Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1066   morozov »

Физики подтвердили, что квантовый мир еще страннее, чем казался
Георгий Голованов
8 сент., 11:32

Новые экспериментальные доказательства необычного поведения и без того странных частиц энионов нашли ученые из США. Они обладают характеристиками, которых нет у других субатомных частиц, в частности, дробным зарядом и дробной статистикой, а также сохраняют «память» о взаимодействиях с другими квазичастицами, включая квантово-механические фазовые переходы.

Своим названием эти частицы обязаны физику-теоретику Фрэнку Вильчеку, а также собственному странному поведению, поскольку, в отличие от прочих типов частиц, энионы могут приспособиться к любой (англ. any) квантовой фазе, когда их позиции меняются.

До появления доказательств существования энионов в 2020 году физики разбивали частицы на две категории: бозоны и фермионы. Электроны — пример фермионов, а фотоны — бозонов. Одно характерное отличие фермионов от бозонов — то, как частицы ведут себя, когда сплетаются друг вокруг друга. Энионы же действуют так, будто у них есть дробный заряд. Еще любопытнее, что они создают нетривиальный фазовый переход, когда сплетаются друг вокруг друга. Из-за этого у энионов может возникнуть нечто вроде памяти взаимодействий, пишет Phys.org.
«Энионы существуют только как коллективное возбуждение электронов в особых обстоятельствах, — сказал профессор Майкл Манфра, один членов исследовательской группы. — Но у них есть эти несомненно классные свойства, например, дробный заряд и дробная статистика. Это забавно, потому что, казалось бы, как у них может быть заряд меньше, чем элементарный заряд электрона? Но так и есть». Когда бозоны или фермионы возбуждены, они генерируют фазовый фактор либо плюс один, либо минус один, соответственно.
Есть у энионов еще одно топологическое свойство — их свойства более стабильные, чем у других квантовых частиц. Команда физиков из Университета Пердью смогла продемонстрировать это поведение, направив электроны через наноструктуры интерферометра, напоминающие лабиринт. Они охладили устройство до 10 милликельвинов и воздействовали на него мощным магнитным полем силой 9 Тл. Электрическое сопротивление в интерферометре сгенерировало интерференционную картину, в которой ученые обнаружили присутствие энионов.

«Это определенно одна из самых сложных и комплексных вещей в экспериментальной физике», — сказал Четан Найак, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Следующим шагом исследователей станет применение еще более сложных интерферометров, с помощью которых они смогут контролировать местоположение и число квазичастиц внутри интерферометра, а также менять по желанию картину интерференции.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1067   morozov »

Создана технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния
Георгий Голованов
4 авг., 15:30

Первую в мире функциональную систему беспроводной передачи энергии на большие расстояния разработали в Новой Зеландии. Уже сейчас прототип способен работать в любых погодных условиях, направляя энергию между двумя антеннами, разделенными расстоянием в несколько километров. Полевые испытания технологии, повторяющей эксперименты Николы Теслы, начнутся осенью.

Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова — еще Никола Тесла когда-то доказал, что можно зажигать лампочки с помощь катушки, находящейся в паре километров от них. Правда, при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил весь Колорадо-Спрингс во тьму. Тесла мечтал построить повсюду вышки, которые обеспечивали бы всех беспроводной энергией. Но инвестор Джон П. Морган зарубил идею на корню одним вопросом: «А куда прикажете поставить счетчик?»

Прошло 120 лет и вот новозеландская компания Emrod убедила второго по величине поставщика энергии в стране концерн Powerco дать беспроводному электричеству шанс. Powerco поверила в технологию передачи энергии и вложила средства в Emrod, сообщает New Atlas

Система состоит из передающей антенны, наборов реле и принимающей ректенны (антенны со встроенным выпрямителем, преобразующем микроволновую энергию в электричество). Для передачи используется безопасный радиодиапазон ISM, зарезервированный для промышленных, научных и медицинских целей.
В отличие от мечты Теслы, энергия передается напрямую между двумя антеннами, а лазерная система безопасности, защищающая периметр луча, тут же отключает его, если периметр пересекает птица, дрон или вертолет. Проблем с размещением счетчиков тоже быть не должно.
Система работает при любых погодных условиях — дождь, туман или пыль ей не помеха. Дистанция передачи ограничена только прямой видимостью, то есть в потенциале может быть сотни километров, а установка и эксплуатация не требуют серьезных вложений.

Пока у инженеров Emrod есть только работающий прототип, но к октябрю они планируют завершить создание устройства для инвестора и начать полевые испытания. Первые устройства будут работать с мощностью в несколько киловатт. Прототип способен передавать энергию на несколько километров, но его легко можно масштабировать. «Мы можем использовать точно такую же технологию для передачи в 100 раз больше энергии на много большее расстояние», — пообещал основатель Emrod Грег Кушнир.

Если полевые испытания технологии пройдут успешно, она сможет преобразить энергосети по всему миру. «Мы планируем использовать эту технологию для доставки электричества в отдаленные места или через районы с труднопроходимой местностью. Она также может быть использована для сохранения энергоподачи клиентам в случаях, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры», — рассказал о планах инженер по трансформации сети Powerco Николас Вессио.

Беспроводная передача энергии может стать ключевой технологией и для возобновляемой энергетики, которая, как правило, генерирует энергию далеко не там, где она необходима. А мощность существующих энергосетей не позволяет перебрасывать большие объемы такой энергии достаточно далеко от места генерации. Из-за этого, например, Германия, теряет часть оффшорной выработки ветропарков, так как в пиках не может перенаправить ее с севера в южные земли — не хватает ресурсов энергосети.

К середине августа компания Electreon Wireless запустит первый в Израиле участок трассы с возможностью беспроводной подзарядки электротранспорта на ходу. Она же начала работы по аналогичному проекту на шведском острове Готланд.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1068   morozov »

Санкт-Петербургская лотерея в сопромате

Около двухсот лет назад Даниил Бернулли в “Комментариях Санкт-Петербургской Академии”, разъясняя некоторые аспекты теории вероятностей, описал парадокс, получивший название санкт-петербургского (само же авторство парадокса большинство историков науки приписывают двоюродному брату Даниила – Николаю Бернулли, а иные – Леонарду Эйлеру).

Представим себе лотерею, проводимую по следующим правилам: если при первом броске выпадает “орел”, игрок получает 1 рубль, если эта сторона монеты выпадет только при повторном броске, то игрок получает 2 рубля, если в серии бросков “орел” появится только на третий раз, то 4 рубля, на четвертый – 8 рублей, и так далее по степеням двойки. Какую сумму не жалко заплатить за участие в такой лотерее? Нетрудно проверить, что ряд из слагаемых, являющихся произведением вероятности каждого из событий на сумму выигрыша
(1/2)n´2n , представляет собой не что иное, как последовательность единиц, и такой ряд, конечно, расходится. Это значит, что, теоретически, в “петербургской лотерее” можно поставить любую сумму денег и не прогадать. Однако же опытный игрок не поставит и 30 рублей, и будет прав. Дело в том, что в реальной жизни количество бросков всегда конечно, а длина серии n из сплошных “решек”, которая ведет к большому выигрышу, растет с общим количеством бросков N очень медленно: n ~ ln(N/2). Игрок просто не дождется большого куша: чтобы получить хотя бы 32 рубля (серия из пяти решек подряд) нужно в среднем подкидывать монетку почти 3 тысячи раз – этак и палец отвалится...
Изображение
Рис. 1. Вероятность разрыва волокна описывается теми же законами, что и выигрыш в “санкт-петербургской лотерее” [1].

В недавней работе американских ученых санкт-петербургский парадокс применяется для объяснения другого явления – разрыва волокон [1]. Дело в том, что исходя из той же логики, как и с лотереей, можно прийти к выводу, что веревки, тросы и прочий крепеж должен гарантированно разрушаться, поскольку в каком-то месте обязательно найдется критическое количество дефектов: цепочка дефектов аналогична последовательному выпадению решек, а своеобразным “выигрышем” здесь является разрыв волокна. По счастью, это справедливо только для бесконечно длинных волокон и проволок, в реальности же, как показали авторы [1], критическая сила разрыва уменьшается с длиной волокна очень медленно, опять-таки, по логарифмическому закону.

