Статьи журнала

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.

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.

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.

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!

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.

В печати появилась статья, посвященная новой универсальной модели передвижения роботов. В исследовании показано, что скользящие змеи, плывущие в жидкости микробы, двигающиеся в песке ящерицы, извивающиеся черви, бегающие многоножки и даже гуляющие лошади подчиняются единой математической модели. Она описывает перемещение в вязкой жидкости. Закономерности плавания с трением оказались теми же, что и закономерности передвижения многоножек. Переход от ползания к ходьбе непрерывен. Эволюционные биологи получили еще одно подтверждение того, что все живые существа произошли от похожего на червя организма, две половинки которого были зеркальными отражениями друг друга. Относительное движение двух частей позволяло ему перемещаться в воде и выбираться на сушу.

При узнавании объектов люди всегда опираются на взаимное расположение их различных частей и оценивают его конфигурацию в целом. Ученые показали, что нейронные сети, моделирующие распознавание образов, не обладают чувствительностью к их форме. В сравнительных экспериментах математики разрезали на две части силуэты животных, а затем неправильно их соединяли. Искаженные предметы, названные франкенштейнами, вводили людей в заблуждение, но на выводы нейросети такие изменения влияния не оказывали. Авторы пишут, что ни одна из сложных сетей так и не сумела полностью воспроизвести последовательность человеческих ответов при распознавании предметов. Работа ставит под сомнение многие приложения ИИ.

Робототехники Корнеллского университета создали и установили процессорную микросхему на основе тысячи транзисторов в тело микробота. Схема генерирует сдвинутые по фазе управляющие электрические импульсы для скоординированной работы перемещающих его платиновых приводов. Теперь робот размерами в десятые доли миллиметра способен автономно передвигаться со скоростью десять микрон в секунду. Новая разработка на четыре порядка снизила размер электронного мозга. Процессор несложно производить в промышленных масштабах, так как он используют общепринятые технологии микроэлектроники.

Исследователи из Инженерной школы Мельбурнского королевского технологического университета предложили неожиданное решение для отходов, связанных с эпидемией ковида: использовать маски для лица, резиновые перчатки и одноразовые халаты для укрепления бетона, то есть в качестве армирующего материала.

Ученые Университета Эссекса создали технологию очистки засорившихся шунтов, установленных в теле человека, с помощью роёв, состоящих из магнитных микророботов.

Исследователи из Университета Британской Колумбии создали медно-цинковое нанопокрытие, которое помогает быстрее уничтожать бактерии по сравнению с чистой медью. Ученые надеются, что скоро в больницах такие покрытия появятся на дверных ручках и кнопках лифта, к которым чаще всего прикасаются персонал, пациенты и посетители.

Компания Virginia Tech вместе со специалистами из двух университетов США работает над перчатками для подводных манипуляций Octa-glove. Принцип их работы позаимствован у щупалец осьминога.