Новости науки

© Zou et al./Scientific Reports 2016

Ученые из университета Сиракьюз создали необычную технологию, которая позволяет "замораживать" воду во время ее кипения, что позволит в будущем понять, как заставить воду кипеть в космосе и как можно улучшить работу жидкостных систем охлаждения электроники.

МОСКВА, 24 фев – РИА Новости. Американские ученые разработали технологию, которая буквальным образом позволяет ставить процесс кипения воды "на паузу", мешая образованию пузырьков внутри кипящей жидкости, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Эта технология позволит нам проанализировать процесс кипения воды на самом фундаментальном уровне. Понимание его позволит нам создавать поверхности, позволяющие достичь максимального переноса тепла, а также понять, как мы можем заставить воду кипеть в условиях невесомости, где отсутствие гравитации приводит к скоплению пузырьков на нагреваемой поверхности", — заявил Шалаб Мару (Shalabh Maroo) из университета города Сиракьюз (США).

Мару и его коллеги научились останавливать кипение благодаря двум вещам – специальному лазеру и особой кремниевой пластинке-нагревателю, взаимодействие которой с лазерным лучом предотвращало появление пузырьков в воде.

Как рассказывают ученые, процесс появления пузырьков с паром внутри кипящей жидкости пока остается загадкой для физиков: они пока не до конца уверены в том, что знают, как происходит фазовый переход между жидким и газообразным состоянием воды или других веществ, от чего зависят размеры и другие свойства пузырьков.

Пузырьки пара, по словам Мару, формируются у дна нагреваемого сосуда, где они растут и затем поднимаются к поверхности. Их свойства, отмечает ученый, зависят от того, как устроена тонкая водная прослойка, отделяющая дно сосуда от нижней части пузырька. Изучение этого слоя до настоящего времени было фактически невозможно из-за скорости формирования пузырьков и отсутствия надлежащих инструментов по наблюдению за ними.

Группа физиков под руководством Мару получилось "заморозить" процесс формирования пара, облучая пластину из трех слоев – чистого оксида кремния, золота и силиконового стекла, расположенную на дне сосуда с горячей, но не кипящей водой, при помощи сверхкоротких импульсов лазера.

При постоянной "лазерной бомбардировке" на поверхности этой пластины возникает пузырь из пара, который будет оставаться "приклеенным" к ней часами, пока ученые будут продолжать облучать кремниевый "бутерброд".

Наблюдения за этим "замороженным" пузырем пара уже помогли физикам раскрыть несколько интересных и ранее неизвестных особенностей того, как кипит вода. К примеру, ученые выяснили,  что структура прослойки между пузырем и дном сосуда зависит от степени нагрева – чем выше температура, тем тоньше будет этот слой.

Более того, при достижении определенной отметки он делится на три разных региона – в его центральной части возникает сухое пятно, а по краям – две зоны испарения воды, в которых жидкость превращается в пар по двум разным сценариям. Их изучение, как надеются ученые, поможет создать новые сверхэффективные системы охлаждения, а также позволит экипажу МКС и других космических станций и кораблей выпить горячего чаю или кофе, вскипятив воду в космосе.

Источник

В прошлом месяце американские ученые объявили об обнаружении девятой планеты Солнечной системы, находящейся за пределами орбиты Нептуна, однако признали при этом, что не имеют представления о том, в какой именно точке своей гигантской солнечной орбиты может находиться эта планета.

Во вторник группа из четырех французских исследователей сообщила о том, что смогла сузить область поисков.

Изучая данные, полученные при помощи космического аппарата НАСА «Кассини», обращающегося вокруг Сатурна, шестой планеты от Солнца, ученые смогли исключить из зоны поисков две области космического пространства.

Используя математическое моделирование, французские ученые во главе с Жаком Ласкаром из Парижской обсерватории рассчитали эффекты, которые гипотетическая планета должна оказывать на планеты Солнечной системы при прохождении мимо них. Затем исследователи сравнили полученное в результате моделирования поведение планет Солнечной системы с реальным поведением этих планет, наблюдаемым при помощи наземных и космических средств наблюдения. Результаты исследования продемонстрировали, что при нахождении планеты в двух крупных зонах, суммарная площадь которых составляет порядка 50 процентов от площади исходной зоны поисков, результаты моделирования расходится с наблюдаемым поведением планет.