Чтобы доказать логарифмическую зависимость, авторам пришлось исследовать на разрыв проволоки в довольно широком диапазоне длин – от 1 мм до 1 км, так что измерения с волокнами длиннее метра происходили не в стенах лаборатории, а на велодорожке. Как показал эксперимент на волокнах полиэстера и полиамида, если по горизонтальной оси графика длину волокна откладывать в логарифмическом масштабе, то экспериментальные значения силы разрыва, действительно, ложатся на нисходящие прямые. Резюмируя, авторы делают обобщение: санкт-петербургский парадокс описывает любые явления, чувствительные к редким событиям.

А. Пятаков

1. J.Fontana and P. Palffy-Muhoray,Phys. Rev. Lett. 124, 245501 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1069   morozov »

Теория высокотемпературной сверхпроводимости
1 сентября 2020
Теория Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) успешно объясняет сверхпроводимость простых металлов, однако в её рамках не удаётся пока описать высокотемпературные сверхпроводники-купраты. Исследователи из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (США) P.W. Phillips, L. Yeo и E.W. Huang разработали новую теорию [1], объясняющую на микроуровне сверхпроводимость купратов. Купраты относятся к изоляторам Мотта с допированием. Авторы применили для их описания модель Hatsugai–Kohmoto, являющуюся модификацией модели Хаббарда, и нашли новые точные решения. Был идентифицирован механизм, играющий роль куперовского спаривания в теории БКШ, и обнаружена неустойчивость, соответствующая сверхпродящему состоянию. Показано, что отношение температуры перехода к энергетической щели больше, а плотность сверхтекучей компоненты меньше, чем в теории БКШ. Модель также объясняет наблюдаемое в эксперименте повышенное поглощение купратами излучения на низких частотах. Обсуждение некоторых моделей высокотемпературных сверхпроводников см. в [2-4]. [1] Phillips P W, Yeo L, Huang E W Nature Physics, онлайн-публикация от 27 июля 2020 г. [2] Изюмов Ю А, Плакида Н М, Скрябин Ю Н УФН 159 621 (1989); Izyumov Yu A, Plakida N M, Skryabin Yu N Sov. Phys. Usp. 32 1060 (1989) [3] Максимов Е Г УФН 170 1033 (2000); Maksimov E G Phys. Usp. 43 965 (2000) [4] Вальков В В и др. УФН 191, принята к публикации (2020); Val’kov V V et al. Phys. Usp. 64, accepted (2020)

Магнитные солитоны
1 сентября 2020
G. Lamporesi (Университет Тренто и Институт фундаментальной физики и прикладных исследований Тренто (Италия)) и его коллеги изучили магнитные солитоны в конденсате Бозе – Эйнштейна [5]. Атомы 23Na в гибридной ловушке с помощью микроволновых импульсов переводились в смесь компонент с противоположными направлениями спина. Затем путём возмущения потенциала с краю ловушки создавались движущиеся магнитные солитоны, в которых фаза намагниченности дважды изменялась на π. Была исследована бездиссипативная динамика солитонов, в том числе их колебания. Также наблюдались парные столкновения солитонов с одинаковой и противоположной намагниченностью. Результаты измерений хорошо соответствуют теоретическому описанию, представленному в работе [6]. Независимое наблюдение магнитных солитонов выполнено также в работе [7]. О солитонах в ультрахолодных газах см. в [8]. [5] Farolfi A et al. Phys. Rev. Lett. 125 030401 (2020); [6] Qu C, Pitaevskii L P, Stringari S Phys. Rev. Lett. 116 160402 (2016) [7] Chai X et al. Phys. Rev. Lett. 125 030402 (2020) [8] Питаевский Л П УФН 186 1127 (2016); Pitaevskii L P Phys. Usp. 59 1028 (2016)

Локальный характер эффекта Ааронова – Бома
1 сентября 2020
Эффект Ааронова – Бома обычно рассматривается как пример нелокального явления: заряд приобретает фазу при обходе соленоида, пролетая через область с нулевым электромагнитным полем. Однако C. Marletto и V. Vedral (Оксфордский университет (Великобритания), Национальный университет Сингапура и Институт научного обмена (Италия)) установили [9], что при последовательном квантовомеханическом рассмотрении набор фазы имеет локальный характер, т.е. фаза набирается от точки к точке по мере движения частицы. Развивая подход, предложенный в [10], они показали, что необходимо квантовать как движение заряда, так и электромагнитное поле соленоида. Квантованное поле уже не будет равно нулю вне соленоида (нулевое лишь его среднее ожидание), поэтому заряд взаимодействует с фотонами и набирает квантовую фазу постепенно. Также предложена идея эксперимента, в котором можно проверить полученный в работе вывод с помощью квантовой томографии состояния заряда. [9] Marletto C, Vedral V Phys. Rev. Lett. 125 040401 (2020) [10] Vaidman L Phys. Rev. A 86 040101(R) (2012)

Обратная квантовая эволюция
1 сентября 2020
Ранее в эксперименте с простейшим квантовым компьютером уже было продемонстрировано обращение по времени квантовой эволюции [11]. А.В. Лебедев (МФТИ) и В.М. Винокур (Аргоннская национальная лаборатория и Чикагский университет (США)) в своей теоретической работе [12] описали метод, позволяющий вызвать обратную эволюцию системы, даже не зная её начального состояния, которое может быть смешанным квантовым состоянием. Для этого необходимо создать вторую систему, описываемую тем же гамильтонианом, и одновременно с квантовыми операциями над исследуемой системой выполнять определённые операции над вспомогательной. Термализация системы в конце эволюции вызывает обратную последовательность квантовых переходов и переводит систему в состояние с той же матрицей плотности, что была вначале. [11] Lesovik G B, Sadovskyy I A, Suslov M V, Lebedev A V, Vinokur V M Sci. Rep. 9 4396 (2019) [12] Lebedev A V, Vinokur V M Communications Physics 3 129 (2020)

Восстановление квантовой информации
1 сентября 2020
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) B. Yan и N.A. Sinitsyn разработали новый метод восстановления квантовой информации, которая была повреждена при измерении [13]. Для этого нужно знать определённые корреляторы, взятые в различные моменты времени, а также вызвать обратную эволюцию системы. Частичное моделирование этого алгоритма на 5-кубитовом квантовом процессоре IBM показало, что при его выполнении декогеренция остаётся на низком уровне. Благодаря тому что локальное повреждение квантовой информации не приводит к катастрофическому нарастанию повреждения (в квантовой области отсутствует «эффект бабочки»), повреждённая квантовая информация в значительном мере поддаётся восстановлению. [13] Yan B, Sinitsyn N A Phys. Rev. Lett. 125 040605 (2020)

Первичная чёрная дыра в Солнечной системе?
1 сентября 2020
Недавно в движении ледяных тел на расстоянии 300-1000 а.е. от Солнца были отмечены аномалии, которые можно объяснить наличием там 9-й планеты с массой 5-15 масс Земли. Одновременно телескопом OGLE наблюдаются события микролинзирования, которые могли быть вызваны компактными объектами с массами 0,5-20 масс Земли. Эти объекты могут быть планетами, свободно летающими в межзвёздном пространстве. J. Scholtz (Даремский университет, Великобритания) и J. Unwin (Иллинойсский университет в Чикаго, США) высказали альтернативную гипотезу [14], что в обоих случаях компактными объектами являются не планеты, а первичные чёрные дыры (ПЧД). Авторы показали, что захват ПЧД в солнечную систему, если они существуют в количестве, которое даёт OGLE, является столь же вероятным, как и захват планеты. В этом случае на окраине Солнечной системы может находиться не 9-я планета, а ПЧД. Такую ПЧД можно обнаружить по аннигиляции частиц тёмной материи, которые должны формировать вокруг ПЧД плотный сгусток. О ПЧД см. в [15]. [14] Scholtz J, Unwin J Phys. Rev. Lett. 125 051103 (2020); [15] Долгов А Д УФН 188 121 (2018); Dolgov A D Phys. Usp. 61 115 (2018)

Новостной канал

Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.

Постоянный ведущий — Ю.Н. Ерошенко.

Материалы подготовлены на основе электронных препринтов и бюллетеней.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

FENIMUS
Сообщения: 1007
Зарегистрирован: Пн мар 31, 2008 11:57
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1070   FENIMUS »

morozov писал(а):
Вт сен 22, 2020 1:52

Первичная чёрная дыра в Солнечной системе?

