Новости науки

Раскрыт источник марсианской пыли, окутавшей Красную планету

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

Жизнь на поверхности Титана следует искать в кратерах, показывают исследователи

Новые находки указывают на то, что крупные кратеры являются местами, в которых наиболее велика вероятность обнаружить «строительные кирпичики» жизни на поверхности спутника Сатурна Титана.

Для существования жизни на поверхности планеты требуется жидкая вода. Титан находится намного дальше от Солнца, чем Земля, поэтому температуры на его поверхности очень низкие, и существование воды в жидкой форме на ней маловероятно. Однако в новом исследовании команда под руководством доктора Кэтрин Нейш (Catherine Neish), планетолога и специалиста по ударным кратерам из Университета Западного Онтарио, поставила целью выявить места, в которых возможно существование воды на поверхности планеты в жидкой форме. Согласно проведенному командой анализу данных, собранных при помощи космических аппаратов Cassini («Кассини») и Huygens («Гюйгенс»), существование на поверхности Титана воды в жидкой форме возможно в областях извержения криовулканов или внутри ударных кратеров. Существование жизни в углеводородных морях и озерах Титана, с точки зрения этого научного коллектива, представляется маловероятным.

Согласно входящему в состав группы эксперту по толинам (сложным органическим молекулам, формирующимся под действием космической радиации), эти соединения, уже обнаруженные ранее на поверхности Титана, при взаимодействии с водой в лабораторных условиях легко дают аминокислоты – «строительные кирпичики» биомолекул. Поэтому команда Нейш считает, что существование жидкой воды на поверхности Титана могло дать толчок к зарождению жизни. Нейш и коллеги показывают, что из двух предложенных ими типов мест – ударных кратеров или криовулканов – наиболее вероятным представляется существование обитаемых условий внутри ударных кратеров, поскольку криовулканизм на Титане носит скорее частный, чем системный характер. Наиболее вероятными кратерами-кандидатами для будущих научных миссий по поискам обитаемых условий на поверхности Титана команда Нейш называет ударные кратеры Синлап (112 километров в диаметре), Селк (90 километров) и Менрва (392 километра).

Исследование опубликовано в журнале Astrobiology.

Источник

На Луне в прошлом было возможно существование жизни, считают ученые

Хотя Луна в настоящее время является необитаемой, в далеком прошлом на ее поверхности было возможно существование жизни, считают ученые.

На самом деле, в истории Луны было по крайней мере два периода возможной обитаемости, согласно новому исследованию, проведенному коллективом ученых во главе с Дирком Шульце-Макушем (Dirk Schulze-Makuch), астробиологом из Университета штата Вашингтон, США.

Шульце-Макуш и его коллеги считают, что условия на поверхности Луны могли быть достаточно мягкими для зарождения и развития простых жизненных форм вскоре после того, как Луна сформировалась из осколочного диска 4 миллиарда лет назад, а затем вновь – в период пика вулканической активности, который наблюдался примерно 3,5 миллиарда лет назад.

В каждый из этих периодов, считают исследователи, на поверхность Луны из недр выбрасывались большие количества перегретых летучих веществ, таких как водяной пар.

Согласно Шульце-Макушу и его коллегам, этот выход газов мог привести к формированию на поверхности Луны бассейнов, заполненных жидкой водой, и атмосферы, достаточно плотной, чтобы сохранить эту воду от улетучивания на протяжении нескольких миллионов лет.

Жизнь на Луне в эти периоды могла зародиться по тому же механизму, что и на ранней Земле, однако более вероятной представляется ее транспортировка на поверхность Луны с метеоритами, считают Шульце-Макуш и его команда.

Исследование опубликовано в журнале Astrobiology.

Источник

Физики из США раскрутили самый быстрый "волчок" на Земле

Американские ученые создали самый быстрый "мотор" на Земле, поместив "наногантель" в специальную лазерную воронку и раскрутив ее до 60 миллиардов оборотов в минуту. Первые результаты опытов с этим объектом были представлены в журнале Physical Review Letters.

"У нашего исследования есть масса практических приложений. К примеру, теперь мы можем изучить то, что происходит с разными материалами в подобных экстремальных условиях, и точнее измерить ряд фундаментальных констант", — рассказывает Тонцан Ли (Tongcang Li) из университета Пардью в городе Уэст-Лафайетт (США).

За последние несколько лет физики открыли несколько новых феноменов или процессов, происходящих на квантовом уровне, позволяющих разогнать, разогреть или поменять поведение тех или иных частиц за рекордно короткое время.

