Новости науки

Группа ученых из Университета Британской Колумбии (Канада) совместно с коллегами из Института Макса Планка (Германия) обнаружила сверхпроводимость в покрытом литием монослое графена. Температура перехода в сверхпроводящее состояние у материала составила 5,9 кельвин. Препринт работы появился в архиве Корнельского университета, кратко о нем можно прочитать в пресс-релизе Университета Британской Колумбии.

Образцы графена выращивали на подложке гексагонального карбида кремния (6H-SiC), на который в вакууме осаждали атомы лития. Полученный образец исследовали методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (позволяет изучить энергию зон проводимости в материале), который показал «замедление» электронов по мере движения по поверхности образца. По словам авторов, это свидетельствует о наличии электрон-фононного взаимодействия, приводящего к образованию Куперовских пар электронов, ответственных за сверхпроводимость. Температура перехода в сверхпроводящее состояние покрытого литием монослоя графита составила 5,9 кельвин.

В дальнейшем команда планирует подтвердить результаты путем прямого измерения потери электрического сопротивления, а также проверкой эффекта Мейснера (вытеснение магнитного поля из объема сверхпроводника).

Практически одновременно с этой работой, независимая группа ученых из Университет Сонгюнгван в Южной Корее обнаружила эффект сверхпроводимости нескольких связанных графеновых слоев, также допированных литием. Измеренная по наблюдению эффекта Мейснера температура перехода составила 7,4 кельвин.

Следом за этой статьей с разницей в один день свои результаты опубликовала группа из Университета Манчестера, в которую входит нобелевский лауреат Андрей Гейм. На этот раз переход в сверхпроводящее состояние был обнаружен в графене, допированном кальцием (при температуре перехода 6 кельвин).

Возможность превращения графена в сверхпроводящий материал при допировании литием удалось предсказать теоретически в 2012 году. Это было сделано группой ученых из итальянского Университета Аквилы с помощью компьютерного моделирования. При этом в допированном графите (который, в отличие от графена, является объемным материалом) сверхпроводимость была экспериментально обнаружена еще в 2005 году.

Графен представляет собой двумерную плоскую сетку, состоящую из атомов углерода. Он обладает высокой механической прочностью (на разрыв в 200 раз прочнее стали), а также рекордно высокими теплопроводностью и подвижностью носителей заряда, что делает его перспективным материалом для создания наноэлектроники. Экспериментальное подтверждение сверхпроводимости графена открывает новые перспективы использования наноразмерных квантовых устройств.

Источник

Пять миллиардов световых лет – это немыслимое расстояние даже в космических масштабах. Чтобы лучше представить эту величину достаточно сказать, что для покрытия такого расстояния необходимо 35 000 галактик, соизмеримых с нашей собственной галактикой Млечный Путь. Благодаря удивительному открытию, сделанному командой астрономов из Венгрии и США, теперь мы знаем, что структура с такими гигантскими размерами существует в видимой части Вселенной.

Исследователи обнаружили кольцо, образованное девятью источниками всплесков гамма-излучения. Такие всплески являются наиболее яркими явлениями во Вселенной. Найденный объект достигает около 5 млрд световых лет в диаметре и имеет правильную кольцевую форму. По словам исследователей, шансы случайного распределения источников всплесков гамма излучения подобным образом составляют 1 на 20 000. Результаты были опубликованы 27 июля в издании Monthly Notices Королевского астрономического общества. 

Ладжоз Балаш, ученый из Обсерватории Конкоя в Будапеште, возглавивший команду астрономов, не скрывает того, насколько сильно его удивила находка. «До сих пор всплески гамма-излучения являлись единственными объектами, которые, как нам известно, распределены по всей видимой части Вселенной. Все остальные объекты сосредоточены на ограниченном пространстве. Наше открытие выявило упорядоченную структуру, невиданную ранее. Гигантские объекты, которыми являются группы источников всплесков гамма-излучения, были известны и прежде, однако мы совсем не ожидали обнаружить такую большую кольцевую структуру правильной формы», - говорит Балаш.