«Мы сократили вполовину объем предстоящих работ по поиску планеты», – сказал Ласкар в интервью информационному агентству «Франс-Пресс».

Ласкар и его команда считают, что зону поисков планеты можно дополнительно сузить, если будет одобрена расширенная миссия аппарата «Кассини», основная миссия которого завершается в следующем году.

Исследование появилось в журнале Astronomy and Astrophysics.

Источник

Одной из главных проблем астрофизики является обнаружение землеподобных планет вокруг других звезд – мест, где может существовать жизнь. Обычные телескопы плохо пригодны для получения в результате прямых наблюдений изображений настолько малых объектов, поскольку свет родительской звезды обычно мешает наблюдать относительно менее интенсивный свет возможной планеты.

Однако новая разработка в области получения космических изображений может помочь решить эту проблему.

В исследовании, возглавляемом астрофизиком Даниэлем Батчелдором из Технологического университета Флориды, США, показано, что устройство с инжекцией заряда (charge injection device, CID) способно различать свет, идущий от объектов, яркость которых в десятки миллионов раз ниже яркости другого объекта, находящегося на одном с ними изображении. Экзопланета, лежащая рядом с яркой звездой, является именно таким случаем. Эта способность прибора обусловлена особенностью механизма его работы, состоящей в том, что каждый пиксель матрицы работает независимо от другого и использует специальную систему индексирования. Обращение к очень ярким пикселям происходит очень быстро, в то время как тусклые пиксели продолжают собирать более тусклый свет.

Используя грант, полученный от Американского астрономического общества, Батчелдор и его команда провели исследование, оснастив устройством CID 0,8-метровый телескоп Ortega Технологического университета Флориды. Исследователи смогли запечатлеть объекты, яркость которых в 70 миллионов раз меньше, по сравнению с яркостью Сириуса, самой яркой звезды ночного неба. По результатам исследования эффективность устройства оказалась в 1000 раз выше, если сравнивать с существующими камерами для получения изображений объектов ночного неба.

«Если эта технология будет включена в состав будущих космических миссий, то она позволит нам сделать важные открытия, которые могут дать ключи к более глубокому пониманию нашего места во Вселенной», – сказал Батчелдор.

Исследование появилось в журнале Publications of the Astronomical Society of the Pacific.

Источник

Лететь на солнечных парусах, подгоняемых лазером, будет быстрее, чем используя традиционное топливо, полагают специалисты. © Shemoto | Shutterstock

На данный момент астронавты преодолевают путь до Марса примерно за пять месяцев. Но специалисты НАСА уже работают над созданием более совершенной лазерной технологии, благодаря которой время полета сократится до трех дней!Идея заключается в том, чтобы использовать лазеры для приведения в движение космического корабля. Система «фотонной движущей силы» применяет импульс от фотонов — частиц света — чтобы создать тягу. Разработка ученого НАСА Филиппа Любина основана на том же принципе, только вместо фотонов от солнечных лучей на гигантские зеркальные паруса космического аппарата будет воздействовать лазер наземного комплекса.По словам господина Любина, технология очень проста, доступна и устройство может быть легко модифицировано.«Недавние успехи подтверждают, что это не научная фантастика, а научная реальность. Нет причин, которые помешали бы нам воплотить в жизнь задуманное», — сказал Любин.Несмотря на отсутствие массы, частицы света обладают как энергией, так и импульсом.

Международная группа ученых при участии физиков из МГУ имени М.В. Ломоносова впервые в мире смогла доказать, что возможно контролировать квантовые процессы с точностью до нескольких аттосекунд — одной миллиардной доли миллиардной доли секунды. Исследование было опубликовано в последнем номере журнала Nature Photonics.

Химические, физические и биологические процессы протекают чрезвычайно быстро, связи между атомами рвутся и образуются за время, исчисляемое фемтосекундами (миллионная доля миллиардной доли секунды). Однако если время движения атомов в молекуле характеризуется фемтосекундами, то электронная динамика, которая и определяет химические связи, протекает в тысячу раз быстрее — за промежутки времени, исчисляемые десятками и сотнями аттосекунд.

Для исследования таких процессов нужны рентгеновские лазеры на свободных электронах. Они генерируют излучение с уникальной комбинацией свойств. В своем эксперименте физики облучали атом неона импульсами излучения лазера на свободных электронах не одной частоты, а сразу двух— гармониками с длинами волн в 63,0 и 31,5 нм, а затем наблюдали за направлением вылета фотоэлектронов из атома.