К примеру, год назад израильские ученые обнаружили, что так называемые вихри Абрикосова, кольцевые токи в сверхпроводниках, движутся со скоростью 70 тысяч километров в час. Их коллеги из Германии смогли "вскипятить" воду до температуры 100 тысяч градусов Цельсия за десятую долю пикосекунды (10 в минус 13-й степени секунды), используя мощнейший рентгеновский лазер.

Ли и его коллеги пополнили этот список "нанорекордсменов", создав устройство, позволяющее разогнать достаточно крупные кусочки материи до рекордно высоких угловых скоростей. 

Оно представляет собой набор из нескольких лазеров, вырабатывающих два типа пучков "закрученного" света. Часть из них удерживает и охлаждает частицы, которые находятся в точке пересечения этих лучей, а другие — раскручивают их и заставляют вращаться вокруг собственной оси.

В прошлом, как отмечают ученые, физики уже пытались раскрутить наночастицы кремния и различных металлов таким образом, однако все подобные эксперименты заканчивались неудачей, так как лазер просто сжигал разгоняемый объект или деформировал его.

Физики из США решили эту проблему, поменяв форму разгоняемой частицы — они сделали ее похожей на своеобразную гантель, склеив два микроскопических шарика из кремния и поместив ее почти в абсолютный вакуум. 

Как показали первые опыты с подобными нанообъектами, "закрученный" свет лазера может разогнать их до скорости 60 миллиардов оборотов в минуту, что на порядки превышает предыдущие рекорды.

Подобных значений, как отмечает Ли, хватит не только для уточнения гравитационной постоянной, вычисленной подобным образом более двух веков назад. Вдобавок ученые смогут проверить, существует ли эффект Казимира, имеет ли гравитация квантовый характер, и создать материалы, для формирования которых нужны гигантские давления.

Источник

В НИЯУ МИФИ будут готовить разработчиков "умной" техники будущего

Институт физико-технических интеллектуальных систем (ИФТИС) создан в Национальном исследовательском ядерном университете "МИФИ" (Москва) с целью подготовки высококвалифицированных специалистов-разработчиков "умной" техники для важнейших отраслей российской промышленности, в том числе атомной, сообщила пресс-служба вуза.

Для таких предприятий, как, в частности, Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Духова (ВНИИА, одно из ведущих предприятий ядерного оружейного комплекса Росатома) требуются специалисты-разработчики перспективных, так называемых киберфизических приборов и систем, отмечается в сообщении. Такие устройства объединяют встроенные сенсорные элементы, исполнительные устройства и средства интеллектуальной обработки данных, что обеспечивает им возможность автономного самоуправления, самообучения и самодиагностики.

Сенсоры на этих устройствах реагируют на самые разные физические явления, процессы и параметры, такие как ускорение, давление, температура, излучения всех видов. Подобные системы уже создаются и серийно производятся во ВНИИА, отмечает пресс-служба НИЯУ МИФИ. "Они будут основой всей высокотехнологичной аппаратуры ближайших десятилетий", — указывается в сообщении.

На кафедрах ИФТИС планируется обучение студентов следующим основным образовательным программам: "Ядерное, электрофизическое и киберфизическое приборостроение"; "Информационно-измерительные системы физических установок"; "Электроника и автоматика физических установок"; "Конструирование мехатронных, робототехнических и киберфизических устройств для атомной отрасли"; "Технология и материалы киберфизических приборов и систем". Студенты также смогут проходить еженедельную стажировку на предприятиях, начиная со второго курса.

Полномасштабный прием на первый курс бакалавриата ИФТИС будет организован в 2019 году.

Источник

Могла ли блуждающая звезда изменить структуру Солнечной системы?

Команда исследователей из Института Макса Планка, Германия, и Университета Квинс, Соединенное Королевство, использовала новую информацию для проверки гипотезы, согласно которой странствующая звезда прошла достаточно близко к нашей Солнечной системе миллионы лет назад и изменила ее конфигурацию.

В последние годы астрономы начали подозревать, что в Солнечной системе в первые годы ее существования происходили какие-то весьма необычные события. Например, одна из проблем состоит в том, что во внешней части Солнечной системы находится гораздо меньше материала, чем ожидалось. Еще одна проблема состоит в том, что Нептун по непонятной причине является более массивным, чем Уран, который находится ближе к Солнцу. Непонятным является также то, почему большое число малых объектов внешней части Солнечной системы имеют такие вытянутые орбиты. В попытке ответить на эти вопросы многие ученые начали склоняться к мысли, что в ранние годы существования Солнечной системы у ее окраин могла проходить звезда, оттянувшая на себя часть материала.

