Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#811   morozov » Ср сен 28, 2016 14:03

Совмещение рентгеновского и оптического фокусов на алмазе делает рентгеновский пучок видимым

Основной тренд развития современного аналитического приборостроения – создание компактных измерительных систем настольного (table-top) и наладóнного (palm-top) типов. Для их практической реализации в системах рентгеновской аналитики и диагностики, которые играют важнейшую роль в медицине, промышленности и науке, необходимо создание компактных и ярких микрофокусных источников рентгеновского излучения.

Специалисты ФИАН совместно с партнерами из ООО «МЭЛЗ», ФГУП НПП «ИСТОК» и ТОО «Ангстрем» успешно решили эту проблему.



Рассказывает зав лабораторией рентгеновских методов диагностики наноструктур ФИАН, доктор физ.-мат. наук Александр Георгиевич Турьянский.



Нами разработан опытный экземпляр компактного микрофокусного рентгеновского генератора с размером фокуса порядка 10 микрон. Собственно источником излучения является миниатюрная рентгеновская трубка диаметром 20 мм и длиной 75 мм. Разумеется, микрофокусные источники рентгеновского излучения – это не новинка. Они изготавливаются рядом ведущих компаний в США, Японии и Германии и широко применяются для инспекции промышленных изделий и в медико-биологической диагностике. Но они базируются на габаритных системах магнитной фокусировки. В корпусе нашей трубки установлена двухступенчатая система электростатической фокусировки электронов. Это позволило отказаться от систем магнитной фокусировки и резко сократить вес и размеры и энергопотребление. В частности, вес нашей трубки всего около 20 г.
Изображение

Общий вид микрофокусной рентгеновской трубки.
Размер рентгеновской трубки составляет ~3” (7,62 см)


Другая принципиальная особенность нового источника заключается в том, что тонкопленочный металлический анод нанесен на оптически актированную прозрачную алмазную подложку, которая одновременно является выходным окном трубки. Рекордно высокая теплопроводность алмаза позволяет, во-первых, в несколько раз увеличить яркость рентгеновского фокуса. Во-вторых, при оптимальном выборе толщины тонкопленочного анода и ускоряющего напряжения падающими на анод электронами одновременно генерируется интенсивное рентгеновское излучение в металлической пленке и оптическое излучение в алмазной подложке. При этом положение и размер оптического и рентгеновского фокусов оказываются практически совмещены. Благодаря прозрачности алмазной подложки в рентгеновском и оптическом диапазонах рентгеновское излучение становится видимым!
Изображение

Свечение ромбовидной пластины алмаза под действием высокоэнергетичных фотоэлектронов.
Эксперимент на синхротроне ESRF (точка ввода пучка показана стрелкой)

Поскольку один и тот же пучок электронов вызывает оба типа излучений – рентгеновское и оптическое, – то фактически мы видим рентгеновский фокус, – поясняет Александр Георгиевич. – Такая визуализация рентгеновского излучения решает проблемы с юстировкой рентгеновского оборудования и детальным измерением характеристик фокусного пятна. Но, пожалуй, наиболее важно, что визуализация рентгеновского излучения обеспечивает кардинальное улучшение безопасности эксплуатации работы, поскольку источник используется настольных приборах.

Изображение
Моноблок с рентгеновской трубкой и высоковольтным источником

Перечисленные характеристики разработанного источника открывают новые возможности для широкого применения: в промышленности (контроль дефектов, локальный анализ состава и структуры), в медико-биологической диагностике и в научной аналитике. При использовании фокусирующих рентгеновских зеркал и поликапилляров потоки излучения могут быть увеличены в сотни раз. Источник запатентован в России, и в настоящее время совместно с ТОО «Ангстрем» патентуется в США и Европе.



Беседовала Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#812   morozov » Пт окт 07, 2016 5:16

Электростатическое надувание магнитных пузырей

В традиционной теории цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) считается, что их образование определяется балансом сил поверхностного натяжения доменных границ (что делает их похожими на мыльные пузыри и объясняет английское название — bubble domains) и магнитостатических сил, включающих как взаимодействие с внешним магнитным полем, так и магнитное диполь-дипольное взаимодействие различных областей образца друг с другом. Однако, как показали в своей экспериментальной работе [1] ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова, на процесс зарождения и стабильность ЦМД в присутствии электрического поля или электрической поляризации существенное влияние оказывает третья, магнитоэлектрическая сила, до того в теории ЦМД не рассматриваемая.

Эксперименты проводили на образце пленки феррита-граната, в котором ранее наблюдалось сильное магнитоэлектрическое взаимодействие, проявляющееся в смещении магнитных доменных границ в градиентном электрическом поле электрода-иглы [2]. Позже И.Е. Дзялошинский, рассмотрев схожую ситуацию, предсказал, что наряду с движением доменной границы возможен и более сильный эффект – зарождение магнитной доменной границы в электрическом поле [3]. Учитывая малость области под иглой, в которой электрическое поле сильно, зарождение протяженной границы маловероятно, а вот такой локализованный объект, как ЦМД, образоваться может. В поле электрода возникают силы, действующие на противоположные края ЦМД, которые растягивают домен (см. рис.). Как предполагают авторы [1], это связано с различной хиральностью доменных границ на двух краях ЦМД, что согласно теории неоднородного магнитоэлектричес-кого взаимодействия [4] означает их противоположную электрическую поляризацию.

Изображение

Зарождение ЦМД электрическим зондом [1]: магнитооптическая визуализация
в фарадеевской геометрии (темная область – изображение иглы-электрода,
эллиптический объект справа от точки контакта кончика иглы и поверхности образца – ЦМД).


Заметим, что данный электростатический метод зарождения магнитных неоднородностей предпочтительнее описанного ранее способа “надувания” ЦМД и скирмионов спин-поляризованным током [5], поскольку не требует токов высокой плотности.

А. Пятаков

1. Д.П.Куликова и др., Письма в ЖЭТФ 104, 196 (2016).
2. А.С.Логгинов и др., Письма в ЖЭТФ 86, 124 (2007).
3. I.Dzyaloshinskii, Europhys. Lett. 833, 67001 (2008).
4. В.Г.Барьяхтар, В.А.Львов, Д.А.Яблонский, Письма в ЖЭТФ 377, 565 (1983).
5. W.Jiang et al., Science 3499, 283 (2015).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#813   morozov » Вт окт 11, 2016 2:00

Притяжение из отталкивания

Согласно закону Кулона, электроны отталкиваются друг от друга. В твердых телах это отталкивание, однако, может смениться эффективным притяжением. Так, например, в сверхпроводниках электроны притягиваются благодаря их взаимодействию с колебаниями решетки – фононами. Такое притяжение, впрочем, весьма слабое, поэтому для фононной сверхпроводимости характерны довольно низкие значения критической температуры Tc. Пятьдесят лет назад Литтл предположил [1], что роль фононов могут играть другие электроны, а именно – электронные возбуждения, именуемые экситонами.

Изображение
a - Иллюстрация идеи Литтла [1]. Два электрона (синие шарики) образуют связанную пару благодаря тому, что
один электрон поляризует двухатомную молекулу (красные шарики), создавая в ней область положительного заряда, а второй электрон притягивается к этой области.

b - В работе [2] роль двухатомной молекулы играла пара потенциальных ям (оранжевые шарики) в углеродной нанотрубке. Взаимодействие с находящимися в этих ямах электронами приводило к взаимному притяжению электронов в другой (перпендикулярной) нанотрубке.



