотрудник ФИАН Владимир Святославович Кривобок

В результате такого процесса получается электрон-дырочная жидкость. Существование трехмерной электрон-дырочной жидкости было постулировано теоретически Леонидом Вениаминовичем Келдышем в 1968 году. Затем она была обнаружена и исследована экспериментально, что позволило значительно продвинуть физику полупроводников. Впоследствии, при переходе к исследованиям гетероструктур, были высказаны предположения о существовании в слоистых полупроводниковых структурах двухмерной и квазидвухмерной электронно-дырочной жидкости. И вот получены результаты детальных комплексных экспериментов, в которых показано существование именно двухмерной жидкости. Механика формирования электрон-дырочной жидкости проста. Гетероструктура подвергается воздействию наносекундного лазерного импульса, в ней образуется неравновесная электрон-дырочная плазма, по мере релаксации которой формируются экситонные капли. Последующее испарение капель позволяет наблюдать фазовый переход, «газ-жидкость» аналогичный испарению обычной воды в блюдце. Только в данном случае испарение происходит в двумерной системе.

Одной из основных особенностей экситонного газа в двухмерной яме является динамика фазового перехода, которая связана с переходом вещества из проводящего состояния в диэлектрическое. Именно поэтому плазма, имеющая свойства металла, переходит в диэлектрический газ.

Исследования могут найти большую область применения, как в фундаментальных, так и в прикладных задачах. Комментирует Владимир Святославович:

«Интересной является сама возможность создания подобной жидкости. А точнее – то, что свойства этой квантовой жидкости меняются в зависимости от различных параметров. Еще одной особенностью является тот факт, что при низких температурах в двумерной системе даже экранированное кулоновское взаимодействие приводит к образованию связанных состояний. Таким образом возникают корреляции между электроном и дыркой даже в плотной электрон-дырочной жидкости. Это очень похоже на связанные состояния куперовских пар, что, как нам известно, приводит к явлению сверхтекучести.»

Новые данные, полученные о многочастичных взаимодействиях в двухмерных системах, могут быть полезны при создании новых источников излучения. В основе таких источников лежат ранее не использованные физические принципы, совместимые с существующими кремниевыми технологиями. Как известно, в сверхтекучей фазе макроскопические ансамбли частиц демонстрируют когерентность, что в свою очередь может использоваться в квантовых компьютерах и когерентных источниках излучения.

Б. Массалимов, АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#554   morozov » Ср янв 01, 2014 9:57

Получены самые точные за всю историю снимки Солнца
Впечатляющие снимки Солнца, полученные в ходе запуска рекордного по точности солнечного телескопа NASA - High Resolution Coronal Imager (HI-C), стали доступны специалистам. В число ученых, которые будут принимать участие в их научной интерпретации, входят сотрудники ФИАН, доктора физ.-мат. наук Сергей Богачев и Сергей Кузин, которые являются соруководителями реализованного проекта.

Самые детальные на сегодняшний день снимки солнечной короны в крайнем УФ диапазоне опубликованы NASA несколько дней назад. Изображения получены уникальным солнечным инструментом, телескопом HI-C, запуск которого состоялся 11 июля 2012 года. До этого момента рекордными по точности считались снимки солнечной обсерватории SDO (Solar Dynamics Observatory, NASA), угловое разрешение которых составляет 0.6 угловых секунд. Фотографии, полученные в ходе запуска HI-C, обладают более чем в 5 раз лучшим разрешением. Если SDO способно детализировать области Солнца с точностью до 420 км, то на снимках HI-C минимально различимые детали имеют до 85 км в длину.
Всего за время работы телескопа, которое составило чуть больше 10 минут, было сделано 165 снимков короны в спектральной линии железа - 193 ангстрем. В качестве объекта наблюдения заранее, еще до старта, была выбрана активная область N 1520, которая во время запуска ракеты располагалась почти точно на линии Солнце Земля, то есть в идеальной проекции для наблюдений.
Изображение
Сравнение изображения, полученного с помощью инструмента HI-C, и снимка того же участка, сделанного с помощью телескопа AIA, размещенного на солнечной обсерватории NASA SDO