1 сентября 2020
Недавно в движении ледяных тел на расстоянии 300-1000 а.е. от Солнца были отмечены аномалии, которые можно объяснить наличием там 9-й планеты с массой 5-15 масс Земли. Одновременно телескопом OGLE наблюдаются события микролинзирования, которые могли быть вызваны компактными объектами с массами 0,5-20 масс Земли. Эти объекты могут быть планетами, свободно летающими в межзвёздном пространстве. J. Scholtz (Даремский университет, Великобритания) и J. Unwin (Иллинойсский университет в Чикаго, США) высказали альтернативную гипотезу [14], что в обоих случаях компактными объектами являются не планеты, а первичные чёрные дыры (ПЧД). Авторы показали, что захват ПЧД в солнечную систему, если они существуют в количестве, которое даёт OGLE, является столь же вероятным, как и захват планеты. В этом случае на окраине Солнечной системы может находиться не 9-я планета, а ПЧД. Такую ПЧД можно обнаружить по аннигиляции частиц тёмной материи, которые должны формировать вокруг ПЧД плотный сгусток. О ПЧД см. в [15]. [14] Scholtz J, Unwin J Phys. Rev. Lett. 125 051103 (2020); [15] Долгов А Д УФН 188 121 (2018); Dolgov A D Phys. Usp. 61 115 (2018)

А черные дыры могут двигаться? )
Пора народ пугать, черная дыра летит к земле... )

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1071   morozov »

Электроэнергия из дождя

Шум осеннего дождя за окном вдохновляет не только поэтов, но и ученых, в особенности, тех, кто разрабатывает нетрадиционные источники электроэнергии. Использовать энергию падающих капель – вроде бы очевидная идея, но далеко не просто технически реализуемая. В недавней работе ученых из South China Normal Univ. и Univ. of Twente (Китай, Нидерланды) [1] сообщается о разработке и исследовании такого “капельного” наногенератора электрической энергии.

Принцип действия устройства заключается в следующем. Имеется электрод, покрытый тонкой пленкой гидрофобного полимера, несущего некоторый поверхностный заряд. Падающая капля работает как дополнительный электрод. Ударяясь о поверхность с некоторой кинетической энергией, она деформируется и растекается, меняя емкость системы. За счет изменения емкости будет меняться и заряд системы – значит, через сопротивление нагрузки пойдет импульс электрического тока. Величина силы тока в данный момент времени зависит от площади капли (так как емкость зависит от площади электрода), и ток будет максимальным в момент максимального растекания. Если поверхность немного наклонена, капля стекает с поверхности, за счет поверхностного натяжения, восстанавливая свою форму, и подзаряжает разряженный конденсатор, позволяя избежать насыщения и увеличивая силу тока, создаваемую большим числом капель. Исследователи варьировали плотность заряда на пленке, высоту падения капель, сопротивление нагрузки и другие параметры для того, чтобы получить максимально возможную силу тока и мощность наногенератора.

Изображение
Рис. 1. Схема наногенератора на падающих каплях и принципиальная электрическая схема.

Авторы использовали капли децимолярного раствора поваренной соли, миллиметрового диаметра, падающие с высоты от 3 до 18 см на кремниевый электрод, покрытый пленкой фторполимера. При повышении плотности заряда сила тока и мощность, как и ожидается, увеличиваются. В зависимости от сопротивления нагрузки мощность меняется немонотонно, наблюдается максимум, что тоже вполне ожидаемо. Максимальная величина силы тока составила 2.2 мА, а мощности – 12 мВт. Для оптимальных условий максимальная энергия, “отобранная” у капли, составляет 0.4 мДж при начальной потенциальной энергии 14 мДж.
Изображение
Рис. 2. Экспериментальные результаты: зависимость максимальной силы тока и мощности наногенератора от внешнего сопротивления при различных величинах начальной плотности заряда.

Таким образом, эффективность запаса энергии составляет около 3%. Пока КПД такого устройства меньше, чем у паровоза, но все же это большой прогресс по сравнению с предыдущими работами, в которых сообщалось об эффективности в 0.01%. Возможности дальнейшего повышения эффективности, мощности и надежности таких устройств внушают оптимизм и ожидания большого будущего небольших генераторов электроэнергии.

З. Пятакова

1. H. Wu et al., Phys. Rev. Lett. 125, 078301 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1072   morozov »

Генерация энтропии при непрерывном измерении
1 октября 2020

Исследование связи энтропии и информации важно как с принципиальной точки зрения, так и для приложений в нанотехнологиях. В малых масштабах велика роль флуктуаций и квантовых эффектов, что вносит новые черты в поведение систем. В отличие от разовых измерений, влияние непрерывных квантовых измерений, в каждый момент обусловливающих дальнейшую эволюцию системы, на общий баланс энтропии ранее экспериментально не изучалось. M. Rossi (Копенгагенский университет, Дания) и соавторы впервые выполнили такое исследование [1]. С помощью пробного луча лазера гомодинным методом непрерывно наблюдалось положение колеблющейся мембраны в оптическом резонаторе, что позволило регистрировать индивидуальные квантовые траектории данной оптомеханической системы. По форме квантовых траекторий найдено производство энтропии, обусловленное непрерывным процессом измерения как в стационарном случае, так и при релаксации после короткого воздействия на систему, и было отмечено большое влияние флуктуаций на этот процесс. О квантовых измерениях см. в [2,3] [1] Rossi M et al. Phys. Rev. Lett. 125 080601 (2020) [2] Кадомцев Б Б УФН 165 967 (1995); Kadomtsev B B Phys. Usp. 38 923 (1995) [3] Жёлтиков А М УФН 188 1119 (2018); Zheltikov A M Phys. Usp. 61 1016 (2018)

Взаимодействие двух временных кристаллов
1 октября 2020

В экспериментах уже были продемонстрированы временные кристаллы, предсказанные F. Wilczek [4] в 2012 г. Их свойства повторяются во времени, подобно периодическому расположению атомов в обычном кристалле. S. Autti (Университет Аалто, Финляндия и Ланкастерский университет, Великобритания) и соавторы впервые исследовали взаимодействие двух временных кристаллов между собой [5]. Временные кристаллы были созданы в бозе-эйнштейновском конденсате магнонов в сверхтекучей фазе «B» жидкого гелия-3, находящегося при температуре 130 мкК в магнитном поле. Один из временных кристаллов возникал в объёме конденсата, а второй — на поверхности. С помощью методики ядерного магнитного резонанса наблюдались характерные периодические движения временных кристаллов, связанные с когерентной спиновой прецессией. Между кристаллами имелся перешеек, по которому происходил обмен магнонами. Это вызывало джозефсоновские колебания с частотой, равной разности частот двух временных кристаллов. Дополнительное взаимодействие кристаллов возникало за счёт того, что объёмный кристалл вносил возмущения в потенциал, удерживающий поверхностный кристалл. Наблюдаемое поведение взаимодействующих временных кристаллов было успешно воспроизведено в численном моделировании. В будущем станет возможным исследовать и более сложные взаимодействия временных кристаллов, включая их столкновения. О бозе-эйнштейновской конденсации магнонов см. в [6]. [4] Wilczek F Phys. Rev. Lett. 109 160401 (2012) [5] Autti S, Heikkinen P J, Mäkinen J T, Volovik G E, Zavjalov V V, Eltsov V B Nature Materialsonline publication on August 17, 2020 [6] Каганов М И, Пустыльник Н Б, Шалаева Т И УФН 167 191 (1997); Kaganov M I, Pustyl’nik N B, Shalaeva T I Phys. Usp. 40 181 (1997)

Исследования квантовых состояний молекул
1 октября 2020

K. Najafian (Базельский университет, Швейцария) и соавторы разработали новую методику фазово-чувствительных измерений структуры квантовых уровней в молекулах при их взаимодействии с другими молекулами в оптическом поле [7]. Исследуемые молекулярные ионы 14N2+ и вспомогательные ионы 40Ca+ были помещены в оптическую решётку, формируемую лучами лазера. На 14N2+ действовали две переменные силы, разность фаз которых можно было изменять в эксперименте, регистрируя при этом штарковский сдвиг уровней. Исследования, проведенные при различных вращательных состояниях молекул 14N2+, позволили классифицировать их электронные и колебательные уровни. Новая методика может оказаться полезной для исследования молекул с плотным расположением квантовых уровней, когда применение обычных спектроскопических методов затруднительно. О взаимодействии молекул с лазерным излучением см. в [8]. [7] Najafian K et al. Nature Communications 11 4470 (2020) [8] Исаев Т А УФН 190 313 (2020); Isaev T A Phys. Usp. 63 289 (2020)