Энергия у экситонов гораздо больше, чем у фононов, поэтому обмен экситонами должен приводить к более прочной связи электронов в парах и, соответственно, к более высоким Tc. Однако, несмотря на значительные усилия, материалы с экситонным механизмом сверхпроводимости так и не были обнаружены.

В работе [2] (Израиль, Германия) экспериментально показано, что электроны в углеродной нано-трубке притягиваются друг к другу за счет их взаимодействия с электронами другой нанотрубки (см. рис.). Вывод авторов основан на результатах измерения ВАХ и показаниях электрометров, встроенных в нанотрубки. Конечно, об экситонной сверхпроводимости говорить пока рано. И все же сам факт, что кулоновское отталкивание действительно может приводить к притяжению, весьма примечателен.

По материалам заметки
“Attractive electrons from nanoengineering”,
T.Kontos, Nature 535, 362 (2016)

1. W.A.Little, Phys. Rev. 134, A1416 (1964).

2. A.Hano et al., Nature 535, 395 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#814   morozov » Ср окт 12, 2016 3:31

Десорбция водорода из углеродных нанониток

ПерсТ уже сообщал (т. 21, вып. 24, 2014) об открытии новых квазиодномерных углеродно-водородных материалов – нанониток с алмазоподобной структурой [1]. Они образуются при сильном сжатии бензола и представляют собой полностью насыщенные водородом нанотрубки (3,0) с хаотически распределенными по их длине дефектными участками, в каждом из которых две связи С–С повернуты (вместе с адсорбированными атомами водорода) на угол » 900 (рис. 1).

Изображение

Рис. 1. Углеродная нанонитка.

В работе [2] термическая устойчивость нанониток изучена путем компьютерного моделирования с использованием метода молекулярной динамики. Модельным образцом служила короткая нанонитка С120Н120 с одним дефектным участком (рис. 2).
Изображение

Рис. 2. Нанонитка С120Н120 с одним дефектным участком.

Выяснилось, что основной причиной утраты нанонитками их специфической структуры является термоактивированная десорбция водорода, тогда как углеродный каркас при нагревании за редким исключением сохраняет свою целостность. Интересно, что после десорбции нескольких процентов атомов водорода механическая прочность нанониток практически не изменяется.

1. T.C.Fitzgibbons et al., Nature Mater. 14, 43 (2015).

2. Л.А.Опенов, А.И.Подливаев, Письма в ЖЭТФ 104, 192 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#815   morozov » Ср окт 12, 2016 20:00

Программируемый квантовый компьютер с атомными кубитами

Первые квантовые компьютеры уже начинают выходить за пределы физических лабораторий и появляться на рынке. Но каждое из этих сложнейших устройств “заточено” лишь под какую-то одну конкретную задачу. В этом они пока проигрывают обычным компьютерам, допускающим запуск самых различных программ на одном и том же “железе”. В работе [1] продемонстрирован программируемый пятикубитный квантовый компьютер на основе ионов 171Yb+ в линейной магнитной ловушке (см. рис.).
Изображение
Схематическое изображение квантового компьютера из работы [1].

Индивидуальная адресация всех кубитов осуществлялась посредством лазерных импульсов. Ошибки при инициализации кубитов, однокубитных операциях, перепутывании пары кубитов и “считывании” итоговых квантовых состояний возникали менее чем в 2% времени работы. В компьютере имеется и “компилятор”, который преобразует квантовую программу (тот или иной квантовый алгоритм) в определенную последовательность лазерных импульсов. Авторы продемонстрировали работу своего детища на примере нескольких алгоритмов, включая алгоритм Дейча и квантовое преобразование Фурье. Для увеличения числа кубитов можно попробовать использовать двумерные ловушки. Более кардинальное решение проблемы масштабируемости заключается в переходе от ионных кубитов к сверхпроводниковым.

Л.Опенов

1. S.Debnath et al., Nature 536, 63 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

potoksoznanya
Сообщения: 1112
Зарегистрирован: Вс фев 02, 2014 3:24

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#816   potoksoznanya » Ср окт 12, 2016 21:47

Десорбция водорода из углеродных нанониток

Ну, короткие обрезки сшитых полимеры. Известно, что сшитые
полимеры - более термически устойчивые, чем линейные.

http://perst.issp.ras.ru/Control/Inform ... /perst.htm:
В работе [1] сообщается об успешном синтезе квазиодномерного нановещества с локально алмазоподобной структурой. Оно образуется из бензола под давлением 20 ГПа и представляет собой связки углеродных нанонитей (nanothreads), покрытых водородом.
Что-то я сомневаюсь, что не образуется разветвлений главной
цепи.
Такие нанонити могут получаться из нанотрубок (3,0)
Может, так в реальности и получались, а не из бензола?


Л.А.Опенов, А.И.Подливаев, Письма в ЖЭТФ 104, 192 (2016).
http://www.jetpletters.ac.ru/ps/2134/ar ... 2024.shtml
Порадовало, что авторы, по их же признанию, визуально определяли момент десорбции атома. Автоматизировать этот процесс, видимо, было некому?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#817   morozov » Пт окт 14, 2016 3:01

Новый наноструктурный фильтр для удаления вирусов из воды

Загрязнённая вода может служить переносчиком различных болезней, в том числе и очень серьёзных, – диареи, холеры, дизентерии, брюшного тифа, гепатита и др. По оценкам ВОЗ минимум 1,8 миллиардов человек пользуются источниками питьевой воды, загрязненной фекальными веществами. Только от диареи из-за небезопасной питьевой воды (и небезопасных санитарных условий) ежегодно умирают 842 000 человек [1]. Высокую опасность представляют переносимые водой вирусы* – аденовирусы, энтеровирусы, ротавирусы, вирусы гепатита и другие. Они хорошо выживают в системах водоснабжения. Для борьбы с ними используют химические и физические методы. Хлорирование воды, которое начали применять в конце XIX – начале XX века во время эпидемий холеры, и сейчас является наиболее распространенным химическим способом дезинфекции воды. Однако при хлорировании в воде образуются вредные побочные продукты и, кроме того, некоторые вирусы устойчивы к воздействию хлора. Для очистки воды также используют мембранные методы. Фильтрация способна создавать эффективные физические барьеры для всех микроорганизмов. К сожалению, коммерческие мембранные фильтры, которые производят из синтетических полимеров, не обеспечивают достаточный поток и не способны удалять парвовирусы**. Лишь несколько вариантов, например половолоконные фильтры PlanovaTM, обладают нужными характеристиками, но их стоимость очень высока. Такие фильтры применяют в биофармацевтике, но не для очистки воды. Новым поколением мембран для фильтрации и дезинфекции воды являются мембраны на основе графена и углеродных нанотрубок. Они отличаются высокой скоростью пропускания воды, исключительной селективностью, сильными противомикробными свойствами. Однако говорить о внедрении пока рано – лишь малая часть таких мембран и фильтров находится на стадии пилотных испытаний [2].