Меняя временную задержку между гармониками, ученые следили за динамикой этого процесса, измеряя изменения формы угловых распределений фотоэлектронов. В результате по косвенным признакам им удалось отследить, что электроны вылетали из атома с интервалом в три аттосекунды.

«В этой работе нам впервые удалось реализовать схему, которая позволяет определять относительные фазы двух гармоник лазера на свободных электронах, — комментирует один из авторов работы Елена Грызлова, старший научный сотрудник отдела электромагнитных процессов и взаимодействия атомных ядер НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В.Ломоносова. — Для подавления или, наоборот, выделения дополнительных частот создано множество методов, но все они неприменимы в высокочастотных диапазонах вакуумного ультрафиолета и рентгена, так как здесь нет обычных для лазеров зеркал или поляризаторов. Однако главный вывод, следующий из этого эксперимента, наверное, заключается в том, что это вообще в принципе возможно — контролировать квантовые процессы с точностью до нескольких аттосекунд».

Ученые уже подали заявку для проведения на FERMI аналогичного эксперимента с более сложными, чем атом неона, системами — с молекулами. Они предполагают изучать сложные явления, имеющие отношение к каталитическим процессам и атмосферной химии.

Источник

Астрономы открыли зрелищный «хвост» из газа, протянувшийся более чем на 300000 световых лет, который находится в близлежащей галактике.

Эта газовая струя состоит из водорода – «сырья» для производства новых звезд – и её длина в пять раз превышает размер самой галактики.

Это открытие было сделано международной командой ученых во главе с доктором Алессандро Боселли из Астрофизической лаборатории Марселя, Франция.

Ученые уже давно заметили, что галактика NGC 4569 содержала меньше газа, чем ожидалось, однако не могли обнаружить, куда переместился этот недостающий газ. Теперь исследователи обнаружили прямое доказательство того, что газ был «выдут» из галактики в результате таинственного физического процесса. Галактика NGC 4569 находится в скоплении галактик Дева, группе галактик, находящейся на расстоянии 55 миллионов световых лет от Млечного пути, и движется сквозь это скопление галактик со скоростью примерно 1200 километров в секунду, поэтому, как считают авторы исследования, таинственным процессом, который привел к «выдуванию» газа из галактики NGC 4569, стало её движение сквозь это скопление галактик.

Авторы работы считают, что эта галактика стала лишь одной из первых обнаруженных галактик «с хвостами», которых в галактических скоплениях может насчитываться довольно много.

Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Источник

Харикло – нежно прозванный «странным маленьким объектом» одним исследователем – представляет собой астероид, который обращается вокруг Солнца в весьма необычной зоне. Вместо того чтобы находиться в одном из характерных для астероидов мест Солнечной системы (а именно, между орбитами Марса и Юпитера или за пределами орбиты Нептуна), этот космический камень движется по орбите между Сатурном и Ураном. Более того, этот астероид даже имеет собственную систему колец. Это открытие, сделанное в 2014 г., привело ученых в недоумение, поскольку почти все известные науке кольца опоясывают гигантские планеты – такие как Юпитер, Уран, Нептун, Плутон – а отнюдь не астероиды, крохотные, по сравнению с этими планетами.

После этого открытия планетолог Маргарет Пэн из Торонтского университета, Канада, решила выяснить происхождение этих колец. В результате проведенного исследования ученый вместе со своей командой предложила сценарий, в соответствии с которым вокруг этого астероида и подобных ему астероидов, называемых Кентаврами, способны формироваться системы колец.

Согласно этим результатам при движении Харикло в направлении от ледяного Пояса Койпера (расположенного за пределами орбиты Нептуна) к его текущей орбите резкий разогрев мог привести к высвобождению газообразного монооксида углерода или азота. В результате этого процесса небольшие частицы пыли поднялись с поверхности астероида и в конечном счете сформировали кольца вокруг него, считают исследователи. В научной литературе описан также альтернативный сценарий, согласно которому Харикло увлек с собой из пояса Койпера небольшой объект, ставший его спутником. Когда Харикло подошел близко к Нептуну, этот объект распался на части, сформировав кольца вокруг астероида. Пэн считает, что в случае астероида Харикло такой сценарий маловероятен; лишь очень немногие из Кентавров могут иметь системы колец, сформированные в соответствии с этим сценарием.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal; препринт работы доступен онлайн на arxiv.org.

