Наука и технологии: достижения, проекты, гипотезы, факты. Физика (13.02.06-16.12.08)

Получен кремниевый аналог графена — силицен

В последнее время графен — слой атомов углерода — стал одним из самых «горячих» и популярных материалов в физических исследованиях. И это неудивительно, ведь он обладает уникальными механическими, теплопроводящими, электрическими и даже оптическими свойствами. Правда, есть одно существенное но. Когда говорят о практическом применении графена, прежде всего подразумевают его предположительное использование в микроэлектронике (лучше даже сказать в «наноэлектронике») — создание графенового «микропроцессора».

[Из силиценовых полосок, сворачивая их, можно создавть кремниевые нанотрубки, которые, в свою очередь, надёжнее графеновых].

---------------------------------------------------------------------------------------------

Физики смоделировали черные дыры при помощи вращающихся капель

Британским физикам [из Ноттингема] удалось получить в лаборатории вращающиеся капли обычной воды необычной формы. По словам исследователей, эти капли могут служить моделями черных дыр. Об этом сообщает журнал New Scientist. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters.
Один из авторов работы Ричард Хилл (Richard Hill).

Для опыта физики воспользовались явлением так называемой диамагнитной левитации. Небольшие капли воды исследователи поместили в мощное вертикальное магнитное поле. Так как вода обладает диамагнетическими свойствами (то есть намагничивается в противоположном полю направлении), то ученые добились того, что возникающая сила отталкивания компенсировала силу тяжести, и капли зависали в воздухе.

Равномерного вращения физики достигли, поместив внутрь капли два миниатюрных электрода, по которым пустили ток. В результате получилась конструкция, аналогичная устройству электродвигателя, где роль ротора играла подвешенная в воздухе капля воды. Ученые установили, что при взгляде сверху капля диаметром один сантиметр, вращающаяся со скоростью примерно три оборота в секунду, имеет треугольную форму. Подобный эффект в лаборатории ранее никогда не наблюдался.

[Мембрана: "При других скоростях наблюдались двухсторонняя (нечто вроде колбы, вертящейся лёжа на боку), квадратная (конечно, со скруглёнными углами), пятиугольная и другие формы капли, предсказываемые теорией.

Физики же из Ноттингема объясняют, что опыт с каплями — шаг к пониманию сил, действующих как в масштабе атомного ядра, так и в космологических масштабах. Ведь по своему характеру силы гравитации и сильное ядерное взаимодействие во многом напоминают силы поверхностного натяжения, то есть ведут себя сходным образом.

Некоторые учёные считают правомерной такую аналогию: горизонт событий чёрной дыры — это некая поверхность, или мембрана, в которой действуют силы поверхностного натяжения.

Потому изучение стабилизации вращающейся капли, принимающей ту или иную форму, мол, поможет лучше узнать о свойствах быстровращающихся чёрных дыр"]

Источник Lenta.ru, а подробности, схема эксперимента и видео на Мембране

---------------------------------------------------------------------------------------------

Теоретические расчеты показывают, что протоны и ядра, движущиеся с околосветовой скоростью, имеют форму не плоского диска, а двояко-вогнутой линзы.

---------------------------------------------------------------------------------------------

Китайский физик Чжан Дяньчжонг теоретически предсказал существование «эффекта домино» в одностенной углеродной нанотрубке.
Сжимая один из ее концов, можно наблюдать последовательное схлопывание участков такой структуры атомов углерода со скоростью, превышающей 1 км/с.

Это явление происходит с выделением энергии, а значит, впервые позволяет говорить об углеродных нанотрубках как об источниках энергии. Кроме того, этот эффект может быть также использован в качестве ускорителя молекул

---------------------------------------------------------------------------------------------

Сверхтвёрдый и сверхскользкий материал передадут промышленности

Физики совершенно случайно открыли материал, более скользкий, чем тефлон, и при этом почти такой же твёрдый, как алмаз. Ныне авторы разработки из американской лаборатории Эймса (Department of Energy Ames Laboratory) получили $3 миллиона для превращения необычного состава в уникальную вечную смазку.

Материал под названием BAM был открыт случайно в 1999 году. Учёные искали материал, который генерировал бы электричество при нагревании, однако, поэкспериментировав с различными составами, получили совсем другое.

---------------------------------------------------------------------------------------------

Физика
Построен ультраскоростной четырёхмерный микроскоп

Новая разновидность электронного микроскопа способна генерировать видео на атомном уровне, показывающее тончайшие изменения, происходящие в материалах при внешнем воздействии или в ходе химических реакций. И это не было бы удивительным, если бы не временáя шкала — новая установка способна раскладывать на множество кадров события, длящиеся триллионные доли секунды.

Оригинальная техника съёмки, названная четырёхмерной электронной микроскопией (4D electron microscopy), разработана в физико-биологическом центре науки и технологии ультрабыстрых процессов (Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology — UST) Калифорнийского технологического института.

