Главная    НТИ    Дайджесты    Информация от 4 января 2007

Рубрику ведет Александр Кынин

Информация от 4 января 2007

36.1. "Короткоживущая" печать спасет природу

В лабораториях компании Xerox разработана технология, позволяющая многократно использовать в печати один и тот же лист бумаги. Открытие не только упростит современное делопроизводство и изменит его формы, но и самым непосредственным и благотворным образом скажется на окружающей нас природе.

Экспериментальная технология печати, разработанная в канадском исследовательском центре XRCC и в исследовательском центре PARC (г. Пало-Альто, США) компании Xerox, позволяет создавать печатный текст, существующий лишь короткое заданное время и затем исчезающий бесследно.

Впоследствии "высвободившуюся" от краски и снова ставшую девственно чистой бумагу можно пускать в оборот неоднократно; это существенно изменит сам характер современной офисной жизни, где до 40% всей бумаги расходуется на печать материалов, на которые чей-либо взор упадет от силы один раз.

"Из опросов наших клиентов нам хорошо известно, что многие предпочитают работать с распечатанной на бумаге информацией, - поясняет Пол Смит (Paul Smith), руководитель лаборатории синтеза новых материалов центра XRCC. - Самостирающиеся документы, предназначенные лишь для использования в течение краткого времени, видятся наилучшим выходом со всех точек зрения".

Об особенностях новой технологии имеется лишь самая общая информация. "Короткоживущая" печать стала возможной благодаря синтезу особого фоточувствительного химического вещества, которое сначала изменяет свой цвет в зависимости от накопленной дозы обычного светового излучения, а впоследствии - постепенно становится бесцветной. В настоящее время "короткоживущая" бумага хранит информацию 16-24 часа, после чего становится пригодной к очередному употреблению.

Xerox подал заявку на патент - новая технология фигурирует в нем под названием "стираемая бумага" (erasable paper). Исследования не закончились - концепция "динамических документов", примером которых является стираемая бумага, будет реализована в дальнейших разработках.

В исследовательском центре PARC ту же задачу создания "динамического документа" ученые Xerox стремятся решить иными методами. Вместо попыток создания обесцвечивающейся краски здесь работают над созданием особой бумаги, на которую можно наносить нестойкий рисунок под воздействием светового излучения с определенными спектральными характеристиками.

Новые технологии "динамических документов", очевидно, в самом деле смогут существенно снизить потребность в офисной бумаге, однако вряд ли их появление в деловом мире обойдется без накладок. Новые разработки при всей их привлекательности могут стать причиной различного рода конфузов - достаточно представить серьезные документы и договора, по ошибке распечатанные на "короткоживущей" бумаге. И, вероятно, специалистам Xerox придется в дальнейшем решать совсем иные проблемы.

http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2006/12/01/219433#top_static

Удивительное открытие английских и японских ученых

Удивительное открытие сделали ученые из Имперского колледжа Лондона и японского университета Васеда. Они "научили" обычные белки, присутствующие в крови человека, улавливать солнечный свет и расщеплять обычную воду на водород и кислород. Понятно, что ученых больше всего интересует водород, который можно использовать в качестве так называемого "зеленого топлива", пишет Utro.ru. Основу молекулярного комплекса, способного на производство водорода, составляют два компонента, добытых из человеческой крови, - альбумин и порфирин. Впрочем, эти компоненты не совсем обычные: дело в том, что ученым пришлось изменять полученные вещества. В обычном своем состоянии в крови человека молекула порфирина соединена с атомом железа. Ученые по каким-то своим соображениям заменили атом железа на цинк. Вмешательству подвергся и альбумин. После того как видоизмененные белки соединили в один молекулярный комплекс, опытным путем было установлено, что он способен выделять водород из воды. По словам одного из авторов эксперимента Стивена Керри, опыты с белками крови продолжаются, и в долгосрочной перспективе синтетические молекулы - по крайней мере, ученые на это надеются - позволят создать более безвредный для окружающей среды способ производства водорода, который можно будет использовать как экологически чистое топливо.

http://www.fraza.com.ua/news/06.12.06/31450.html

Выпрямитель тепла напоминает демона Максвелла

В будущем компьютеры станут работать не за счёт управления потоками электронов. И даже не на фотонах. Они смогут оперировать фононами - квантами тепловых колебаний атомарной решётки вещества. Во всяком случае, первый шаг в этом направлении уже сделан: физики построили фононный диод.