Эта идея ранее уже обсуждалась, однако слабым местом этой гипотезы сочли тогда то, что ко времени прохождения звезды во внешней части Солнечной системы еще не могли сформироваться достаточно крупные объекты, на которые могла эффективно воздействовать гравитация звезды. 

В новой работе группа исследователей во главе с Сюзанн Пфальцнер (Susanne Pfalzner), опираясь на труды коллег, показавших недавно, что во многих планетных системах внешние части могут эволюционировать гораздо быстрее, чем внутренние, демонстрирует при помощи компьютерных моделей, что внешняя часть Солнечной системы могла уже в достаточной мере проэволюционировать ко времени прохождения блуждающей звезды, чтобы на существовавшие в ней к этому времени объекты могла эффективно воздействовать гравитация светила.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Физики из России создали "лампочку" из оптоволокна, работающую в космосе

Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.

"Исследований, подобных нашему, еще не проводилось, поскольку ряд висмутовых оптических волокон не имеет зарубежных аналогов. Благодаря финансовой поддержке Российского научного фонда мы успешно проводим подобные исследования", — рассказывает Сергей Фирстов из Научного центра волоконной оптики РАН в Москве.

Оптическое волокно представляет собой нити из пластика или стекла, способные проводить не электричество, как обычные металлические провода, а пучки света. Как правило, его нити состоят из двух слоев — светопроводного сердечника и окружающей его оболочки из другого прозрачного материала, который обладает чуть меньшим индексом преломления, чем сердцевина.

Благодаря этому оптоволокно может захватывать и заставлять двигаться свет в четко заданном направлении, препятствуя его "побегу" во внешнюю среду через стенки нити. У всех типов оптоволокна, созданных за последние полвека, есть несколько общих  проблем, которые ученые пока не смогли решить полностью. 

В последние годы, как рассказывают Фирстов и его коллеги, инженеры начали использовать оптоволокно не только для передачи информации, но и в качестве рабочего тела для так называемых волоконных лазеров. Поэтому длина таких лазеров может достигать нескольких километров, но при этом они могут умещаться внутри небольшой коробочки и иметь огромную мощность.

Для того чтобы превратить обычное оптоволокно в лазер, необходимо закрыть его с двух сторон полупрозрачными зеркалами и "засеять" сам материал атомами различных редкоземельных элементов, которые будут взаимодействовать с закачиваемым в него светом и превращать его в импульсы лазерного излучения нужной длины и мощности.

Недавно российские ученые выяснили, что подобными свойствами обладают оптические волокна, наполненные большим количеством атомов висмута и некоторых других веществ. Создав подобные структуры, Фирстов и его коллеги заинтересовались тем, имеют ли они общий недостаток многих подобных излучателей — низкую радиационную стойкость и высокую чувствительность к перепадам температур. 

Они проверили, так ли это, поместив катушку с подобным оптическим волокном внутрь специальной камеры, где поддерживались низкие температуры и высокий уровень радиации. По сути, внутри нее имитировались такие же условия, в которых находился бы подобный источник света, если бы он работал на борту спутника в космосе на протяжении десяти лет.

Как показали эти опыты, висмутовые волокна спокойно переносят подобную радиационную нагрузку, и при этом выдерживают перепады температур от минус 60 до плюс 60 градусов Цельсия. Это позволяет применять разработку российских ученых для создания систем связи и других космических приборов.

Источник

Сверхяркие галактики могут реже встречаться в ранней Вселенной, чем считалось

Сверхяркие галактики в ранней Вселенной могут встречаться реже, чем считалось ранее, согласно новому исследованию, проведенному с использованием космического телескопа Hubble («Хаббл»).

Исследователи из Мельбурнского университета, Австралия, использовали обсерваторию Hubble для наблюдений двух галактик, которые, согласно первичному предположению, находились на расстоянии примерно 13 миллиардов световых лет от нас.

В своем исследовании команда обзора неба Brightest of Reionising Galaxies (BoRG) нашла, что одна из этих галактик, действительно, является ярким источником, расположенным на расстоянии 13 миллиардов световых лет от нас, как и ожидалось. Однако вторая галактика оказалась «самозванкой» - расположенной относительно близко к нам галактикой, которая была по ошибке принята за очень далекую галактику, поскольку имела соответствующий красный цвет.