---------------------------------------------------------------------------------------------

В экспериментах на Теватроне зафиксировано необъяснимое явление

[Теватрон (англ. Tevatron) — кольцевой ускоритель-коллайдер, расположенный в национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми в городке Батавия штата Иллинойс (США), недалеко от Чикаго. В настоящее время oн имeет самую высокую в мире энергию пучков частиц].

В эксперименте, результаты которого проанализированы физиками в одном из крупнейших ускорительных центров мира, обнаружено аномальное событие. Рождение мюонов, элементарных частиц, происходило на значительном расстоянии от места столкновения протон-антипротонных пучков. Причем не парами, как предсказывалось, а в виде струй.

В опубликованном отчете на arxiv.org уже сказано о невозможности объяснить результат в рамках имеющихся представлений, а в неофициальных источниках новые экспериментальные данные характеризуют как потенциальный переворот в физике.

Тэватрон на сегодня является коллайдером с самой высокой энергией частиц. Это почетное звание отберет у него лишь Большой адронный коллайдер, после починки и запуска. Международный коллектив физиков, (статья подписана более чем 400 авторами из 51 научного центра по всему миру) работавший с детектором CDF, провел анализ данных, накопленных в ходе многомесячного эксперимента по столкновению протон-антипротонных пучков.

Поскольку энергия сталкивающихся протонов и их античастиц была достаточно велика (почти 2 триллиона электрон-вольт) - в процессе столкновения начинали проявляться эффекты, связанные с рождением новых частиц (кинетическая энергия протонов переходит в массу рожденных частиц) и взаимодействием кварков. В некоторых процессах, в частности, возникали короткоживущие и распадающиеся с рождением двух мезонов частицы с b-кварком.

Специальный детектор отслеживал такие события и его электронная схема позволяла проследить траектории мюонов с высокой точностью до места их появления. Именно эти данные стали сенсацией. Мюоны, которые должны были рождаться на расстоянии максимум в пару миллиметров от места столкновения пучков (больше породившая два мюона короткоживущая частица просто не пролетит), пролетали на порядок больше и даже успевали покинуть вакуумную трубу. Кроме того, их было слишком много для Стандартной Модели, в ней получение мюонных струй невозможно даже в привычной области вблизи столкновения пучков частиц.

Работающие в области физики высоких энергий ученые пока весьма аккуратны в оценках. Но добросовестность экспериментаторов сомнений не вызывает, они честно описали полученные результаты. Воздержавшись от теоретических построений и указав на то, что работы с Тэватроном и анализ данных продолжаются. Кроме того - часть теоретических объяснений открытого феномена (а таковые последуют в ближайшие месяцы) можно будет проверить и на Большом адронном коллайдере.

источник: Lenta.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------

24 октября 2008
Физика
Открыто новое состояние материи
Используя комбинацию сверхсильных магнитных полей и холода, в 100 раз более сильного, чем в межзвёздном пространстве, экспериментаторы из университета Макгилла (McGill University) получили новое состояние материи — квазитрёхмерный электронный кристалл.

Необычная структура из электронов образовалась в неком полупроводниковом материале, сходном с теми, что используются для создания микросхем. Этот факт открывает заманчивые перспективы для совершенствования электроники, но сначала физикам ещё предстоит разобраться — что же у них получилось.

Подробнее... Мембрана
---------------------------------------------------------------------------------------------

Липкая лента оказалась источником рентгеновского излучения

Отматывание липкой ленты в вакууме производит рентгеновское излучение, сообщает Nature News. Работа была выполнена учеными из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и опубликована в журнале Nature. Видео эксперимента доступно здесь. Сами авторы работы отмечают, что похожее явление было впервые описано советскими исследователями еще в 1953 году, однако осталось малоизвестно. Во время отматывания ленты возникает и свечение в оптическом диапазоне.

Ученые предполагают, что за излучение ответственен эффект аналогичный так называемому эффекту триболюминесценции. Это явление возникновения электромагнитного излучения при разрушении асимметрических связей в кристалле. Оно возникает, когда кристалл царапается, трется или частично разрушается. В настоящее время считается, что в основе этого явления лежит разделение зарядов: во время механических процессов асимметричные связи разрушаются, а свет испускается в результате повторного объединения заряженных частиц.

Ученым удалось установить, что непосредственным источником излучения служит клейкая субстанция на ленте. По крайней мере рентгеновское излучение возникает именно в том месте, где лента отклеивается от мотка. Описать суть процесса ученым не удалось. Дело в том, что в случае с лентой в "производстве" рентгеновского излучения никакие кристаллы не участвуют - клейкая субстанция имеет аморфную структуру, то есть не обладает кристаллической решеткой. Кроме этого рентгеновское излучение не возникает в присутствии воздуха (поэтому использование обычного скотча безопасно).

