История

Физики предложили математическую теорию, лежащую в основе прокола биологических тканей. Механика прокола пока далека от полного понимания, а зубы, жала, иглы и колючки широко распространены в животном и растительном мире как средство охоты, питания и защиты от врагов. Ученые вывели безразмерные соотношения между энергией, затраченной на прокол, геометрией острия, а также свойствами прокалываемого материала. В качестве меры эффективности прокола предложено использовать отношение энергии, выделившейся при его создании, к энергии деформации материала. Авторы теории проверили свои предсказания конечно-разностным расчетом на компьютере и простыми экспериментами.

С помощью сверхскоростного сканирующего электронного микроскопа группа физиков экспериментально изучила свойства носителей тока в совершенных кубических кристаллах арсенида бора, выращенных в лаборатории Хьюстонского университета. Исследователи смогли детально по времени и пространству измерить диффузию носителей, возбужденных фемтосекундным лазером в кристаллической мишени. Ученые обнаружили, что электроны кристалла остаются в возбужденном состоянии гораздо дольше, чем в обычных полупроводниках, что хорошо согласуется с высокой теплопроводностью арсенида бора. Результаты работы дают надежду на создание на нем солнечных батарей с высоким КПД.

Физики университета штата Пенсильвания внесли изменения в конструкцию серийной литий-ионной батареи, вставив внутрь ультратонкую никелевую фольгу. Это позволило автоматически в режиме реального времени регулировать температурный режим заряда. Эта оптимизации электрохимических реакций сильно сокращает его время. Инженеры за 12 минут заряжали батарею до 75% емкости и смогли сделать это более 900 раз, что эквивалентно пробегу в 800 тыс. км. Быстрая зарядка в пути позволит втрое понизить емкость средней автомобильной батареи.

Шведские ученые разработали и построили чип, который преобразует монохромное лазерное излучение в так называемую частотную гребенку, то есть набор излучений сотен длин волн. Это позволит заменить тысячи инфракрасных лазерных диодов в оптоволоконных линиях одним диодом с электронно-оптическим чипом для введения полезных сигналов. Прорывная технология резко увеличивает скорость передачи и объем передаваемых через интернет данных. Исследователи экспериментально продемонстрировали трансляцию информации на расстояние в 7,9 км с помощью 223 частот одного лазера через волновод с 37 каналами. Ее скорость в тысячу раз превысила скорость лучших современных технологий.

В мире технология облучения еды приобретает все большую популярность, хотя и крайне неравномерно и с разными целями. Кого-то беспокоит фитосанитарный контроль, кто-то сохраняет свежесть фруктов, обеспечивает их доставку в стадии спелости. Другие защищают урожай от потерь, от повреждения продукции вредителями, плесенью. Интенсивность же применения зависит не только от желания и информированности аграриев, но и от доброй воли чиновников и законодателей, от понимания ими всей важности и перспективности такого использования мирного атома.

Еда, подвергнутая ионизирующему излучению, — это не последствие ядерной аварии. Наоборот, такая еда представляет собой продукт высокой технологии, которая сохраняет свежесть продуктов, а поварам расширяет границы фантазий. Пока что облученной пищи в мире немного, однако рынок растет со скоростью 4% в год. Что же это за пища, зачем облучают продукты и как контролировать процесс?

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.

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.