Интервью и репортажи

Монослой атомов углерода, графен, делают стабильным самые прочные из известных химических связей. Однако у него нет запрещенной энергетической зоны для носителей заряда свойственной полупроводникам. После 20 лет работы ученые создали первый графеновый полупроводник, совместимый с традиционными технологиями кремниевой микроэлектроники. При испарении кремния с кристаллов SiC их поверхность кристаллизуется в графен, поэтому исследователи смогли с помощью температурной модификации получить его моноатомный слой на плоских гранях карбида кремния. Новый полупроводник обладает в 10 раз большей подвижностью электронов, чем кремний. Они движутся в нем с очень низким сопротивлением, что повышает быстродействие электроники.

Новые лабораторно синтезированные химические элементы крайне нестабильны — самые тяжелые распадаются за несколько секунд. В начале года журнал Nature Reviews Physics опубликовал обзор международной группы экспертов в области теоретической и экспериментальной физики и химии сверхтяжелых элементов. Статья суммирует основные проблемы их синтеза и рассматривает возможный предел периодической системы с учетом данных искусственного синтеза и космических исследований. Авторы обсуждают предположение, что такие атомы принципиально отличаются от более легких, что ведет к отклонениям от известных физикам закономерностей.

Солнце постоянно производит легкие химические элементы. Тяжелые элементы рождаются в энергонасыщенных условиях слияния нейтронных звезд, Международная группа ученых во главе с Олегом Тарасовым синтезировала пять новых тяжелых изотопов на уникальной установке FRIB в Мичигане. Это тулий-182, тулий-183, иттербий-186, иттербий-187 и лютеций-190. Для их создания физики направили пучок ионов платины с энергией в 186 МэВ на углеродную мишень. Теперь экзотические изотопы можно получать в массовых количествах и проводить с ними эксперименты. Ученые намерены уточнить модели ядер и выяснить в деталях, как образуются тяжелые элементы в звездах.

Каждый год лучи Солнца доставляют на Землю энергию на три порядка превышающую потребности человечества. Пока на мировом рынке доминируют кремниевые солнечные батареи, однако их эффективность ограничена. Физики придумали, как повысить эффективность солнечных элементов из гидрогенизированного кремния с помощью пленки тетрацена. Его ненасыщенные химические связи с флуктуирующей энергией, которые возникают на границе пленки с подложкой, резко ускоряют перенос экситонов через этот раздел. Расчеты на суперкомпьютере показали высокую эффективность таких элементов.

Масс-спектрометры, которые точно определяют состав разных веществ, широко применяют в криминалистике, токсикологии, георазведке и пр. Однако эти приборы громоздки и дорогостоящи, а основной их элемент, масс-фильтр, в котором электромагнитное поле сортирует заряженные частицы, дорог. Физики за один шаг напечатали на 3D-принтере миниатюрный квадрупольный масс-фильтр длиной 12 см с исключительными характеристиками. Материалом всех деталей служила термостойкая стеклокерамическая смола, а себестоимость составила всего несколько долларов. Ученые поставили фильтр в серийный масс-спектрометр и обнаружили, что он дает более высокое разрешение по сравнению с серийными типами миниатюрных фильтров. Видимо, вскоре компактные масс-спектрометры станут массовым инструментом. Их можно будет запускать в ближний и дальний космос, а экологи и вулканологи смогут быстро производить анализ состава атмосферных газов.

Международная группа ученых продемонстрировала компактный ускоритель электронов длиной менее 20 м, который производит электронный пучок с рекордной энергией 10 ГэВ. Новый прибор принадлежит к типу ускорителей Вейкфилда, в которых мощный лазер нагревает гелий до состояния плазмы и порождает в нем электронный пучок. Физики нашли способ увеличить энергию пучка методом впрыскивания металлических наночастиц. С помощью прибора можно проверять воздействие радиации на космическую электронику, получать трехмерные изображения полупроводниковых чипов, разрабатывать способы лечения рака и пр. Ученые подали патентную заявку.

Химики синтезировали стабильные полициклические ароматические углеводороды, модифицированные ацены разной длины с настраиваемым диапазоном светового излучения. Легированные ацены люминесцировали в растворе и в твердом состоянии. Они излучали красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий свет. Водные суспензии таких веществ привлекательны для медикобиологических применений, в частности изучения процессов в человеческих тканях. Светоизлучающие диоды на аценах пригодятся для телевизионных и компьютерных экранов, поскольку потребляют мало энергии и дают яркое изображение.