Исследователям удалось при помощи данного эффекта получить рентгеновский снимок пальца одного из ученых. Для этого они собрали установку, в которой механический привод в вакуумной камере с постоянной скоростью разматывал скотч. В камере было проделано окошко, через которое рентгеновские лучи выходили наружу. Используя приемник от рентгеновского аппарата для дантистов, ученым удалось сформировать изображение пальца.

По словам исследователей, новое открытие найдет широкое применение при создании портативных рентгеновских аппаратов. В частности, с помощью данного эффекта можно создавать устройства, которые будут работать без электроэнергии: излучение будет генерироваться с помощью механического (возможно даже ручного) привода.

источник: Lenta.ru
---------------------------------------------------------------------------------------------

Учёные воспроизвели сверхпроводимость в тонких плёнках

Создать двухслойные плёнки с тонкой сверхпроводящей областью при температуре 50К (— 223°С) удалось физикам из американской национальной лаборатории Брукхэвена (Brookhaven National Laboratory).

Статья, посвящённая разработке этой группы учёных, вышла в октябрьском номере журнала Nature.

Особенность данной работы в том, что физики смогли создать высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) в виде тонких плёнок и изучить влияние поверхности составляющих на образование сверхпроводящей области. При этом оба слоя веществ сами по себе не являлись сверхпроводниками:
La₂CuO₄ — диэлектрик (плохо проводит электрический ток), а La_1.55Sr_0.45CuO₄ — по свойствам металл.

"Эта работа позволила нам наблюдать сверхпроводимость в слое толщиной всего 1-2 нанометра близ физической границы раздела двух материалов", — отмечает [руководитель группы] Иван Бозович (Ivan Bozovic) в пресс-релизе университета [Корнелла (Cornell University)].

Данное исследование открывает новые горизонты: со временем учёные надеются понять механизм высокотемпературной сверхпроводимости и попытаться с помощью такой же технологии улучшить свойства других известных, а также новых сверхпроводников.

Подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Построен самый мощный [электронный] микроскоп в мире

Удивительный аппарат Titan, созданный в рамках американско-европейского проекта TEAM, получил свои первые изображения с рекордным разрешением 0,05 нанометра. Это равно четверти поперечника атома углерода.
Чтобы понять, какие новый инструмент открывает возможности по изучению материалов или биологических молекул, нужно добавить, что диаметр спирали ДНК составляет целых 2 нанометра.

TEAM означает Transmission Electron Aberration-corrected Microscope, то есть трансмиссионный электронный микроскоп с коррекцией аберрации.
Он появился в результате смешения двух технологий: электронного микроскопа сканирующего и трансмиссионного типов (так называемая технология S/TEM). Для повышения разрешения здесь был применён ряд новаций, в частности, сразу две оригинальные системы коррекции сферической аберрации.

Подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Запуск Большого адронного коллайдера можно будет увидеть в прямом эфире в среду 10 сентября.

Физики всего мира с большим нетерпением ожидают новых открытий от самого большого в мире ускорителя элементарных частиц.

Подробнее... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Открыт новый тип высокотемпературных сверхпроводников

Физикам удалось синтезировать новый тип сверхпроводников с общей химической формулой ReFeAsO (где Re обозначает какой-либо из редкоземельных металлов: Sm — самарий, Nd — неодим, Pr — празеодим , Ce — церий, La — лантан). Эти вещества обладают неожиданно высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние, достигающей 55 К [−218°C].

В состав почти всех открытых до этого высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) входил оксид меди. Полученный впервые широкий класс некупратных ВТСП вселяет надежду на то, что будет наконец найдено теоретическое объяснение явления высокотемпературной сверхпроводимости, а также открывает новые возможности на пути к дальнейшему повышению температуры перехода в сверхпроводящее состояние.

Подробнее... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Дирижабль-электростанция впервые поднялся в воздух

Канадская компания Magenn Power испытала необычный тип генератора — в виде вращающегося гелиевого дирижабля, способного забираться "за ветром" на большую высоту.

Летающий ветряк называется MARS (Magenn Power Air Rotor System). Под действием потока воздуха его баллон вращается вокруг горизонтальной оси, к которой крепятся генераторы, а также тросы, удерживающие дирижабль на одном месте и передающие на землю полученное электричество.

Подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Совсем недавно появившаяся на свет американская компания SUNRGI разработала фотоэлектрическую батарею, обеспечивающую, по словам авторов, очень низкую стоимость солнечного электричества — всего 5 центов за киловатт-час. Также нам обещают и дешевизну установки в расчёте на ватт выходной мощности.

Новая технология названа Xtreme Concentrated Photovoltaics (XCPV). Как ясно из названия, она основана на необычайно высокой степени концентрации солнечного света, прежде чем он попадает на поверхность фотоэлектрического преобразователя.

Подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

29 апреля 2008
Физика. Нанотехнологии. Информационные технологии

Магнитная память «на беговой дорожке»: быстро, дешево и надежно

Исследовательская группа под руководством Стюарта Паркина анонсировала первые результаты работ по созданию нового класса энергонезависимой памяти — памяти «на беговой дорожке» (magnetic racetrack memory, MRM), или трековой памяти.