Вопрос на знание физики школьного уровня. Если при разности температур в 10 градусов через слой некоего твёрдого материала толщиной в один сантиметр за секунду проходит 10 джоулей энергии, сколько пройдёт тепла в обратном направлении, если мы будем нагревать аналогичным образом не левую, а правую сторону этого же материала?

Ответ кажется очевидным: ровно столько же. Ведь теплу всё равно, в какую сторону распространяться.

А теперь представьте, что скорость теплопередачи у некоего объекта меняется в зависимости от направления потока энергии. Что получится? Получится тепловой аналог электрического диода.

Надо отметить, что в последнем варианте электрическое сопротивление различается в зависимости от направления тока в тысячи и тысячи раз. А в реально построенном тепловом диоде соответствующая разница в теплопроводности пока несравненно скромнее. Но дело тут не в цифрах - важен сам факт.

О создании первого в мире твердотельного термического выпрямителя (Solid-State Thermal Rectifier), или термического диода, отрапортовали в журнале Science профессор Алекс Зеттл (Alex Zettl) из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) и его соавторы.

Кстати, читателям "Мембраны" Зеттл уже знаком: это он создал самый маленький в мире двигатель, поперечник которого составляет всего 200 нанометров.

Четыре года назад Мишель Пейрар (Michel Peyrard) из Высшей школы Лиона (?cole Normale Sup?rieure de Lyon) первым предложил план построения теплового диода. Вот, кстати, одна из его свежих работ (PDF-документ), посвящённых физике этого удивительного устройства.

Пейрар вспомнил, что разные материалы по-разному меняют свою теплопроводность в зависимости от температуры. И вместе с коллегами решил сделать тепловой выпрямитель, комбинируя тонкие слои определённых материалов. Но, несмотря на колоссальную сферу потенциального применения теплового выпрямителя (диода), Пейрар никогда не пробовал воплотить эти идеи в эксперименте.

По другим теориям, тепловой выпрямитель можно было бы создать иным способом: построить одномерную проводящую систему, у которой на одном конце сосредоточено больше массы, чем на другом. Вот эту версию и предложил проверить на практике аспирант профессора Зеттла Чих Вэй Чан (Chih-Wei Chang).

Зеттл и коллеги обратили своё внимание на нанотрубки: ведь из-за огромного соотношения между длиной и диаметром их практически можно считать одномерными объектами. Для тепловых потоков, во всяком случае.

Для опыта воспользовались нанотрубками двух видов - из углерода и из нитрида бора, диаметром 10 и 40 нанометров. Но как создать разницу в распределении массы? Учёные решили покрыть нанотрубки неравномерным слоем специально подобранного аморфного материала (C9H16Pt), который с одного конца был нанесён весьма щедро, а к другому плавно сходил на нет.

Такую нанотрубку закрепляли между электродами на основе кремния и платины - они служили попеременно то нагревательным элементом (на одном конце трубки), то термодатчиком (на другом).

Посылая тепло сначала от одного конца нанотрубки к другому, а потом - в противоположном направлении, исследователи каждый раз измеряли её теплопроводность.

Они убедились, что при передаче тепла от конца с большой массой к более лёгкому краю этого устройства по трубке пробегало на 7% больше фононов, чем при передаче энергии в обратном направлении. Эта невысокая эффективность ещё недостаточна для практического использования новинки. Однако, как справедливо заметил профессор Джулио Казати (Giulio Casati) из итальянского университета Инсубрии (Universit? degli studi dell'Insubria), который вместе с Пейраром первым предложил идею теплового выпрямителя, "это - первый шаг": "Когда учёные построили первый электрический диод, его эффективность также была очень низкой, - напомнил Казати, - таким образом, нужно ещё время".

Но даже 7-процентное отличие в теплопроводности при протекании энергии в разных направлениях впечатляет. Авторы новой работы пишут, что его нельзя объяснить в рамках обычной теории распространения тепла и предлагают "приспособить" для этого гуляющие по нанотрубке солитоны.

