Рубрику ведет Александр Кынин

Информация от 20 февраля 2007

37.1. Создано антизеркало для видимого света

Не существовавший ранее в природе тип отражающей поверхности создали британские физики. Для невооружённого глаза новое зеркало отражает видимый свет так же, как обычное. Но на деле - принципиально по-другому. О достижении рапортуют Александр Шванеке (Alexander Schwanecke) и его коллеги из Центра нанофотоники университета Саутгемптона (NanoPhotonics Portfolio Centre).

Прежде, чем описать новинку, нужно пояснить, что когда обычное зеркало отражает свет, оно не только направляет луч в соответствии с законом отражения (помните - угол отражения равен углу падения), но проделывает со светом ещё одну, незаметную для глаз вещь. Оно меняет фазу электрической составляющей электромагнитной волны на противоположную, оставляя фазу магнитной составляющей неизменной.

Так ведут себя естественные материалы при отражении лучей. А вот магнитное зеркало, созданное Шванеке, действует прямо противоположным образом - при отражении электромагнитной волны оно обращает магнитную составляющую колебаний, но не трогает электрическую. Так что в сравнении с зеркалом обычным, это можно было бы назвать антизеркалом.

Интересно, что созданное учёными зеркало работает с видимым диапазоном световых волн, так что теоретически в него можно посмотреться. Только оно очень мало - это квадратик со стороной 500 микрометров. Но даже если бы такое зеркало сделали макроскопического размера - на глаз никто разницу бы не увидел.

А вот в экспериментах с интерференцией, или в других "тонких" опытах, вроде обнаружения отдельных молекул по излучению - разница уже налицо. Авторы устройства говорят, что его экзотические свойства могут пригодиться во многих экспериментах со светом, в создании новых типов фотодатчиков или элементов систем связи. Тем более, что, по их словам, можно построить такое же зеркало и для инфракрасного диапазона.

Секрет же изобретения заключается в том, что фактически это зеркало - метаматериал, то есть хитроумная комбинация на микроуровне обычных веществ, дающая свойства, не присущие ни одному из них по отдельности.

Это зеркало состоит из двух слоёв подложки (сначала алюминий, сверху - диоксид кремния) и рабочего слоя, выполненного из алюминия, но не сплошного, а в виде упорядоченной структуры из волнистых нанопроводов, образующих рисунок "рыбья чешуя". Размер "чешуек" - меньше длины волны падающего света. На поверхности этого зеркала таких элементов поместился целый миллион. Эти-то "чешуйки" и отвечают за отражение электромагнитной волны столь неправильным образом.

http://www.membrana.ru/lenta/?6847

37.2. Стирка уходит в прошлое

Грязные спортивные костюмы, отравляющие жизнь родителям, чьи дети чересчур активны, могут уйти в прошлое

Американский ученый Джеф Оуэнс, работающий на ВВС США, изобрел ткань, способную убивать бактерии на коже. Процесс "самоочистки" заставляет ткань отражать воду, сопротивляться окраске и даже убивать бактерии, которые приводят к неприятному запаху. Американские вооруженные силы потратили на создание новой суперткани более пяти лет.

Грязные спортивные костюмы, отравляющие жизнь родителям, чьи дети чересчур активны, могут уйти в прошлое. Американские ученые создали ткань, которая может сделать грязные рубашки и футбольные шорты лишь неприятными воспоминаниями.

Американский ученый Джеф Оуэнс, работающий на ВВС США, изобрел ткань, способную убивать бактерии на коже, которые ведут к появлению неприятного запаха, а также разлагать грязь и легко пропускать влагу наружу, отталкивая внешнюю воду.

Процесс "самоочистки" заставляет ткань отражать воду, сопротивляться окраске и даже убивать бактерии, которые приводят к неприятному запаху. Оуэнс и его коллеги уже создали по этой новой технологии футболки и нижнее белье, которые можно носить в течение многих недель одновременно не умываясь без проблем с грязью и запахом.

Лондонская компания Alexium получила разрешение на использование новой технологии для создания гражданских товаров. "Мы ожидаем, что создание спортивной одежды станет одной из самых больших областей, где эта технология будет использоваться", - сказал Джон Алмонд, директор Alexium.

"Мы можем рассмотреть почти любую сферу жизни, чтобы применить там различные свойства этой ткани. Мы сейчас ведем переговоры с некоторыми марками спортивной одежды, чтобы использовать эту технологию, но есть сотни других заявлений, которые мы исследуем, от постельных принадлежностей больницы до униформы медсестер", - добавляет он. По его мнению, такие спортивные комплекты могут появиться в магазинах в течение года, и стоить они будут лишь на несколько долларов дороже, пишет газета Telegraph.

Спортсмены также приветствуют создание новой ткани. Гэри Малмстром, менеджер London Marathon Store, сказал, что это могло помочь делать одежду более удобной для марафонцев. "Всё, что может сделать забег на 26,2 мили немного более удобным, является хорошими новостями для бегунов марафонских дистанций", - сказал он.