Недавно найденная кольцевая структура является достаточно большой, чтобы противоречить космологическому принципу, согласно которому максимальный размер крупнейших структур составляет 1,2 миллиардов световых лет. Исследователи предполагают, что кольцо может быть проекцией шаровидной структуры.

Хотя астрономы утверждают, что нашли доказательства правильной структуры, заявление о ее кольцевидной форме подкреплено лишь зрительными наблюдениями.

Астрономы заключили, что кольцо, вероятно, не является реальной физической структурой. Для того чтобы определить, могла ли такая структура быть образована в результате процессов звездообразования во Вселенной, потребуются дополнительные исследования. 

«Было бы полезно увеличить количество всплесков гама-излучения с известными красными смещениями, а, следовательно, и с известными расстояниями, и более подробно изучить распределение галактик, в которых потенциально могли бы происходить всплески гамма-излучения», - говорит Балаш.

Всплески гамма-излучения являются самыми яркими электромагнитными явлениями из всех известных во Вселенной. За несколько секунд они источают столько же энергии, сколько источает Солнце за более, чем 10 миллиардов лет своей жизни. Как полагают ученые, такие гамма-всплески происходят тогда, когда массивные звезды обрушиваются в черные дыры. Однако их природа до сих пор не полностью изучена.

«В соответствии с общепринятой теорией, гамма-всплески подразделяются на два основных типа. Всплески с короткой продолжительностью, которые длятся меньше пары секунд, происходят в результате слияния двух нейтронных звезд, в то время как к более длинным по продолжительности всплескам приводит разрушение звезд, масса которых от 20 до 40 раз превосходит массу Солнца», - добавляет Балаж.

Число известных на сегодняшний день всплесков гамма излучения превышает пару тысяч и постоянно растет по мере того, как продолжаются наблюдения.

Источник

Физики из Швейцарии, Франции и Германии создали источник света, который испускает одиночные фотоны равной длины волны. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Phys.org.

Созданный учеными источник излучает одиночные фотоны одной и той же частоты и никогда одновременно не испускает два фотона и более. Для этого ученые использовали квантовые точки, созданные на основе полупроводника.

Такие системы из сотен тысяч атомов позволяют воспроизводить квантовые эффекты в зависимости от размеров и формы системы. В частности, в работе ученых полупроводниковые квантовые точки имитируют двухуровневый атом.

Физикам в новом исследовании удалось управлять влиянием колебаний ядерных спинов у атомов квантовой системы. Это позволило получить одиночные фотоны с одной и той же длиной волны.

Ученые полагают, что созданная ими система найдет применение в квантовой криптографии, где одиночные фотоны, имеющие равные частоты, могут служить для защиты информации при помощи квантовых методов, а также в квантовых компьютерах.

Источник

Прыжки, кувырки и сальто-мортале отнюдь не относятся к числу типичных маневров космического аппарата, исследующего иные миры. Традиционные марсианские роверы, например, стоят и передвигаются по поверхности исследуемой планеты на колесах, и не способны перекувыркнуться «с ног на голову». Однако в случае небольшого космического тела, такого как астероид или комета, передвижение робота по поверхности осложняется условиями низкой гравитации и высокими неровностями поверхности.

Для решения этих проблем исследователи разработали новый тип посадочного аппарата, специально предназначенного для исследования малых космических тел. Этот проект стал плодом совместного труда исследователей из Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА, Стэнфордского университета, а также Массачусетского технологического института (все научные организации США).

Робот выполнен в форме кубика с шипами, который передвигается по поверхности и тормозит при помощи расположенных внутри корпуса маховых колес. Шипы защищают корпус робота от повреждений, которые могут нанести ему твердые объекты, расположенные на окружающей местности, а также играют роль «ступней» при совершении зондом прыжков и кувырков.

Два прототипа «робота-ежа» – один из Стэнфордского университета, а второй – из JPL – прошли испытания на борту самолета C-9 НАСА в июне 2015 г. Подвергаясь различным тестам на протяжении четырех полетов, во время которых в общей сложности было совершено 180 спусков по параболе, эти роботы продемонстрировали высокий уровень приспособленности к условиям микрогравитации и широкий спектр возможностей, облегчающих передвижение по пересеченной местности в таких условиях.