Полупроводниковые лазеры нужны везде: в микроэлектронике, смартфонах, для оптоволоконной связи. Недавно физики разработали миниатюрное гибридное устройство, которое преобразует свет такого лазера и выдает высококачественное излучение. В гибридном чипе из нитрида кремния ученые объединили лазер и резонатор с малыми потерями, который может излучать в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах. Чип также способен генерировать вторую гармонику света, исходящего от лазера. Крошечный прибор изготавливают с помощью стандартной экономичной технологии. Эффективная и дешевая она открывает двери для широкого спектра применений, например точного измерения расстояний или разработки компактных атомных часов.

Давно известно, что черника и другие ягоды в действительности содержат только красные красители в мякоти и кожуре. Но тогда откуда берется такой красивый сине-голубой цвет черники и голубики? Ученые решили присмотреться к поверхности кожуры ягод черники, некоторых сортов винограда, а также голубых ягод можжевельника.

Согласно Стандартной космологической модели Вселенная расширяется, а галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Коэффициент пропорциональности, постоянную Хаббла ученые оценивают разными способами и часто получают разные результаты, противоречащие данным коллег. Группа астрофизиков предлагает новое объяснение для расхождения в измерениях постоянной Хаббла. Оно базируется на недавнем наблюдении, что Солнце находится в области космоса, где материи относительно мало. Подход позволяет разрешить несколько проблем космологии одновременно. Правда, если отказаться от Стандартной модели.

Физики показали, что короткий лазерный импульс перераспределяет атомы немагнитного кристаллического сплава железа с алюминием так, что атомы железа приближаются друг к другу и образовывают магнитный материал. Снова превратить его в немагнитный можно с помощью более слабых лазерных импульсов. Метод позволяет создавать и стирать небольшие пятна магнитного поля в металлических пленках. Эксперименты на сплаве железа с ванадием позволили прояснить динамику явления. Для обоих сплавов ученые установили, что в момент облучения поверхность быстро плавится и быстро остывает, превращаясь в магнитную фазу. Этап лазерного облучения легко встроить в современные технологии полупроводниковой электроники.

Физики получили сильные магнитные поля при облучении микрометровых графеновых дисков на подложках короткими импульсами терагерцовых волн. В момент возбуждения магнитные поля достигали величины в 0,5 Тесла, что в миллион раз превосходит сильнейшие поля в наночастицах золота. Свободные электроны графеновых дисков создавали круговые токи на поверхности, которые и порождали магнитное поле. Ученые планирует применить открытое явление для изучения кратковременного действия сильных полей на различные материалы. Исследователи считают, что их метод также поможет создать быстрые и точные устройства для магнитного хранения информации и спинтроники.

Появилась научная статья, в которой китайские исследователи предлагают выплавлять цинк с помощью лазеров. Этот метод не использует высокотемпературного обжига и восстановления углем, поэтому выбросы парниковых газов равны нулю. Авторы технологии назвали ее оптической металлургией.

Атомные электростанции по-прежнему остаются основным способом генерации дешевой электроэнергии. В отдаленных российских регионах наиболее эффективны станции малой мощности. Исследователи Томского политехнического университета изучили, как изменение наружного диаметра доставляемых на станцию тепловыделяющих элементов повлияет на её теплофизические характеристики при переходе на торий-урановое топливо. Физики с помощью математического моделирования оценили работу реактора и также рассмотрели различные перспективные топливные композиции. Исследование открывает путь к модернизации реакторов малой мощности для труднодоступных территорий.

С–Н связь — одна из самых сильных связей в природе, разрыв которой катализируют палладий и родий. Ученые нескольких европейских университетов сделали шаг к разгадке механизма этого катализа. Физики провели эксперименты на самых мощных и коротких источниках рентгена в мире, лазерном и синхротронном. Исследователи использовали вспышки рентгеновского излучения для зондирования электронных состояний реагентов. Теоретики провели расчеты квантово-механической модели явления, которые позволили четко идентифицировать перетекание электронного заряда между катализатором и группой С–Н.

Можно ли бороться с жарой? Наука уверенно отвечает на этот вопрос — да. Давайте посмотрим, как это можно сделать на нескольких примерах из жарких стран.