Рубрику ведет Александр Кынин

Информация от 5 декабря 2006

35.1. Волшебные технологии

В скором времени можно будет сделать и шапку-невидимку, и волшебный плащ Гарри Поттера

Сенсационное открытие в мире науки сделал российский ученый из Ульяновска. Профессор кафедры квантовой и оптической электроники Ульяновского государственного университета Олег Гадомский запатентовал способ делать предметы невидимыми. Открытие формулируется в патенте как "Способ преобразования оптического излучения".

Ноу-хау основано на поведении света и отражательной способности предметов. Открытию ученого из Ульяновска предшествовали многолетние эксперименты с наночастицами золота.

"Невидимыми пока можно сделать только неподвижные предметы. При движении частота излучений меняется, и сохранить невидимость невозможно" При создании сверхтонкого слоя из микроскопических коллоидных золотых частиц находящийся за ним предмет становится невидимым для наблюдателя. Невидимыми пока можно сделать только неподвижные предметы. При движении частота излучений меняется, и сохранить невидимость невозможно. Но в скором времени можно будет сделать и шапку-невидимку, и волшебный плащ Гарри Поттера, считает ученый, сообщает "Интерфакс".

Однако в мире это не первый случай, когда ученым удавалось добиться определенных результатов в этой области. Так, например, в марте 2005 года два американских ученых также заявили, что они теоретически придумали технологию, которая может делать предметы практически невидимыми.

Андреа Алу и Надер Ингета из университета Пенсильвании разрабатывают специальное покрытие, способное делать предметы невидимыми для человеческого глаза. Исследователи настаивают, что их теория не нарушает никаких фундаментальных законов физики, а просто основана на предыдущих наблюдениях поведения света.

Ученые используют в своей модели так называемые плазмоны. Это квазичастицы, с помощью которых в свое время была объяснена способность света с определенной длиной волны проходить сквозь металлическую пластину с отверстиями. Все ранее предложенные модели "шапок-невидимок" основывались на принципе хамелеона, то есть на создании камуфляжных экранов. Подобные схемы были предложены изобретателем Реем Алденом из Северной Каролины (США), а также японскими учеными из университета Токио.

Технология американских ученых принципиально отличается от вышеописанных идей и в основном схожа с моделью российского ученого. Их модель основана на концепции резкого снижения рассеивания света. Мы видим предметы вокруг себя по отраженному от них свету. Если каким-то образом предотвратить этот процесс, то объект станет невидимым.

Алу и Ингета предлагают использовать для этого "плазмонное" покрытие, которое резонировало бы с частотой отраженного света. Диэлектрическая проницаемость таких материалов должна быть очень низкой или вовсе отрицательной. Расчеты ученых показывают, что сферические и цилиндрические объекты, покрытые слоем специально разработанного материала, действительно практически не будут отражать света. Если на такие объекты направить свет определенной длины волны, их видимые размеры уменьшаются до такой степени, что они практически исчезают, сообщает ВВС.

Теоретически такого эффекта можно достичь лишь в том случае, если размер объекта равен длине волны света. Поэтому на сегодня речь может идти лишь о микроскопических предметах. Однако ученые настаивают, что предложенная ими технология уже сейчас может найти широкое применение в различных областях. Предположим, для разработки бликоподавляющих материалов, а также для повышения разрешения микроскопов.

Исследователи считают, что крупные объекты, к примеру, самолеты или космические корабли, покрытые плазмонным слоем, смогут исчезать с экранов радаров. Работа Алу и Ингеты была опубликована на научном веб-сайте arXiv. HTTP://VZGLYAD.RU/SOCIETY/2006/1/26/20100.HTML

Невидимость стала видимой

Эта новость ученых пришлась по вкусу прежде всего военным и специалистам разного рода спецслужб

Группа американских ученых из университета Дюка во главе с Дэвидом Шуригом вместе с их английскими коллегами опубликовала в последнем выпуске журнала Science результаты работ по созданию маскировочного покрытия, делающего предметы невидимыми. Практического успеха ученые добились спустя всего пять месяцев после того, как в том же журнале были опубликованы их теоретические выкладки.

Пока, правда, удалось скрыть от микроволнового радара лишь металлический цилиндр сравнительно небольшого размера.

Однако Шуриг и его коллеги считают, что недалек тот день, когда будет создана одежда, способная сделать человека практически невидимым невооруженным глазом, а вместе с тем незаметным и для электронных приборов наблюдения.

Практического успеха ученые добились спустя всего пять месяцев после того, как в том же журнале были опубликованы их теоретические выкладки. По мнению авторов двух статей, британца Джона Пендри из лондонского Imperial College, американцев Дэвида Смита и Дэвида Шурига (оба из университета Дьюка), а также работающего независимо от этой троицы Ульфа Леонхардта из шотландского университета Сент-Эндрюс, первые экспериментальные образцы материалов-невидимок могут быть получены уже в ближайшие несколько лет. Как остроумно отметил в одном из своих интервью Ульф Леонхардт, невидимость стала почти видимой ("Invisibility is visibly close").