Недавно ученые из Швеции и Германии предложили новый эффективный и недорогой фильтр для удаления вирусов из воды [3]. Фильтр изготовлен методом горячего прессования нановолокон целлюлозы (аналогично традиционному производству бумаги). Использовали целлюлозу, полученную из зеленых водорослей. У нового фильтра очень интересная слойная структура (рис. 1).
ИзображениеИзображение
Рис. 1. Сечение целлюлозного фильтра при разном увеличении.
Авторы [3] сравнивают свой фильтр со знаменитой французской слоёной выпечкой “Мильфей” (фр. Millefeuille – тысяча листов). Как известно, у нас в России это – “Наполеон” (название, скорее всего, не имеет отношения к французскому императору). Фильтр “Мильфей” состоит из нанопористых слоев целлюлозных нановолокон. Такая структура оказалась чрезвычайно эффективной для удаления не только крупных вирусов (гриппа, ретровирусов), но даже самых мелких, устойчивых к дезинфекции парвовирусов. Распределение пор по размерам и зависимость величины потока от давления для фильтров разной толщины представлены на рис. 2. Приведены также фотографии фильтров разной толщины. Все фильтры (кроме самого тонкого) имеют поры в нужном диапазоне размеров (14-24 нм). Целостность фильтров при повышении давления до 6 бар не нарушается, достаточно использовать в качестве опоры обычную фильтровальную бумагу (испытания при более высоких давлениях не проводили).
Изображение
Рис. 2. A: зависимости величины потока от давления для фильтров разной толщины.
B: распределение пор по размерам в зависимости от толщины фильтра.
Внизу: фотографии фильтров разной толщины (слева направо 6, 10, 16, 21, 32 и 67 мкм).
Стандартный тест с использованием раствора золотых наночастиц размером 20 и 50 нм подтвердил высокое качество фильтров – и те, и другие наночастицы были полностью задержаны фильтрами. Кроме того, ученые проверили эффективность фильтрации парвовирусов на примере мелкого вируса мышей МВМ (18-20 нм). Считается, что это “наихудший вариант” модельной системы, т.к. МВМ чрезвычайно устойчив к химической и физической инактивации. Впервые показано, что фильтр, на 100% состоящий из природной целлюлозы, удаляет парвовирусы МВМ. Остаточной инфективности нет. Для фильтров толщиной 32 и
67 мкм продемонстрирована эффективность более 99,999%, то есть на уровне лучших моделей, применяемых в биотехнологии. Стоимость последних высока – в диапазоне 2000-5000 $/м2, в то время как целлюлоза – недорогой, доступный, нетоксичный, инертный материал. Результаты работы [3] подсказывают новые пути решения проблемы очистки воды.

_________________

*Вирусы (лат. virus – яд) – внутриклеточные паразиты, состоящие из молекулы РНК (или ДНК), окруженной белковыми молекулами. Вне клетки они "неживые". Впервые их существование доказал в 1892 г. русский учёный Д.И. Ивановский, основоположник вирусологии.

**Парвовирусы (от лат. parvus – маленький) – семейство самых мелких ДНК-содержащих сферических вирусов. Мелкий вирус мышей (МВМ) – первый вирус этого семейства, ДНК которого была детально охарактеризована.

1. Вода. Инф.бюлл.ВОЗ № 391 (2015) Вода. Инф. бюлл. ВОЗ № 391 (2015), http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs392/ru/

2. О.Алексеева, Вода Magazine №6(82), 30 (2014).

3. S.Gustafsson et al., Mater. Horiz. 3, 320 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#818   morozov » Сб окт 15, 2016 2:24

Быстрая передача спиновой информации между
удаленными квантовыми точками

Работа спинтронных устройств основана на поляризации спинов большого числа электронов, перемещении этих спинов на большое расстояние и их регистрации. Для этого обычно используют ферромагнитные контакты или оптические возбуждения. В настоящее время значительное внимание уделяется также одноэлектронным спиновым наноцепям.
Изображение
Гетероструктура GaAs/AlGaAs с двумя квантовыми точками.
Для передачи информации о спиновом состоянии одного электрона (“вверх” или “вниз”) и двух электронов (параллельные или антипараллельные спины) между отстоящими на 4 мкм квантовыми точками (см. рис.) авторы работы [1] (Франция, Япония, Германия) использовали поверхностные акустические волны, которые создавали в образце “движущуюся квантовую точку”. Попав в эту точку, электрон (или пара электронов) перемещался со скоростью звука из одной “стационарной” точки в другую за время 1.4 нс. Таким образом, спиновая информация передавалась не отдельно от ее носителей, а вместе с ними. Точность передачи составила 65%, будучи ограничена процессами переворота спина до начала переноса электрона (электронов) и после его завершения.

1. B.Bertrand et al., Nature Nanotech. 11, 672 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#819   morozov » Чт окт 20, 2016 2:15

Существование двухфотонного резонанса при 750 ГэВ не подтвердилось
1 октября 2016

Коллаборации ATLAS и CMS, работающие на Большом адронном коллайдере, недавно сообщали о наблюдении необычного двухфотонного резонанса при энергии 750 ГэВ со статистической значимостью ≈ 2-4 σ. Было выдвинуто множество гипотез с возможными объяснениями этого резонанса, например, предполагалось существование новых частиц. Однако по новым данным, полученным в тех же экспериментах ATLAS и CMS в 2016 г. при энергии pp-столкновений 13 ТэВ, наличие указанного резонанса не подтвердилось. Никакого статистически значимого избытка по сравнению с предсказаниями Стандартной модели не наблюдается. Этот результат в комбинации с данными, полученными ранее при 8 ТэВ, даёт ограничения на параметры некоторых моделей, привлекающих «новую физику». В частности, получены наиболее сильные на сегодняшний день ограничения на параметры гравитонов в теории Рэндалл – Сундрума, которые могли бы распадаться на два фотона. Источник: arXiv:1609.02507 [hep-ex]

Анизотропная теория Гинзбурга – Ландау для кристалла Ca0,8La0,2Fe0,98Co0,02As2
1 октября 2016

Сверхпроводники на основе железа, имеющие в своем составе кальций или редкоземельные элементы, обладают рядом интересных свойств, однако их исследование ранее было затруднено ввиду отсутствия монокристаллов хорошего качества. X. Xing (Юго-Западный Университет, г. Нанкин, КНР) и др. путем медленного нагрева и охлаждения смеси веществ в кварцевой трубке сумели синтезировать высококачественные кристаллы Ca0,8La0,2Fe0,98Co0,02As2 размером 2×1×0,05 мм3. Как оказалось, этот сверхпроводник имеет большую величину критического тока 2×106 А см-2 при температуре 5 К. Путём вариации величины и направления внешнего магнитного поля был изучен второй пик на петле гистерезиса и анизотропия верхнего критического поля. Для описания скейлинга верхнего поля применялось анизотропное обобщение теории Гинзбурга – Ландау, которое развили Г. Блаттер, В.Б. Гешкенбейн и А.И. Ларкин (см. Phys. Rev. Lett. 68 875 (1992)) в 1992 г. Изучение нормального состояния Ca0,8La0,2Fe0,98Co0,02As2 показало, что коэффициент Холла зависит от температуры немонотонно с минимумом при температуре T≈175 К, ниже которой нарушается правило Колера. Источник: Supercond. Sci. Technol. 29 055005 (2016)