Этот эффект, известный как красное смещение, сообщает далеким галактикам, которые мы видим такими, какими они были в то время, когда Вселенная была еще совсем «молодой», характерные цвета, которые могут быть использованы для установления примерного расстояния до этих галактик. Однако некоторые расположенные относительно близко к нам галактики имеют схожие цвета, что приводит к ошибкам в определении расстояний и отнесении галактики к той или иной эпохе.

Исследователи сказали, что это открытие – выяснение того факта, что самая яркая галактика-кандидат ранней Вселенной на самом деле относится к более позднему периоду истории Вселенной – обусловливает ряд важных следствий для современных моделей формирования галактик в ранней Вселенной.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters; главный автор Рашель Ливермор (Rachael Livermore).

Источник

Рентгеновские данные указывают на поглощение экзопланеты звездой

В течение примерно 100 лет ученые задаются вопросом о причинах переменности молодых звезд, наблюдаемых в направлении созвездия Тельца-Возничего, на расстоянии примерно 450 световых лет от Земли. Одна звезда привлекла особое внимание астрономов. Каждые несколько десятилетий яркость этой звезды заметно снижается, чтобы затем вновь вернуться к прежним значениям.

В новом исследовании группа астрономов под руководством Ганса Морица Гюнтера (Hans Moritz Guenther) из Института астрофизики и исследований космоса Кавли Массачусетского технологического института, США, наблюдала эту молодую звезду под названием RW Aur A при помощи рентгеновской космической обсерватории НАСА Chandra («Чандра»). В результате анализа полученных наблюдательных данных команда смогла установить, что в рентгеновском спектре звезды присутствуют линии, указывающие на значительные количества железа. Согласно команде, аномально высокое содержание железа может объясняться двумя возможными источниками: особыми «ловушками» в структуре околозвездного диска или столкновением двух планетных тел, в результате которого образуется облако осколков, падающих на звезду. Эти же осколки во второй версии объясняют снижения яркости звезды. Команда Гюнтера больше склоняется ко второму сценарию, однако отмечает, что для однозначного установления причин аномально высокого содержания железа в веществе звезды RW Aur A требуются дополнительные наблюдения. Ученые планируют провести дополнительные наблюдения системы RW Aur A примерно через один год, чтобы оценить по остаточному содержанию железа, насколько большой масштаб имело событие, приведшее к временному повышению этого содержания.

Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.

Источник

Марсианская атмосфера ведет себя как единое целое

В новом исследовании, опирающемся на данные, собранные при помощи космического аппарата НАСА Mars Express («Марс Экспресс») в течение 10 последних лет, обнаружены явные признаки того, что сложная марсианская атмосфера ведет себя как единая, взаимосвязанная система – и это проявляется в том, что процессы, протекающие в атмосфере на низких и средних высотах, оказывают большое влияние на процессы, протекающие в более высоко расположенных слоях атмосферы.

Понимание механизмов работы марсианской атмосферы - как в настоящее время, так и в прошлом - является одной из ключевых целей, стоящих перед планетологией. Атмосфера Марса постоянно утекает в космос, и эта потеря атмосферы является важным фактором, определяющим возможную обитаемость планеты в прошлом, настоящем и будущем. В течение многих лет Красная планета потеряла большую часть своей некогда более плотной и влажной атмосферы и превратилась в ту безжизненную, холодную пустыню, какой мы ее видим сегодня.

В новой научной работе исследователи во главе с Беатрис Санчес-Кано (Beatriz Sánchez-Cano) из Университета Лестера, Соединенное Королевство, изучили данные по ионосфере Красной планеты, собранные при помощи зонда Mars Express, и обнаружили аномальное повышение количества заряженных частиц в верхних слоях атмосферы планеты в период весны в северном полушарии планеты. В этот период происходит интенсивная сублимация льдов северной полярной шапки Марса в нижние слои атмосферы планеты, поэтому изменения в верхних слоях атмосферы, очевидно, могут быть связаны с изменениями в нижних слоях, делают вывод ученые.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

Источник

Наземный телескоп впервые получил сверхчеткие фотографии Нептуна

Обсерватория VLT получила сверхчеткие фотографии Нептуна, не уступающие по качеству снимкам с "Хаббла", используя искусственные "лазерные" звезды. Эти изображения и научные данные были опубликованы на сайте Европейской южной обсерватории.

"Хаббл" и многие другие орбитальные телескопы имеют достаточно скромные размеры по меркам наземных обсерваторий, однако они могут получать намного более четкие изображения далеких планет, галактик и звезд.

Причина этого очень простая – даже самый чистый и разреженный воздух гор, где построены крупнейшие оптические телескопы мира, содержит в себе массу пыли, микробов и других частиц, рассеивающих свет.

