Статьи журнала

Обычная ультразвуковая диагностика не видит разницы между изначально жестким и механически напряженным объектом. Английские ученые придали УЗИ новое качество. Они создали метод определения напряжений в мягких объектах, в том числе во внутренних органах человека. Для этого передатчик посылает две поперечные звуковые волны в перпендикулярных направлениях, а датчики измеряют их скорости с помощью продольной волны, распространяющейся на три порядка быстрее. Метод облегчит диагностику внутренних органов, так как механические напряжения являются индикатором функциональных нарушений в них.

Американский химик и космолог выполнили и опубликовали в журнале Physical Review X пионерскую работу по применению в астрофизике галактик методов статистической механики сплошных сред. Для характеристики широкого диапазона микроструктур эта теория предлагает большой набор математических подходов, расчетных схем и вычислительных методов. В работе авторы вводят новые величины, характеризующие разномасштабное строение галактик. Статистика Вселенной дает коррелированный беспорядок, определенно не случайную структуру. Работа ставит новые вопросы и сужает требования к теории образования галактик.

Фосфорен, открытый девять лет назад, это голубой слой черного фосфора, толщиной в несколько атомных слоев. Немецкие физики построили теорию и разработали принципиально новый полевой транзистор на фосфорене, полупроводниковый монослой которого действует как токовый канал. Он помещен между двойными слоями металлического фосфорена, работающими как исток и сток. Характеристики транзистора превосходят приборы на других двумерных материалах, например монослое дисульфида молибдена.

Увеличить скорость получения изображений в оптическом микроскопе удалось китайским ученым. Их новейший метод представляет собой комбинацию двух ранее известных. Это микроскопия временного сжатия, которая позволяет повышать скорость записи изображений, и восстановление картинки с улучшенным пространственным разрешением с помощью искусственного интеллекта. При скорости съемки 1200 кадров в секунду физики достигали разрешения в 100 нанометров. Объектами служили флуоресцирующие капли размером в 100 мкм, взвешенные в дистиллированной воде.

Ученые давно научились захватывать мельчайшие частички вещества оптическим пинцетом. Недавно корейским физикам впервые удалось с его помощью кинуть и поймать отдельный атом рубидия. Со скоростью в десятки сантиметров в секунду он пролетал микронные расстояния, на порядки превышающие его собственные размеры. Экспериментаторы даже научились выстраивать атомы в ряды. При этом они достигали успеха в 94 случаях из 100. Исследование стало частью большого проекта, посвященного разработке кубитов для квантовых компьютеров.

В Швейцарии впервые испытан лазерный навигатор для молнии.

Световые волны атомов стронция или иттербия позволяют точнее отмерять временные интервалы, чем микроволновое излучение цезия, которое пока служит стандартом для измерения времени. К 2030 году при переходе на световой стандарт времени человечеству придется найти способы синхронизировать часы по всей Земле и в ближайшем космосе. Очередной шаг к дальней сверке часов сделали китайские физики. С помощью переданного по воздуху лазерного излучения они смогли синхронизировать двое часов на расстоянии в 113 километров, что в семь раз больше предыдущего рекорда.

Вопрос о том, почему медведи непринужденно передвигаются по заснеженному льду, решила прояснить мультидисциплинарная команда исследователей. В сканирующем электронном микроскопе они изучали медвежьи лапы и их реплики. На подушечках лап есть кожные выросты в форме сосков размерами от миллиметра до его долей. Ученые построили характеристики шероховатости кожи в интервале от долей микрона до миллиметров. У белых медведей по сравнению с близкими родственниками соски в 1,2–1,5 раза длиннее. Модели подушечек с разной шероховатостью отпечатали на полимерах и протестировали их сцепление с заснеженным льдом.