Результаты эксперимента комментирует соруководитель проекта, доктор физико-математических наук Сергей Богачев: "Наблюдения короны Солнца с предельным пространственным разрешением всегда интересовали астрофизиков. Дело здесь не только в простом любопытстве - увидеть своими глазами то, что до этого не видел никто. Для таких экспериментов есть и более серьезные причины. Дело в том, что по современным представлениям в основе многих крупномасштабных событий на Солнце лежат разного рода микропроцессы. Наиболее известный пример такого рода - это формирование горячей короны Солнца".

Хорошо известно, что у Солнца, как и у звезд солнечного типа, при относительно холодной поверхности (несколько тысяч градусов) наблюдаются необычайно горячая атмосфера (корона) с температурой миллион градусов и выше. Объяснить ее происхождение за счет нагрева солнечными вспышками невозможно хотя бы по той причине, что в годы солнечного минимума на Солнце в течение нескольких месяцев может не наблюдаться ни одной вспышки. Корона Солнца не только не остывает в эти периоды, но, кажется, вообще не реагирует на изменения крупномасштабной солнечной активности. Именно поэтому по современным представлениям корона греется не крупными вспышками, а множеством микрособытий, каждое из которых дает очень малый вклад в нагрев, но вместе они обеспечивают колоссальное энерговыделение, которое, как считается, в тысячи и десятки тысяч раз является более мощным, чем "видимая" часть солнечной активности. Вспышки и выбросы, подвластные сейчас наблюдениям, это лишь вершина айсберга, основная часть которого скрыта. Стремление впервые в мире увидеть эту скрытую часть и является главной причиной эксперимента HI-C.

"В настоящее время очевидно, что эксперимент удался, - говорит Сергей Богачев. - Ракета успешно взлетела и вернула на Землю кадры, точность которых даже сейчас, до проведения специализированной обработки, в 3 раза выше, чем точность кадров с SDO. Второе, что важно, так это получение довольно большого числа кадров - 165. Это означает, что те события, которые будут обнаружены на снимках, будут видны не только в статике, но и в динамике".
Изображение

Масштаб изображений - чрезвычайно мал. Это особенно хорошо видно на рисунке выше, где на верхней панели показано южное полушарие Солнца, на котором прямоугольником обозначен фрагмент Солнца, наблюдавшийся HI-C, а на нижней панели - полученное HI-C изображение.

"Главный вывод, который можно сделать даже до обработки изображений, это то, что даже в таком малом масштабе Солнце имеет очень сложную структуру. Представим себе лес, в котором существуют большие деревья. Если мы увеличим детализацию, то сможем различать уже не только деревья, но и кустарник. Это, можно сказать, уже следующий уровень физики Солнца. Если еще улучшим качество, то начнем видеть и траву, а следующим шагом может быть уже и мох на деревьях. То есть, чем дальше, тем больше новых структур мы открываем, и тем полнее становится наше представление об объекте", - поясняет Богачев.

На кадрах HI-C видно огромное число тонких структур, топология которых не похожа на топологию большого Солнца и оттого непривычна для специалистов. Одной из первых целей обработки данных HI-C, скорее всего, будет именно топологическое исследование мелкомасштабных структур и их сравнение с топологией глобальной солнечной короны. Вторым объектом поиска могут стать микровспышки - с помощью компьютерной обработки будут выискиваться очень быстрые "микроуярчения", существующие всего 1-2 кадра.

"Лично мне также очень интересна задача поиска очень малых колебаний солнечных структур, - делится Сергей. - Важно понять, что представляет собой Солнце в таком масштабе и насколько оно похоже на крупное, знакомое нам Солнце. Это очень тонкая и кропотливая работа. Ведь кустарник, на первый взгляд, похож на большое дерево - тот же ствол, ветки, листья. И только при внимательном изучении становится понятно, что это совершенно иной объект. Так и здесь, только тщательный анализ всех кадров позволит установить, где на них мы видим известные нам объекты и явления, отличающиеся только масштабом, а где - принципиально новые структуры".