Долгое время ученые считали, что эти помехи невозможно уничтожить, из-за чего постройка больших телескопов с зеркалом, чей диаметр составляет несколько десятков метров, считалась абсолютно пустой тратой денег.

На рубеже веков физики обнаружили, что эту проблему можно решить, наблюдая не за настоящими, а фиктивными звездами на ночном небе, которые "рисуются" на нем при помощи лучей лазера с четко заданной длиной волны и другими свойствами.

Такие лазеры, как объясняет научная команда телескопа VLT, взаимодействуют с определенными атомами в верхних слоях атмосферы Земли и заставляют их светиться что делает их похожими на звезды. Наблюдая за ними при помощи тех же телескопов, можно записать "чистый шум", порождаемый атмосферой, и удалить его из данных реальных наблюдений.

Первые приборы такого рода начали использоваться на практике значительно позже, в середине прошлого десятилетия. Только два года назад VLT получил подобную лазерную "пушку", и сейчас ученые завершили ее полноценную настройку и корректировку на последнем из четырех модулей телескопа. 

Ее работу астрономы проверили, получив новые сверхчеткие фотографии Нептуна – планеты, удаленной от нас на 4,3 миллиарда километров. Ее облик оставался загадкой для ученых до того, как с ней сблизился зонд "Вояджер-2" в 1989 году, и до запуска "Хаббла" в 1992 году, которому удалось открыть почти невидимые кольца Нептуна.

Эти фотографии, как признают исследователи, вряд ли раскроют какие-то новые тайны восьмой планеты Солнечной системы. С другой стороны, они говорят о том, что лазерные "звезды" справляются с возложенной на них задачей, и что теперь VLT можно использовать для детальных наблюдений за химическим составом и другими свойствами ближайших к нам экзопланет.

Источник

Гетероструктуры и квантовый дизайн: в МИФИ описали электронику будущего

Почти все компоненты современной электроники – транзисторы, светодиоды, фотодетекторы, полупроводниковые лазеры, солнечные батареи – построены на так называемых гетероструктурах. Что представляют собой эти структуры и чем обусловлена их важность для человечества? Почему они стали поводом для вручения Нобелевских премий в прошлом, как их дизайн выглядит сегодня и что с ними ждет электронику "завтра"?

С чего все начиналось: электроны и дырки

Всем известно, что современная электроника базируется на полупроводниках. Среди неспециалистов распространено мнение, что полупроводники проводят ток только в одну сторону. Это не совсем так: полупроводники или почти не пропускают его, или пропускают в любом направлении – все зависит от температуры, освещения, наличия примесей.

Совсем другое дело – полупроводниковые диоды. Эти устройства действительно работают как клапаны, позволяя току течь только в одном направлении. И достигается это за счет соединения различных материалов.

Именно контакт двух или более веществ разного состава лежит в основе любого электронного прибора. Если он возникает, скажем, между участками одного полупроводника с разным содержанием примесей – это так называемый "p-n переход".

Добавляя в чистый полупроводниковый кристалл примесь, можно увеличить его проводимость на несколько порядков. В зависимости от комбинации веществ, носителями тока в нем будут или отрицательно заряженные электроны (n-тип) или положительно заряженные дырки (p-тип). Примеси внедряют разными способами. Например, для создания биполярных кремниевых транзисторов, миллионы которых содержатся в микропроцессоре типичного компьютера или смартфона, обычно применяют ионную имплантацию – бомбардировку разогнанными ионами в вакууме.

Несмотря на несложную технологию создания, у p-n переходов есть свои недостатки, например, неустойчивость к высоким температурам. Даже в чистом полупроводнике при нагреве рождаются электроны и дырки: это значит, что однажды кристалл "забудет" о наличии в нем примесей, диод начнет пропускать ток в обе стороны, и прибор перестанет работать. А лазеры на p-n переходах – и вовсе работают только при температурах жидкого азота.

На пути к Нобелевской премии

Именно такое несовершенство p-n переходов и общая нужда в полупроводниковых лазерах, работающих при комнатной температуре, побудили ученых к созданию гетеропереходов и гетероструктур.

В гетеропереходе соединяются два кристаллических вещества, причем место контакта должно быть идеальным, без трещин и других дефектов, рассказал инженер Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике (ИНТЭЛ) Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" Юрий Сибирмовский. "Различие свойств на такой границе рождает множество полезных явлений. И, в отличие от p-n перехода, нагрев слабо влияет на свойства гетероструктур", — пояснил он.

