Статьи журнала

Кремний естественного состава содержит смесь трех изотопов: Si-28 – 92%, Si-29 – 5% и Si-30 – 3%. Ученые, которые изучали проволоки моноизотопного кремния-28 диаметром 90 нм, выяснили, что теплопроводность в них в два с половиной раза выше, чем у естественного кремния. Причина в том, что нанопроволоки покрываются слоем прозрачного диоксида кремния, а такая конструкция работает волноводом для фононов, которые теперь почти не рассеиваются на поверхности и других изотопах. Эффект существует при комнатных температурах, что очень важно для большинства приложений в микроэлектронике.

Крупнейшие города мира отличаются высокой магнитной активностью. Физики из США и Германии, которые представили сравнительный анализ магнитных полей в Беркли рядом с Сан-Франциско и в Бруклине районе Нью-Йорка. Исследователи хотели понять, какие данные о жизни городов удастся извлечь и использовать на благо их жителей. Антропогенная магнитная активность явно проявляла себя в корреляциях сигналов сети магнетометров. Физикам удалось выделить доминирующие источники магнитных полей. Авторы назвали два главных приложения магнитного мониторинга: работа систем раннего предупреждения об экологическом загрязнении и оптимизации распределения электроэнергии.

Нанооптики Гарвардского университета построили зеркало из алмаза, одного из самых твердых земных кристаллов. Для этого на поверхность его тонкой пластины нанесли наноструктуры специфической формы. Сегодня большинство лазерных зеркал, служащих для отражения и перенаправления излучения мощных непрерывных лазеров представляют собой многослойные диэлектрические покрытия из пленок с разными показателями преломления. Эксперимент показал, что алмазное зеркало может без разрушения выдержать многократное облучение армейского лазера, способного прожигать сталь. Этот непрерывный инфракрасный лазер мощностью 10 киловатт оптики фокусировали в пятно диаметром 750 микрон. Многослойное зеркало в таких условиях быстро разрушалось.

До сих пор физики изучали эффекты нелинейного смешения частот в основном у волн видимого и близких к нему диапазонов электромагнитных излучений. Группа германских исследователей впервые получила новый вид четырехволнового взаимодействия с участием ультракоротких импульсов мягкого рентгеновского и инфракрасного излучений, которое происходило в монокристаллах LiF. При этом энергия двух ик-фотонов перекачивалась в один рентгеновский фотон и наоборот. Оказалось, что во взаимодействии участвуют внутренние электронные оболочки атома лития. Результаты работы представляют как фундаментальный, так и прикладной интерес.

Команда специалистов по неорганической химии и квантовой физике синтезировала новый трехъядерный кобальтовый комплекс и на ядерном магниторезонансном спектрометре выяснила его температурную чувствительность, которая оказалось на порядок выше средней. МРТ-сигнал от внедренных в тело комплексов может сообщать о мизерных сдвигах температуры, то есть новая молекула будет высокочувствительным неинвазивным термометром. Это, например, поможет врачам определить границы злокачественной опухоли, чтобы затем с молекулярной точностью удалить лазерным испарением окружающие ее ткани. Ученые полагают, что новое магнитное вещество можно использовать не только в медицине, но и при разработке квантовых компьютеров.

Статьи в этой рубрике обычно напоминают о юбилеях достойных и уважаемых деятелей науки. Вспоминать о персонах недостойных в журнале не принято. Я хочу нарушить эту традицию, поскольку и такие биографии таят в себе немало поучительного. Двадцать восьмого сентября 2022 года исполнилось 120 лет со дня рождения Исаака Израилевича Презента (1902–1969), философа естествознания, ближайшего соратника недоброй памяти академика Трофима Денисовича Лысенко (1898–1976). Без помощи Презента он никогда не стал бы тем, кем он стал. А 6 декабря 1892 года исполнится 130 лет со дня рождения Эрнеста Яромировича Кольмана (1892–1979), непримиримого борца с идеализмом в физике и математике.

Ученые университета Хиросимы впервые предложили извлекать кремний и его оксид из рисовой шелухи, сто миллионов тонн которой мир производит ежегодно. Новая технология позволила выделять из шелухи весь оксид кремния и 86% из него преобразовать в нанокремний. Химики также успешно прошли весь производственный цикл изготовления кремниевых квантовых точек и получили светодиоды с рабочим слоем из них. Точки люминесцировали в оранжево-красном свете (680 нм) с эффективностью выше 20% от вложенной энергии возбуждения. Авторы уверены, что их технологию можно применить к сахарному тростнику, бамбуку, ячменю, пшенице, даже травам.