Коммерческая невидимость

"С помощью плазмонных щитов можно сделать невидимыми самолеты, танки, автомобили и даже целые здания" Стоит ли говорить, что эта новость пришлась по вкусу прежде всего военным и специалистам разного рода спецслужб. Ведь по сути речь идет об универсальном камуфляже, дающем солдату или боевой машине значительно больше шансов на выживание в бою и, соответственно, на успешное выполнение поставленной задачи.

Но Джон Пендри полагает, что новым материалам найдется и сугубо мирное применение. "С помощью маскировки, вероятно, можно сделать много полезного для армии, - сказало он в интервью британской Sunday Telegraph в мае этого года, - но разработку можно использовать для сокрытия раздражающих преград, например, люди могут пожелать скрыть покровом нефтеперегонный завод, который закрывает вид на залив".

"Возможно, что вы захотите защитить что-либо от электромагнитного воздействия, например здание, облучаемое мощными радарами аэропорта Хитроу", - добавил он. Также можно разработать покровы от электрического и магнитного полей. Ученые способны изобрести устройства против звуковых волн. "Фактически это будет даже проще", - считает физик-теоретик Ульф Леонард. "Применения самые разные - от солнцезащитных средств и до вещей, которые мы даже пока не можем себе представить".

Впрочем, здесь необходимо уточнить, что, говоря о материалах-невидимках, Пендри, Смит и Ко имеют в виду далеко не только и даже пока не столько материалы, маскирующие объекты в оптическом диапазоне электромагнитного спектра излучения.

В первую очередь реальным тестам будет подвергнута "непрощупываемость" маскировки в длинноволновой части спектра - радиоволнах и микроволнах. Лишь затем по плану дело должно дойти до инфракрасных волн, и только после этого начнутся испытания в части спектра, доступной человеческому глазу.

Мечтатели подождут

Изюминкой изобретения будет совершенно новый, не существующий доселе в природе материал, названный учеными метаматериалом. Он не будет отражать свет и отбрасывать тени, а основным его свойством будет способность изгибать в любом направлении потоки электромагнитных волн, в том числе и световых.

Как известно, на границе двух сред свет может либо отражаться, либо преломляться, а внутри среды - поглощаться или проходить сквозь нее. Все это описывается соответствующими коэффициентами: поглощения, преломления, отражения и прохождения. Путем сложных математических расчетов ученые теоретически составили требования к материалу, в котором, вместо того чтобы отражаться или поглощаться, электромагнитные волны будут обтекать объект, покрытый метаматериалом.

Все волны будут обходить объект и появляться с другой стороны, как будто прошли через пустое пространство. Таким образом, объект, скрытый этими материалами, не будет видим, не будет отбрасывать тени и не будет обнаружен при различных типах облучения.

Образно выражаясь, действие плаща-невидимки, созданного из метаматериала, можно сравнить с тем, как вода в реке обтекает лежащий на ее дне камень. Похожие задачи решали еще полтора десятилетия назад в разных странах, в том числе и в нашей.

Выяснилось, что искомая среда получается внедрением в прозрачный изолятор металлических опилок определенного размера и формы. Кстати, сами ученые предпочитают вместо популярного термина "плащ-невидимка" пользоваться более корректным названием "плазмонный щит".

Между тем мечтателям, насмотревшимся на защитную одежду в сериале Star Trek, равно как и маньякам, грезящим превзойти бесчинства, совершенные Человеком-невидимкой, придется подождать, похоже, не один десяток лет.

Хотя исследования в области метаматериалов начались еще в 2000 году и ученые заявляют, что первые серийные метаматериалы, которые будут незаметными для микро- и электромагнитных волн, могут появиться через 2,5 года, стоимость их будет чрезвычайно высока.

Джон Пендри намекнул журналистам ВВС, что стоимость такого плаща может оказаться сопоставимой с бюджетом, выделяемым на все научные исследования в Англии. Но существует и еще одна проблема. С помощью плазмонных щитов можно сделать невидимыми самолеты, танки, автомобили и даже целые здания. Загвоздка лишь в том, что их нельзя сделать одинаково невидимыми во всем диапазоне частот.

"Существует взаимозависимость между тем, какой толщины плащ вы позволите мне изготовить, и тем, какой диапазон частот я смогу обеспечить, - пояснил далее сэр Джон журналистам. - Если плащ будет достаточно толст, он сможет быть и достаточно широкополосным".

Не исключено, что защитный костюм, действительно скрывающий своего владельца от обнаружения любыми активными и пассивными сенсорами, будет на порядок тяжелее, чем доспехи средневекового рыцаря. Кроме того, вряд ли военные упустят свой шанс снять все сливки с нового изобретения, прежде чем оно станет достоянием любого состоятельного чудака. Ведь не секрет, что работы по метаматериалам по большей части финансируются DARPA - Агентством перспективных разработок Министерства обороны США. Так что не исключено, что вскоре военные прикроют поток информации об этой области исследований.

HTTP://WWW.VZ.RU/TOP/

35.2. Микроэлектроника: микросхемы будут 'распылять'

Японские исследователи открыли новый способ изготовления микроэлектронных кремниевых устройств. Новый метод позволяет преодолеть недостатки традиционной техники литографии, для которой необходимо наличие чистых комнат и дорогостоящего вакуумного оборудования.

По мнению ученых, таким способом можно будет создавать гибкие дисплеи больших размеров, сообщает PhysicsWeb.