Типичные полупроводники – кремний, германий, соединения АIIIBV (например, арсенид галлия GaAs или арсенид индия InAs, а также InP, GaN). Соединяя эти вещества и их тройные растворы, можно широко варьировать электронные и оптические свойства приборов.

Объединить различные полупроводники в одном приборе впервые предложил в 1947 году изобретатель транзистора Уильям Шокли. А настоящий прорыв в направлении гетеропереходов совершили – независимо друг от друга – советский ученый Жорес Алфёров и Герберт Крёмер в 1960-х годах, впоследствии разделив Нобелевскую премию по физике за 2000 год.

Ученые предложили конструкцию лазера с двойным гетеропереходом, где в тонком центральном слое "заперты" и электроны, излучающие свет, и сам лазерный луч до выхода из кристалла. Именно это решение позволило полупроводниковым лазерам непрерывно работать при комнатной температуре. Сейчас их используют повсеместно – например, в DVD-дисководах и проигрывателях.

В 1960-е годы экспериментальная реализация идеальных гетеропереходов казалась маловероятной. Однако Алфёров с коллегами все же смогли подобрать систему материалов GaAs/AlxGa1-xAs. Эта "гетеропара" стала основой не только лазеров, но и малошумящих транзисторов, которые встраивают в смартфоны для усиления сигнала.

Метод МЛЭ: между наукой и искусством

Ключом к получению идеальных гетеропереходов стало изобретение метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Рост структуры методом МЛЭ происходит за счет испарения сверхчистых исходных материалов из отдельных ячеек на нагретую монокристаллическую подложку в условиях почти космического вакуума.

Благодаря сверхвысокому вакууму и скорости роста около одного атомного слоя в секунду МЛЭ позволяет чрезвычайно точно контролировать химический состав и обеспечивать атомно гладкие границы между слоями гетероструктур. "Эпитаксия предоставляет колоссальную свободу в управлении составом слоев и комбинировании веществ. Здесь наука граничит с искусством, ведь из нескольких химических элементов можно сконструировать бесконечное множество самых разных гетероструктур", — утверждает Юрий Сибирмовский.

 

© НИЯУ МИФИ/Юрий Сибирмовский

Схема процесса молекулярно-лучевой эпитаксии

Гетероструктуры в электронике

Вопрос о гетероструктурах особенно актуален для разработки транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT – high electron mobility transistor), крайне популярных в СВЧ-электронике: в системах спутниковой связи, радарах, мобильных устройствах.

Главное преимущество HEMT – скорость движения электронов, которая обеспечивает высокую частоту переключения транзистора и позволяет выйти за пределы нескольких десятков ГГц. Это достигается за счет добавления в систему материалов с высокой подвижностью электронов (GaAs, InAs) и расположения примеси за пределами проводящего слоя.

Однако размеры кристаллических ячеек InAs и GaAs не совпадают. Рост чистого InAs на подложках GaAs вызывает трещины и не дает получить работающий прибор. А подложки самого InAs недостаточно прочны. Поэтому важной задачей для физики гетероструктур стала разработка буферных слоев, позволяющих вырастить бездефектный слой InyGa1-yAs с как можно большей долей InAs. Это так называемые псевдоморфные HEMT-структуры, или PHEMT-структуры – именно на них сейчас держится большинство коммерческих СВЧ-усилителей.

Возможное решение здесь – постепенно менять долю InAs в процессе роста от подложки до проводящего слоя. Такие гетероструктуры называют метафорфными (или MHEMT-структурами). Изучая их, специалисты ИНТЭЛ НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из ИСВЧПЭ РАН выяснили: наилучший эффект дает не плавное, а ступенчатое изменение состава с комбинациями сверхрешеток – узких слоев толщиной в несколько нанометров.

Решение – в квантовом дизайне

Для решения этой и других задач коллектив Лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии и нанолитографии ИНТЭЛ под руководством доцента НИЯУ МИФИ Ивана Васильевского предложил принципы квантового дизайна гетероструктур на основе перехода к составным функциональным слоям.

"Узкие проводящие слои выступают для электронов "квантовыми ямами". Электроны захватываются в эти узкие слои, при этом их свойства изменяются по законам квантовой механики. Если изменение химического состава однородной квантовой ямы уже не улучшает характеристики материала, выход – в усложнении конструкции за счет добавления различных неоднородных по составу нанослоев или сверхрешеток", — рассказал Иван Васильевский.

Ученый добавил, что эффективно повышать подвижность электронов без потери их высокой концентрации можно за счет, например, нановставки InAs внутри квантовой ямы или AlAs – снаружи ее.