Арунава Маджумдар (Arunava Majumdar), ещё один соавтор эксперимента с нанотрубками, говорит, что, поскольку тепловые фононы не имеют заряда, ими нельзя управлять на манер электронов в микросхемах. Однако фононный выпрямитель - вот он, построен живьём. А это означает, что в будущем могут появиться и другие необычные системы, командующие потоками тепла.

Это могут быть не только диковинные вычислительные устройства, но и, скажем, необычные системы охлаждения микросхем или новые энергосберегающие материалы для зданий.

Маджумдар рассказывает, что следующим шагом научной группы будет изучение различных конфигураций нанотрубок и различных вариаций платинового покрытия. Учёные попробуют повысить разницу в теплопроводности "вправо" и "влево", меняя геометрию и химический состав устройства.

Нам же остаётся помечтать, к примеру, о создании фононных транзисторов. Или о воплощении демона Максвелла.

Напомним, этот демон - плод мысленного эксперимента знаменитого английского физика Джеймса Максвелла (James Clerk Maxwell). В этом эксперименте законы термодинамики нарушались путём быстрого открывания и закрывания дверей перед носом молекул, имевших разную скорость, из-за чего терялось тепловое равновесие без затрат энергии. Похоже на прибор, созданный физиками?

22 ноября 2006 membrana http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/11/22/194700.html

Создан ионный охладитель чипов

Исследователи из университета Вашингтона (University of Washington) создали ионное охлаждающее устройство, достаточно крошечное, чтобы поместиться на поверхности микросхемы. При крайне низком энергопотреблении оно обеспечивает заметное её охлаждение.

"С этим насосом мы в состоянии интегрировать всю систему охлаждения прямо на чип, - заявил ведущий автор проекта Александр Мамишев. - Система может работать в местах, где ранее её встроить было просто нереально".

В этом устройстве нет подвижных деталей, типа вентилятора или каких-то потоков жидкости. Вместо них охлаждение поверхности обеспечивает микроскопический ионный насос. Идея - не нова, но впервые она была осуществлена на практике и в таком миниатюрном масштабе.

Опытный образец состоит из двух основных компонентов: эмиттера и коллектора. Первый представляет собой иглу с радиусом на конце всего в 1 микрометр, а второй - это пластина, размещённая рядом. Между ними создаётся высокое напряжение, при этом сильное электрическое поле на конце иглы ионизирует воздух.

Ионы, под действием того же электрического поля, с высокой скоростью устремляются к коллектору, попутно создавая мощный воздушный поток, который охлаждает поверхность чипа. Производительностью системы можно управлять, меняя напряжение между эмиттером и коллектором.

Авторы устройства говорят, что прежде, чем оно станет массовым изделием, нужно будет провести ещё немало опытов и решить ряд проблем. Так что традиционные вентиляторы ещё рано выкидывать на свалку.

Однако уже первые опыты показали, что экспериментальный образец ионного насоса охлаждает прилегающую поверхность схемы примерно с 50-55 до 25-30 градусов Цельсия, потребляя при этом всего 0,6 ватта мощности.

Читайте также о других перспективных методах охлаждения микрочипов: при помощи бегающих по лестнице капель и с участием углеродных нанотрубок.

http://www.membrana.ru/lenta/?6350

Созданы сверхсильные мышцы из нанопряжи

Исследователи из института нанотехнологий при Техасском университете в Далласе (Nanotech Institute at the University of Texas at Dallas - NIUTD) создали искусственные мышцы, которые в сто раз сильнее обыкновенных "природных". Для этого учёные использовали необычный материал - пряжу из углеродных нанотрубок.

В настоящее время искусственные мышцы представляют собой приводы, работающие на основе деталей из особых материалов - металлических сплавов и полимеров, которые могут при определённых условиях сокращаться или менять форму. У всех у них имеется существенный недостаток - они обладают не очень большой силой.

В ходе работы, проводившейся под руководством Рея Баумана (Ray H. Baughman) из NIUTD, для изготовления приводов использовались не обычные материалы, а пряжа из нанотрубок. Для этого были выращены плотно расположенные нанотрубки длиной около 100 нанометров, которые затем скрутили в длинные тонкие нити.