Кремниевые электронные устройства в настоящее время изготавливаются по следующей технологии: в вакууме нагревается чистый кремний, после чего образующийся "туман" из свободных атомов кремния оседает на пластиковой поверхности. Затем затвердевшая пленка протравливается и при помощи техники фотолитографии на ней формируют элементы микросхемы. Однако этот метод дорог и сложен, поскольку для его осуществления требуется сверхчистая среда - иначе кремний потеряет свои электронные свойства.

В новой технологии, разработанной японскими учеными под руководством доктора Масахиро Фурузавы (Masahiro Furusawa) из Seiko Epson Corporation, используется жидкая форма кремния, полученная при комнатной температуре и нормальном давлении. Жидкий кремний распыляют на поверхности при помощи струйного принтера.

Молекула жидкого кремния содержит пять атомов кремния, сцепленных в кольцо. При облучении жидкого кремния ультрафиолетовым светом некоторые кольца разрываются, образуя линейные цепи, которые соединяются и образуют еще более длинные цепи. В результате формируется вязкая жидкость.

Эту жидкость разводят в органическом растворителе и полученный раствор распыляют по поверхности с помощью методов центрифугирования или струйной печати. Образующаяся жидкая пленка нагревается до температуры приблизительно 500oС и превращается в твердый поликристаллический кремний. Разработчики считают, что из таких пленок можно изготавливать транзисторы.

Согласно результатам тестирования, электронные свойства пленок не уступают свойствам сверхчистых пленок, полученных по обычной технологии. Однако технология еще далека от совершенства. Кроме того, современный струйный метод не обеспечивает разрешения, необходимого для создания шаблонов в высокоплотных интегральных схемах, применяемых в компьютерах. Тем не менее, новая технология, по мнению авторов, может привести к разработке недорогих и несложных методов создания обширного диапазона электронных устройств, цепей для широкоформатных дисплеев, солнечных фотоэлементов и датчиков.

HTTP://WWW.ARTKIS.RU/MICRO_ELECTRONIC.HTML

35.3. ЖИДКИЙ КРЕМНИЙ: НОВАЯ ПЕРСПЕКТИВА МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Технология получения "жидкого" (аморфного) кремния, разработанная японскими учеными, позволят использовать для создания электронных схем струйные принтеры, что откроет перспективу как появления принципиально новых классов продуктов, так и удешевления уже существующих.

Жидкий кремний, технология промышленного производства которого разработана специалистами компании Epson, можно распылять по подложке для получения тонкой пленки, готовой для последующей обработки, и использовать в струйных принтерах для печати транзисторов. Специалисты Epson считают, что этот способ окажет значительное влияние на методы изготовления полупроводниковых чипов в будущем.

Новая форма кремния была разработана Epson совместно с японской компанией JSR Corporation, занимающейся исследованиями в области химии. Некоторые моменты новой технологии CNews освещал ранее, однако теперь появилась возможность рассказать об этом более подробно.

Несмотря на то, что кремний является одним из наиболее распространенных на Земле химических элементов, из которого на одну треть состоит земная кора, использование кремния в микроэлектронике сопряжено с рядом трудностей, ведущих к удорожению конечного продукта. Сверхчистый кремний дорог, к тому же значительная его часть теряется на различных стадиях производства микросхем. Однако альтернативу существующим технологиям пока что найти не удалось.

В то время как многие специалисты сконцентрировались на поиске и создании материалов, способных заменить кремний, ученые из Epson решили подойти к этой проблеме с другой стороны. Вместо поиска заменителя кремнию Тацуа Шимода (Tatsuya Shimoda) из научно-исследовательского подразделения компании предложил создать новую форму кремния, используя для этого процесс химического растворения, переводящий твердое вещество в раствор.

Было выдвинуто предположение, что в жидкой форме кремний можно использовать наподобие чернил. Данный метод должен был позволить значительно снизить расход вещества и использовать лишь его необходимое количество при производстве транзисторов.

Большинство ученых посчитали данную идею бессмысленной, полагая, что создание раствора загрязнит кремний и сделает его непригодным к использованию. Более того, даже в случае успешного исхода возникают дополнительные трудности в реализации процесса изготовления транзисторов.

Однако специалисты в области химии из компании JSR поддержали идею Epson. Проведя ряд экспериментов, совместная группа остановилась на комбинированной форме кремния и водорода, известной как циклопентазилин (cyclopentasilane), состоящей из пяти атомов кремния и 10 атомов водорода. Однако первые попытки использовать циклопентазин для создания кремниевого слоя оказались неудачными.

"Несмотря на то, что при комнатной температуре данная смесь находится в жидком состоянии, и, таким образом, идеально подходит для решения поставленной задачи, при нагреве она испаряется еще до того, как образуется кремниевая пленка, не оставляя на подложке ничего вообще", - пояснил руководитель группы Масахиро Фурусава (Masahiro Furusawa).

В поисках решения сложившейся проблемы ученые решили использовать чувствительность циклопентазилина к ультрафиолетовому излучению. Облучая вещество, ученые обнаружили атомные кольца, которые преобразовывались в длинные молекулярные цепи. Эти цепи придавали веществу свойства вязкого масла или твердого вещества, а также намного меньше подвергались испарению. "Полученный в результате полисилан (polysilane) был известен довольно давно, - говорит Фурусава. - Однако в большинстве случаев он игнорировался учеными, полагавшими, что его невозможно очистить".