"За время работы лаборатории мы спроектировали и вырастили сотни разных HEMT, PHEMT и MHEMT гетероструктур на основе InGaAs и тщательно изучили их свойства, что вызвало живой интерес ученых всего мира и сделало МИФИ одним из лидеров по числу публикаций в этой области. Полученные результаты успешно показали себя на практике, в разработке малошумящих СВЧ транзисторов и других приборов", — отметил Иван Васильевский.

По мнению ученого, несмотря на весь богатый опыт промышленного применения, этот материал еще не дошел до предела своих возможностей. Конкуренцию же в деле развития "электроники будущего" ему составляют материалы вроде графена, GaN, SiGe, SiC. Они обещают новые частотные диапазоны, большие мощности и работу при высоких температурах.

Однако для создания качественных и недорогих приборных структур на их основе требуются масштабные исследования, недаром недавние Нобелевские премии по физике были вручены именно за работу с графеном (2010 год) и нитридом галлия (2014 год).

Не оставляет без внимания эту тему и НИЯУ МИФИ. В 2018 молодые специалисты ИНТЭЛ получили премию Правительства Москвы за разработку СВЧ-усилителя из GaN с теплоотводом на основе графена.

Выгодной альтернативой переходу на новые материалы может оказаться как раз квантовый дизайн гетероструктур на основе арсенидов и фосфидов:  он не требует дорогих подложек, освоения новых методов роста кристаллов и усложнения технического процесса.

Источник

Астрономы находят «двойника» известной экзопланеты

Астрономы получили изображение внесолнечной планеты, которая выглядит почти в точности как одна хорошо изученная планета класса газовых гигантов. Однако этот «доппельгангер» отличается в одном важном аспекте – происхождении.

«Мы обнаружили газовый гигант, который является почти «близнецом» прежде известной планеты, однако, вероятно, эти два объекта формировались по различным механизмам», - сказал Трент Дюпюи (Trent Dupuy), астроном из обсерватории Джемини, Гавайи, и главный автор нового исследования.

В этом исследовании Дюпюи и его команда впервые нашли настоящего планетного «двойника». Первая из пары этих «одинаковых» планет известна ученым уже давно – она носит название Бета Живописца b, представляет собой газовый гигант массой примерно 13 масс Юпитера и была открыта методом прямых наблюдений в 2009 г. Новый же «объект-близнец» получил название 2MASS 0249 c, он имеет такие же массу, яркость и спектр, что и Бета Живописца b.

После открытия этого нового объекта при помощи телескопа Канада-Франция-Гавайи Дюпюи и его коллеги определили, что планеты 2MASS 0249 c и Бета Живописца b сформировались в одной и той же «звездной колыбели». Однако после формирования эти планеты продолжили свой «жизненный путь» в резко различающиеся условиях: в то время как родительская звезда планеты Бета Живописца b примерно в 10 раз ярче Солнца, планета 2MASS 0249 c обращается вокруг пары очень тусклых коричневых карликов, причем находится от них на очень большом расстоянии (2000 а.е.). Более того, Дюпюи и его команда считают, что даже механизмы формирования двух планет существенно различаются – в то время как планета Бета Живописца b формировалась из материала диска родительской звезды, так же как и большинство других газовых гигантов, планета 2MASS 0249 c, вероятно, формировалась непосредственно из газового облака, как звезда, и, скорее всего, представляет собой коричневый карлик очень небольшой массы – и это в очередной раз демонстрирует условность границы между субзвездными и планетными объектами, отмечают авторы.

Исследование принято к публикации в журнале Astronomical Journal.

Источник

Открыто 12 новых спутников Юпитера – и теперь их общее число составляет 79

На орбитах вокруг Юпитера открыто 12 новых спутников – 11 «нормальных» спутников и один «необычный». Теперь общее число спутников в системе Юпитера составляет 79 – и большего числа спутников ученые не знают ни для одной планеты Солнечной системы.

Команда под руководством Скотта Шеппарда (Scott S. Sheppard) из Института Карнеги, США, впервые заметила эти спутники Юпитера весной 2017 г., случайно, во время наблюдения далеких объектов Солнечной системы в поисках подходящей цели для исследований при помощи плутонианского зонда New Horizons («Новые горизонты»). Процесс расчетов орбит и подтверждений обнаруженных спутников гигантской планеты занял примерно один год, рассказали авторы работы.

Девять из 12 вновь обнаруженных спутников Юпитера составляют внешнюю группу спутников и обращаются в направлении, обратном собственному вращению планеты, или ретроградном направлении. Их можно разделить на три группы, члены каждой из которых, вероятно, являются осколками одного общего родительского тела.