Для военных это настоящий подарок. Новая ткань убивает не только естественные бактерии на коже, ответственные за неприятный запах, но и такие опасные бактерии, как сибирская язва (это проверили в опытах).

Американские вооруженные силы потратили на создание новой суперткани более пяти лет. Первоначально она предназначалась для того, чтобы превратить обычную походную униформу солдат в комплект, который мог защитить в биологической войне. Проведенные тесты доказали, что такая ткань может убить сибирскую язву и другие бактерии, используемые как оружие. Солдаты также проверили новое нижнее белье, не снимая предметы одежды в течение нескольких недель.

"В течение операции "Буря в пустыне" большинство жертв было от бактериальных инфекций, а не от несчастных случаев или дружественного огня. Мы исследовали футболки и нижнее белье для солдат, которые носили их в течение нескольких недель, и обнаружили, что они оставались гигиенически чистыми, поскольку одежда активно убивала бактерии", - заявил Джеф Оуэнс, ученый, создавший новую технологию.

Это уже не первая работа ученых в области создания "самоочищающейся" одежды. В прошлом были представлены проекты тканей, базирующихся на сочетании химикалий и мембраны, частицах диоксида титана, особого полимера с добавлением серебра.

Данный проект отличен от всех предыдущих работ. В суперткани, созданной командой Оуэнса, на обычные волокна при помощи микроволнового излучения были нанесены специальные наночастицы. А затем к этим частицам при помощи химических связей присоединили специальные реагенты, отвечающие за уничтожение бактерий и прочие функции нового материала.

Оттилия Саксл, руководитель ведущего информационного поставщика в этой области, Института нанотехнологии в Стерлинге, сказала, что подобная обработка могла иметь намного более широкую сферу использования. "Эта технология может применяться не только в промышленности досуга. Антибактериальные свойства могут иметь большое применение для поваров в кухнях и в больницах, где антибиотическое сопротивление - большая проблема", - сказала она.

Хотя новая ткань не устраняет необходимости в стирке, делать это придется реже. А в случае использования на поле боя - такая ткань поможет солдатам находиться в опрятной форме, не снимая ее неделями (что уже было проверено на практике).

http://www.vz.ru/top/

37.3. Пиши-стирай

Брайан Беттс Techworld.com Computerworld #46/2006

http://www.osp.ru/text/302/3698779/

Эпоха многократно используемой бумаги настала?

Компания Toshiba представила перезаписываемую бумагу, напечатанную информацию на которой можно как минимум 500 раз удалить и нанести заново. В действительности это не бумага, а листы термочувствительной пластмассы. Для печати на них требуется специальный принтер (модели B-SX8R), использующий свойства чувствительного к температуре пигмента чернил. При нагреве свыше 180 °C он становится черным, но если его подержать при температуре от 130 до 170 °C, он снова оказывается белым.

"Способ не такой уж новый", - признал руководитель отдела промышленных принтеров европейского филиала Toshiba TEC Майк Киан. Его отдел занимается продажами перезаписывающих принтеров в Европе. Но, по словам Киана, хотя сам способ и не нов, он впервые применен в такой форме.

"Отпечатанный лист можно вынуть, потом положить обратно и печатать прямо на нем - принтер перед печатью стирает предыдущую запись", - сообщил он.

"Впрочем, - добавил Киан, - этот способ не подходит для корреспонденции и тому подобных вещей: сначала нужно удостовериться, что напечатанное ранее вам больше не понадобится".

В Японии "пластмассовая бумага" уже используется в замкнутых рабочих процессах, например для печати складских каталогов или сборочных инструкций для конвейерных линий. Там отпечатанный текст необходим только на короткое время, а затем становится ненужным. Кроме того, для таких документов разрешения принтера в 300 dpi вполне достаточно.

Еще одним преимуществом перезаписываемой бумаги является уменьшение потребления бумаги обычной и расходов на ее уничтожение. Кроме того, как сообщили в Toshiba, при производстве и переработке пластмассовых листов вырабатывается гораздо меньше углекислого газа, чем при производстве и переработке бумаги.

Действительно, сегодня обычная бумага используется далеко не всегда только для документов, подлежащих длительному хранению, - чтобы в этом убедиться, достаточно заглянуть в мусорную корзину любого офиса. Также стираемая бумага хорошо подходит для печати газет - она мало весит, напечатанный на ней текст легко читать и она не требует специального освещения. Однако нынешние массовые технологии до "пластмассовых газет" еще не доросли.

Обратная сторона экономии

Пластмассовая бумага - уже не первый опыт Toshiba в области перезаписываемых печатных носителей. Три года назад компания представила стирающийся тонер синего цвета под названием e-blue. Им можно было печатать на обычной бумаге с помощью обычного лазерного принтера. Отпечатанный лист можно было до пяти раз стереть и отпечатать заново.