Тем не менее, после экспериментов с облучением ученым удалось создать раствор, который при дальнейшей обработке и нагревании можно преобразовать в чистую аморфную кремниевую пленку.

Сам по себе аморфный кремний не может служить основой для полноценной замены микросхемам на кристаллическом кремнии - по своим полупроводниковым характеристикам он занимает промежуточное положение между органическими материалами с низкими характеристиками и высококачественным кристаллическим кремнием. Однако японским ученым удалось существенно улучшить его качество.

Эксперименты по очистке нового материала с помощью лазерного излучения позволили получить жидкий материал со свойствами кристаллического кремния, который являлся первичным продуктом для производства кремниевой пленки высокого качества с использованием процесса химического синтеза.

По словам Фурусавы, вещество не требует высокотемпературной металлургической очистки, однако производство пленки без осложнений не обходится - требуется дальнейшая очистка с целью получения устойчивой структуры в течение всего производственного процесса. Кроме того, необходимо соблюдать ряд мер предосторожности с целью предотвращения попадания кислорода.

Наряду с относительно невысокой стоимостью производства жидкого кремния, вещество пригодно для нанесения посредством печатной технологии, которая получила название "micro-liquid process". Прямое нанесение вещества с помощью струй не требует использования литографии или других дорогостоящих процессов формирования транзисторов, применяемых в традиционном производстве. Сокращается количество технологических операций и сокращается их общая продолжительность, исчезает необходимость в дополнительном оборудовании. Сокращается производственная площадь.

Окончательная "шлифовка" технологии займет еще какое-то время. "Для достижения подобных перспектив необходимо провести дополнительные работы по очистке жидкого кремния. На сегодняшний момент мы сделали всего один транзистор для демонстрации пригодности процесса, но конечной целью является создание миллионов транзисторов по единообразной технологии и без дефектов, - сообщил для RND.CNews Андрей Салтрукович, менеджер по продуктам московского представительства компании Epson Europe B.V. - Также наши исследователи пытаются создать жидкие формы других материалов, которые можно будет использовать в качестве проводников и диэлектриков, основных элементов любого транзистора. Очередной задачей, возникшей перед нами, является видоизменение жидкого кремния для модифицирования его электрических свойств".

"Совмещение технологии micro-liquid process и пьезоэлектрической технологии печати Epson позволит в будущем создавать очень компактные многослойные чипы и действительно большие экраны, лишенные недостатков присущих современным технологиям производства. При относительно больших размерах тонкопленочных транзисторов, используемых для управления пикселями в ЖК-экранах, компания Epson намерена использовать подобные экраны в качестве первой практической демонстрации продукта, который можно будет производить по технологии micro-liquid process".

"Другими возможными областями использования данной технологии могут стать производство OLED-экранов и солнечных элементов. Кроме того, уже сегодня один из видов нового процесса используется при производстве ЖК-панелей для проекторов. Все новинки, созданные по технологии micro-liquid process, будут дешевле в производстве благодаря более эффективному использованию материалов, а заводы по их производству, в перспективе, могут уменьшиться до размеров рабочего стола".

Высокая пространственная точность печати с использованием струйных технологий привела к появлению 3D-принтеров, способных "распечатывать" детали для бомбардировщиков, живые ткани и даже самих себя, создавая собственные копии - новые принтеры. Однако до последнего времени возможности создания новых устройств методами струйной печати ограничивались невозможностью создания таким образом полноценных электронных схем с кремниевыми полупроводниками.

Технология, разработанная специалистами Epson, вероятно, позволит преодолеть и этот барьер, открыв перед микроэлектроникой новые перспективы.

/Cnews.ru, 20.10.06/

http://www.businesspress.ru/newspaper/article_mId_37_aId_397692.html

35.4. Epson - успех в изготовлении транзисторов методом печати

http://www.epson.co.jp/e/newsroom/tech_news/tnl0605single.pdf

www.nature.com/uidfinder/10.1038/nature04613

http://pubs.acs.org/cen/news/84/i15/8415notw1.html

Сверхпрецизионный автомат трафаретной печати Galaxy

Революционная разработка фирмы DEK, сверхпрецизионный автомат трафаретной печати GALAXY, идеально сочетает в себе высокую точность совмещения и высокую производительность. Применение линейных приводов и передовых систем технического зрения позволило обеспечить высокую повторяемость процесса в условиях массового производства. Интуитивный пользовательский интерфейс, сочетающий в себе индикатор наличия расходных материалов TimeToGo, графические подсказки при ошибках, мультимедийные интерактивные обучающие программы и возможность дистанционной диагностики, делают работу оператора простой и удобной.

http://www.ostec-smt.ru/index.sema?a=equipment&sa=podgroup&id=28

35.5. Новый способ создания органических светодиодов

Исследователи из Института технологий штата Джорджия Маркус Век (Marcus Weck) и Эми Мейерс (Amy Meyers) предложили новый способ создания органических светодиодов. Их способ использует химического присоединения полупроводникового флуоресцентного материала к полимерной основе с использованием растворителей. Нынешняя технология создания OLED-устройств предполагает нанесение этого материала в условиях глубокого вакуума, что требует дорогостоящего оборудования. Химическое внедрение полупроводников в полимерную основу может значительно снизить стоимость производства, поскольку для нанесения материалов будет достаточно использовать давно отработанную в производстве пленок технологию с использованием центрифуг.