Она соединит в себе быстроту оперативной памяти и дешевизну жестких дисков, превзойдет их по плотности записи и при этом будет потреблять в десятки раз меньше энергии. Вероятно, уже в следующем десятилетии MRM заменит энергозависимую оперативную память, что позволит избавиться от ожидания при загрузке компьютеров — ведь операционная система и прикладные программы будут сохраняться в ОЗУ после их выключения!

В наши дни цифровая информация хранится на двух основных типах запоминающих устройств — на жестких магнитные дисках (hard disk drive, HDD) и твердотельных накопителях (solid state drive, SSD).

Поскольку в основе механизма HDD лежит вращающийся магнитный диск, это уменьшает надежность хранения данных и делает доступ к ним довольно медленным — около 5 мс. У лишенных подвижных частей SSD-устройств (к ним относятся оперативные запоминающие устройства и флэш-память) время доступа к информации в миллион раз меньше — до 5 нс, но зато стоимость хранения одного бита примерно в 100 раз выше, чем у HDD. При этом оба типа накопителей построены на двумерной геометрии, так что увеличение их емкости может происходить только за счет дальнейшей миниатюризации ячеек.

Принципиально новую технологию хранения данных разрабатывает группа Стюарта Паркина (Stuart Parkin) из Альмаденского исследовательского центра (Almaden Research Centre) компании IBM в Сан-Хосе (США).

Эта технология базируется на открытых не так давно спинтронных эффектах, в частности на использовании спинового тока для перемещения наноразмерных магнитных объектов — доменных стенок — в пределах магнитных нанопроволок. Под действием такого тока доменные стенки бегут друг за другом по этой проволоке, словно бегуны по спринтерской дорожке (треку). Поэтому такая технология получила название «память на беговой дорожке» (magnetic racetrack memory, MRM), или «трековая память».

Подобный подход позволит создать твердотельную память, соперничающую с жесткими дисками по стоимости и вместимости, но превосходящую их по производительности и надежности. Всё это может произвести революцию в сфере доступа и управления информацией.

(...Если ожидаемая плотность хранения данных будет реализована в готовом продукте, это будет означать, что мобильные телефоны, КПК и универсальные медиапроигрыватели смогут вмещать на борту в сто раз больше памяти, чем это возможно сегодня. Другими словами, портативный mp3-плеер сможет хранить до 500 000 песен).

Давайте сначала вспомним, как воспроизводилась музыка в старых кассетных магнитофонах. Магнитная лента, на которой расположены участки разной намагниченности, протягивается с постоянной скоростью мимо считывающей головки, которая «чувствует» намагниченность проходящего рядом участка ленты. Нечто подобное происходит и в устройствах с памятью «на беговой дорожке» — правда, с одной очень важной разницей: лента остается неподвижной, а движутся сами участки намагниченности!

Эксперимент DAMA по-прежнему «видит» частицы темной материи
Итальянский эксперимент DAMA/LIBRA объявил о детектировании частиц темной материи. В непосредственных экспериментальных данных специалисты не сомневаются, но с их интерпретацией согласны далеко не все.

Из чего именно состоит темная материя — пока не известно, но астрофизики склоняются к мысли, что главный ее компонент — это некие тяжелые частицы, очень слабо взаимодействующие с обычным веществом, — вимпы (от англ. WIMP — weakly interacting massive particles). Они образуют огромное облако вокруг каждой галактики, в том числе и вокруг нашего Млечного Пути. Солнечная система, двигаясь по своей галактической орбите сквозь газ вимпов, должна чувствовать встречный «вимповый ветер», а поскольку Земля вдобавок к этому еще движется вокруг Солнца, то мы, находясь на Земле, будем чувствовать то более сильный, то более слабый встречный поток вимпов, с периодом один год.

Подробнее... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Мыльные пузыри помогут предсказывать траектории ураганов

Исследователи из Центра радиоволн и молекулярной оптики (Centre de Physique Moleculaire Optique et Hertzienne, CPMOH) в Бордо (Франция) обнаружили, что вихри, определенным образом созданные в мыльных пузырях, ведут себя аналогично более масштабным атмосферным явлениям, таким как циклоны и ураганы. [Как тут не вспомнить слова лорда Кельвина (Томсона): "...в мыльном пузыре заключена вся физика!"].

Мыльные пузыри дали возможность промоделировать факторы, управляющие траекторией поведения ураганов. Все эти исследования, опубликованные в недавнем выпуске журнала Physical Review Letters, могут помочь лучшему пониманию этих опустошительных атмосферных явлений, участившихся в последнее время.

С физической точки зрения ураганы (циклоны) представляют собой, в планетарном масштабе, пример интереснейшего явления, называемого турбулентностью, — хаотического движения потока жидкости, газа или плазмы с переменными во времени плотностью, скоростью, давлением и температурой.