Один из выполняемых «роботами-ежами» маневров, позволяющий этим аппаратам выбираться из углублений поверхности, демонстрирует представленная выше анимация.

Источник

Команда исследователей из Калифорнийского технологического института (Калтех), США, которая уже многие годы занимается поисками самых далеких объектов Вселенной, сегодня сообщает об обнаружении того, что может оказаться самой далекой из известных астрономам галактик. В своей новой статье Ади Зитрин, обладатель докторской степени в области астрономии и член научной команды космического телескопа «Хаббл» НАСА, и Ричард Эллис из Университетского колледжа Лондона представляют доказательства обнаружения галактики под названием EGS8p7, возраст которой составляет более 13,2 миллиарда лет. Возраст самой Вселенной составляет примерно 13,8 миллиарда лет.

Сразу после Большого взрыва Вселенная представляла собой «суп» из заряженных частиц – электронов и протонов – и света (фотонов). Так как эти фотоны рассеивались на свободных электронах, ранняя Вселенная не могла пропускать свет. Примерно через 380000 лет после Большого взрыва Вселенная охладилась настолько, что свободные электроны и протоны получили возможность соединяться в нейтральные атомы водорода, которые заполнили собой Вселенную и позволили свету свободно проходить сквозь неё. Затем, когда возраст Вселенной достиг 0,5-1 миллиарда лет, в ней «зажглись» первые галактики, свет которых вновь ионизировал нейтральный газ. Вселенная остается ионизированной и по сей день.

Однако до наступления эпохи реионизации облака частиц нейтрального водорода могли поглощать определенные частоты излучения, испускаемого молодыми, вновь сформировавшимися галактиками – включая так называемые Лайман-альфа линии, являющиеся спектральным признаком горячего газообразного водорода, разогретого ультрафиолетовым излучением молодых звезд, и использующиеся астрономами для обнаружения «новорождённых» звезд.

Из-за такого поглощения, теоретически, наблюдение Лайман-альфа линий галактики EGS8p7 представляется невозможным. Однако, к своему удивлению, Зитрин и Эллис смогли наблюдать Лайман-альфа линии этой галактики при помощи спектрометра MOSFIRE обсерватории Кека. Исследователи считают, что обнаружение Лайман-альфа лучей, идущих от галактики EGS8p7, может быть связано с тем, что область Вселенной вокруг этой галактики могла быть частично ионизирована.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.

Источник

Источник

Международная группа ученых, работающих на одном из экспериментов Большого Адронного Коллайдера (БАК), самого мощного ускорителя частиц на сегодняшний день добилась успеха в получении экзотической формы материи, так называемой исконной кварково-глюонной плазмы. Материя в этой форме существовала лишь в самый начальный момент возникновения Вселенной. А сейчас она была получена при помощи столкновений меньшего количества меньших частиц, что ранее считалось невозможным даже с теоретической точки зрения.

Следы кварково-глюонной плазмы были обнаружены в месте столкновений высокоэнергетических протонов с разогнанными ядрами атомов, ионами свинца. Эти столкновения производились в районе датчика эксперимента Compact Muon Solenoid (CMS), высокая чувствительность которого позволила выявить следы присутствия рошечных "капелек" супержидкости, которой и является кварково-глюонная плазма.

"Ранее считалось, что энергетическая насыщенность среды, созданной столкновениями протонов с ядрами свинца, будет слишком слаба для того, чтобы в ней могла образоваться кварково-глюонная плазма" - рассказывает Куан Ван (Quan Wang), исследователь из Канзасского университета, работавший в составе команды ученых CERN, - "Мы изучали эти столкновения с точки зрения обнаружения вторичных столкновений ионов свинца и эффектов этих столкновений. Однако, результаты эксперимента указали нам четкие подписи следов присутствия кварково-глюонной плазмы".