"Вы можете сделать это на лабораторном столе без оборудования стоимостью в несколько миллионов долларов", - говорит Маркус Век - "возможность использовать центрифугу для нанесения этой органической системы позволит производить большие поверхности пригодные для использования в дисплеях". Есть у этого метода и еще одно достоинство: подложка такого дисплея будет гибкой, что делает их более устойчивыми к повреждениям и позволит создавать дисплеи недоступной прежде формы.

Химики также предложили метод "цветовой настройки" полимеров. Они уже могут изменять спектр свечение и надеются найти добавки, дающие все цвета, необходимые для создания полноцветных OLED-дисплеев.

* * *

В Университете штата Орегон создан первый прозрачный транзистор. Базовый электронный компонент изготовлен на основе весьма распространённого материала - оксида цинка (ZnO). Оксид цинка обладает хорошей электропроводностью, его нетрудно раскатать тонким слоем без привлечения высокотемпературных технологий. Этот материал недорог, безопасен и легко обрабатывается. Кроме этого, окись цинка безвредна для окружающей среды. Не исключено, прозрачные транзисторы позволят повысить качество ЖК-дисплеев, делая их экраны чётче и ярче. Электронные устройства будущего можно будет встраивать в стёкла домов или транспортных средств, создавая новые формы подачи визуальной информации. Прозрачные материалы, которые проводят электричество, известны с сороковых годов прошлого века. Они нашли применение в ЖК-дисплеях, солнечных батареях, ветровых стеклах автомобилей и т. п. Но появление прозрачных транзисторов открывает значительно больший простор для разработки информационных систем. Группа из Орегонского университета продолжает изучение материалов, которые могли бы функционировать как прозрачные полупроводники. В университете запущена широкая программа исследований, в которой заняты химики, физики и инженеры, что призвано ускорить создание устройств, практически востребованных в промышленности.

http://www.computerra.ru/xterra/earth/25486/

35.6. Экраноплан "Акваглайдер"

БЕРЛИН, аэродром Шенефельд, 20 мая. (Корр. АРМС-ТАСС). Многоцелевой экраноплан "Акваглайдер" стал одной из "звезд" российской экспозиции на салоне ИЛА 2006 (ILA 2006) в Берлине. 5-местный летательный аппарат, установленный на статической экспозиции рядом с российским национальным павильоном, ежедневно привлекает внимание многих тысяч посетителей и специалистов.

Как сообщил корр.ИТАР-ТАСС Рубен Нагапетян, президент "Арктической торгово-транспортной компании", где создан экраноплан, новый летательный аппарат сертифицирован по международным нормам и запущен в серийное производство в Нижегородской области. Он предназначен для скоростной доставки пассажиров и грузов на расстояния до 400 км с крейсерской скоростью 170 км/ч.

"В настоящее время начались продажи "Акваглайдера" в регион Юго- Восточной Азии, где им заинтересовались Малайзия и Индонезия, а также в Латинскую Америку, в частности, в Бразилию", сообщил Р.Нагапетян.

По мнению представителей внешнеэкономического объединения "Авиаэкспорт", которое принимает участие в продвижении новой российской разработки на мировой рынок, у "Акваглайдера" большое будущее. Прежде всего, это очень эффективное скоростное транспортное средство для стран с прибрежной зоной и большим количеством островов.

Экраноплан имеет длину 10,6 м, ширину 5,9 м, высоту 3,35 м и массу 2,4 тонны. Наряду с оператором, в кабине "Акваглайдера" размещаются четыре человека. Аппарат может совершать полет на водной поверхностью при высоте волн до 0,5 метра.

Как стало известно ИТАР-ТАСС, базовая стоимость "Акваглайдера" составляет около 600 тысяч долларов.

http://arms-tass.su/?page=article&aid=26277&cid=115

http://science.compulenta.ru/51209/

http://www.airforce.ru/aircraft/miscellaneous/ekranoplans/index.htm

http://mkmagazin.almanacwhf.ru/mk_other/okb_mk/8309_ekranoplan.htm

http://www.testpilot.ru/russia/bartini/t/index.htm

http://www.hizone.info/index.html?di=200209196

http://airboat.fatal.ru/wig.htm

35.7. Квантовые компьютеры: придут ли полярные молекулы на смену квантовым точкам?

http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/6_17/index.htm

Для изготовления масштабируемого квантового процессора нужно научиться сохранять когерентность квантовых состояний в больших системах и управлять этими состояниями. Мезоскопические твердотельные объекты, такие как джозефсоновские контакты и квантовые точки, легко масштабируются и управляются локальными электрическими сигналами. В них, однако, очень сильны эффекты декогеренции. Напротив, квантовые оптические системы на основе атомов или ионов в магнитной ловушке подвержены декогеренции в гораздо меньшей степени. Но у них свои проблемы, связанные со сложностью миниатюризации и интеграции в электрические цепи.