Читать дальше... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Эксперименты российских и японских физиков [Институт физики высоких давлений (ИФВД), г. Троицк, Московская область] показали, что одно и то же вещество — сульфид мышьяка [AsS] — при разных давлениях образует три разных жидкости: молекулярную, полимерную и металлическую.

Подробности... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

7 апреля 2008
Физика
Графен помог напрямую измерить фундаментальную основу Вселенной.
Простой опыт с мембраной толщиной в один атом (!) позволил профессору Андре Гейму (Andre Geim) и его коллегам из университета Манчестера (University of Manchester), совместно с учёными из португальского университета Миньо (Universidade do Minho), измерить одну из фундаментальных мировых констант [постоянную тонкой структуры α].

...Авторы работы подчёркивают, что до сих пор измерения мировых констант давали не слишком высокий уровень точности и при этом требовали, как правило, сложных по постановке экспериментов и дорогостоящего оборудования.

А в данном опыте оказалось достаточно использовать камеру для определения прозрачности материала. Гейм говорит, что он и члены его команды были просто поражены, когда поняли, что благодаря простому просвечиванию графена могут "увидеть" одно из чисел, определяющих основы мироздания.

Британский учёный также поясняет, что если бы α отличалась от имеющегося её значения всего на несколько процентов, в нашей Вселенной не было бы жизни, поскольку в недрах звёзд, в ходе ядерных реакций, не смог бы рождаться углерод.

Подробности... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Физика
Физики из института оптики университета Рочестера (Institute of Optics University of Rochester) поменяли стандартный серебристый цвет алюминия на золотой, потом на голубой, а затем на серый. Впоследствии оказалось, что не только этот металл способен неоднократно менять цвет.

С помощью обычной настольной лазерной установки исследователи "перекрасили" платину, титан, вольфрам, серебро и даже золото. [Такая краска никогда не смоется. Таким способом можно окрашивать любой металл в любые цвета]

Подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------
4 февраля 2008

Химия
Австралийские учёные открыли простой способ получения графена.
Химики из университета Уоллонгонга (University of Wollongong) придумали простой и дешёвый способ получения углеродных листов толщиной в один атом.

Графеном (об его открытии читайте здесь) называют двухмерную углеродную пленку толщиной всего в один атом. Получают её обычно из графита самыми разными и не редко достаточно сложными способами, среди которых есть и химические методы.

... простой и дешёвый подход позволит производить стабильный графен в больших количествах, в свою очередь, это положительно скажется на производстве различных изделий на его основе.

Например, графен можно использовать при создании столь модных ныне солнечных батарей или для создания кохлеарных имплантатов (медицинских приборов, позволяющих вернуть слух некоторым тяжелобольным людям).
Или создавать транзисторы и небольшие электронные схемы на основе графена, вместо традиционного кремния.

Подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Физика и военные технологии
Антенну из плазмы продвигают на поле боя

Учёные из американской компании Haleakala Research and Development построили антенну, работа которой основана на газовом разряде низкотемпературной плазмы.

Из плазмы, или ионизированного газа, состоят звёзды. Плазма используется во флуоресцентных лампах, именно ей они обязаны своей работой. А вот теперь ещё одно применение плазме (а точнее, инертному газу, который ионизируется и начинает пропускать электрический ток) придумали американские исследователи, после того как обнаружили, что она, заключённая в трубку, способна вести себя как обычная металлическая антенна.

подробности... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Медицина и физика
Новейший сенсор мгновенно проверяет здоровье тканей организма

Сейчас докторам необходимо около трёх дней, чтобы определить, что какой-то участок ткани прижился (например, после трансплантации) или отмирает (в случае ожога). Новинка, представленная учёными из канадского Национального исследовательского совета (National Research Council Canada — NRC), позволяет принять решение практически мгновенно.

Разработка основывается на технологии особой медицинской обработки изображений, которая предоставляет информацию о здоровье повреждённой или пересаженной ткани, определяя количество крови и кислорода внутри неё.

Система (у которой пока нет коммерческого названия) состоит из источника инфракрасного излучения и очень чувствительной камеры, которая фиксирует отражённый свет.

подробности... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

31 октября 2007

Первый спиновый транзистор на основе кремния открывает путь к электронике нового поколения

Обычно сдержанные физики не скрывают своего приподнятого настроения после удачно проведенного эксперимента в Делавэрском университете (США). Исследовательской группе во главе с Ианом Аппельбаумом удалось передать спин-электронный ток на марафонскую по меркам микроэлектроники дистанцию в 350 мкм сквозь беспримесную кремниевую подложку. Эта пионерская работа обозначила путь к разработке более дешевых, более быстрых и мало энергопотребляющих устройств для обработки и хранения информации.

Достаточно молодая область современной физики — спиновая электроника, или спинтроника, — притягивает всё больше исследователей многообещающими практическими применениями. Если в традиционной электронике используется обычный электрический ток (перемещаются заряды), то электроника нового поколения основана на ином физическом принципе — в ней перемещаются спины электронов.