Ккварково-глюонная плазма представляет собой очень плотное и очень горячее вещество, состоящее только из кварков и глюонов, в котором не содержится даже отдельных нуклеонов, частиц, из которых затем формируются ядра атомов всех химических элементов. Именно в таком состоянии находилась вся материя в момент Большого Взрыва и непродолжительное время спустя него. Затем, когда образовавшаяся Вселенная расширилась до определенных размеров, плазма остыла, потеряла плотность и из кварков и глюонов начали образовываться первые элементарные частицы, которые спустя еще какое-то время начали объединяться в ядра самых легких химических элементов - водорода и гелия.

Следует заметить, что это не первый случай в истории науки, когда ученым удавалось получить кварково-глюонную плазму. Ранее подобного удалось добиться ученым из Национальной лаборатории Брукхейвена, которые использовали ускоритель Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC). В рамках эксперимента PHENIX (Pioneering High Energy Nuclear Interaction eXperiment) в недрах коллайдера RHIC производились столкновения ядер гелия-3 с ионами золота, энергии которых с избытком хватало для формирования "капелек" кварково-глюонной плазмы.

Подобные исследования позволят ученым лучше понять все процессы, происходившие в первые микросекунды спустя момента Большого Взрыва, а это, в свою очередь, может внести изменения в понимание "работы" Вселенной вплоть до сегодняшнего дня. В настоящее время группа ученых CERN, в состав которой входят ученые из Канзасского университета продолжают работать над анализом уже имеющихся научных данных и собирают новые данные при помощи научного инструмента Zero Degree Calorimeter.

Источник

Астрономы из Кембриджского университета, США, разработали новый, высокоточный метод измерения расстояний между звездами, который может быть использован для определения размера галактики, играющего важную роль при исследованиях эволюции галактик.

В настоящее время лучшим методом определения расстояния до звезд продолжает оставаться метод параллакса. Суть этого метода состоит в измерении углового расстояния между двумя видимыми положениями звезды, расстояние до которой требуется определить, на фоне другой звезды, расположенной на заведомо большем расстоянии от наблюдателя. Измеренный угол дает возможность при помощи простых тригонометрических соотношений определить расстояние до близлежащей звезды с высокой точностью. Однако применение этого метода ограничивается расстояниями не более 1600 световых лет от Солнечной системы.

При определениях расстояний до звезд, лежащих за пределами сферы радиусом 1600 световых лет, астрономам приходится полагаться на модели, рассматривающие температуру, гравитацию на поверхности звезды и химический состав звезды, и использовать информацию, полученную при анализе результирующего спектра, совместно с данными, полученными при расчетах эволюционной модели звезды, чтобы выяснить исходную яркость звезды и определить расстояние до неё. Однако погрешность при таком методе расчета расстояния может доходить до 30 %.

В опубликованной недавно работе астрономы во главе с доктором Паулой Жофре Пфейл из Кембриджского астрономического института предлагают новый метод определения расстояний до звезд, основанный на использовании свойств «звезд-близнецов», то есть звезд с одинаковыми спектрами. Используя набор из примерно 600 звезд, для которых доступны спектры высокого разрешения, исследователи обнаружили 175 пар «звезд-близнецов». В каждой паре звезд-близнецов было известно расстояние до одной из звезд пары, рассчитанное по методу параллакса. Исследователи обнаружили, что разница между расстояниями до звезд-близнецов напрямую связана с их видимой яркостью на небе, а следовательно, расстояние до звезд может быть определено напрямую, без использования допущений, присутствие которых неизбежно в любой модели.

Исследование вышло в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Исследовательская лаборатория Военно-морских сил (ВМС) США в сентябре 2015 года планирует с космодрома в Норвегии запустить ракету со складывающимся оперением для изучения пылевой плазмы в верхних слоях атмосферы. Об этом сообщается на сайте Вашингтонского университета в Сиэтле.

Пылевая плазма представляет собой разогретые до высоких температур ионы и электроны, рассеянные в пространстве в форме облака и возникающие, как правило, вследствие быстрого движения объектов в атмосфере. Пылевая плазма, как полагают ученые, может быть источником помех при радиолокации и радиосвязи.