Источник

Двигатель для космического аппарата, который поможет доставить людей на Марс, возможно, будет базироваться на прототипе, созданном в Мичиганском университете, США.

НАСА одобрило финансирование проекта двигателя размером примерно с письменный стол, который разрабатывает команда инженеров во главе с Алеком Галлимором из Мичиганского университета.

Агентство выбрало этот двигатель в рамках программы Next Space Technologies for Exploration Partnerships, или NextSTEP. Программа NextSTEP охватывает ряд проектов, направленных на совершенствование систем небольших спутников, систем реактивного движения и жилищ для людей в космосе. Эти приоритеты являются ключевыми при подготовке миссий по отправке людей на орбиту между Землей и Луной в 2020-х гг., а также к Марсу – в 2030-х гг.

НАСА предоставляет 6,5 миллиона USD в течение ближайших трех лет компании Aerojet Rocketdyne на разработку системы реактивного движения под названием XR-100. Двигатель, разрабатываемый Галлимором, X3, является центральным элементом этой системы, и его команда из Мичиганского университета получит 1 миллион USD на работу над этим двигателем.

Двигатель X3 выгодно отличается от своих ближайших аналогов тем, что для своей мощности – 200 киловатт – он имеет относительно небольшие размеры и вес. Кроме того, используемая в нем технология – двигатель на эффекте Холла – уже применяется в настоящее время для корректировки траектории спутников, находящихся на орбите вокруг Земли. Основной принцип работы двигателя такого типа состоит в разгоне до высоких скоростей частиц плазмы и выбрасывании их в форме реактивной струи в космическое пространство.

Источник

Крупнейшему из спутников Плутона Харону становится тесновато в собственной «коже».

Снимки, полученные при помощи космического аппарата НАСА «Новые горизонты», указывают на то, что Харон некогда располагал подповерхностным океаном, который с тех пор превратился в лед и расширился, растягивая поверхность этого спутника Плутона и приводя к появлению на ней большого числа разрывов.

Внешний слой Харона состоит в основном из водяного льда. Когда этот спутник Плутона был молодым, этот слой был разогрет за счет распада радиоактивных элементов, а также собственного тепла формирования Харона. Ученые считают, что температуры на Хароне могли быть достаточно высокими для того, чтобы растопить водяной лед, который затем в форме воды просочился вниз и сформировал подповерхностный океан. Однако по мере того как Харон остывал, этот океан расширялся (как известно, при замерзании воды её объем возрастает), формируя разломы на поверхности этого спутника Плутона, которые мы наблюдаем сегодня.

На врезке представленного здесь снимка изображена форма рельефа, известная под неофициальным названием «Каньон спокойствия» (Serenity Chasma), которая входит в состав обширного экваториального пояса каньонов Харона. На самом деле, эта система каньонов является одной из самых протяженных систем каньонов в Солнечной системе и простирается примерно на 1800 километров в длину, составляя в глубину 7,5 километра. Для сравнения, Великий каньон на Земле составляет 446 километров в длину и лишь чуть более 1,6 километра в глубину.

Снимок был получен при помощи камеры Long-Range Reconnaissance Imager (LORRI) аппарата «Новые горизонты».

Источник

Математические физики из Великобритании впервые показали, что черные дыры в пятимерном и более высокой размерности пространстве-времени нестабильны и нарушают принцип космической цензуры. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, а кратко о нем сообощается на сайте Кембриджского университета.

Принцип космической цензуры (в сильной форме) в 1973 году предложил британский математический физик Роджер Пенроуз. Его модифицированную версию (в слабой форме) позднее рассмотрел Стивен Хокинг. Принцип космической цензуры говорит о том, что в пространстве-времени невозможны голые сингулярности.

Последнее означает, что сингулярности, возникающие в общей теории относительности Альберта Эйнштейна, должны быть скрыты от внешнего наблюдателя. В частности, для черной дыры они должны находиться под ее горизонтом событий. В четырехмерном пространстве-времени это условие, скорее всего, выполняется.

В 2002 году физики показали, что в пятимерном пространстве-времени могут существовать черные дыры, проекция которых на трехмерное пространство напоминает тонкое кольцо. Ученым только сейчас при помощи суперкомпьютеров удалось исследовать динамику таких черных дыр и продемонстрировать ее неустойчивый характер.