Сверхпроводимость нанопроволок из NbN
1 октября 2016

К.Ю. Арутюнов (Московский институт электроники и математики и Институт физических проблем им. П.Л. Капицы, Россия) и др. изготовили набор нанопроволок из NbN с различными поперечными размерами, меньшими сверхпроводящей длины когерентности, и исследовали их электрические свойства. Измерения показали, что критический ток Tc следует классическому предсказанию теории Гинзбурга – Ландау для квазиодномерного канала Ic ∝ (1-T/Tc)3/2, а температурная зависимость сопротивления R(T) говорит об определяющей роли эффекта проскальзывания фазы, обусловленного тепловыми флуктуациями, с возможным небольшим вкладом квантового эффекта проскальзывания фазы (за счёт квантовых флуктуаций). Собственно электронные неоднородности в изучаемых нанопроволоках либо отсутствуют, либо не влияют заметно на проводимость. Аналогичные исследования неоднородностей в тонких пленках NbN ранее были затруднительны из-за шунтирования одних проводящих участков пленки другими. Источник: arXiv:1602.07932 [cond-mat.supr-con]

Аномальный эффект Доплера в бозе-эйнштейновском конденсате
1 октября 2016

Исследователи из Германии и Италии J. Marino, A. Recati и I. Carusotto обосновали идею эксперимента, в котором можно будет изучать аналоги некоторых квантовых эффектов. Предлагается наблюдать движение атомов в бозе-эйнштейновском конденсате со скоростью, превышающей скорость звука в конденсате. При этом должен иметь место аномальный эффект Доплера, который обсуждался в работах В.Л. Гинзбурга и его коллег (см., например, В.Л. Гинзбург и В.П. Фролов, Письма в ЖЭТФ 43 265 (1986)), т.е. будут происходить переходы с нижних электронных уровней атома на верхние и испускаться излучение (фононы), а энергия на переходы и излучение в этом процессе будет черпаться из кинетической энергии поступательного движения атома. Кроме того, можно будет наблюдать аналог эффекта Казимира и квантовое трение. В качестве конкретной реализации предлагается исследовать движение атомов 6Li в бозе-эйнштейновском конденсате атомов 7Li и наблюдать переходы между уровнями гипертонкого расщепления. Источник: arXiv:1605.07642 [cond-mat.quant-gas]

Чёрные дыры в шаровом скоплении
1 октября 2016

E. Dalessandro (Болонский университет, Италия) и др., наблюдая распределение по радиусу звёзд в шаровом скоплении NGC 6101, пришли к выводу, что в этом скоплении нет сегрегации масс (концентрации более массивных звёзд ближе к центру скопления), которая заведомо должна была произойти с момента его образования. M. Peuten и его коллеги из Университета Суррея (Великобритания) выполнили компьютерное моделирование динамики скопления и установили, что это противоречие можно устранить, если предположить, что достаточно большая доля ≈ 1 % всей массы скопления заключена в форме чёрных дыр звёздных масс. В качестве альтернативного объяснения обсуждается наличие в центре NGC 6101 чёрной дыры с промежуточной массой ≈103M☉. В своей работе «Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными?» (см. УФН 169 419 (1999)) В.Л. Гинзбург относил физику чёрных дыр к числу наиболее актуальных тем в астрофизике. Источник: Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 462 2333 (2016)
Новости не опубликованные в журнале


Управление намагниченностью посредством терагерцевого излучения
1 октября 2016

R. Mikhaylovskiy (Университет Неймегена, Нидерланды) и его коллеги из Германии, России и Нидерландов продемонстрировали новую методику возбуждение коллективных спиновых осцилляций большой амплитуды посредством терагерцевого излучении. Электрическая компонента электромагнитной волны взаимодействовала со спинами электронов в атомах железа в составе соединения TmFeO3. Этот нелинейный процесс по эффективности управления спинами электронов примерно на порядок величины превосходит линейный эффект Зеемана. Источники: Nature Photonics, онлайн-публикация от 3 октября 2016 г., phys.org

Отрицательная рефракция электронов в графене
5 октября 2016

C.R. Dean (Колумбийский университет, США) и его коллеги впервые обнаружили отрицательную рефракцию (отрицательный угол преломления) при прохождении электронов через p-n-переход в графене. Этот эффект аналогичен наблюдавшейся в экспериментах отрицательной рефракции фотонов в «левых» метаматериалах с отрицательными электрической и магнитной проницаемостями. Свойства таких сред были теоретически предсказаны В.Г. Веселаго в 1967 г. А возможность отрицательной рефракции электронов в графене была предсказана в 2007 г. исследователями из Колумбийского и Ланкастерского университетов. Источники: Science 353 1522 (2016), www.sciencedaily.com

Акселерометр, совмещенный с магнитометром
5 октября 2016

K.S. Hardman (Австралийский национальный университет) и др. создали атомный интерферометр, способный с высокой точностью измерять одновременно ускорение свободного падения и градиент магнитного поля. В интерферометре применяется бозе-эйнштейновский конденсат атомов рубидия, которые находятся в суперпозиции трех спиновых состояний mF=1,0,-1. Это устройство может найти применение в поиске полезных ископаемых. Источники: Phys. Rev. Lett. 117 138501 (2016), physicsworld.com
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#820   morozov » Пт окт 21, 2016 17:40

Уроки природы. Скопированные у бабочек
гироидные наноструктуры лучше оригинала!

Изучение природных наноструктур и связанных с ними функциональных свойств живых организмов помогает ученым создавать интересные биомиметические аналоги. Бабочки со структурной окраской являются одними из наиболее важных и популярных объектов исследований. Копируя микро/наноструктуру хитиновых чешуек, которыми покрыты крылья, можно синтезировать полимерные пленки, сочетающие свойства фотонного кристалла и супергидрофобность, или лёгкие светоотражающие покрытия для солнечных концентраторов (подробнее см. ПерсТ [1,2]). Как показали недавние исследования [3,4], чешуйки некоторых видов бабочек, в том числе зеленой бабочки Callophrus rubi (рис. 1А), состоят из гироидных фотонных наноструктур (рис. 1В). Гироид – непрерывная (без самопересечений) бесконечно повторяющаяся в трёх измерениях структура с минимальной поверхностью*. Материалы с такой структурой демонстрируют интересные оптические эффекты, например, круговой дихроизм (различие поглощения для света правой и левой круговых поляризаций). Однако синтезировать 3D гироидные структуры, аналогичные природным, чрезвычайно сложно. Существующие технологии либо не обеспечивают нужного разрешения (< 100 нм), либо не позволяют создать объемные наноструктуры. Ученым из Австралии впервые удалось воспроизвести гироидные наноструктуры чешуек бабочки Callophrus rubi и даже улучшить их оптические свойства (рис. 1C,D,E) [4]. Они разработали метод оптической двухлучевой литографии высокого разрешения для создания 3D структур (рис. 2) [5].

ИзображениеИзображение

Рис. 1. А - Фотография бабочки Callophrus rubi. B - SEM изображение наноструктуры, обнаруженной в крыле (периодичность ~ 350 нм). С, D - Искусственная гироидная структура, созданная авторами [4]. Постоянная решетки 360 нм, размеры 20х20х4 мкм. Е - Микроскопическое изображение искусственного гироида в отраженном белом свете. Справа приведена модель хитиновой гироидной структуры чешуйки крыла бабочки Callophrus rubi (2х2х2 элементарные ячейки) [3].