Их толщина - всего 2% толщины человеческого волоса, невооружённым глазом не увидеть, - зато длина достигает целого метра. По словам Баумана, процесс их создания напоминал рыбную ловлю невидимой удочкой.

Как сказал учёный на конференции, проходившей в Обществе исследования материалов (Materials Research Society), эти нити оказались весьма прочными - в 150 раз прочнее бумаги из нанотрубок. Правда, рассказывая о механических характеристиках, он не акцентировал внимание на том, за счёт чего происходит сокращение нанотрубок.

Однако пока что у них есть и существенных недостаток: после того, как к ним прикладывается большая сила, нити немного растягиваются. Бауман считает, что это серьёзный минус, и утверждает, что над усовершенствованием нового материала ещё придётся как следует поработать.

Ожидаемые области применения разработки - создание протезов и микроскопических моторов.

А ещё читайте про дисплей на искусственных мышцах, а также о других наноштуках: наноножницах, нанояйцерезке, наноструне для наногитары, наноцветах для алкоголя и нанодеревьях.

Придуман дисплей на искусственных мышцах

Мануэль Эшванден (Manuel Aschwanden) и Андреас Стеммер (Andreas Stemmer) из швейцарского федерального технического университета (Eidgen?ssische Technische Hochschule - ETH Zurich) предложили (в своей статье в Optics Letters) концепцию нового типа дисплея, способного воспроизводить все цвета, доступные глазу человека.

Во всех типах современных дисплеев желаемые цвета получаются смешением в разной пропорции трёх основных - красного, зелёного и синего (цветовая система RGB). И хотя большое число бит, приходящихся на каждый базовый цвет, означает огромное число доступных оттенков - все эти миллионы оттенков на диаграмме яркость-цветность лежат внутри треугольника, вершины которого (R, G и B на рисунке в заголовке) представляют собой координаты основных цветов.

А вот глаза человека способны воспринять и другие оттенки, которые на данной диаграмме ограничены большой цветной фигурой.

Ранее для того, чтобы вывести возможности дисплеев за пределы треугольника RGB, исследователи предлагали самые разнообразные системы формирования изображений, например - с шестью основными цветами. Однако швейцарские оптики полагают, что ещё лучше - обойтись вовсе без базовых цветов, а точнее - одним, но который будет динамически и плавно меняться внутри каждого пикселя (помимо изменения яркости этой точки, естественно).

Они предлагают такую систему. Внутри экрана скрывается источник истинного белого цвета (не составленного из "злополучной" цветной тройки), какой можно получить, например, от последнего поколения белых светодиодов.

Каждый пиксель в новом дисплее должен представлять собой микроскопическую дифракционную решётку, проходя через которую белый цвет разлагается на радугу, подобно тому, как играет радугой компакт-диск, поворачиваемый рукой на свету.

Изюминка замысла состоит в том, что дифракционные решётки здесь должны быть сделаны из искусственных мускулов. При приложении напряжения они будут сокращаться (в опытах швейцарцев - аж на 32%), меняя шаг решётки и следовательно - угол дифракции (нижний рисунок в заголовке). Пропуская же полученную радугу через фиксированное микроскопическое отверстие, можно выпускать наружу только цвет определённой длины волны.

Исследователи рассчитали, что возможностей современных эластомеров, активно реагирующих на приложение напряжения, а также комбинации пары-тройки таких решёток в одном пикселе, вполне хватит для правильного отображения совершенно всех цветов, которые способен воспринимать глаз человека.

Авторы концепции утверждают, что данный принцип отображения мог бы превратиться в массовый продукт в течение 8 лет.

Читайте также о дисплее с феноменальным динамическим контрастом 40 тысяч к 1.

21 августа 2006 Источник: PhysOrg.comhttp://

www.membrana.ru/lenta/?6316

Широкополосная... газовая труба

Интернет-трафик можно передавать и по куску железа, но кому это нужно

Карта сети по состоянию на 23 ноября 2003 года. Интенсивность связей в различных географических регионах обозначается разным цветом: красный - АТР, синий - Северная Америка, зеленый - Европа, Центральная Азия, Средний Восток, Африка, желтый - Латинская Америка, Карибский бассейн, белый - неизвестные зоны.