Однако для ФИАНа успешный запуск HI-C важен не только в связи с получением уникальных на сегодняшний день снимков, есть и другая причина. Через несколько лет России предстоит вывести на орбиту солнечный телескоп с угловым разрешением примерно в 2 раза выше разрешения HI-C. Речь идет о проекте "Арка", который реализуется ФИАНом совместно с НПО им. С.А. Лавочкина.

"Успешный запуск HI-C, в котором мы участвовали, придает нам уверенности и в нашей собственной работе", - подытоживает Сергей Богачев.

По материалам АНИ "ФИАН-информ"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 33097
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#555   morozov » Чт янв 02, 2014 1:45

Новый метод получения больших энергий на основе управляемого метода коллективного ускорения ионов

Стоимость строительства новых ускорителей заряженных частиц становится настолько большой, что инвестировать в него достаточные средства неспособна даже самая крупная экономика. Происходит, в некотором смысле, скрытая гонка за изобретениями, которые могут кардинально изменить существующие реалии. Нужны новые решения, новые методы ускорения и более продуктивные технологии в этой сфере.

История коллективного метода ускорения ионов началась еще в 1956 году, когда отечественными физиками В.И. Векслером, Г.И. Будкером и Я.Б. Файнбергом впервые была предложена концепция данного метода.

«Искусственное получение пучков протонов и электронов огромной энергии дало возможность исследовать и открыть ряд явлений, имеющих принципиальное значение для физики атомного ядра и естествознания в целом. Возникла новая, пожалуй, наиболее перспективная область современной ядерной физики — физика частиц высоких энергий. Темпы развития этой новой области необычайны.» - писал В.И. Векслер в 1958 году.

Суть коллективных методов ускорения состоит в том, что ионы ускоряются не внешним электрическим полем (в отличие от других типов ускорителей), а собственным электрическим полем, возникающем в результате разделения зарядов. Разделение зарядов в плазме на микроскопическом уровне приводит к появлению гигантских электрических полей. Однако здесь известные коллективные методы столкнулись с проблемой срыва ускорения ионов, что существенно осложнило их дальнейшее развитие.

Ученым во главе с академиком РАН Г.А. Месяцем удалось разработать технологию управляемого коллективного ускорения ионов, которая позволяет избежать разрыва электронной и ионной компонент сгустков и избежать срыва ускорения ионов, а также развития многочисленных неусточивостей.

Рассказывает один из авторов метода, д.ф.-м.н., старший научный сотрудник ФИАН Сергей Александрович Баренгольц: «Метод основан на использовании сильноточных пикосекундных электронных пучков, получаемых в результате взрывной электронной эмиссии, то есть испускании электронов в результате локальных взрывов микроскопических областей эмиттера и магнитной системы типа «касп». В предложенном методе набор энергии ионов осуществляется за счет большого собственного электрического поля электронного сгустка. Движение электронного сгустка управляется системой витков с программируемыми импульсными токами таким образом, чтобы обеспечить в среднем синхронное продвижение сгустков вдоль системы витков с набором энергии ионов на каждом отдельном шаге».
Изображение
На рисунке: Принципиальная схема установки для управляемого
коллективного ускорения ионов (предоставлено автором)


Пучки ионов больших энергий могут найти практическое применение для решения проблем энергетики: инерционного термоядерного синтеза и разработки электро-ядерного получения энергии, а также быть использованы для трансмутации ядерных отходов. Однако в целом, будущие результаты сложно ограничить рамками узкого применения. Когда речь идет о получении больших энергий, данный метод является своего рода генератором большого количества других новых технологий и научных открытий. В частности, на его основе возможно создание компактных установок для получения мощных ионных пучков короткой длительности для изучения новых эффектов в биологии и медицине и материаловедении.

Авторский коллектив Н.С. Азарян, С. А. Баренгольц, Г. А. Месяц, Э. А. Перельштейн и В. П. Тараканов подал заявку на патент № 2012120505.


Е.Барчугова, АНИ "ФИАН-информ"
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»