Квантовая астрономия
1 октября 2020

В последние годы были выполнены эксперименты по квантовой телепортации состояний частиц, в том числе на расстояние в тысячи км со спутника на Землю. A. Berera (Эдинбургский университет, Великобритания) рассмотрел теоретически вопрос о том, какое максимальное расстояние могут преодолевать фотоны в межзвёздной среде, сохраняя квантовую когерентность [9], например, являясь фотонами квантово запутанной пары. По пути в Галактике фотоны взаимодействуют со свободными электронами, с атомами и молекулами, а также с фотонами межзвёздного фона. Рассмотрение этих элементарных процессов приводит к выводу о том, что фотоны радиодиапазона могут без рассеяния преодолевать расстояния от ≈ 100 до ≈ 106 пк, превышающее в последнем случае размер Галактики. Дополнительной помехой, приводящей к вращению плоскости поляризации (разрушению когерентности по спиновым состояниям) могут служить межзвёздные магнитные поля. Ещё большие, космологические расстояния могут преодолевать фотоны рентгеновского излучения. Не исключено, что в космосе есть объекты, при наблюдении которых может быть выявлена квантовая когерентность их излучения, например, гипотетические космические струны или испаряющиеся первичные чёрные дыры. [9] Berera A arXiv:2009.00356 [hep-ph]

Гравитационные волны от слияния рекордно массивных чёрных дыр
1 октября 2020

Два гравитационно-волновых детектора, LIGO и детектор Virgo, зарегистрировали [10] гравитационный всплеск GW190521, который произошёл от слияния чёрных дыр (ЧД) с массами 85+21−14M☉ и 66+17−18M☉ на красном смещении z≈ 0,8. Отношение сигнал/шум в данном наблюдении составляет 14,7. Масса большей ЧД, а также общая масса двух ЧД ≈ 150M☉ являются рекордно большими среди всех событий LIGO/Virgo, зарегистрированных до сих пор. По существующей классификации итоговая ЧД с массой ≈ 142M☉, возникшая в результате слияния и излучения гравитационных волн, является ЧД промежуточной массы — между массами ЧД звёздного происхождения и массами сверхмассивных ЧД в ядрах галактик. Происхождение наиболее массивной из двух слившихся ЧД пока не ясно, т.к. образование ЧД такой массы при эволюции звезды маловероятно из-за эффекта парной нестабильности. Возможно, сама эта ЧД ранее образовалась в результате слияния двух ЧД с меньшими массами. О свойствах двойных ЧД по данным наблюдений LIGO/Virgo см. в [11]. [10] Abbott R et al. Phys. Rev. Lett. 125 101102 (2020) [11] Постнов К А, Куранов А Г, Митичкин Н А УФН 189 1230 (2019); Postnov K A, Kuranov A G, Mitichkin N A Phys. Usp. 62 1153 (2019)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1073   morozov »

Плавание вверх тормашками

Житейская мудрость говорит, что неудобно спать на потолке – одеяло спадает. Ученые из Paris Sciences et Lettres Univ. (Франция) [1] показали, что вниз головой, можно если не спать, то хотя бы плавать. Они заставили левитировать в сосуде слой жидкости, а для вящей убедительности – еще и пустили по нему плавать кораблик вверх килем (рис. 1).
ИзображениеИзображение
Рис. 1. Стабилизация неустойчивости Рэлея-Тейлора:
а - слой силиконового масла, левитирующий в сосуде из оргстекла
над слоем воздуха (ретушированный ч/б снимок);
б - кораблик может плавать по обеим поверхностям [1].

То, что в сосуде более плотная жидкость не может находиться над менее плотной, а, тем более, парить на слое из воздуха, подсказывает простой здравый смысл. Физики же говорят в таком случае, что на границе раздела двух сред в гравитационном поле развивается неустойчивость Рэлея-Тейлора. Даже если вначале граница строго горизонтальна, любое возмущение на поверхности будет только нарастать: участки более плотной среды продолжат опускаться, а менее плотной – всплывать. Заставить висеть слой жидкости в сосуде на воздушной подушке – задача сродни удержанию какого-нибудь груза, подпирая его спицей.

Надобно сказать, что именно такая задача была решена Петром Леонидовичем Капицей более полувека тому назад. Маятник, закрепленный на подвесе, вибрирующем с частотой, много большей собственной частоты маятника, может находиться в устойчивом равновесии в перевернутом положении. При усреднении быстрых осцилляций по периоду возникает эффективный потенциал, отличающийся от того вида, который характерен для статического случая (рис. 2, пунктирная и сплошные кривые, соответственно): в верхнем, ранее неустойчивом положении возникает локальный минимум. Для этого необходимо выполнение условия стабилизации: произведение амплитуды колебаний подвеса на их частоту должно превышать критическую величину, равную квадратному корню из произведения удвоенной длины маятника на ускорение свободного падения.
Изображение
Рис. 2. Потенциальная энергия двух систем в статическом случае (сплошная кривая) и в динамике, на вибрирующем поддоне (пунктирная кривая). Эффективный потенциал, изображаемый пунктирной кривой, имеет абсолютный минимум (соответствующий нижнему положению маятника или поплавку, плавающему на верхней поверхности жидкости), а также локальный минимум, который описывает устойчивое равновесие перевернутого маятника или поплавка на нижней поверхности.

Секрет фокуса французов практически не отличается от рецепта Капицы: нужно заставить поддон сосуда колебаться с частотой и амплитудой, удовлетворяющим тому же условию квадратного корня (только вместо длины маятника нужно подставить в формулу другой характерный размер – длину границы раздела, поделенную на два π). Как показал эксперимент, величины критической амплитуды скорости поддона при изменении длины поверхности раздела, действительно, ложатся на корневую зависимость. Для полноты картины следует отметить, что во время опыта экспериментаторам требовалось избежать развития другого процесса, порожденного тряской – образования капиллярных волн (параметрическая неустойчивость Фарадея). Пройти между Сциллой и Харибдой двух неустойчивостей удалось, используя вязкие жидкости – силиконовое масло или глицерин.

Как надеются авторы [1], проделанная ими работа не останется курьезной демонстрацией, а послужит толчком для исследований процессов на границе воздуха и жидкости в новых экзотических условиях.

А. Пятаков

1. B. Apffel et al., Nature 585, 48 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1074   morozov »

Муаровый узор диаманов

Классический диаман, впервые предсказанный в 2009 году, представляет собой структуру типа C2H на основе биграфена, в которой, как и в графане, каждый углеродный атом sp3-гибридизирован [1]. Причем в слое графена атомы углерода одной из двух его атомных подрешеток, ковалентно связаны с атомами водорода, а другой – с углеродными атомами соседнего слоя (см. рис.).

Получается, что фактически диаман – это “пленка” алмаза нанометровой толщины. В работе [2] исследователи из Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН и МИФИ с помощью теории функционала плотности определили электронную структуру и предсказали рамановские и ИК-спектры новых алмазоподобных наноматериалов, производных диамана, которые получили название муаровых или скрученных диаманов. Скрученные диаманы (см. рис.) построены на основе гидрогенизированных (Dn21.8) или фторированных (F-Dn21.8) двухслойных графенов, в которых поворот слоев друг относительно друга вместе с ковалентным связыванием приводит к формированию красивого муарового узора.

Такая структура бислоя существенно отличается от традиционной компоновки AA или AB в биграфене, что, конечно, определяет уникальные свойства муаровых диаманов. Расчеты авторы выполняли в программе Quantum ESPRESSO в приближении локальной плотности с использованием функционала PW и сохраняющих норму псевдопотенциалов. Они рассмотрели характеристики систем с наиболее простой элементарной ячейкой, характерной для материалов, у которых слои повернуты друг относительно друга на угол величиной в θ = 21.8° (см. рис.).
Изображение

Изображение
Атомные структуры скрученного диамана Dn21.8
(а – вид сверху, b – вид сбоку) и традиционный диаман с
AB-упаковкой (с). Красные и синие шары соответствуют атомам углерода, которые образуют и не образуют межслоевые связи, соответственно. Маленькие бирюзовые шарики соответствуют атомам водорода или фтора. Сплошная черная линия ограничивает элементарную ячейку. Зеленые кружки обозначают
«X»-пересечения связей C–C в разных слоях. Для каждой наноструктуры представлены виды сверху и сбоку. Вид сверху двухслойного графена (d), который трансформируется в диаман
(e – вид сверху, f – вид сбоку) после гидрирования/фторирования и межслоевого ковалентного связывания.