Используя свой метод, исследователи получили гироидные структуры в виде усеченных пирамидок с постоянной решетки от 300 до 550 нм (рис. 1С), механическая прочность которых выше, чем у структур, полученных методом однолучевой литографии (кстати, у природных гироидных структур в чешуйках прочность обеспечивают дополнительные соединения (рис. 1В).
Изображение
Рис. 2. Сравнение различных видов литографии:
a - электронно-лучевая обеспечивает высокое разрешение, но не годится для создания 3D структур;
b - однолучевая оптическая литография способна создать 3D структуры любой геометрии, но дифракция света ограничивает разрешение;
c - двухлучевая оптическая литография создает 3D структуры с высоким разрешением благодаря ингибирующему лучу [5].

Сине-зеленый цвет биомиметической структуры такой же, как и у крыльев бабочки (рис. 1Е). Это говорит о высоком качестве искусственных гироидов. Более того, они проявляют заметный круговой дихроизм в отличие от природных, оптические свойства которых хуже из-за структурной неоднородности. Спектры пропускания для двух гироидных структур приведены на рис. 3. Результаты экспериментов и моделирования хорошо согласуются и показывают наличие запрещенных зон и кругового дихроизма в видимом диапазоне. При изменении постоянной решетки от 360 до 300 нм структурная окраска меняется от сине-зеленой до синей.

Изображение
Рис. 3. Результаты моделирования и экспериментальные спектры пропускания гироидных структур с постоянной решетки 360 нм (А) и 300 нм (В).


Таким образом, австралийские ученые не просто скопировали гироиды бабочек, но разработали метод получения более прочных лёгких структур с регулируемыми оптическими свойствами. Они могут быть использованы в оптоэлектронных устройствах, работающих в видимом и ближнем УФ диапазоне.

О.Алексеева

____________

* Впервые гироиды были описаны в 1970 г американским ученым Аланом Шоэном, когда он работал в NASA. (A.H. Schoen “Infinite periodic minimal surfaces without self-intersections” Technical Notes TN D-5541, NASA, 1970).

1. ПерсТ 19, вып. 24, с. 3 (2012).

2. ПерсТ 22, вып. 21, с. 5 (2015).

3. B.Winter et al., PNAS 112, 12911 (2015).

4. Z.Gan et al., Science Adv. 2, e1600084 (2016).

5. Z.Gan et al., Nature Commun. 4, 2061 (2013).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#821   morozov » Вт ноя 01, 2016 0:39

Вместе сильнее: золотые наночастицы и антибиотики эффективно уничтожают
бактерии даже в биопленках


Устойчивость к противомикробным препаратам (противогрибковым, противовирусным, противомалярийным и антибиотикам) в последнее время стала одной из серьезнейших угроз для здоровья людей. На 71-ой Генассамблее ООН в сентябре 2016 г. руководители стран мира продемонстрировали беспрецедентное внимание к этой проблеме и обязались предпринять масштабные и координированные действия для ее решения [1]. Это всего лишь четвертый случай обсуждения вопросов здравоохранения на таком высоком уровне (первые три – ВИЧ, неинфекционные заболевания и Эбола). Руководители стран также признали необходимость содействия разработке инновационных и альтернативных подходов. Во всем мире ученые пытаются найти новые решения. Недавно американские исследователи (Univ. of Arkansas) предложили использовать для борьбы с бактериями совместное действие золотых наночастиц и антибиотиков нового поколения [2]. Всем известно, что антибиотики долгое время были важнейшими средствами профилактики и лечения бактериальных инфекций. Однако в последние десятилетия резко выросло число случаев как внутрибольничных, так и внебольничных инфекций, вызванных бактериями, устойчивыми к этим препаратам. Прежде всего, это касается золотистого стафилококка Staphylococcus aureus. Постоянно ведется разработка новых антибиотиков, но бактерии быстро формируют устойчивые штаммы.
Изображение
Рис. 1. Схема синтеза наноструктур:
i - in situ полимеризация допамина и образование AuNC@PDA;
ii - “загрузка” антибиотика даптомицина (синтез синтез AuNC@Dap/PDA);
iii - присоединение антител (синтез AuNC@Dap/PDA-aSpa).
Авторы работы [2] синтезировали золотые нано-клетки (AuNC), покрытые полимерной оболочкой (PDA) с антибиотиком даптомицином (Dap) и антителами (aSpa) (рис. 1). Даптомицин, представитель нового класса антибиотиков, активен в отношении стафилококка S. Aureus, который исследователи выбрали для своих экспериментов как пример наиболее устойчивой и очень распространенной бактерии. Для того, что обеспечить целевую доставку к клеткам бактерии, добавили антитела белка А стафилококка S. Aureus (золотистый стафилококк использует этот белок для выживания в организме “хозяина”). TEM изображения наноструктур AuNC и AuNC@PDA приведены на рис. 2.
Изображение

Рис. 2. TEM изображения AuNC (слева) и AuNC@PDA (справа).
Как хорошо известно, золотые наночастицы обладают уникальными оптическими свойствами, связанными с возбуждением локализованных поверхностных плазмонов под действием внешних электромагнитных волн. Тепловой эффект, возникающий при лазерном облучении, позволяет использовать наночастицы для фототермической терапии или уничтожения бактерий. ПерсТ недавно рассказывал о работе исследователей из Univ. of Houston (США), которые синтезировали структуру из пористых золотых нанодисков (NPGD), способную за секунды уничтожать патогенные бактерии при воздействии лазерного излучения [3]. Эти структуры можно, например, применять для дезинфекции загрязненных жидкостей.

Авторы [2] использовали диодный лазер, соответствующий современным нормам безопасности (длина волны 808 нм, мощность 0,75 Вт). Смеси суспензий бактерий и наноструктур на основе золота облучали 10 мин. Температура при этом повышалась до 50-55оС. Жизнеспособность бактерий оценивали сразу после лазерного воздействия (t=0) и через 24 ч инкубации с наночастицами (t=24 ч). Результаты показали, что при использовании AuNC@PDA при t=0 число живых бактерий равно нулю (точнее, ниже предела измерения), однако через 24 ч оно возвращается к контрольной величиине до лазерного воздействия (рис. 3, группа 5). Заметим, что облучение бактерий без AuNC не влияет на число живых бактерий, так же, как не влияют и золотые наночастицы без облучения (рис. 3, группы 2-4). Таким образом, одного фототермического эффекта оказалось недостаточно для эффективного уничтожения бактерий.

Изображение
Рис. 3. Число живых бактерий S. Aureus при t=0 (левые столбики)
и при t=24 ч (правые столбики):
1 - контрольный образец;
2 - AuNC без лазерного воздействия;
3 - AuNC@PDA без лазерного воздействия;
4 - лазерное облучение;
5 - AuNC@PDA + лазерное воздействие.

Изображение
Рис. 4. Уничтожение бактерий в модельной биопленке при разном
воздействии (левые столбики соответствуют t=0, правые - t=24 ч :
1 - контрольный образец;
2 - антибиотик допамин;
3 - AuNC@PDA + лазерное воздействие;
4 - AuNC@PDA-aSpa + лазерное воздействие;
5 - AuNC@Dap/PDA + лазерное воздействие;
6 - AuNC@Dap/PDA-aSpa + лазерное воздействие.