Пятимерные черные дыры с течением времени могут распадаться на другие черные дыры, каждая из которых будет являться источником голой сингулярности, то есть нарушать принцип космической цензуры. Математически это приводит к невозможности описания пятимерного пространства-времени общей теорией относительности.

Физические следствия сводятся к появлению в пространстве-времени областей с бесконечной плотностью массы и нарушению причинности (когда настоящее не определяет будущее). Ученые отмечают, что их выводы могут пригодиться при разработке струнных теорий, в которых размерность пространства-времени больше четырех, и создании квантовой теории гравитации.

Источник

Физики из Торонтского университета в Канаде продемонстрировали то, что критики их предыдущих работ назвали квантовым сюрреализмом. Проведенный учеными эксперимент подтверждает интерпретацию квантовой механики, предположенную физиками Луи Де Бройлем и Дэвидом Бомом. Исследование опубликовано в журнале Science Advances, а кратко о нем сообщает EurekAlert!

Ученые провели эксперимент, в котором отследили траектории скоррелированных фотонов после того, как они прошли через одну из щелей в сторону экрана — нелокальное влияние одной частицы на другую, вызванное их квантовым запутыванием. Пути частиц сформировали характерное сюрреалистическое изображение. Таким образом ученым удалось подтвердить теорию де Бройля-Бома, которую ее противники критикуют за неспособность описать поведение запутанных фотонов.

«Я мало сосредоточен на изучении философского вопроса о том, что там на самом деле происходит. Я думаю, что приземленное исследование плодотворнее. Вместо рассуждений о различных метафизических интерпретаций я предпочитаю использовать фотографии. Они полезны для формирования интуитивного представления», — сказал один из авторов исследования физик Эфрем Стэйнберг.

Копенгагенская интерпретация квантовой механики использует принцип неопределенности Вернера Гейзенберга (невозможно одновременно точно определить положение и импульс частицы). Измерение состояния квантовой частицы классическим прибором изменяет состояние первой, так что о положении частицы (после измерения) экспериментатор узнает только с некоторой вероятностью.

В своем эксперименте ученые показали, что сюрреализм стал следствием нелокальности — того факта, что частицы могут влиять друг на друга мгновенно на расстоянии. Ученые отмечают, что, хотя копенгагенская и де Бройля-Бома интерпретации математически и экспериментально эквивалентны, визуализация реальных траекторий может быть полезным приемом.

Источник

Астрономам удалось впервые получить данные о составе атмосферы Суперземли — экзотического вида экзопланет, аналогов которым нет в нашей Солнечной системе. Провести там отпуск явно не получится.

По мнению астрофизика Кевина Пимбблета из Халлского университета в Великобритании, если произошло бы так, что Земля оказалась бы неподалеку от горизонта событий черной дыры, она начала бы деформироваться в сторону объекта со сверхмощной гравитацией. Вблизи черной дыры гравитационное поле неоднородно, а, следовательно, ближайшая часть планеты притягивалась бы сильнее, чем дальняя.

Американские исследователи из Университета Гавайских островов установили, что Солнце разрушает большую часть всех астероидов Солнечной системы. При этом дезинтеграции (расщеплению на мелкие частицы) подвергаются все астероиды, подлетающие к звезде на расстояние больше 10–15 ее радиусов. Открытие объясняет малое число астероидов в околоземном пространстве.

Представьте себе жизнь на планете, в системе которой каждые 69 лет происходит почти полное затмение родительской звезды, которое длится в течение трех с половиной лет.

Именно такой сценарий имеет место в безымянной двойной звездной системе, находящейся на расстоянии порядка 10000 световых лет от Земли. Эта вновь открытая система, известная только по номеру TYC 2505-672-1 в астрономическом каталоге, ставит новый рекорд как по продолжительности затмения звезды, так и по продолжительности интервала между затмениями в двойной звездной системе.

Прежним рекордсменом в этих категориях являлась система Эпсилон Возничего, гигантская звезда, затмеваемая звездой-компаньоном каждые 27 лет на периоды времени от 640 до 730 дней. Согласно господствующей теории, система Эпсилон Возничего состоит из желтого гиганта, вокруг которого обращается обычная звезда размером чуть больше Солнца, окруженная толстым диском из пыли и газа, который заслоняет собой звезду при наблюдениях с Земли.