В работе [1] специалистов из Австрии и США предложен такой способ интеграции одночастичных систем - полярных молекул - с мезоскопическими твердотельными устройствами, который допускает эффективный контроль когерентных состояний молекул (например, CaBr) и взаимодействий между ними. Роль базисных состояний кубитов играют вращательные состояния молекул. Операции с кубитами осуществляются посредством электрических затворов. Молекулы располагаются на субмикронных расстояниях от сверхпроводникового СВЧ резонатора, через который и осуществляется связь между ними. Запутанные состояния удаленных друг от друга кубитов формируются за счет обмена СВЧ-фотонами. При этом шумы - одно из главных препятствий для квантовых вычислений - удается подавить до очень низкого уровня. Квантовый компьютер пока не удалось изготовить из квантовых точек. Может быть, получится из полярных молекул? 1.

Nature Phys. 2006, 2, 636

35.8. США: робот-принтер размером с портальный кран распечатает дома

Представьте, что над стройплощадкой возвышается большой робот, который послойно создаёт дом, выдавливая бетон на его растущие стены, как пасту из тюбика. Он может появиться в не столь уж далёком будущем. Уже построен прототип, способный "нарисовать" бетонную стену примерно 1,5 на 1,5 метра.

"Если вы научились делать стену, вы сможете сделать и дом", - логично рассуждает автор изобретения, профессор Берок Хошневис (Behrokh Khoshnevis) из университета Южной Калифорнии (University of Southern California).

Робот, которого построил Хошневис, называется "Контурный каменщик" (или рабочий, если угодно, - Contour Сrafter), а развиваемая технология - "Контурное строительство" (Contour Crafting).

Сам робот - это система направляющих, по которым в двух плоскостях движется нечто вроде головки принтера. Только через этот довольно крупный носик подаётся не краска, а влажная бетонная смесь. Есть ещё лопаточки, поправляющие края.

За две минуты и 14 секунд робот наносит на растущую стену очередную "ленту" (толщиной и высотой в несколько сантиметров) и начинает новый цикл.

Сам Contour Сrafter имеет высоту примерно 2,4 метра, а ширину - 1,8 метра.

Автор говорит, что несложно будет разработать и более крупный образец с возможностью совершения сложных движений и "печатающей головкой", а также укладывающими бетон лопатками.

А в перспективе, представьте, на стройплощадку привозят рельсы, кладут их на расстоянии несколько большем, чем ширина будущего дома, и ставят на них огромного робота, похожего по виду на портальный кран.

Там, где у крана находится подвижная тележка с тросом и крюком, у нашей машины - система подачи бетона, способная двигаться во всех направлениях.

В соответствии с планом этажа, занесённым в компьютер, робот наносит слой за слоем бетон. Так растут стены, комнаты, коридоры, возникают проёмы для окон и дверей.

Автоматическая же рука помещает на вершины стен балки для формирования перекрытий.

Людям лишь требуется, возможно, в некоторых проблемных местах подставлять деревянную опалубку.

А как же трубы, вентиляционные короба и электропроводка? Хошневис говорит, что, поскольку машина выдавливает ещё не застывший бетон, нетрудно будет спроектировать манипуляторы, которые будут вставлять в стены отрезки труб, усиливающую арматуру или иную начинку здания, забирая эти детали из "магазинов", вмонтированных в самого робота.

Изобретатель рисует феерическую картину. Рельсы ведь, по которым перемещается робот, могут быть длинными. А это значит, что одна машина может одновременно строить ряд домов, "выращивая", или "распечатывая" их слой за слоем.

Рабочим на такой стройке останутся второстепенные операции, вроде установки окон и дверей.

Любопытно, что стены, которые будет наращивать робот, могут быть двухслойными, с пустым промежутком. В него можно засыпать утеплитель (пенопластовые шарики, например) и залить дополнительным раствором - для повышения прочности.

Автор машины верит, что Contour Crafting революционизирует строительство. Тем паче, что программное управление роботом позволит ему "рисовать" здания очень сложной, художественной формы.

Ещё один, совсем маленький образец робота уже показал способность создавать криволинейные поверхности таким способом.

Более того, земная технология может однажды подняться в космос. Машиной Хошневиса заинтересовалось NASA.

Недавно опытный образец Contour Сrafter был доставлен в космический центр Маршалла (Marshall Space Flight Center).

Его специалисты намерены определить: сможет ли изобретённый Хошневисом робот пригодиться на Луне.

Ведь на его основе вполне можно спроектировать робототехнический комплекс, который автоматически будет возводить укрытия для людей, используя сырьё, добытое из лунного грунта.

А пока NASA думает о Луне, Берок работает над увеличенной версией робота. Уже в этом году изобретатель намерен впервые в истории "вырастить" целый дом (примерно в 180 квадратных метров) с помощью робота. На это, по расчётам инженера, у большого Contour Сrafter должно уйти всего 24 часа.

News.Battery.Ru - Аккумулятор Новостей, 09:38 23.10.2005 Источник: Мembrana

http://news.battery.ru/dossier/?dsrId=313&from_m=dossier&from_n=0&newsId=35088663

35.9. Американские ученые стоят на пороге создания качественно нового оружия

В США совершен прорыв в области численного моделирования гиперзвуковой аэродинамики, который позволит создать качественно новые виды вооружений и боеприпасов.