В последующих экспериментах авторы [2] применили лазерное воздействие на наноструктуры с антибиотиком допамином и выяснили, что в этом случае живые бактерии не появляются и через 24 ч инкубации. Благодаря нагреву расширяется полимерная оболочка AuNC, и выделяется антибиотик. Эффективность борьбы с бактериями возрастает благодаря синергетическому эффекту. В присутствии антибиотика без AuNC число живых бактерей при t=0 остается неизменным. Правда, через 24 ч число живых бактерий под действием доп-амина снизилось, но даже этому новому перспективному антибиотику оказалось не под силу уничтожить их в биопленке (рис. 4, группа 2). С этой задачей успешно справились наноструктуры AuNC@Dap/PDA-aSpa благодаря синергетическому действию наноструктур и антибиотика, а также целевой доставке с помощью антител (рис. 4, группа 6). Только этот вариант обеспечил полное уничтожение бактерий как при t=0, так и при t=24 ч. Это очень важный результат. До 80% всех бактериальных инфекций связано с образованием биопленок, микробных сообществ, в которых бактерии имеют повышенную выживаемость и значительно более высокую устойчивость к антибиотикам. Биопленочными инфекциями обусловлены многие заболевания дыхательной системы, патология зубов и околозубных тканей, остеомиелит, инфекции мочевыводящих путей. Стафилококковые биопленки, в основном S. Aureus, развиваются на поверхности протезов, катетеров, имплантатов (например, коленных и тазобедренных суставов). В целом действие механизма уничтожения бактерий можно схематически представить следующим образом (рис. 5):
Изображение
Рис. 5. Фотоактивация наноструктур, приводящая к синергетическому уничтожению бактерий с помощью антибиотиков и фототермического эффекта. Антитела белка А S. Aureus обеспечивают целевую доставку.
В планах авторов оценить и оптимизировать новый подход для условий in vivo, а также распространить его на другие бактерии. Одно из перспективных применений – при травмах или хирургических операциях, когда нужна обработка открытой раны.

О.Алексеева

1. Новости ВОЗ. 21.09.2016; http://www.who.int/mediacentre/news/rel ... stance/ru/

2. D.G.Meeker et al., ACS Infect. Dis. 2, 241 (2016).

3. ПерсТ 23, вып. 9/10, с.3 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#822   morozov » Чт ноя 03, 2016 4:29

Квантовая H-теорема
1 ноября 2016

В теории квантовой информации были получены теоремы о неуменьшении квантовой энтропии, напоминающие H-теорему Больцмана в классической статистике. В частности, было показано, что энтропия квантовой системы не убывает, если её эволюция идёт в так называемом унитальном квантовом канале. Г.Б. Лесовик (Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау, Россия) и др., основываясь на этом результате, сформулировали квантовую H-теорему в терминах физически наблюдаемых величин, относящихся к взаимодействиям системы с её окружением (резервуаром). Предполагалось, что рассматриваемая система квазиизолирована по энергии, но её взаимодействие с резервуаром меняет фазы квантовых состояний. При сформулированных в теореме условиях, ограничивающих характер допустимых взаимодействий с резервуаром, квантовая энтропия системы не должна уменьшаться, что в работе Г.Б. Лесовика и др. продемонстрировано на ряде примеров. Были рассмотрены модели рассеяния электронов на потенциальных барьерах и на двухуровневой системе, а также взаимодействие электронов с фононами при энергиях, превышающих энергию Дебая, и показано, что в этих случаях условия теоремы выполнены, и квантовая энтропия не уменьшается. Источник: Scientific Reports 6 32815 (2016)

Длительная квантовая когерентность
1 ноября 2016

Сохранение квантовой когерентности в течение длительного времени является принципиально важной задачей при создании устройств, обрабатывающих и передающих квантовую информацию, однако внешние воздействия обычно вызывают быструю декогеренцию. В 2015 г. в теоретической работе T.R. Bromley, M. Cianciaruso и G. Adesso было показано, что в составной квантовой системе когерентность может сохраняться неограниченное время, если начальное состояние системы было подготовлено специальным образом так, что декогеренция действует в ортогональном направлении в пространстве состояний. При этом не требуется применение алгоритмов исправления ошибок или другого внешнего контроля над системой. В новой работе G. Adesso (Ноттингемский университет, Великобритания) и его коллег этот эффект впервые продемонстрирован экспериментально. «Замороженная» квантовая когерентность имела место для двух- и четыре-кубитовых систем, реализованных на спинах атомных ядер в молекулах при комнатной температуре. С помощью радиочастотных импульсов системы переводились в диагональное белловское состояние, и после некоторой эволюции измерялось их состояние. Эксперимент показал, что когерентность сохраняется на временном масштабе порядка секунды. Не исключено, что аналогичный эффект сохранения когерентности имеет место в процессах фотосинтеза в растениях. Источник: Phys. Rev. Lett. 117 160402 (2016)

Атомный акселерометр, совмещённый с магнитометром
1 ноября 2016

K.S. Hardman (Австралийский национальный университет) и др. создали атомный интерферометр, способный с высокой точностью измерять одновременно как ускорение свободного падения g, так и градиент магнитного поля. В интерферометре применяется бозе-эйнштейновский конденсат атомов 87Rb. Атомы падали с высоты в несколько метров, и выполнялись измерения g по методике атомного интерферометра. Кроме того, атомы находились в суперпозиции трёх спиновых состояний mf=1,0,-1, по-разному взаимодействующих с магнитным полем. За счет этого возникала дополнительная разность фаз, зависящая от градиента магнитного поля. Данный прибор был протестирован путём измерения вариаций гравитационного поля, вызываемых поднятием и опусканием земной коры во время приливов. Относительная погрешность измерений составила Δ g/g=1,45×10-9, эта точность ограничена шумами в лазерной системе. Точность измерения градиента магнитного поля 1,2×10-10 Т м-1 близка к уровню чувствительности твердотельных магнитометров и СКВИДов. Новое комбинированное устройство может найти применение в поиске полезных ископаемых путём одновременной регистрации гравитационных и магнитных аномалий в земной коре. Источник: Phys. Rev. Lett. 117 138501 (2016)

Рентгеновский источник с оптической подсветкой рентгеновского фокуса
1 ноября 2016

В Лаборатории рентгеновских методов диагностики наноструктур Физического института им. П.Н. Лебедева РАН разработана новая компактная рентгеновская трубка радиусом 10 мм, длиной 75 мм и весом 20 г. с электростатической фокусировкой электронов, в которой один и тот же пучок электронов генерирует как рентгеновское, так и оптическое излучение. В трубке применяется тонкопленочный металлический анод, нанесенный на оптически актированную прозрачную алмазную подложку. Рентгеновское излучение генерируется в металлической пленке, а оптическое — в алмазной подложке. Размер рентгеновского фокуса составляет ≈10 мкм. При этом рентгеновский и оптический фокусы оказываются совмещёнными, что очень удобно при практическом использовании прибора, т.к. оптический фокус можно легко наблюдать непосредственно. Источник: АНИ «ФИАН-информ»