В новом исследовании астрономы под руководством Джоуи Родригеса из университета Вандербильта, США, используя архивные снимки, полученные при помощи обзора неба DASCH и системы поиска экзопланет Kilodegree Extremely Little Telescope (KELT), смогли установить, что система TYC 2505-672-1 в целом похожа на систему Эпсилон Возничего, однако состоит из пары красных гигантов, один из которых в результате потерь большого количества материи превратился в относительно небольшое ядро, окруженное экстремально обширным диском из пыли, который и отвечает за рекордно продолжительные затмения звезды-компаньона в этой системе.

Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.

Источник

Циркуляция подземных вод близ крупной зоны тектонического разлома, расположенной вдоль подножья самых крупных вулканических плато Солнечной системы, привела к формированию более чем 3 миллиарда лет назад одних из самых глубоких марсианских впадин, согласно новой научной работе, проведенной старшим научным сотрудником Института наук о планетах, США, Алексисом Пальмеро Родригесом.

Эти впадины могли эпизодически покрываться, иногда на протяжении сотен миллионов лет, озерами из воды и лавы, происхождение которых связано с разрядкой подповерхностных источников, находящихся под избыточным давлением, указывает Родригес в своей работе.

Возникающие в этих процессах условия могли быть пригодны для существования жизни.

«Температурные диапазоны, присутствие жидкой воды и доступность питательных веществ, которыми характеризуются известные обитаемые условия на Земле, имеют более высокий шанс проявиться на Марсе в тех местах, где в течение долгого времени находится вода в жидкой форме и протекают вулканические процессы, – сказал Родригес. – Существующие отложения солей и осадочные структуры, возможно, находившиеся в прошлом внутри древних марсианских озер, представляют большой интерес с точки зрения астробиологии, когда речь идет о зонах поверхности Красной планеты, которые могли быть обитаемы в прошлом. Эти объекты становятся ещё более интересными, если предположить, что выход на поверхность подземных вод на раннем Марсе, который мог происходить в течение миллиардов лет, способствовал формированию древних озер».

Источник

Как выглядит слияние двух черных дыр? Данная симуляция была создана «по мотивам» сенсационного открытия лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) — обнаружения гравитационных волн. На видео слияние черных дыр в одну можно наблюдать в замедленном режиме, однако в реальности это произошло за 1/3 секунды.

Исследователям впервые удалось произвести нанофотонные компоненты на основе меди, которые по своим характеристикам не уступают аналогам из золота.

МОСКВА, 18 фев – РИА Новости. Исследователи из Московского физико-технического института впервые экспериментально продемонстрировали, что нанофотонные компоненты на основе меди могут успешно работать в фотонных устройствах, ранее считалось, что необходимыми для этого свойствами обладают только компоненты на основе золота и серебра. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале NanoLetters.

Революционное для фотоники и компьютеров будущего открытие сделали исследователи из лаборатории нанооптики и плазмоники центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ. Им впервые удалось произвести нанофотонные компоненты на основе меди, которые по своим характеристикам не уступают аналогам из золота. Примечательно, что медные компоненты были произведены учеными в рамках стандартного технологического процесса, используемого для производства большинства современных микросхем. Это означает, что именно медные нанофотонные компоненты смогут в самом ближайшем будущем стать основой для энергоэффективных источников излучения, сверхчувствительных сенсоров и датчиков, а также высокопроизводительных оптоэлектронных процессоров, работающих на нескольких тысячах ядер.

Открытие было сделано в рамках так называемой нанофотоники – области, исследований, работающей в том числе над тем, чтобы заменить существующие в вычислительных устройствах компоненты на более совершенные за счет использования фотонов вместо электронов. Однако, в то время как основной компонент современной электроники, транзистор, может быть уменьшен до нескольких единиц нанометров, дифракция света ограничивает минимальные размеры фотонных компонентов величиной приблизительно равной длине волны света (порядка 1 микрометра). Несмотря на фундаментальность этого так называемого дифракционного предела, его возможно преодолеть используя металл-диэлектрические структуры и создать действительно наноразмерные фотонные компоненты. Во-первых, большинство металлов обладают отрицательной диэлектрической проницаемостью на оптических частотах, и свет не может в них распространяться, проникая на глубину всего лишь около 25 нанометров. Во-вторых, свет может быть преобразован в поверхностные плазмон-поляритоны, поверхностные волны распространяющиеся вдоль поверхности металла. Таким образом становится возможным перейти от привычной трехмерной к фактически двумерной фотонике на основе поверхностных плазмонов, известной как плазмоника, и управлять светом уже на масштабах порядка 100 нанометров, т.е. далеко за дифракционным пределом.