Такой угол соответствует элементарным ячейкам, включающим двадцать восемь атомов углерода и восемнадцать атомов водорода или фтора. Анализ плотности электронных состояний и зонной структуры показал, что ширина запрещенной зоны составляет более 4 эВ и превышает величину, характерную для традиционных диаманов. Наличие большого числа узких пиков на плотности электронных состояний, по мнению авторов, связано с уплощенными минизонами, что открывает перспективы применения муаровых диаманов в оптических и оптоэлектронных устройствах. Для идентификации наносистем Dn21.8 и F-Dn21.8 авторы предлагают ориентироваться на их спектральные особенности.

К слову, рамановские и ИК-спектры для гидрогенизированных и фторированных муаровых диаманов оказались схожими. Однако, относительно традиционных AA или AB-упакованных диаманов наиболее активные рамановские частоты этих муаровых структур смещены в синий диапазон спектра. Кроме того, в отличие от диаманов с AA и AB упаковкой, скрученные диаманы способны взаимодействовать со светом, поляризованным параллельно плоскости пленки.

Авторы полагают, что муаровые диаманы расширят диапазон характеристик и применимость доступных в настоящее время углеродных наноматериалов. По их мнению, дальнейшие исследования могут также подтвердить их уникальные сверхтвердые механические свойства. Исследователи уверены, что рассмотренные в работе [2] особенности должны сохраниться для всех скрученных диаманов. Кроме того, при их производстве останется возможность тонкой подстройки электронных характеристик муаровых диаманов с помощью изменения угла θ. Таким образом, сочетание всех этих уникальных свойств делает скрученные диаманы перспективным материалом для электронных, химических и оптических приложений.

М. Маслов

1. ПерсТ 16, вып. 15/16, с. 3 (2009).

2. L.A.Chernozatonskii et al., Appl. Surf. Sci. 537, 148011 (2021).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1075   morozov »

Размер наночастиц золота определяет их воздействие на клеточную мембрану

Наночастицы золота широко используют при разработке новых материалов, приборов и устройств; применяют в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, косметологии. Благодаря уникальным физическим и химическим свойствам, доступным методам синтеза и функционализации наночастицы золота чрезвычайно важны для биомедицины (диагностика, фототермическая и фотодинамическая терапии, целевая доставка лекарств [1]). Конечно, и исследователей, и технологов, и потребителей волнуют вопросы возможной токсичности этих перспективных наноматериалов. Изучать их воздействие на живой организм очень сложно, т.к. оно зависит и от размеров, и от формы, и от функционализации наночастиц. Ключевым является взаимодействие с фосфолипидной клеточной мембраной. Наночастицы могут незначительно деформировать мембрану, присоединившись к ней снаружи, а могут вызвать серьезные повреждения и проникнуть внутрь клетки. Английские исследователи решили проверить влияние одного из важных параметров – размера [2]. В экспериментах использовали “чистые”, без какой-либо функционализации, наночастицы золота в диапазоне размеров 5-60 нм (5, 10, 25, 35 и 60 нм). Для имитации живых клеток синтезировали липосомы диаметром 180 нм. Эти пузырьки широко применяют в научных исследованиях, т.к. их стенки состоят из липидных бислоев, по составу близких к клеточным мембранам. Исследования проводили с помощью методов динамического светорассеивания, электронной микроскопии и криоэлектронной микроскопии. Также были сделаны оценки на основе теории упругости. В целом, используя простую модельную систему, авторы показали, что воздействие на мембрану сильно зависит от размера наночастиц (рис. 1).

Изображение

Рис. 1. Схематическое представление взаимодействия наночастиц разного размера с модельной липидной мембраной.
Справа – соответствующие ТЕМ изображения для наночастиц размером 10, 35 и 60 нм.
Шкала 50 нм.

В случае мелких наночастиц (5-10 нм) происходит их агрегация, обволакивание агрегатов мембраной (“обёртывание”) с образованием глубоких каналов и проникновение отдельных наночастиц золота внутрь. Наночастицы среднего размера (25-35 нм) частично обёртываются мембраной, вызывая небольшой изгиб. Для крупных наночастиц наблюдаются лишь отдельные случаи присоединения наночастиц золота к мембране. Таким образом, у наночастиц размером до 10 нм больше возможностей проникнуть внутрь мембраны. Это важно для оценки токсичности наноматериалов, используемых в медицине. С другой стороны, эффект проникновения в мембрану мелких наночастиц золота можно использовать для создания эффективных систем доставки лекарств и препаратов.

О. Алексеева

1. П.Б.Курапов и др., Вестник РГМУ №6, с. 86 (2018).

2. C.Contini et al., Commun. Chem. 3, 130 (2020).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1076   morozov »

Сверхпроводимость при комнатной температуре
1 ноября 2020
Открытие сверхпроводимости [1] с критической температурой, достигавшей Tc=203 K в интервале давлений 100-250 ГПа (в алмазных наковальнях), в системе H3S вызвало поток работ по экспериментальному изучению высокотемпературной сверхпроводимости гидридов в области мегабарных давлений (см. обзоры [2,3]). Теоретический анализ немедленно подтвердил, что эти рекордные значения Tc обеспечиваются традиционным электрон — фононным взаимодействием и хорошее описание экспериментальной ситуации обеспечивается теорией Элиашберга – МакМиллана в пределе достаточно сильной электрон — фононной связи [4,5]. Более того, подробные расчёты для целого ряда гидридов переходных металлов под давлением [4] привели к предсказанию достаточно большого числа таких систем с рекордными значениями Tc. В ряде случаев эти предсказания получили блестящее подтверждение, в частности были экспериментально достигнуты рекордные значения Tc=250-260 K в системе LaH10 [6,7]. Принципиальное значение этих работ состоит, прежде всего, в том, что они ярко продемонстрировали отсутствие существенных ограничений для Tc, в рамках электрон — фононного механизма куперовского спаривания, где традиционно считалось, что Tc не может превышать 30-40 K. После появления работ [6,7] стало ясно, что не за горами открытие сверхпроводимости при комнатной температуре, которая многие годы казалась лишь мечтой немногих теоретиков [8,9]. И вот теперь этот рубеж перейден — в только что появившейся работе [10] была получена сверхпроводимость с Tc=287.7 ± 1.2 K (т.е. около +15 градусов Цельсия) в системе C-H-S при давлении 267 ± 10 ГПа. Авторы воспользовались тем, что сероводород H2S и метан CH4 хорошо перемешиваются. Такая смесь (с дополнительной инжекцией H2), была подвергнута фотохимическому синтезу при высоком давлении (с использованием лазерного излучения) и исследована в интервале давлений от 100 до 300 ГПа. Были получены очень убедительные данные по достаточно узкому сверхпроводящему переходу (из резистивных измерений) с Tc в интервале от 175 до 287 K при изменении давления от 175 до 267 ГПа, которые были подтверждены измерениями диамагнитного отклика (эффекта Мейсснера) при давлениях от 175 до 200 ГПа, а также прямыми (резистивными) измерениями верхнего критического магнитного поля (уменьшения Tc под воздействием внешнего магнитного поля до 9 Тл) вблизи Tc. Эти измерения показали, что изучаемая система представляет собой типичный сверхпроводник II рода, а значение Hc2 при T=0 могут достигать 62 или 85 Тл (в зависимости от используемой экстраполяции к T=0). К сожалению, авторам пока ещё не удалось точно определить структуру исследованной сверхпроводящей фазы C-H-S, что связано с трудностями рентгеновских измерений в системах с легкими атомами (малостью сечения рассеяния рентгеновских лучей). Представляется, что эта задача будет решена в ближайшее время в комбинации прямых экспериментов и современных методов теоретического моделирования устойчивых структур в области высоких давлений [4]. Практически не остаётся сомнений, что и предел Tc=+15 °С, может быть превзойдён в ходе будущих экспериментов с гидридами под высоким давлением, а может быть, и в случае экспериментального получения металлического водорода. [1] Drozdov A P, Eremets M I, Troyan I A, Ksenofontov V, Shylin S I Nature 525 73 (2015) [2] Еремец М И, Дроздов А П УФН 186 1257 (2016) [3] Pickard C J, Errea I, Eremets M I Annual Reviews of Condensed Matter Physics 11 57 (2020) [4] Liu H, Naumov I I, Hoffman R, Ashcroft N W, Hemley R J PNAS 114 6990 (2018) [5] Gor'kov L P , Kresin V Z Rev. Mod. Phys. 90 01001 (2018) [6] Drozdov A P et al. Nature 569 528 (2019) [7] Somayazulu M, et al. Phys. Rev. Lett. 122 027001 (2019) [8] Гинзбург В Л УФН 174 1240 (2004) [9] Максимов Е Г УФН 178 175 (2008); Maksimov E G Phys. Usp. 51 167 (2008) [10] Snider E et al. Nature 586 373 (2020)