Изотропия Вселенной
1 ноября 2016

На больших масштабах Вселенная выглядит в среднем одинаково во всех направлениях, однако нельзя исключать наличия некоторой малой анизотропии. В работе D. Saadeh (Университетский колледж Лондона, Великобритания) и её коллег впервые учтены все возможные моды анизотропных возмущений метрики Вселенной и получено наиболее общее, без дополнительных предположений, ограничение на степень анизотропии Вселенной. Теоретический расчёт эволюции анизотропных мод сравнивался с данными телескопа Планк по флуктуациям реликтового излучения. Статистически значимого отклонения от изотропной модели Вселенной не обнаружено. Для векторной моды, соответствующей вращению, на уровне достоверности 95 % относительная анизотропия не превышает 4,7×10-11. Это ограничение на порядок величины лучше, чем было получено в предшествующих работах, выполненных без учёта данных Планка о поляризации излучения, которая очень чувствительна к анизотропии. Также в новой работе получены ограничения сверху на величину скалярных и тензорных анизотропных возмущений. Ограничения на анизотропию сужают круг возможных моделей ранней Вселенной. Источник: Phys. Rev. Lett. 117 131302 (2016)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#823   morozov » Сб ноя 05, 2016 18:48

СПИНТРОНИКА

Тернистый путь к магнитоэлектрической памяти

О практическом применении магнитоэлектрических веществ, в частности, в индустрии компьютерной памяти говорится более полувека, а воз и ныне там. Понять проблемы, стоящие перед создателями магнитоэлектрической памяти, и оценить ее перспективы позволяет недавняя статья [1] (Россия, США, Япония).

Рассматриваемый в статье [1] материал Cr2O3 является первым из открытых магнитоэлектриков: еще в 1960 г. Д.Н. Астровым в нем была измерена намагниченность, индуцированная электрическим полем [2]. То, что эффект наблюдается в Cr2O3 при комнатных температурах еще не означает, что материал годится для использования в микроэлектронике. Так, рабочая температура в процессорах лежит в диапазоне 60¸80°С, а у Cr2O3 температура перехода в парамагнитное состояние составляет всего 34°С. Температуру удается значительно повысить легированием Cr2O3 бором, однако при этом увеличивается магнитная анизотропия, что затрудняет переключение элемента под действием одновременно приложенных магнитного и электрического поля (их произведение должно превышать величину 1011 Э×В/см, что для микроэлектроники явный перебор). Как решение данной проблемы авторами [1] предлагается использовать движение доменной границы между двумя состояниями, символизирующими «1» и «0» (рис.1).
Изображение
Рис. 1. Концепция магнитоэлектрической ячейки памяти [1]: a - положение доменной границы, соответствующее «0»; b - состояние «1».
Синие стрелки – распределение вектора антиферромагнетизма, черным показаны электроды, задающие граничные условия в доменах,
красными знаками «+»/«-» – потенциал на электроде, управляющем доменной границей, GROUND – заземленный электрод.

Но здесь возникают новые подводные камни. Cr2O3, как и большинство магнитоэлектрических материалов, является антиферромагнетиком. В обычных магнитных материалах-ферромагнетиках скорость доменной границы в полях, меньших так называемого уокеровского предела, увеличивается линейно с ростом поля, что возможно благодаря относительно стабильной структуре границы (по магнитостатическим соображениям разворот намагниченности в плоскости границы более выгоден, чем в других). Однако этот фактор магнитного взаимодействия не работает в антиферромагнетиках, где намагниченности подрешеток полностью компенсируют друг друга. В результате из-за нестабильности структуры стенки ее скорость насыщается уже в малых полях. Чтобы выделить предпочтительно направление разворота намагниченности в антиферромагнетике авторы [1] предлагают создать искусственную анизотропию в плоскости за счет сдвиговой механической деформации (с помощью пьезоэлемента, анизотропной подложки или температурного градиента). Стабилизировав, таким образом, структуру доменной границы, они предполагают разогнать стенку до скорости 100м/с, что при размерах элемента меньше 100нм позволит достичь быстродействия на современном уровне. Главным же достоинством новой памяти является, конечно, не быстродействие, а энергосбережение: для совершения одной логической операции в самом элементе требуется затратить исчезающее малую энергию 10-21Дж. В реальности это означает, что потери будут определяться только диссипацией в подводящих проводах.

А.Пятаков

1. K.D.Balashchenko et al., Appl. Phys. Lett. 108, 132403 (2016).

2. Д.Н.Астров, ЖЭТФ 38, 984 (1960).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#824   morozov » Пн ноя 07, 2016 16:59

Магнитоэлектрический конструктор

Группа японских исследователей из Национального института наук о материалах создали искусственный мультиферроик на основе сверхрешетки из Ti0.8Co0.2O2 и ниобата кальция. Пленки, толщиной в один или несколько атомных слоев, получали отшелушиванием от соответствующих объемных образцов. Затем их осаждали друг на друга с помощью технологии Ленгмюра-Блоджетт. В результате такой, поистине, ювелирной работы, исследователи получали слоеные среды с выраженными магнитными и сегнетоэлектрическими свойствами при комнатной температуре. Причем, меняя порядок чередования слоев, авторам удавалось регулировать параметры петель магнитного и диэлектрического гистерезисов. Оптимальное сочетание образовывали два слоя магнитного материала, перемежающиеся одинарным слоем ниобата кальция.

Изображение

Рис. 1 Аллегорическая картина создания искусственного мультиферроика на основе сверхрешетки из магнитного и сегнетоэлектрического материалов [1].

Стоит отметить, что это, конечно, не первая попытка создать сверхрешетку из пьезоэлектрического и магнитного материалов со свойствами мультиферроика. Однако, как правило, в таких случаях ученые ограничиваются демонстрацией наличия сегнетоэлектрических и магнитных свойств у данной структуры, деликатно обходя стороной исходную цель создания такого рода материалов – получение магнитоэлектрического эффекта при комнатных температурах. В данном же случае авторы [1] успешно продемонстрировали линейный магнитоэлектрический эффект порядка 100 мВ/(см·Э) при нормальных условиях и в отсутствие подмагничивающих полей, что в 5 раз превышает эффект в “естественном” магнитоэлектрике Cr2O3 при тех же условиях.

А.Пятаков

1. B.-W.Li, J. Am. Chem. Soc. 138, 7621 (2016).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32683
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#825   morozov » Ср ноя 09, 2016 17:29

Гибридный OLED открывает новые горизонты

Поиск новых материалов для OLED-технологий – одно из самых молодых и перспективных направлений в люминесцентной физике. Ученые ФИАНа впервые в мире продемонстрировали возможность использования однокомпонентных полупроводниковых квантовых нанопластин в качестве излучающих центров в OLED-светодиодах. Физико-химические свойства полученных квазидвумерных структур позволяют называть их перспективными материалами для создания гибридных светодиодов с требуемыми для RGB-устройств характеристиками.