Эксперимент получил название CAREII (Charged Aerosol Release Experiment). В его рамках специальные инструменты, размещенные на ракете CRV7(Canadian Rocket Vehicle), создадут пылевую плазму в верхних слоях атмосферы, а затем измерят параметры ее электромагнитного поля.

В отличие от обычной плазмы, пылевая плазма содержит аэрозольные примеси, что усложняет прогнозирование ее поведения. Эксперимент CAREII ВМС США проводят при поддержке НАСА. Ранее, в 2009 году, в ходе эксперимента CARE, ракета запускалась с космодрома Уоллопс в штате Вирджиния.

Ракету CRV7 планируется запускать с площадки Космического Центра Аннея, расположенной на одноименном острове архипелага Вестеролен за полярным кругом в Норвегии. Старт намечен на 7 сентября с окном в две недели, что обусловлено необходимостью проведения наблюдений за ракетой в условиях темноты.

Ожидается, что, поднявшись на высоту около 260 километров, ракета начнет падать обратно на Землю. На высоте порядка 235 километров, находясь над Норвежским морем, должно произойти отделение головной части ракеты с содержащимися на ней научными инструментами. В этот же момент от кормовой части ракеты произойдет отстрел 37 небольших ракетных двигателей CRV7.

Эти агрегаты создадут пылевую плазму, которая окутает переднюю часть ракеты. Инструменты, расположенные на ней, а также на отсоединившейся головной части, произведут необходимые замеры. Радиолокационная станция на Земле и лидар также будут, как ожидается, наблюдать за ходом эксперимента и оценят форму полученного искусственного плазменного облака.

Все замеры займут, предположительно, не более десяти минут. Ученые признаются, что не знают, какие особенности пылевой плазмы они могут увидеть в ходе этого эксперимента. Не исключено, что физики будут наблюдать ее обычные проявления. В любом случае ученые надеются получить финансирование для нового эксперимента CAREIII.

CRV7 представляет собой неуправляемую ракету со складывающимся оперением, разработанную канадской компанией Bristol Aerospace. В 1970-х годах она использовалась в качестве основной ракеты типа «воздух-земля» и считалась самым мощным оружием в своем классе. Ракета до сих пор используется странами НАТО.

Источник

Карта слоистой структуры в зависимости от спектров, полученных сканирующей туннельной микроскопией.

Черные и фиолетовые области соответствуют чистому металлу и сверхпроводнику,

темно-синие и красные — слоистой структуре с триплетными состояниями.

Изображение: A. Di Bernardo et al. / Nature Communications, 2015

Физики из Университетов Кембриджа, Констанца (Германия) и Норвежского Научно-Технологического Института впервые напрямую показали существование триплетных состояний куперовских пар на границах сверхпроводник-ферромагнетик. Такие состояния могут открыть возможности для создания спинтронных устройств, работающих без потерь сигнала. Исследование опубликовано в журналеNature Communications, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Констанца (немецкий).

Главная теория, описывающая явление сверхпроводимости, — теория Бардина-Купера-Шриффера — объясняет течение тока без потерь образованием так называемых куперовских пар. Это особые связанные состояния, в которых два электрона обладают противоположными импульсами и спинами. Они называются спин-синглетными.

Главной особенностью ферромагнетиков же является сонаправленность спинов внешних электронов. То есть на границе этих двух материалов возникает несоответствие между «желаемыми» состояниями. Для этих областей теоретически предсказано существование состояний с большей энергией. Такие состояния носят название спин-триплетных, спины в них могут быть противоположно направленными (тогда суммарный спин пары остается нулевым), либо сонаправленными (спин равен +/-1).

Авторы работы поставили эксперимент, целью которого как раз и было наблюдение триплетных состояний. Для этого на сапфире вырастили многослойную структуру, состоявшую из тонкого слоя ниобия (6,5 нанометров толщиной), поверх которого был нанесен слой гольмия (9,5 нанометров) — ферромагнетика с неравномерной намагниченностью, поверх которого вновь был нанесен слой сверхпроводящего ниобия(20 нанометров). Исследовался контакт между двумя верхними слоями, нижний слой ниобия выполнял вспомогательную роль. Физики исследовали этот «сендвич», охлажденный до 290 милликельвинов, с помощью методов сканирующей туннельной микроскопии.