Гравитационное красное смещение
1 ноября 2020
Эффект гравитационного красного смещения (ГКС) — уменьшение частоты излучения, приходящего от массивного объекта — является одним из классических тестов Общей теории относительности (ОТО). ГКС было измерено на Земле в эксперименте Паунда и Ребки и наблюдалось для Солнца и звёзд — белых карликов. Поправки от ГКС учитываются также в системах спутниковой навигации. Измерение ГКС для Солнца осложнено конвективными движениями плазмы (грануляцией), вызывающими доплеровские сдвиги. Однако в последнее время техника спектральных наблюдений получила новое развитие, что позволило J.I. Gonzalez Hernandez (Канарский институт астрофизики и Университет Ла-Лагуна, Испания) и соавторам выполнить новые наиболее точные измерения эффекта ГКС на Солнце [11]. Наблюдался свет Солнца, отражённый от Луны, в котором суммирован вклад всего солнечного диска. Использовался высокостабильный спектрограф на 3,6-метровом телескопе обсерватории Ла-Силья в Чили. Для его калибровки применялся метод лазерной частотной гребёнки. Измерялась центральная частота и эквивалентная ширина 326 линий поглощения железа. Для интерпретации наблюдений использовалась 3D модель фотосферы, позволяющая предсказывать профили линий. Наблюдение 15 сильных линий даёт для ГКС величину 639 ± 14 м с−1 с минимумом модельных предположений. А глобальное фитирование 97 линий 3D моделью даёт 638 ± 6 м с−1. Полученные величины хорошо согласуются с рассчитанным значением 633,1 м с−1 и тем самым еще раз подтверждают предсказание ОТО. [11] Gonzalez Hernandez J I et al. A&A, принята к публикации в 2020 г.

Квантовая тепловая машина
1 ноября 2020
У микроскопических квантовых систем, рассматриваемым как тепловые машины, имеется возможность квантовой суперпозиции их различных, в том числе, противоположных термодинамических циклов, что невозможно в классическом случае. В экспериментах уже были реализованы квантовые тепловые машины на основе различных систем. K. Ono (Институт физико-химических исследований RIKEN, Япония) и соавторы впервые создали квантовую тепловую машину на основе спинового состояния электрона примеси в туннельном полевом транзисторе [12]. Высокочастотное изменение потенциала затвора вызывало переходы между двумя энергетическими уровнями и создавало их определенную населенность. Также к затвору был приложен модулирующий сигнал, изменяющий расстояние между уровнями. Направление цикла Отто зависело от того, в какой момент происходил переход между уровнями: при минимальном или максимальном расстоянии между ними. Если период модулирующего сигнала был больше времени когерентности системы, то система могла работать либо в режиме тепловой машины с прямым циклом, либо холодильника. Однако если период был меньше времени когерентности, то система могла находиться в суперпозиции этих состояний. [12] Ono K et al. Phys. Rev. Lett. 125 166802 (2020)

Оптический резонатор на основе левитирующих микрокапель
1 ноября 2020
Cферический оптический резонатор мог бы иметь очень большую добротность за счёт наличия множества вариантов путей обхода и сложения фаз световых волн на сфере. Однако для этого требуется высокое качество сферической поверхности. У твердых микросфер, лежащих на плоскости, даже наличие точки опоры приводит к деформации, ухудшающей их оптические свойства. J. Kher-Alden (Израильский технологический институт — Технион) и соавторы в качестве резонатора применяли жидкие капли силиконового масла радиусом 10 мкм, удерживаемые в состоянии левитации оптическим пинцетом [13]. В этом случае капли имеют высокую степень сферичности и качество поверхности. Вблизи капель проходило изогнутое оптоволокно. Через эванесцентное поле осуществлялась связь оптических мод в волокне и в капле без заметного влияния на форму капель. Оптическая точность (optical finesse) данного резонатора превышала 11,6 × 106 (добротность 1,2 × 109), т.е. свет мог совершать более 10 млн. оборотов внутри капли. В первых левитирующих сферических резонаторах А. Ашкина, созданных в 1970-х годах, эта величина составляла всего ≈ 300. В эксперименте также выполнены измерения вырожденности и плотности состояний оптических мод. Данный резонатор может найти применения в прецизионных физических измерениях и в оптических сенсорах. [13] Kher-Alden J et al. Phys. Rev. X 10 031049 (2020)

Квантовые флуктуации вблизи предела Ландауэра
1 ноября 2020
Как было показано в работах Р. Ландауэра, логические операции сопровождаются производством энтропии и диссипации тепла. Например, при стирании одного бита информации окружению передаётся количество тепла q ≥ kBT ln(2) (предел Ландауэра), где kB — постоянная Больцмана, а T — температура. J. Goold (Тринити-колледж (Дублин), Ирландия) и соавторы в своей теоретической работе [14] исследовали рост диссипации вблизи предела Ландауэра за счёт квантовых флуктуаций при необратимом стирании информации. Наличие у системы квантовой когерентности приводит к росту диссипации сверх предела Ландауэра и делает распределение энергетических потерь негауссовым, в отличие от случая тепловых флуктуаций. Ещё одной особенностью квантовых эффектов является дисспипция энергии конечными порциями — испускание квантов. Далее авторы применили полученные ими общие принципы к модельной двухуровневой системе. Было получено, что за счет квантовых флуктуаций диссипация энергии может в 30 раз превосходить предел Ландауэра, тогда как классические эффекты диссипации создают превышение только в 4 раза. Эффект повышенной диссипации может оказаться важным для микроскопических логических ячеек работающих вблизи предела Ландауэра, т.к. он может приводить к их повреждению. [14] Miller H J D et al. Phys. Rev. Lett. 125 160602 (2020)

Нелинейный магнитоэлектрический эффект
1 ноября 2020
У многих кристаллов магнитоэлектрический эффект (появление электрической поляризации под влиянием внешнего магнитного поля) пропорционален первой или второй степени напряженности магнитного поля. L. Weymann (Венский технический университет, Австрия) и соавторы обнаружили [15], что в лангаситах, допированных атомами гольмия, HoxLa3-xGa5SiO14 с x=0,043 ± 0,005 эффект может иметь четвёртый и шестой порядок. Исследовались монокристаллы при температуре 2 K и магнитном поле 6-14 T. Для измерения поляризации применялись серебряные электроды на гранях кристаллов. Измерения показали, что поляризация испытывает четыре периода осцилляций при вращении магнитного поля на угол 2π в кристаллической ac-плоскости и шесть периодов при вращении в ab-плоскости. Это свидетельствует о зависимости от компонент магнитного поля в четвёртой и шестой степени, соответственно. При этом зависимость амплитуды поляризации от величины магнитного поля остается линейной. Ранее в кристаллах 6-я степень зависимости не наблюдалась. Авторы разработали теоретическую модель, которая в целом хорошо воспроизводит обнаруженные свойства, учитывая взаимовлияние локальной и глобальной симметрий. Обнаруженный эффект открывает новые возможности для управления электрическими свойствами веществ с помощью магнитного поля. В работе принимали участие российские исследователи из МГУ, ИОФАН, МФТИ и Национального исследовательского университета «МИЭТ». О магнитоэлектрических материалах см. в [16,17]. [15] Weymann L et al. npj Quantum Materials 5 61 (2020) [16] Пятаков А П, Звездин А К УФН 182 593 (2012) ; Pyatakov A P, Zvezdin A K Phys. Usp. 55 557 (2012) [17] Бухараев А А и др. УФН 188 1288 (2018); Bukharaev A A et al. Phys. Usp. 61 1175 (2018)