Немецкие исследователи обнаружили новую молекулу, образованную маленьким положительным ионом рубидия и его же нейтральным ридберговским атомом, который в тысячу раз крупнее обычного. Ученым удалось получить изображение молекулы на ионном микроскопе, специально построенном для этой цели. Она образуется в ультрахолодном газовом облаке под воздействием нескольких лазеров. Оптики измерили колебательный спектр и размеры этого нового иона. Работа открывает новую область интересной физики за пределами квантово-механического приближения Борна – Оппенгеймера.

Материаловеды моделируют явления в кристаллах с помощью коллоидных парамагнитных частиц во вращающемся магнитном поле. В последних экспериментах частицы полистирола, покрытые оксидом железа, образовывали различные двумерные структуры. Это позволяет понять фазовые переходы на атомных масштабах, так как коллоидные частицы собираются в кластеры аналогичные зернам поликристаллов. Эксперимент показал, что газовая и твердая фазы в них сосуществуют друг с другом. Результаты моделирования позволяют разрабатывать новые материалы и улучшать свойства старых за счет управления границами поликристаллических зерен. Ученые планируют также изучить отжиг, процесс многократных нагреваний и охлаждений, который обычно используют для устранения дефектов в кристаллах.

Физики изменили ответное излучение подкожного флуоресцентного датчика так, чтобы легко отличать его отклик от сигналов окружающих тканей. Для этого сенсор возбуждали смесью трех лазерных излучений с меняющейся частотой. За счет нелинейных эффектов он флуоресцировал на удвоенной частоте возбуждения, которая и служила его маркером. Подход универсален потому, что удвоение частоты работает на любом флуоресцентном датчике при любых длинах волн лазерной накачки. Это позволит, например, увеличить сигнал от углеродных нанотрубок, из которых делают сенсоры на пероксид водорода, рибофлавин и аскорбиновую кислоту. Так при лечении злокачественных опухолей можно будет отслеживать эффективность лекарств.

Физики из Университета Квинсленда построили удивительно точную полуэмпирическую модель квантовых явлений и фазовых переходов в спин-кроссовер веществах. Их получают внедрением в твердые матрицы примеси металлоорганических комплексов, состояния которых можно переключать внешними полями. Такие материалы, например, в виде тонких пленок, проявляют разнообразные переходы, необходимые для работы различных электронных приборов. Ученые продемонстрировали результаты своей работы на кремниевой матрице, а также предложили химикам пути синтеза новых материалов.

Среди многочисленных недугов человечества значительное место занимают запоры. В развитых странах ими страдает от 30 до 50% взрослого населения и до 20% детей. К счастью, в нашем распоряжении немало слабительных средств. Это и специальные диеты, и лекарства, приготовленные, в том числе, на растительной основе. Список слабительных растений велик, в него попали и представители славного семейства крушиновых, или жостеровых, Rhamnaceae.

[Для ознакомления] Птичий помет или коровья лепешка, которые оскорбляют наше обоняние и зрение и которым место, казалось бы, только в компостной куче или в печке, на самом деле — ценнейшее сырье. Из навоза столько всего можно сделать!

[Для ознакомления] Каждый год Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова выпускает методический сборник, посвященный проблемам естественнонаучного образования, среднего и высшего. И мы периодически выхватываем из него статьи, которые понравились нам, а значит, будут интересны нашим читателям. В этом номере предлагаем вашему вниманию размышления Юрия Александровича Золотова, постоянного автора и друга «Химии и жизни», о докторских диссертациях химиков.

Команда исследователей из Лос-Аламоса установила, что нейронные сети, тренированные на компьютерное распознавание образов, стремятся к похожим представлениям данных, независимо от начальных различий в своих архитектурах. Математики получили этот результат во время проверки нового метода сравнения так называемых состязательных нейронных сетей. Во время обучения исходные данные для такой сети намеренно искажают, чтобы она научилась не замечать вредных влияний. Интерпретация найденных результатов до конца не ясна даже самим авторам работы. Они подозревают, что открыли универсальные закономерности визуального восприятия образов мозгом человека и животных.

Швейцарские ученые нашли способ автоматизировать флуоресцентный микроскоп с помощью ИИ. Такой микроскоп способен фиксировать редкие биологические события, но сделать это ему непросто, так как постоянное возбуждение флуоресценции может повредить биообъекты. ИИ выявляет признаки начала изучаемых процессов, а затем специальная программа комбинирует медленное фоновое получение изображений и частую фиксацию явлений в моменты их развития. Биофизики уже освоили детектирование митохондриальных и бактериальных делений при скоростях, соответствующих их динамике. Для желающих автоматизировать свои приборы авторы выложили собственные программы в открытый доступ.