В рамках финансируемого управлением научно-исследовательских работ ВВС США проекта группа ученых из научно-промышленной группы управления боеприпасов исследовательской лаборатории ВВС США (г. Арлингтон, штат Вайоминг) провела моделирование аэродинамических характеристик и деформации поражающих элементов, двигающихся с гиперзвуковой скоростью на уровне моря.

Ранее аэродинамика движения аппаратов с гиперзвуковой скоростью в столь плотных средах оставалась "белым пятном". Прорыв в численном моделировании гиперзвуковой аэродинамики, сообщает DefenseTalk, может привести к созданию новых видов боеприпасов и боевых систем. Особый интерес к гиперзвуковым боеприпасам вызван их способностью поражать с высокой эффективностью боевую технику, оснащенную динамической противокумулятивной защитой.

Возможность численного моделирования процессов гиперзвукового обтекания в сверхплотных средах позволит также значительно удешевить исследования в этой области, проводимые в настоящее время с помощью аэродинамических труб. Об этом сообщает CNews.ru.

http://www.izvestia.ru/science/article3098038/

35.10. Ученый обошел закон физики

В Берлине прошла торжественная церемония присуждения Немецкой премии будущего. Ее победителем стал профессор физики, который изобрел оптический микроскоп новой конструкции.

Эта почетная награда была учреждена десять лет назад тогдашним президентом Германии Романом Герцогом. Она призвана способствовать развитию немецкой науки и, прежде всего, тех ее приоритетных направлений, которые обеспечат Германии мировое лидерство в сфере высоких технологий.

При определении проекта-победителя жюри отдает предпочтение не фундаментальным исследованиям, а прикладным инновациям, в которых научные идеи нашли конкретное техническое воплощение.

Помимо почетного диплома, лауреат премии получает 250 тыс. евро. Как и в предыдущие годы, для участия в финале жюри отобрало четыре проекта. Победителем стал профессор физики из Геттингена Штефан Хелль.

Он разработал оптический микроскоп новой конструкции, разрешающая сила которого в 10 раз превышает ту, что считалась максимально возможной согласно так называемому закону синусов Аббе.

Профессор Хелль сумел обойти этот казавшийся незыблемым закон более чем столетней давности, формула которого приведена в любом учебнике оптики, сообщает MIGnews.com со ссылкой на Deutsche Welle.

http://www.vz.ru/news/2006/11/26/58717.html

35.11. Подложка из нанотрубок облегчает манипуляции с нанообъектами

Наноэлектромеханические системы (НЭМС) - это сверхминиатюрные преобразователи электрического сигнала в механическое движение. Их изготовление из элементов нанометровых размеров - непростое дело. При манипулировании такими элементами возникают проблемы, которые незнакомы специалистам, традиционно имеющим дело с макроскопическими деталями. Например, в результате адгезии нанодетали слипаются друг с другом, а также прилипают к поверхностям манипуляторов и к подложке, на которой осуществляется сборка НЭМС. Исследования, выполненные совместно группой из Technical Univ. Denmark, Univ. Cambridge (Англия), Univ. Southern Denmark, показали, что эффекты адгезионного слипания нанообъектов могут быть в значительной мере подавлены при использовании в качестве подложки вертикально ориентированных углеродных нанотрубок (УНТ) [1]. Поскольку адгезионные силы, действующие на объект со стороны подложки, пропорциональны поверхности контакта, массив вертикально ориентированных УНТ оказывает лишь минимальное воздействие на наноразмерные объекты, помещенные на подложку. Силы адгезионного взаимодействия между поверхностью подложки различной природы и различными нанообъектами были измерены с помощью специальной методики, основанной на использовании кантилевера с размерами 225·1·3мкм3. В качестве нанообъектов использовали отрезок нановолокна, изготовленного из пара-гексафенилена, а также бусинки различного диаметра. Исследовали следующие подложки:

" кремниевую пластину, покрытую слоем золота толщиной 100нм;

" кремниевую пластину, покрытую (методом плазменного напыления) слоем тефлона толщиной 80нм;

" кремниевую пластину толщиной 500мкм;

" кремниевую пластину, покрытую алмазоподобной пленкой толщиной 70нм;

" массив вертикально ориентированных многослойных нанотрубок высотой около 1мкм, синтезированных методом газофазного осаждения в плазме ацетилена с использованием никелевого катализатора.

Измерения показывают, что коэффициент трения для нанообъектов, расположенных на массиве вертикально ориентированных УНТ, в 2 - 4 раза ниже соответствующих величин для других подложек. Величина адгезионных сил, связывающих объект с УНТ-подложкой, также ниже, чем в случае использования подложек из других материалов.

А.В.Елецкий 1.

Nanotechnology 2006, 17, 4917

35.12. Принц-технология: 10 лет спустя

http://perst.isssph.kiae.ru/Inform/perst/6_15_16/index.htm

Не так уж часто такие журналы с высоким импакт-фактором, как Science, дословно цитируют высказывания российских учёных. Ещё реже их называют основоположниками каких-либо новых направлений в нанотехнологии. Недавно [1] такой чести удостоился д.ф.-м.н. Виктор Яковлевич Принц из ИФП СО РАН, принявший участие в ежегодном собрании Американского физического общества с приглашённым докладом (март 2006).