Органические светоизлучающие диоды (OLED[1]) – это полупроводниковые приборы, изготовленные из органических соединений и обладающие способностью к электролюминесценции. Впервые электролюминесценция органических соединений была обнаружена французским ученым А. Бернанозом в 50-х годах ХХ века. Однако говорить об эре OLED-технологий стали позднее, когда в 80-х компанией Eastman Kodak было изготовлено первое устройство на их основе. Разработки же технологий промышленного производства ведутся только последние 15-20 лет.
Изображение
Схема работы простейшей двухслойной OLED-панели:
1. Катод(−). 2 и 4. Органические слои – эмиссионный (2) и проводящий(4).
3. Испускаемое излучение, 5. Анод (+)(источник).
При подаче разности потенциалов, поток электронов движется от катода к аноду, обогащая эмиссионный слой электронами. Анод, поглощая электроны из проводящего слоя, обогащает последний «дырками», которые начинают свое движение к границе органических слоев. При встрече электронов эмиссионного слоя и дырок проводящего слоя происходит их рекомбинация, которая сопровождается испусканием (эмиссией) фотона в области видимого света. Поскольку дырки в органических соединениях обладают большей подвижностью нежели электроны, излучение происходит ближе к эмиссионному слою, в результате чего он и получил свое название. В современных OLED-панелях число слоев превышает 2, что улучшает качество цветопередачи и светимость панели. К тому же цвет испускаемого света зависит от типа полимерного слоя, что также требует использования большого числа органических слоев для создания многоцветных панелей


Технология OLED считается на сегодняшний день одной из самых перспективных. Во-первых, OLED-приборы отличаются высокой экономичностью и эргономичностью. Поскольку этим световым панелям не требуется внешних источников подсветки и световых фильтров (источником выступает сам полимерный материал), они потребляют меньше энергии по сравнению со всеми распространенными ныне устройствами. К тому же удаление дополнительных устройств делает их намного тоньше, нежели плазменные и жидкокристаллические аналоги. Во-вторых, время отклика органических полимеров короче, нежели у широко применяемых сегодня неорганических. Это, в свою очередь увеличивает скорость обновления изображения на экране. В-третьих, качество излучаемого света в них превышает «неорганические аналоги». Это позволяет создавать панели с великолепным цветовоспроизведением.

Однако, OLED-технологии обладают и рядом существенных минусов, мешающих выйти на широкий коммерческий простор. Прежде всего, сюда следует отнести крайне малый срок службы – порядка 2-3 лет. И здесь OLED-панели весьма основательно уступают плазменным и жидкокристаллическим аналогам. Другой немаловажной проблемой является слабая отработанность, трудность и дороговизна OLED-технологий. Как оказалось, органические полимеры весьма критичны к внешним воздействиям: даже малейший контакт с окружающей средой безвозвратно выводит дисплей из строя за считанные минуты. А потому изготовление OLED-дисплеев требует строгого контроля за чистотой производственных линий и за полной герметичностью изделий, что весьма удорожает производство и делает его точечным. И, наконец, на сегодняшний день так и не разрешена в полной мере проблема создания экранов средних и больших размеров. В основном все сегодняшние OLED-дисплеи ограничиваются размерами смартфонов и планшетов.

Однако современная наука не стоит на месте, занимаясь поиском все новых полимеров, способных решить эти проблемы.

Поиск новых материалов привел к созданию в 1993 году методами коллоидной химии органических светодиодов с неорганическими нанокристаллами в качестве излучающих центров. Эти нанокристаллы называются квантовыми точками. Новая технология получила название QD-OLED[2]. Это направление оказалось перспективным для решения означенных проблем, а потому и развивается наиболее активно в последние два десятилетия.



«Повышенный интерес к гибридным светодиодам вызван такими свойствами квантовых точек, как люминесценция в узком диапазоне волн, высокая фотофизическая стабильность и возможность эффективного управления ими за счет квантоворазмерных явлений и эффектов формы, – объясняет старший научный сотрудник Отдела люминесценции ФИАН Андрей Ващенко. – Чаще всего, плоский слой квантовых точек, – как правило, это нанокристаллы CdSe, CdS и др., – располагается между электронными и дырочными органическими слоями. Иногда происходит неглубокое внедрение квантовых точек в органические слои. Эти внедренные неорганические нанокристаллы и выполняют роль активных излучающих центров QD-OLED устройства.»



Квантовые точки могут быть различной формы и размера, но чаще всего это сферы диаметром 4-6 нм. Получаемые гибридные светодиоды, как ожидается, могут решить, по меньшей мере, одну из сложнейших проблем – критичность к внешнему воздействию: теоретически подобные материалы могут работать даже на воздухе, без дополнительной герметизации. Это, в свою очередь, позволит упростить и технологию производства новых панелей, параллельно снизив ее стоимость. Да и высокая стабильность физико-химических характеристик нанокристаллов позволяет надеяться на увеличение срока жизни панелей.

Помимо широко распространенных и активно изучаемых сферических квантовых точек в последние несколько лет учеными-химиками были синтезированы полупроводниковые квазидвумерные коллоидные структуры – так называемые нанопластинки. Обычно они имеют продольные размеры 30-200 нм и толщину в несколько атомных слоев. За счет малых толщин пластины получаются, фактически, идеально гладкими, что в свою очередь обеспечивает узкие спектры фотолюминесценции. Время жизни флуоресценции полученных образцов также весьма короткое. Эти свойства делают нанопластинки весьма привлекательным объектом для создания гибридных светодиодов. Однако до недавнего времени эта область люминесцентной физики оставалась мало исследованной. И именно на нее обратила внимание научная группа Отдела люминесценции ФИАНа под руководством А.Г. Витухновского.

В синтезе квантовых нанопластинок фиановцам помогли химики из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, которые под руководством Р.Б. Васильева занимаются созданием таких структур уже не первый год.



«Нам впервые в мире удалось создать светодиод, где в качестве излучающего элемента выступали не отдельные нанокристаллы, а однокомпонентная квантовая нанопластина CdSe, размером в 20-70 нм и толщиной в несколько атомных слоев, – рассказывает Андрей Ващенко, один из участников научной группы. – Сначала у нас были только теоретические предпосылки: оптические свойства пластинок делают их идеальными кандидатами на роль излучающих элементов. А когда такую пластину поместили в многослойную OLED-структуру, она, к нашему большому удовлетворению, "заработала". Так нами был разработан совершенно новый гибридный светодиод с длиной волны излучения 515 нм, который мы назвали NPL-OLED[3].»

Изображение

Схематическое изображение светодиода NPL-OLED
с излучающим слоем нанопластинок CdSe, органическими транспортными слоями электронов (TAZ) и дырок (TPD), катодом (Al), стеклянной подложкой с нанесенным на нее прозрачным анодом (ITO) и слоем PEDOT:PSS, из которого в активные слои инжектируются дырки

Особенностью предлагаемого метода является внедрение в OLED-структуру однокомпонентных квантовых пластин, что обеспечивает привлекательные эксплуатационные характеристики. Исследование оптических и электрофизических свойств NPL-OLED показало, что такие структуры обладают низкими значениями рабочего напряжения, спектрально чистым цветом и коротковолновой электролюминесценцией. В совокупности такие характеристики делают гибридные светодиоды привлекательными, прежде всего, для RGB-дисплеев.



«Конечно, в настоящее время сделать новый экран для телефона из них не сможем: мы находимся лишь на стадии лабораторных исследований. Да и дать прогноз, когда же именно эти технологии будут внедрены в повседневную жизнь, очень трудно. А с другой стороны, головокружительная по скорости эволюция компьютерной техники от полупроводниковых чипов к наноразмерным кристаллам, не позволяет утверждать, что наша работа – лишь «чистая» наука, и больше ничего. Мы работаем на будущее, а когда оно наступит… Вот будущее и покажет» – отметил в заключение Андрей Ващенко.



Е. Любченко, АНИ «ФИАН-информ»
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»