Ранее считалось, что для создания эффективных фотонных металл-диэлектрических наноструктур могут использоваться только два металла – золото и серебро, – в то время как все остальные металлы характеризуются настолько большим поглощением, что не могут быть альтернативой этим двум материалам. Однако на практике создавать компоненты на основе золота и серебра не представляется возможным, потому что оба металла, будучи "благородными", практически не вступают в химические реакции, а значит, из них крайне трудно, дорого и в большинстве случаев просто невозможно создавать наноструктуры – основу современной фотоники.

Исследователи из МФТИ нашли решение этой проблемы. На основании обобщения теории для так называемых плазмонных металлов они еще в 2012 году выяснили, что медь как оптический материал может не только составить конкуренцию золоту, но и превзойти его. В отличие от золота, медь можно довольно легко структурировать, использую жидкостное или плазменное травление, и создавать на ее основе наноразмерные компоненты, которые легко интегрируются в фотонные или электронные интегральные схемы на основе кремния.

Исследователям понадобилось более двух лет, чтобы закупить необходимое оборудование, разработать технологический процесс, изготовить образцы, провести множество независимых измерений и экспериментально подтвердить эту гипотезу. "В результате нам удалось создать медные чипы, оптические свойства которых ни в чем не уступают золотым аналогам, – приводит пресс-служба МФТИ слова лидера исследования Дмитрия Федянина. — Более того, мы добились этого в производственном цикле, совместимом с КМОП-технологией, которая является основой всех современных интегральных схем, включая микропроцессоры. Это своего рода революция в нанофотонике".

Эти исследования создают фундамент для начала практического использования медных нанофотонных и плазмонных компонентов, которые уже в ближайшем будущем будут использованы при создании светодиодов, нанолазеров, высокочувствительных сенсоров и датчиков для мобильных устройств, высокопроизводительных оптоэлектронных процессоров, насчитывающих до нескольких десятков тысяч ядер, для видеокарт, персональных компьютеров и суперкомпьютеров.

Источник

Ещё до того, как официально было подтверждено обнаружение гравитационных волн, ученые начали поиски космических событий в оптическом диапазоне, которые могли сопровождать рождение гравитационных волн.

Две отдельные исследовательские группы сканировали небо в оптическом диапазоне в попытке найти яркий источник света, генерируемого в результате события, ставшего источником зарегистрированных недавно обсерваторией LIGO гравитационных волн.

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что движение массивных тел искажает пространство-время, следовательно, вокруг массивных тел возникают особые волны, называемые гравитационными. На прошлой неделе обнаружение таких волн было официально подтверждено, однако ещё до подтверждения, когда об источнике гравитационных волн почти ничего не было известно, две группы ученых исследовали небо в оптическом диапазоне, пытаясь обнаружить необычно яркий источник света.

Область пространства, которую пришлось исследовать ученым, поистине огромна – 700 квадратных градусов неба, или 2800 площадок, занимаемых на небе полной Луной. Первое исследование, проведенное командой астрономов во главе с Эдо Бергером из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, при помощи 4-метрового телескопа «Бланко», расположенного в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо, Чили, в течение трех недель не выявило необычных источников света в оптическом диапазоне, однако позволило наложить на возможный оптический источник ограничение по яркости. Вторая команда исследователей во главе со Стивеном Смартом из университета Квинс, Северная Ирландия, шедшая по следам первой команды, использовала для наблюдений обсерваторию Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS), расположенную на Гавайях. Исследователи также не нашли при наблюдениях в оптическом диапазоне источники-кандидаты на роль необычных событий, обусловивших появление гравитационных волн. В ходе исследования, однако, было обнаружено свыше 50 ранее не замеченных сверхновых.

Эти пионерские работы, хотя и не увенчавшиеся в этот раз успехом, тем не менее, создают научный задел для дальнейших поисков оптических источников, которые возможно будет ассоциировать с обнаруженными обсерваторией LIGO гравитационными волнами, и открывают широкое поле для будущих астрофизических исследований по этому направлению.

Источник