Возможно, одна из самых экзотических новинок в сфере технологий в минувшем году - объявление о разработке системы передачи данных, использующей газопроводную и газораспределительную инфраструктуру. Разработчики этого ноу-хау из американской компании Nethercomm утверждают - с помощью газовых труб можно будет создавать компьютерные сети с терабитной пропускной способностью. Проект получил название broadband in gas (широкополосная связь через газ) или просто - BIG.

С интернетом это уже не в диковинку - попробовать подвести сеть до конечного пользователя, используя буквально все подручные средства.

Например, "НГТ" уже рассказывала о технологии PLC (Power Line Communications) - решение проблемы "последней мили" за счет использования электрических домовых сетей (см. "НГТ" № 1 от 18.01.2005 г.). Пару лет назад несколько крупных игроков на рынке телекоммуникаций даже объединились в альянс HomePlug Alliance с целью совместного проведения научных исследований и принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания. Технология PLC поддерживает скорость доступа в интернет до 20 Мгб/с для конечного пользователя.

Вроде бы уже ничем не удивишь закаленного пользователя сети... Но вот интернет по газовым коммуникациям - это что-то особенное.

Как сообщает агентство MIGnews.com со ссылкой на разработчиков технологии BIG, изолированные металлические трубы - прекрасно защищенные проводники для передачи данных. Помехи, связанные с интерференцией, металлическим трубам не страшны. Разработчики BIG также утверждают, что максимальная скорость передачи данных может составить до 6 Гб/с. Испытания новой системы предположительно будут проводиться в Чикаго, Атланте и Сан-Диего.

"Прошу обратить внимание на то, что речь идет не о магистральных трубопроводах, а о газовой разводке внутри города, - подчеркнул в беседе с корреспондентом "НГТ" менеджер группы системных инженеров Cisco Дмитрий Шустер, комментируя данные сообщения. - В этом контексте стоит упомянуть, что практически все новые дома не имеют подключения к магистральному газу. Но это к слову".

Более существенные возражения, по мнению нашего эксперта, касаются следующих аспектов проекта BIG. "Если говорить более технически, то я не исключаю возможности передачи информации от точки А до точки Б по куску металлической трубы, но это будет не больше, чем одно из технологических изысканий без видов на будущее, - уверен Дмитрий Шустер. - Достаточно представить себе разветвленную газовую разводку в городе и задуматься о том, как мы будем контролировать распространение сигнала, какой мощности должен быть источник для того, чтобы компенсировать потери сигнала, как обеспечить/ограничить доступ пользователей и т.п.".

В общем, кажется, интернет по газовым трубам - это в лучшем случае хорошо раскрученный маркетинговый ход. А жаль, ведь в России с трубой - правда, пока только магистральной - все в порядке: трубопроводные системы "накрывают" 35% территории России, на которой проживают 60% населения.

http://www.ng.ru/telecom/2006-12-05/19_gas.html

Суперлинзы становятся все реальнее

Игорь Иванов

Сразу две группы американских физиков сообщают о серьезном прогрессе в изготовлении суперлинз из материалов с отрицательным коэффициентом преломления. Такие линзы должны привести к прорыву в оптике и радиоэлектронике.

Поведение луча света зависит от среды, в которой он распространяется. Подбирая среды со специальными свойствами, физики уже научились замедлять и останавливать световой импульс, заставлять световой луч самопроизвольно сжиматься или вращаться вокруг другого светового луча. Наконец, не так давно были созданы искусственные среды с отрицательным показателем преломления, в которых свет преломлялся "в неправильную сторону" (см. рисунок). (Поведение света в таких средах впервые рассматривалось еще в 1960-е годы советским физиком В. Г. Веселаго; вводная статья К. Ю. Блиох, Ю. П. Блиох, Что такое левые среды и чем они интересны?, УФН, т. 174, апрель 2004.)

Явление отрицательного преломления открывает замечательные перспективы для развития технологий. В частности, одной из главных целей исследователей является создание суперлинзы, которая бы фокусировала свет в область размером меньше, чем длина волны света, т. е. лучше, чем это в принципе способны сделать обычные линзы. Такие суперлинзы должны привести к прорыву в радио- и оптоэлектронике, оптических устройствах хранения данных, материаловедении.