В чём секрет повышенного интереса к спинтронике? Во-первых, спиновые приборы будут многофункциональны — они позволят совмещать на одном чипе функции накопителя для хранения информации, детектора для ее считывания, логического анализатора для ее обработки и коммутатора для последующей ее передачи к другим элементам чипа.

Во-вторых, такие устройства будут обладать высокой скоростью реагирования на управляющий сигнал и потреблять значительно меньше энергии, чем устройства традиционной электроники. Это объясняется тем, что переворот спина, в отличие от перемещения заряда, практически не требует затрат энергии, а в промежутках между операциями спинтронное устройство отключается от источника питания. При изменении направления спина кинетическая энергия электрона не меняется, и значит, тепла почти не выделяется. Скорость же изменения положения спина очень высока: эксперименты показали, что переворот спина осуществляется за несколько пикосекунд (триллионных долей секунды).

Эти преимущества позволят спинтронным устройствам стать основой для ЭВМ нового поколения — квантовых компьютеров. Но чтобы это стало возможно, необходимо создать ключевые элементы «спиновых микросхем» — спиновые транзисторы, то есть устройства, в которых можно усиливать, ослаблять или выключать спиновый ток. А на базе спинового транзистора уже будут создаваться новые компьютерные процессоры, сенсоры, перепрограммируемые логические устройства и энергонезависимая быстродействующая память высокой плотности.

...создание революционного устройства — спинового транзистора на кремнии, способного перемещать спины с выделенным направлениям на сотни микрометров в пространстве, — состоялось, ознаменовав тем самым старт для создания сверхбыстрой и низко энергопотребляющей электроники нового поколения.

Эльмар Фукс (Elmar Fuchs) и его коллеги из технологического университета Граца (Graz University of Technology), что в Австрии, обнаружили, что под воздействием постоянного электрического поля чистая вода может образовывать длинный висящий мостик между двумя стаканами.

В поставленном опыте сильное электрическое было создано с помощью двух вставленных в мерные стаканы электродов (напряжение между ними составило 15 киловольт). Оно заставило воду (трижды деионизированную) выбраться из стаканов (до края было примерно 3 миллиметра) и, пересекая пустое пространство между ними (сначала оно составляло 1 миллиметр), встретиться и сформировать между стаканами мостик.

Учёным удалось раздвинуть стаканы на расстояние 25 миллиметров, при этом цилиндрический мостик (его диаметр менялся от 1 до 3 мм) оставался в целости и сохранности в течение 45 минут от начала эксперимента даже при напряжении 25 киловольт.

Затем (а также при отключении электрического тока) мостик под действием сил поверхностного натяжения распадался на капли.

Тщательно исследовав данное явление различными методами, учёные выяснили, что:

1) внутри мостика происходит перенос вещества (обычно из сосуда, в котором находился анод, в сосуд с катодом), при этом какие-либо закономерности не выявлены;

2) плотность воды почти у самых краёв стаканов и в центре мостика различается на 7%;

3) чем дальше мерные стаканы друг от друга и чем больше времени прошло с начала эксперимента, тем сильнее разогревается мостик (от 20 до 60°С). Исследователи предположили, что это связано с загрязнением воды частицами пыли (тогда, если считать мостик проводником тока, его сопротивление увеличивается);

4) внутри мостика происходят высокочастотные колебания (и их появление обусловлено не поверхностным натяжением), формирующие различные внутренние структуры, изменяющиеся с течением времени и увеличением температуры мостика;

5) при добавлении каких-либо ионов (например, при введении в стаканы мыльный раствор) мостик не образуется, так как ионы взаимодействуют с молекулами воды и образуют вокруг себя сферы из этих молекул. Как следствие, если плеснуть мыло прямо в ходе опыта, внутренняя структура мостика разрушается, и он разбивается на капли;

6) мостик чувствителен к воздействию внешних электрических полей. Электростатический заряд на стеклянной палочке, поднесённой к переправе, вызывает изгиб мостика в сторону стеклянной палочки и образование своеобразной арки.

Почему вода так себя ведёт, Фукс пока объяснить не может. Однако считает, что объяснение можно получить, если понять высокоупорядоченную микроструктуру воды, которая образуется в мостике под воздействием электрического поля и электростатических зарядов.

Это будет ещё одним кусочком в большой головоломке внутренней структуры воды. Сейчас группа Фукса пытается разобраться, как зависят между собой микроструктура мостика и колебания плотности в нём.

Статья авторов, посвящённая столь необычному явлению, опубликована в Journal of Physics D, её PDF-вариант (730 килобайт) можно свободно скачать с сайта журнала до 21 октября.