Строение предложенной слоистой структуры

Источник

Испанские физики создали первую в истории человечества "кротовую нору", правда, пока только магнитную, соединяющую два разнесенных друг от друга уголка пространства на магнитном уровне.

Как объясняют ученые, "кротовые норы" не являются исключительно плодом воображения писателей-фантастов и режиссеров фильмов — возможность их существования была неоднократно доказана физическими расчетами. С другой стороны, для создания полноценной гравитационной "кротовой норы" необходима экзотическая материя с отрицательной плотностью энергии, способов получить или создать которую физики пока не нашли.

Испанские исследователи под руководством Альваро Санчеза (Alvaro Sanchez) из Автономного университета Барселоны (Испания) смогли создать своеобразного "младшего брата" полноценной "кротовой норы" – так называемый магнитостатический тоннель, используя особые магнитные метаматериалы и метаповерхности.

Идея создать такую "кротовую нору" пришла физикам в головы еще три года назад, когда они разработали особый магнитный плащ-невидимку, скрывающий произвольный предмет от всех проявлений магнитного поля.

Используя наработки, полученные во время сборки этого плаща, Санчез и его коллеги создали две сферообразных структуры, вложенных друг в друга, концы которых являются входом и выходом из "кротовой норы". Они представляют собой небольшие многослойные металлические сферы, содержащие в себе слой из ферромагнитного материала, сверхпроводника и особый цилиндр из ферромагнетика, закрученного в спираль, соединяющий их между собой и делающий их "невидимыми" для магнитного поля.

Подобные "кротовые норы", как подчеркивают ученые, имеют множество практических применений. К примеру, их можно использовать для создания бесшумных систем магнитно-резонансной томографии, так как подобный магнитостатический тоннель позволит перенести генераторы магнитного поля из сканера в другую комнату, расположенную на большом расстоянии от пациента.

Источник

Физики из Великобритании, США, Германии и Португалии попробовали объяснить пространственную трехмерность наблюдаемой Вселенной и указать на возможные причины ее раннего инфляционного расширения. Препринт своего исследования авторы выложили на ресурсе arXiv.org, а кратко с ним можно ознакомиться на сайте New Scientist.

Согласно выдвинутой учеными модели, структура вакуума на ранних этапах развития Вселенной (до стадии инфляционного расширения) представляла собой сеть плотно заузленных и связанных между собой силовых трубок. Они, по замыслу физиков, сформировались в ходе КХД-подобного космологического фазового перехода.

Наблюдаемую трехмерность пространства ученые объяснили топологической устойчивостью сети из одномерных силовых трубок, а инфляционную стадию эволюции Вселенной — высвобождением энергии, сопровождающим расширение сети трубок и ее охлаждением.

Структуру Вселенной на ранних этапах авторы сравнивают с запутанными проводами наушников. «Я думаю, что это идея, которую стоит изучать», — сказал о гипотезе ученых один из авторов инфляционной модели физик Алан Гут из Массачусетского технологического института.

Ученые пока не предложили экспериментального способа подтверждения своей гипотезы. Теоретические построения авторы основывали на модели Абрикосова-Ниельсена-Ольсена, в которой возникают необходимые образования в виде струноподобных решений четырехмерной (в пространстве и времени) теории Хиггса специального вида.

КХД (квантовая хромодинамика) описывает сильные взаимодействия частиц (кварков), осуществляемое частицами-переносчиками взаимодействия (глюонами). Ученые полагают, что на ранних этапах развития Вселенной существовало единое сильное и электрослабое взаимодействие, из которого на инфляционной стадии (промежутка экспоненциального расширения) произошло выделение сильного взаимодействия.

Этот процесс (получивший название бариогенеза) сопровождался объединением кварков и глюонов в адроны, а также вероятным появлением космологических топологических дефектов (в частности, космологических струн, стенок и монополей). После бариогенеза наступила стадия лептогенеза — выделения из электрослабого взаимодействия электромагнитных и слабых сил.

Источник