Аномальный магнитар Swift J1818.0-1607
1 ноября 2020
Магнитары представляют собой молодые одиночные нейтронные звёзды с очень сильными магнитными полями и медленным вращением. Их рентгеновское излучение подпитывается диссипацией магнитного поля. Существует еще один класс нейтронных звёзд с сильными магнитными полями, которые, напротив, излучают в основном за счёт энергии вращения. Предполагалось, что эти нейтронные звёзды с ротационной подпиткой и магнитары относятся к единой популяции объектов, однако промежуточных видов нейтронных звёзд ранее обнаружить не удавалось. Наблюдения рентгеновского источника Swift J1818.0-1607 с помощью телескопа Swift BAT и телескопа NICER, установленного на МКС, показали, что он может быть искомым промежуточным видом [18]. Swift BAT регистрировал жесткую часть спектра рентгеновской вспышки, типичной для магнитаров, а NICER наблюдал последующую (в течение первых ≈ 100 дней) эволюцию спектра в мягкой области. Swift J1818.0-1607 является самым быстро вращающимся магнитаром из известных, имея период 1,36 с. Характер замедления и сильные глитчи и антиглитчи (изменения частоты вращения) говорят об относительно молодом возрасте нейтронной звезды. При этом излучение может частично подпитываться вращением, а магнитное поле 2,7 × 1014 Гс и светимость 7,9 × 1035 эрг с−1 имеют промежуточные величины. Наблюдаемое радиоизлучение Swift J1818.0-1607 также относит его к промежуточному типу нейтронных звёзд, т.к. лишь у немногих магнитаров зарегистрировано радиоизлучение. О магнитосферах пульсаров см. в [19-22]. Весьма вероятно, что магнитары являются источниками быстрых радиовсплесков [23]. [18] Hu C P et al. The Astrophysical Journal 902 1 (2020) [19] Бескин В С, Гуревич А В, Истомин Я Н УФН 150 257 (1986) ; Beskin V S, Gurevich A V, Istomin Ya N Sov. Phys. Usp. 29 946 (1986) [20] Бескин В С, Истомин Я Н, Филиппов А А УФН 183 179 (2013) ; Beskin V S, Istomin Ya N, Philippov A A Phys. Usp. 56 164 (2013) [21] Бескин В С УФН 188 377 (2018) ; Beskin V S Phys. Usp. 61 353 (2018) [22] Потехин А Ю УФН 180 1279 (2010); Potekhin A Yu Phys. Usp. 53 1235 (2010) [23] Попов С Б, Постнов К А, Пширков М С УФН 188 1063 (2018) ; Popov S B, Postnov K A, Pshirkov M S Phys. Usp. 61 965 (2018)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1077   morozov »

Первый источник быстрых радиовспышек в Млечном Пути оказался повторяющимся
Своеобразные "радиосигналы пришельцев" были случайно открыты в 2007 году, их источник расположен на огромном расстоянии от Земли


ТАСС, 16 ноября. Европейские радиоастрономы обнаружили две повторных вспышки, выработанных магнетаром SGR 1935+2154, первым известным источником так называемых FRB-радиовсплесков в Млечном Пути. Их открытие впервые указало на существование относительно маломощных сигналов подобного рода, пишут исследователи в статье в журнале Nature Astronomy.

"Два первых всплеска и две повторные вспышки, которые мы зафиксировали, отличались друг от друга по уровню энергии примерно на семь порядков. Даже если это частично объясняется тем, что они были испущены в разных направлениях, это открытие заставляет нас серьезно задуматься о том, порождаются ли подобные всплески одними и теми же физическими процессами, и какая часть из них носит такую же природу, как и FRB-радиовсплески", - пишут исследователи.

Своеобразные "радиосигналы пришельцев", загадочные FRB-всплески, были случайно открыты в 2007 году во время наблюдений за пульсарами на австралийской обсерватории Паркс. Они представляют собой очень короткие, но мощные радиосигналы с необычной периодической структурой, источник которых расположен на огромном расстоянии от Земли.

Пока ученые могут сказать только то, что все FRB-вспышки объединяют две вещи - чрезвычайно большая мощность и необыкновенно большое расстояние до их источников. По этой причине астрономы изначально предполагали, что их порождают самые мощные катаклизмы во Вселенной, в том числе слияния пар нейтронных звезд или же пульсаров и черных дыр.

В 2017 году астрономы выяснили, что это предположение было ошибочным - одна из вспышек, открытых телескопом Паркс еще в 2012 году, начала периодически повторяться. Это заставило многих теоретиков предполагать, что эти пучки радиоволн порождают некие периодические процессы в окрестностях магнетаров, нейтронных звезд, обладающих необычно сильным магнитным полем.
Новые загадки "сигналов пришельцев"

Лишь в этом году китайским и канадским астрономам удалось открыть предположительный источник подобных всплесков, расположенный внутри нашей Галактики. Им оказался магнетар SGR 1935+2154, "намагниченная" нейтронная звезда, расположенная в созвездии Стрелы на противоположной стороне Млечного Пути, на расстоянии в 30 тыс. световых лет от Земли.

Изначально его первооткрыватели не зафиксировали повторяющихся FRB-вспышек, порожденных этим светилом, что заставило их предположить, что SGR 1935+2154 относится к числу источников, вырабатывающих одиночные "сигналы пришельцев". Группа астрономов под руководством Франца Кирстена (Franz Kirsten), астрофизика из Технологического университета Чалмерса в Онсале (Швеция), выяснила, что это не так, зафиксировав сразу два повторных всплеска активности этого магнетара.

Европейские исследователи совершили это открытие, наблюдая за SGR 1935+2154 на протяжении примерно трех месяцев, с конца апреля по конец июля этого года, при помощи нескольких радиотелескопов в Швеции, Польше и Нидерландах.

Как правило, эти обсерватории ведут совместные наблюдения в рамках радиоинтерферометра EVN, объединяющего их в гигантскую виртуальную радиотарелку, однако для наблюдений за SGR 1935+2154 ученые разъединили их, что позволило им максимально долго наблюдать за первым галактическим источником "сигналов пришельцев".

Подобная трата ресурсов и времени сразу нескольких телескопов оправдала себя - астрономам удалось зафиксировать две повторных вспышки, получивших условные имена B1 и B2. Они произошли в один и тот же день, 24 мая, с разрывом примерно в две секунды. Несмотря на столь небольшой промежуток времени, обе вспышки были очень разными как по своей мощности, так и по физическим свойствам, а также сильно отличались от двух других сигналов, зафиксированных телескопами CHIME и FAST в апреле этого года.

Огромный разброс в энергиях этих FRB-всплесков, а также отсутствие рентгеновского "эха" этих всплесков, подобного тому, которое было зафиксировано при открытии первых FRB-вспышек на SGR 1935+2154, указывает на то, что магнетары могут порождать "сигналы пришельцев" разными путями. Так это или нет, покажут последующие наблюдения за активностью данного объекта, подытожили Кирстен и его коллеги.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1078   morozov »

Физики обнаружили новый тип квазичастиц в графене
Изображение
Jilien Barrier et al. / Nature communications

Ученые обнаружили новый тип квазичастиц в графене, которые назвали фермионами Брауна-Зака. По своему поведению в магнитном поле они отличаются от дираковских фермионов, имеют высокую подвижность и длину свободного пробега, превышающую несколько микрометров. Работа опубликована в Nature communications.

Свободные электроны в магнитном поле подчиняются законам классической физики: если направление поля перпендикулярно направлению движения электрона, то его траектория закручивается и он начинает двигаться по окружности. Если проекция скорости электрона на направление магнитного поля не нулевая, то траектория частицы представляет собой спираль вдоль направления поля. Причем чем сильнее магнитное поле, тем сильнее в нем закручивается траектория электрона. Только при нулевых или очень слабых полях электроны могут двигаться по прямым или баллистическим траекториям.

Электроны в кристаллической решетке ведут себя немного сложнее, чем свободные, из-за наличия периодического потенциала самой решетки (его движение рассматривается как движение квазичастицы). При постоянном электрическом поле электрон (или любая другая частица) в твердом теле будут осциллировать, такие осцилляции называются осцилляциями Блоха. Наблюдать их можно, например в сверхрешетках — таких структурах, в которых помимо периодического потенциала кристаллической решетки существует дополнительный периодический потенциал с периодом больше постоянной решетки. Чаще всего для получения сверхрешеток соединяют два материала с разными постоянными решетки. В магнитном поле они демонстрируют сложный фрактальный спектр, который называют бабочкой Хофштадтера.