источник (см. фото): (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Физика и экология
Сверхчувствительный детектор пламени поможет бороться с лесными пожарами

Детектор ультрафиолетовых фотонов, разработанный для нужд физики элементарных частиц, нашел неожиданное практическое применение: с его помощью можно издалека заметить открытое пламя даже в яркий солнечный день. Опыты показали, что его чувствительность в тысячи раз больше, чем у коммерчески доступных аналогов. Массовое производство таких детекторов станет радикальным решением для раннего обнаружения и предотвращения лесных пожаров.

подробнее... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Учёные заставили прыгать ньютоновскую жидкость

Однако Мэтью Трэшер (Matthew Thrasher) и его коллеги из университета Техаса в Остине (University of Texas at Austin) обнаружили, что не только неньютоновские, но и обычные жидкости могут проявлять некоторые неожиданные и зрелищные свойства.

[Ньютоновская жидкость— жидкость, подчиняющаяся при своём течении закону вязкого трения Ньютона (1684)]

подробнее... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

6 июля 2007
Физика
Создан "вечный" генератор тока для миниатюрных устройств
Крошечный генератор электричества на даровом источнике энергии разработали Стивен Биби (Steve Beeby) и его коллеги из университета Саутгемптона (University of Southampton).

Аппаратик имеет объём значительно менее одного кубического сантиметра и вырабатывает до 46 микроватт электрической мощности за счёт сбора вибраций, как говорят сами изобретатели, "низкого уровня", присутствующих в окружающей его среде. К примеру — вибраций, которые производятся оборудованием на заводе или движущимся по дороге транспортом.

Заметим, самая идея выработки энергии для небольших электронных устройств за счёт внешних вибраций — далеко не нова. Однако создатели нового приборчика утверждают, что он работает в 10 раз эффективнее своих предшественников такого же размера.

Устройство создано в рамках проекта "Сбор вибрационной энергии" (Vibration Energy Scavenging — VIBES), в котором принимают участие несколько институтов, университетов и компаний Европы.

В основе устройства — маленький магнит, подвешенный на консоли. Его колебания и вырабатывают ток.

Отсутствие питающих проводов или больших батарей, нуждающихся в замене, позволит инженерам создавать с таким даровым питанием "вечные" датчики, которые можно будет встраивать в труднодоступные места промышленного оборудования. Аналогично новый генератор можно применить в качестве питания имплантированного кардиостимулятора, полагают британские учёные.

источник: (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

3 июля 2007
Физика неизвестной истории Вселенной
Удалось выяснить, что происходило со Вселенной до Большого взрыва

Это весьма необычное открытие удалось сделать физику Мартину Боджовалду (Martin Bojowald) из Института гравитационной физики и геометрии (Institute for Gravitational Physics and Geometry) Пенсильванского университета (Pennsylvania State University). Как сообщил учёный, выяснить, что Вселенная существовала до Большого взрыва, и что тогда происходило, ему удалось с помощью нового математического аппарата, перевернувшего классические представления о ранней космической истории.

Математическая модель, которую Боджовалд создал в ходе работы над своей теорией, по его мысли, проливает свет на такое экзотическое понятие, как квантовое состояние Вселенной, и его изменения со временем. Особенно интересно то, что учёный был вынужден отказаться от категории "Большой взрыв" и заменить его на понятие "Большой бум" (Big Bounce).

На графике слева показано состояние Вселенной до Большого бума (малое количество флуктуаций), справа — после него (число флуктуаций увеличивается).

По словам физика, идея о том, что Вселенная развивалась после того как случился Большой взрыв, серьёзно препятствует исследованию всего, происходившего в начале космической истории.

Как следует из Общей теории относительности (ОТО), Большой взрыв произошёл в результате резкого расширения Вселенной, пребывавшей в так называемом состоянии космологической сингулярности. Тогда вся материя и энергия локализовались в ничтожно малом объёме пространства, и, согласно этому подходу, именно с момента того взрыва следует начинать отсчёт мирового времени.

Применяя теорию петлевой квантовой гравитации (ПКГ), Боджовалд совместил её представления с ОТО и с квантовой физикой. Такой выбор методологии объясняется тем, что концепция ПКГ была как раз разработана для применения квантовой физики к ранним событиям Вселенной. Однако Мартин Боджовалд утверждает, что разработанный им математический аппарат получился менее сложным, но позволяет получать более точные результаты.

читать дальше... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Молекулярная физика
Открыто необычное поведение воды.
Исследователи из технологического института Джорджии (Georgia Tech) установили, что при прохождении канала, диаметром менее двух нанометров вода показывает заметно иные свойства, нежели в более свободных условиях.

Измерение свойств воды учёные проводили при помощи атомного силового микроскопа, кремниевый наконечник которого и создавал одну из стенок канала.
Наконечник сжимал воду с определённым усилием. А ответное воздействие со стороны воды на наконечник показало, что в столь стеснённых условиях (при зазоре примерно в 1-1,5 нанометра) вода ведёт себя как патока.
По мере медленного сжатия воды производимая ею отталкивающая сила колебалась, что учёные интерпретировали как формирование слоёв из молекул воды.
Фактически, в вертикальном направлении вода вела себя как твёрдое тело, создавая организованные слои, параллельные поверхности наконечника микроскопа.