Графен знаменит своими приложениями, однако этот двумерный слой атомов графита легко разрушить. Австралийские ученые предложили пассивировать графен очень тонкой пленкой оксида галлия со структурой стекла. При температуре чуть выше комнатной пленками в сотню атомных слоев удавалось покрывать около квадратного сантиметра графена. Простота процесса пассивации дает возможность встроить его в современные технологии производства электронных приборов. Интересно, что оксид галлия не только защищает пленку графена, но и улучшает ее электронные характеристики, поскольку обладает хорошими диэлектрическими свойствами.

В конце прошлого года о своем успехе в термоядерном лазерном синтезе объявили ученые лаборатории им. Лоуренса в городе Ливермор. Для этих целей здесь построена самая большая в мире установка. Лазерный импульс сжимает миллиметровую в диаметре мишень с горючим до давлений 300 миллиардов атмосфер и разогревает ее до 100 миллионов градусов. Сообщается, что физики добились полуторакратного превышения выходной энергии над вложенной (3,15 против 2,05 МДж), но из-за неожиданно большого выхода энергии часть оборудования вышла из строя.

Где можно найти магнитные частицы железа? В лунном грунте, доставленном на Землю в конце 2020 года китайской станцией «Чаньэ-5», был обнаружен магнетит. А недавно Британские ученые выяснили, что до половины всех частиц, загрязняющих воздух в лондонском метро, составляет маггемит.

Исследователи Техниона провели эксперимент по превращению листа растения Корпускулярия Лемана в электролитическую батарейку методом тыка железного анода и платинового катода. При подключении внешней нагрузки фототок в светлое время суток составил 0,02 миллиампера и продолжал течь целый день. Физики отмечают, что на катоде их батарейки протоны объединяются в газообразный водород, который можно будет собирать и потом использовать. Новейший метод может привести к развитию зеленых энергетических технологий, экологичных и многофункциональных. Однако, как скоро вянут такие батарейки, ученые не сообщают.

Уже три десятилетия физики обсуждают идею о том, что при остывании до минус 100°C, вода должна разделяться на две несмешивающиеся жидкости. Физики на суперкомпьютере исследовали образование двух фаз разной плотности при фазовом переходе первого рода в сильно переохлажденной воде. Ученые применили нейронную сеть, обученную на результатах расчетов по теории квантового функционала плотности. Искусственный интеллект подтвердил существование фаз. Методологию компьютерного расчета планируют применить к другим веществам, например полимерам.

Ученые разработали метод синтеза новых кристаллов, состоящих из двух и более химических элементов. Его идея родилась при изучении двухкомпонентных растворов веществ, одно из которых очень сильный растворитель, другое – нет. Эффективность подхода ученые продемонстрировали в высокотемпературных растворах состава AOH/AX (A = Li, Na, K или Rb; X = Cl или I). Уже синтезировано тридцать ранее неизвестных соединений. Работа обещает создание новых сверхпроводников, магнитных веществ и материалов для электрических батарей.

Японские ученые изучили коррозию стали в жидком олове при температуре от 400 до 600ºC. Оба материала планируют применять в будущих термоядерных реакторах непрерывного действия. Исследователи установили, что на поверхности стали при 500ºC нарастал слой FeSn₂ в сторону жидкого олова. Рост слоя интерметаллида внутрь твердой стали был заметен спустя 250 часов и происходил за счет диффузии атомов олова вдоль границ мартенситной структуры. Авторы работы выявили ключевой механизм разрушения стали в жидком олове. Статья появилась в журнале Corrosion Science.

В конце прошлого года в журнале Science появился новый обзор, посвященный научному поиску новых аккумуляторных электролитов и прогрессу их получения. Эта проблема насущна для современных литий-ионных батарей, а также натрий-ионных и литий-кислородных аккумуляторов. Особое внимание авторы статьи обращают на формирование на электродах нанометровых покрывающих интерфаз, которые снижают эффективность химических реакций. Существенная часть обзора посвящена созданию серии долгоживущих твердых электролитов, устойчивых к экстремально высоким и низким температурам.