В последние год-два в этом направлении был достигнут заметный прогресс. Были сконструированы первые разновидности суперлинз для излучения в микроволновом диапазоне. Речь шла, правда, не о сферических, а о "плоско-параллельных" линзах, не обладающих единым фокусом (см. рисунок), или о цилиндрических линзах, способных фокусировать излучение только в одном из двух перпендикулярных направлений. Кроме того, от миллиметровых волн до оптического диапазона предстояла длинная дорога: ведь для создания суперлинзы для видимого света необходимо существенно (в тысячи раз) уменьшить размер всех параметров линзирующей структуры.

Стоит отметить, что уже полгода назад была опубликована работа N. Fang et al., Science, 308, 534 (22 April 2005) (см. популярную заметку Суперлинза: дифракционный предел преодолен), в которой говорилось о создании суперлинзы в оптическом диапазоне. Однако описанная там структура, хотя и позволяла преодолеть дифракционный предел, представляла собой не линзу, а скорее "сканер", поскольку работала лишь в "ближней зоне" и при непосредственном контакте с объектом (наноструктурой) и детектором. Никакого дистанционного фокусирования света там не подразумевалось.

И вот на днях были опубликованы две работы, сообщающие о новых прорывах в этой области исследований.

В статье физиков из Делавэрского университета (Ньюарк, США) Zh. Lu et al., Physical Review Letters, 95, 153901 (4 October 2005) впервые сообщается о создании и успешном испытании настоящей сферической суперлинзы (правда, по-прежнему для микроволнового излучения). Сложная пористая структура, напоминающая конструктор "Лего", была собрана из отдельных кубических блоков сложной формы. Излучение, распространяясь через такую структуру и многократно отражаясь от отдельных кубиков, как бы "запутывается" в ней, и в результате в ней появляются "разрешенные" и "запрещенные" зоны для излучения, точно так же, как у электронов в кристалле (такая конструкция называется фотонный кристалл).

Для микроволнового излучения определенной частоты фотонный кристалл, используемый в этом эксперименте, выглядел точь-в-точь как среда с отрицательным показателем преломления. Поместив такую пластинку перед источником излучения и просканировав поле позади нее, исследователи убедились, что она действительно фокусирует расходящееся излучение.

Этот впечатляющий эксперимент, демонстрирующий сверхвысокое разрешение линзы, заключался в следующем. Два точечных источника, расположенных на расстоянии 10 мм друг от друга, испускали микроволновое излучение с длиной волны 18 мм. В случае "обычной" линзы изображения от столь близких источников попросту слились бы в одно пятно. Новая же линза выдала изображение двух отдельных четко различимых пятнышек размером около 5 мм. Авторы работы выражают уверенность в том, что усовершенствование их методики в скором времени еще сильнее улучшит свойства суперлинз.

В другой недавней статье, S. Zhang et al., Physical Review Letters, 95137404 (23 September 2005), американские физики сообщают о создании нового метаматериала, обладающего отрицательным коэффициентом преломления в ближнем инфракрасном диапазоне. Отличие этой работы от предыдущих состоит в том, что типичный размер неоднородностей в этой структуре составляет сотни нанометров, что существенно меньше длины волны инфракрасного света. Из-за этого излучение "чувствует себя" не в решетке (фотонном кристалле), а в почти однородной среде, словно внутри материала совершенно нового типа (именно это и подразумевает слово "метаматериал"). Изюминкой этой работы является эффективная технология выращивания образца достаточно большого размера и микроскопической толщины.

К сожалению, изготовленный образец обладает слишком сильным поглощением света, что делает невозможным его практическое использование, но авторы намечают возможные пути исправления ситуации. Так или иначе, общая технология изготовления сверхтонких суперлинз в ближнем инфракрасном свете уже разработана, а отсюда уже рукой подать до видимого света. Не исключено, что через год-другой мы порадуем читателей сообщением о создании настоящей оптической суперлинзы.

Игорь Иванов http://elementy.ru/news/164901


Главная    НТИ    Дайджесты    Информация от 4 января 2007