Читать дальше... (Мембрана)

А если поместить обычную воду внутрь нанотрубок, то при определённых условиях её молекулы выстроятся таким образом, что будут напоминать спирали молекулы ДНК.
К этому неожиданному выводу пришли исследователи из университета Небраски в Линкольне (University of Nebraska–Lincoln) во главе с профессором Сяо Чэн Цзэном (Xiao Cheng Zeng).

Читать дальше... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------

24 апреля
Астрофизика
Спутники-близнецы STEREO передали первые трёхмерные снимки Солнца. Миссия по изучению солнечных атмосферы и поверхности заработала в полую силу: учёные могут в мельчайших деталях и на разных частотах разглядывать грандиозные процессы, происходящие на ближайшей звезде.

Читать дальше... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------
23 марта
Нанотехнология в физике

Читать дальше... (Мембрана)
---------------------------------------------------------------------------------------------
20 марта
Физика

Дифракционный предел в оптических приборах можно преодолеть.
В Соединенных Штатах создан оптически прозрачный материал, обладающий отрицательным показателем преломления в инфракрасной области непосредственно вблизи границы видимого света. Его сконструировали ученые из Университета Пердью (Purdue University), возглавляемые профессором Владимиром Шалаевым (Vladimir M. Shalaev).
Владимир Шалаев надеется, что из этого материала можно будет изготавливать так называемые гиперлинзы — оптические приборы, разрешающая способность которых не будет ограничена длиной световой волны (то, что в оптике называется дифракционным пределом). (О линзе Веселаго см. ниже).

читать дальше... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------
12 марта 2007
Физика

Электронную линзу Веселаго можно изготовить из графена.
Профессора физики Ланкастерского университета (Lancaster University, Великобритания) Владимир Фалько (Vladimir I. Falko) и Вадим Чеянов и профессор физики Колумбийского университета (Columbia University, Нью-Йорк, США) Борис Альтшулер (Boris Altshuler), работающий также в американском подразделении Исследовательской лаборатории NEC (NEC Laboratories America), выполнили теоретические расчеты и компьютерное моделирование, из которых вытекает возможность использования графена в качестве материала для изготовления электронных линз. (Графен состоит в тесном родстве с обычным графитом). Эта работа 2 марта появилась в журнале Science.

читать дальше... (Элементы)
---------------------------------------------------------------------------------------------

Волны радиационного излучения, череп с костями, убегающий человечек со стрелкой, и всё это в красном треугольнике с чёрной рамкой — таков новый символ радиационной опасности, утверждённый 15 февраля Международным агентством по атомной энергии (IAEA) и Международной организацией по стандартизации (ISO).

Читать дальше... (Мембрана)

----------------------------------------------------------------------------------------------
14 февраля 2007
Физика
Будущее техники отразилось в идеальном нанозеркале.
Новая технология дает существенный скачок вперед и будет применяться в DVD-приводах, лазерных принтерах, оптических компьютерах, позволит создавать тонкие и лёгкие органические полимерные дисплеи. Эта технология позволяет повысить плотность записи на CD.

Читать дальше... (Мембрана)
----------------------------------------------------------------------------------------------
25 мая 2006

Объяснена природа бесконтактной силы трения. Опыты американских физиков S. Kuehn, R. Loring, J. Marohn доказали,что загадочная сила бесконтактного трения возникает из-за диэлектрических флуктуаций — беспорядочных колебаний — «шумов» электрического поля, которые присутствуют даже внутри незаряженных тел.
Эти шумы порождают колебания электрического поля не только в самом теле, но и на некотором удалении от него, и именно за них может «уцепиться» второе тело.
Многие силы в природе — сила тяжести, электрические и магнитные силы — действуют не при непосредственном контакте тел, а на расстоянии. В отличие от них, сила трения работает иным образом: повседневный опыт показывает, что она возникает только между соприкасающимися телами.
Несколько лет назад было, впрочем, обнаружено, что существует новая разновидность силы трения, которая действует, даже если тела не касаются друг друга, а разделены небольшим зазором. При этом в самом зазоре нет ни воздуха, ни каких-либо иных молекул, которые могли бы мешать движению двух тел. Сила эта оказалась слабой, работе крупных механизмов она не мешает, но на результаты высокочувствительных экспериментов в микромире (например, на работу атомного силового микроскопа) она влияет существенно.
Понимание, откуда берется эта бесконтактная сила трения и от чего она зависит, нужно не только ради самой науки, но и для ряда технических приложений. Ситуация становится особенно беспокоящей в свете недавнего открытия, что еще одна сила, действующая в атомном масштабе, — сила Казимира — гарантированно принесет немало проблем будущим конструкторам наноустройств.

Читать дальше... (Элементы)
----------------------------------------------------------------------------------------------

19 апреля 2006

Наука и технологии

Физика: достижения, проекты, гипотезы, факты