Сибирские "самокрутки" родились в 1995 году в общем-то достаточно случайно. В.Принц сотоварищи вздумали создать туннельно-тонкий промежуток в двухслойной напряжённой полупроводниковой структуре, сперва освободив её от подложки, а затем пропустив по ней трещину. Встроенные механические напряжения должны были слегка изогнуть края трещины и развести их на маленькое расстояние, в принципе вплоть до нескольких ангстрем. Подбирая толщины и рассогласование параметров решётки в двухслойной псевдоморфной гетероструктуре, можно было бы прецизионно контролировать туннельный зазор. Идея исключительно простая и здравая, но исполнение подвело. Канал, вытравленный под бислойной InGaAs/GaAs структурой, оказался слишком широким и вместо того, чтобы слегка разойтись, берега трещины свернулись в трубочки. Пусть пока и микронных диаметров. Чудо свершилось, потому что исконно плоская (планарная) микроэлектроника выпрыгнула в третье измерение. И выпрыгнула упруго-нестандартным способом. Принц-технология сделала первый вздох. Естественно возник вопрос: "А где предел? Можно ли скрутить плёнки толщиной в несколько атомов?" Большие учёные сказали Принцу, что прыгать в ширину бессмысленно - отделить от подложки пленки ангстремных толщин невозможно, к тому же они окислятся. Принц не поддался на запугивание и через пару-тройку лет наделал трубок и спиралей с диаметром от микро- до нанометров из плёнок толщиной от сотен до нескольких ангстрем [2]. На одной из международных конференций по физике полупроводников тогда ещё не нобелевский Герберт Крёмер был просто очарован сибирскими нанозавитками и предсказал им большое будущее. И он не ошибся, так как в настоящее время более десятка групп во всём мире двигают технологию Принца по самым разным направлениям.

И дело здесь в том, что эта технология позволяет изготовлять бесконечное число самых различных высокоточных трехмерных наноструктур, и каждая группа выбирает себе для исследований или практических применений ту или иную полюбившуюся структуру. Например, из трубок изготовлены наношприцы, нанопринтеры, нанореакторы, оптические резонаторы, сенсоры и электромеханические устройства (см., например, обзор [3]).

Проф. Д.Грютцмахеру из Института им. Пауля Шеррера в Швей царии понравились спиральки. Швейцарцы давно научились делать хорошие, точные и надёжные пружинки, потому и часы у них - лучшие в мире. Вот и последние публикации группы Д.Грютцмахера посвящены пружинкам [4,5]. Для изготовления микропружинок по Принц-технологии используется анизотропия упругих свойств полупроводников со структурой алмаза или цинковой обманки. Напряженные плёнки, выращенные на подложке с ориентацией (100), сворачиваются в направлении <100>, для которого модуль Юнга минимален. Поэтому, если продолговатая меза-заготовка для скрутки сориентирована вдоль <100>, то получится трубка-свиток. Если же отклониться от этого направления на определённый угол, то получится спираль - пружинка, шаг которой определяется этим углом.

Понятно, что сделать пружинку - это только полдела. Надо ещё выяснить как она "пружинит", т.е. потянуть её вдоль оси с заданной силой и определить удлинение. Всё бы ничего, да диаметр объекта раз в двадцать-тридцать тоньше, чем у человеческого волоса, а длина тоже измеряется микрометрами. И тем не менее, швейцарские умельцы всё это проделали, разместив свои микроманипуляторы-кантилеверы прямо в сканирующем электронном микроскопе [4].

Кроме полупроводников, как известно, есть ещё металлы и диэлектрики. Выяснилось, что Принц-технология годится и для них: в 2003 году были скручены бислои кремний-хром и кремний-нитрид кремния [6], а в 2004 году изготовлены золото-титановые микро- и нанотрубки [7].

Приготавливая нанопружинки из структур Si0.6Ge0.4(11нм)/Si(8нм)/Cr(10нм), авторы [5] обнаружили, что в зависимости от ширины (h) сворачивающейся полоски, спираль может быть правой (h > 1.2мкм), левой (h < 0.9мкм) и всякоразной (h ? 1мкм). Оказалось, что здесь начинает сказываться релаксация упругих напряжений не только вдоль полоски, но и в поперечном направлении. А в результате ассортимент услуг a l? Prinz существенно расширился - последний шедевр показан на рис.4.

Как это часто бывает, новые объекты способствуют открытию новых физических эффектов и явлений. Например, обнаружено, что сопротивление изогнутой наноплёнки изменяется более чем в 1000 раз при изменении полярности магнитного поля (1T) пронизывающего пленку [8], а гигантская деформация изгиба в наногофрированных плёнках приводит к формированию квантовых точек и проволок [9] и строго периодичных систем, а в кольцах наблюдается оптический резонанс [10].

С.Чикичев

1. Science 2006, 313, 164

2. Physica E 2000, 6, 828

3. Physica E 2004, 10, 54

4. Nano Letters 2006, 6, 725

5. Nano Letters 2006, 6, 1311

6. Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 3391

7. Nanotechnology, 2005, 16, 908

8. Proc. Nanostructures: Physics and technology 2006, p .355

9. Phys. Rev. B 2005, 72, 033313

10. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 077403