Группа ученых под руководством Александра Бердюгина (A. I. Berdyugin) из Университета Манчестера обнаружила в сверхрешетке графена с нитридом бора квазичастицы, которые двигаются по прямым траекториям даже при приложении ненулевого магнитного поля и обладают высокой подвижностью.
Изображение
(a) фото экспериментального устройства, (b) подвижность и средняя длина пробега при нулевом магнитном поле и температуре 10 микрокельвин, (c) продольное сопротивление при разных напряжениях и значениях магнитного поля, (d) зависимости подвижности и средней длины пробега при значении магнитного поля 15 Тесла и температуре 250 микрокельвин

Jilien Barrier et al. / Nature communications
Поделиться

Физики исследовали сверхрешетки на основе монослоя графена, заключенного между слоями нитрида бора. С помощью электронно-лучевой литографии они получали структуры разной геометрии и размеров для проведения экспериментов. Для того чтобы изучить поведение частиц в графене они меняли магнитное поле и концентрацию носителей, что приводило к изменению продольной проводимости материала и давало информацию о строении электронных уровней. Кроме того, авторы следили за значением подвижности носителей заряда при разных температурах и значениях магнитного поля. Оказалось, что подвижности частиц могут достигать порядка миллиона см2 В-1 с-1, а длина свободного пробега составляет несколько микрометров при ненулевых значениях магнитного поля.
Изображение
(a) Увеличенная часть картинки 1 (выделено белым), (b) Схематичное изображение минимумов проводимости, сплошные линии показывают предсказуемую эволюцию уровней Ландау, тонкие - аномальный изгиб, а пунктирные - ступенчатую эволюцию некоторых уровней

Jilien Barrier et al. / Nature communications
Поделиться

При определенных значениях магнитных полей фермионы Брауна-Зака ведут себя не как дираковские. Эти значения связаны с отношением магнитного потока к квантовому магнитному потоку, при котором восстанавливается трансляционная симметрия системы. Электронный спектр сверхрешетки в таком случае можно описывать в терминах блоховских состояний.

Сам спектр продольной проводимости имеет веерную структуру, которая позволяет различить уровни Ландау. Эти вееры расходятся от точек нейтральности графена и сингулярностей Ван Хова, что свойственно для сверхрешеток графена. Тем не менее некоторые мини-вееры демонстрировали аномальное поведение при низких температурах, которые не получается объяснить существующими теориями. Наличие аномальных изгибов может указывать на наличие электронных состояний, отличных от уровней Ландау. Поскольку электрон-электронные взаимодействия играют значительную роль в описанных экспериментах, они тоже могут быть причиной аномалий. Пока точного объяснения аномального поведения энергетических уровней, ученые продолжают их дальнейшее исследование.

Особенности свойств сверхрешеток на основе графена не только активно исследуют, но и ищут способы их контролировать. Например, ученые из США, Японии и Франции создали поворотную гетероструктуру для изменения свойств графена. А физики из Китая, США, Южной Кореи и Японии научились настраивать сверхпроводимость муаровой решетки из графена.

Оксана Борзенкова
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1079   morozov »

Либо это ошибка в расчетах, либо неучтенный или неизвестный источник

Пять лет назад космический корабль New Horizons прошел мимо Плутона и углубился в пояс Койпера. Сейчас он находится на расстоянии более 6 миллиардов километров от Солнца — это достаточно далеко, чтобы фиксировать световой сигнал от самой Вселенной, а не от Солнечной системы.

Так, вокруг Земли и во внутренней части Солнечной системы пространство заполнено частицами пыли, которые освещаются Солнцем, создавая рассеянное свечение по всему небу. Но там, где находится New Horizons, пыль не проблема, к тому же солнечный свет намного слабее.

Этим и решила воспользоваться группа астрономов, в том числе Тод Лауэр из Национальной оберватории Китт-Пик в Аризоне, чтобы попытаться выяснить, насколько космос темный, если исключить свет от звезд и галактик.

Чтобы попытаться обнаружить слабое свечение Вселенной, исследователи проанализировали фотографии, полученные с помощью простого телескопа и камеры New Horizons.
«На изображениях запечатлено то, что можно назвать пустым небом. Есть россыпь слабо светящихся звезд и галактик. Но вам понадобится место, где не будет много ярких звезд в кадре или даже за его пределами, чтобы камера не улавливала этот свет» — Тод Лауэр.

Затем исследователи обработали эти изображения, чтобы удалить все известные источники видимого света. После того, как они вычли свет звезд, а также рассеянный свет от Млечного Пути и любой рассеянный свет, который мог быть результатом огрех камеры, у них остался свет, исходящий из-за пределов нашей галактики.

После этого они исключили и свет, который мог принадлежать более далеким галактикам. И даже после этого на снимках осталось еще много необъяснимого света.

Фактически, количество света, исходящего от таинственных источников, было примерно равно количеству света, исходящего от известных галактик, говорит Марк Постман, астроном из Научного института в Балтиморе. Так что, возможно, есть нераспознанные галактики «или какой-то другой источник света, о котором мы еще не знаем».

Несколько лет назад астрофизик из Рочестерского технологического института Майкл Земков и его коллеги проводили аналогичный анализ данных New Horizons. Они использовали меньшее количество изображений, но полученные ими результаты соотносятся с настоящим исследованием.
«Они говорят, что вне галактик столько же света, сколько и внутри, что, честно говоря, довольно сложно переварить. Очень непросто прийти и сказать астрономическому сообществу: „Эй, парни, нам не хватает [объяснения] половины того, что существует“», — Майкл Земков.

Тем не менее, Земков считает, что работа Лауэра и его коллег «действительно солидная».

Так откуда же исходит свет? Земков попытался порассуждать на эту тему. Возможно, говорит он, на окраинах Вселенной гораздо больше маленьких тусклых карликовых галактик и других слабых областей, которые такие инструменты, как космический телескоп «Хаббл», не могут обнаружить, и поэтому ученые просто не знают о них.

Или, может быть, там больше пыли, чем ожидали ученые, которая мешает измерениям. Есть и более экзотическое объяснение — какое-то неизвестное явление во Вселенной, которое создает видимый свет. Возможно, это даже связано с темной материей, которая оказывает гравитационное притяжение на видимую материю, но никогда не наблюдалась напрямую.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 35037
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#1080   morozov »

Размер наночастиц золота определяет их воздействие на клеточную мембрану

Наночастицы золота широко используют при разработке новых материалов, приборов и устройств; применяют в пищевой промышленности, сельском хозяйстве, косметологии. Благодаря уникальным физическим и химическим свойствам, доступным методам синтеза и функционализации наночастицы золота чрезвычайно важны для биомедицины (диагностика, фототермическая и фотодинамическая терапии, целевая доставка лекарств [1]). Конечно, и исследователей, и технологов, и потребителей волнуют вопросы возможной токсичности этих перспективных наноматериалов. Изучать их воздействие на живой организм очень сложно, т.к. оно зависит и от размеров, и от формы, и от функционализации наночастиц. Ключевым является взаимодействие с фосфолипидной клеточной мембраной. Наночастицы могут незначительно деформировать мембрану, присоединившись к ней снаружи, а могут вызвать серьезные повреждения и проникнуть внутрь клетки. Английские исследователи решили проверить влияние одного из важных параметров – размера [2]. В экспериментах использовали “чистые”, без какой-либо функционализации, наночастицы золота в диапазоне размеров 5-60 нм (5, 10, 25, 35 и 60 нм). Для имитации живых клеток синтезировали липосомы диаметром 180 нм. Эти пузырьки широко применяют в научных исследованиях, т.к. их стенки состоят из липидных бислоев, по составу близких к клеточным мембранам. Исследования проводили с помощью методов динамического светорассеивания, электронной микроскопии и криоэлектронной микроскопии. Также были сделаны оценки на основе теории упругости. В целом, используя простую модельную систему, авторы показали, что воздействие на мембрану сильно зависит от размера наночастиц (рис. 1).

Изображение
Рис. 1. Схематическое представление взаимодействия наночастиц разного размера с модельной липидной мембраной.
Справа – соответствующие ТЕМ изображения для наночастиц размером 10, 35 и 60 нм.
Шкала 50 нм.

В случае мелких наночастиц (5-10 нм) происходит их агрегация, обволакивание агрегатов мембраной (“обёртывание”) с образованием глубоких каналов и проникновение отдельных наночастиц золота внутрь. Наночастицы среднего размера (25-35 нм) частично обёртываются мембраной, вызывая небольшой изгиб. Для крупных наночастиц наблюдаются лишь отдельные случаи присоединения наночастиц золота к мембране. Таким образом, у наночастиц размером до 10 нм больше возможностей проникнуть внутрь мембраны. Это важно для оценки токсичности наноматериалов, используемых в медицине. С другой стороны, эффект проникновения в мембрану мелких наночастиц золота можно использовать для создания эффективных систем доставки лекарств и препаратов.

О. Алексеева

1. П.Б.Курапов и др., Вестник РГМУ №6, с. 86 (2018).

2. C.Contini et al., Commun. Chem. 3, 130 (2020)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»