Еще два открытых спутника Юпитера являются частью более близкой к планете, внутренней группы и вращаются в одном направлении с планетой, то есть в проградном направлении. Последний из обнаруженных спутников Юпитера отличается тем, что «смело» движется в проградном направлении прямо посреди ретроградных спутников, а не в составе «проградной группы». Этот спутник, получивший имя Валетудо (правнучка Юпитера, богиня здоровья и гигиены в римской мифологии), также примечателен тем, что является наименьшим по размерам спутником Юпитера – его размер составляет менее одного километра.

Составлено по материалам, предоставленным Институтом Карнеги.

Источник

Обнаружено одно из самых плотных скоплений галактик во Вселенной

Полученные астрономами наблюдательные данные ставят новые вопросы о справедливости современных моделей формирования крупномасштабных структур Вселенной.

Вселенная представляет собой гигантскую «паутину», нити и узлы которой содержат видимую материю, то есть галактики и скопления галактик. Скопления галактик являются крупнейшими структурами Вселенной, связанными гравитационно.

В новой научной работе команда под руководством Мауро Серено (Mauro Sereno) из Болонского университета, Италия, обнаружила одно из самых плотных скоплений галактик во Вселенной. В этом исследовании впервые проведен анализ внешних областей скопления галактик PSZ2 G099.86+58.45 вплоть до расстояния 90 миллионов световых лет от центра. Ранее ученым было неизвестно распределение материи в этой зоне, а также невыясненным оставалось, принадлежит ли материя в этой зоне скоплению, или же она не связана с ним гравитационно.

Наблюдения команды Серено, в ходе которых был использован эффект гравитационного линзирования, которым характеризуется массивное скопление галактик PSZ2 G099.86+58.45, позволили выяснить, что плотность этого скопления примерно в 6 раз выше, чем ожидалось – что делает его одним из самых плотных скоплений галактик, известных ученым. Неожиданно большое количество материи, по сравнению с количеством, предсказываемым согласно современным моделям, было обнаружено во внешних областях этого скопления, объяснили авторы. Это обусловливает необходимость некоторой корректировки моделей формирования крупномасштабных структур Вселенной, добавляют они.

Исследование увидело свет в журнале Nature Astronomy.

Источник

О взаимодействии темной материи с нормальной материей

Международная команда ученых наложила новые ограничения на взаимодействие между темной материей и нормальной материей – ограничения, которые могут помочь идентифицировать неуловимые частицы темной материи.

Темная материя – материя, не излучающая и не поглощающая света – предположительно, составляет 85 процентов материи Вселенной. Отсутствие взаимодействия этого типа материи со светом затрудняет ее обнаружение.

Физики почти уверены, что темная материя существует, о чем свидетельствуют многочисленные научные факты, предположительно, связанные с гравитационными эффектами темной материи. Однако физикам пока неизвестны подробности того, как происходит взаимодействие между нормальной и темной материей – и происходит ли такое взаимодействие вообще.

По определению темной материи, ее частицы не взаимодействуют с нормальной материей иначе как гравитационно, но взаимодействуют ли гипотетические частицы темной материи между собой? В настоящее время одними из наиболее вероятных кандидатов на роль частиц темной материи являются так называемые слабо взаимодействующие массивные частицы (ВИМПы). В соответствующей теории частица, посредством которой осуществляется взаимодействие ВИМПов темной материи с частицами нормальной материи должна иметь массу порядка 100-1000 масс частицы темной материи, однако астрофизические наблюдения не подтверждают этого теоретического вывода, рассказал главный автор нового исследования Хай-Бо Ю (Hai-Bo Yu) из Калифорнийского университета в Риверсайд, США. Ю и его команда придерживаются альтернативной точки зрения, называемой теорией самовзаимодействующей темной материи. Согласно этой теории, частица-медиатор имеет массу всего лишь порядка 0,001 массы частицы темной материи – и эти данные подтверждаются астрофизическими наблюдениями на масштабах от карликовых галактик до скоплений галактик, рассказывает Ю.

В своей новой работе Ю и его коллеги налагают новые, строгие ограничения на силу взаимодействия между темной материей и видимой материей, осуществляемого при помощи легкой частицы-медиатора. Эти результаты помогут подтвердить справедливость положений теории самовзаимодействующей темной материи, когда будет обнаружена частица темной материи в ходе экспериментов с жидким ксеноном под названием PandaX-II, анализом данных которых в настоящее время занимается команда Ю.

Эти результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Источник