В Toshiba утверждают, что во многих ее отделениях стали использовать e-blue для черновиков и в результате сократили закупки бумаги на 40%. Тонер применяют и другие японские корпорации, в том числе NTT, которая сообщила о сокращении использования бумаги на 60%. Однако для стирания e-blue требуется отдельная громоздкая машина - грубо говоря, печь. Кроме того, не всем нравятся чернила синего цвета.

Несмотря на то что новая технология перезаписи снимает некоторые старые вопросы, она ставит и новые. Во-первых, лист пластмассовой бумаги стоит около 5 фунтов стерлингов. Конечно, ничего страшного, если вы действительно будете использовать каждый лист по 500 раз, но что, если лист будет подшит в дело, на нем что-нибудь напишут обычной ручкой (а не специальными стирающимися маркерами Toshiba) или он будет поврежден от складывания?

Кроме того, новая бумага чувствительна к теплу и ультрафиолетовому излучению, а отпечатанный текст на самом деле не черный, а серый. Потребление энергии тоже существенно - в стирающем узле стоит нагреватель мощностью 800 Вт, да и сам принтер недешев - когда он доберется до европейского рынка, то будет стоить около 5 тыс. фунтов стерлингов. К тому же, как указывают специалисты-экологи, пластмасса - невозобновляемый ресурс, а бумага в буквальном смысле растет на деревьях.

Киан признал, что, если в Японии, где правительство и коммерческие компании пытаются уменьшить выбросы отходов в соответствии с международными стандартами ISO14001 и Киотским протоколом, перезаписываемая бумага получила признание в корпоративном мире, то в Европе настроения совершенно другие.

"Может быть, поэтому, - отметил он, - тонер e-blue здесь еще не выпущен в продажу, да и в отношении принтера B-SX8R сейчас только исследуются различные возможности".

37.4. Компания Xerox создала бесконечную офисную бумагу

membrana (http://www.membrana.ru/articles/inventions/2006/11/28/164100.html)

Американцы изобрели совершенно обычную на вид - если не считать лёгкого жёлтого оттенка, - бумагу, которую можно применять для светокопирования. Изюминка новинки в том, что по прошествии нескольких часов изображение и текст на этой бумаге бесследно исчезают.

Бринда Далал (Brinda Dalal) из исследовательского центра компании Xerox в Пало-Альто (PARC) называет себя "garbologist" - от английских слов garbage ("мусор") и anthropologist ("антрополог"). Её уже давно беспокоит проблема крайне нерационального использования людьми природных ресурсов. Например - натуральной бумаги.

Проведя расследование, Бринда установила, что в типичном офисе 21% напечатанных за день документов к концу рабочего дня оказывается в мусорной корзине. А зачастую бумагу выбрасывают и вовсе почти сразу после её появления из принтера. И целых 44,5% бумаг - это "текучка", типа "планов на сегодня", набросков электронных писем и прочих записей, которые теряют актуальность уже на следующий день.

Это исследование Бринды - часть многолетнего проекта по развитию технологии, позволяющей производить (печатать на копировальных устройствах) так называемые "переходные документы" - бумаги, которые используются кратковременно, а затем становятся ненужными. Причём производить не в обычном виде, а в виде листов, способных позднее стереть текст со своей поверхности.

Итак, компания создала опытные образцы необычной бумаги светло-жёлтого оттенка. Детали этого изобретения (которое будет запатентовано) не раскрываются, но известно, что всё базируется на составах, которые изменяют свой цвет при поглощении света с определённой длиной волны. Получается документ с низким разрешением, который, как кажется, напечатан фиолетовыми чернилами.

Главное, что эти составы сами возвращаются в исходное состояние приблизительно через 16-24 часа, вновь делая бумагу чистой, - или даже могут быть немедленно "стёрты" при нагреве.

Напечатанные на такой бумаге документы можно быстро вернуть в кругооборот - для повторного использования. Для этого их просто нужно положить в поддон копировального устройства, где тексты постепенно растворятся, пока листки опять не попадут в копир. Опытный образец такого специального принтера, с печатающей "световой" полоской, также создан компанией.

Исследователи испытали свою бумагу на 50 повторных копиях, и, кажется, дальнейшее использование ограничено лишь износом самой бумаги, а не "волшебного" состава на ней.

Интересно, что в 1990-х годах японская компания Ricoh создала коммерческую систему, которая позволяла удалять чернила с бумаги, делая её пригодной для повторного применения в офисе. Очистку одного листа можно было произвести до 10 раз. Но теперь эта система ушла с рынка и больше не выпускается.

Наверное, оглядываясь на опыт японцев, компания Xerox пока не может решить, стоит ли ей коммерциализировать свою новую технологию.

Эрик Шрейдер (Eric J. Shrader), один из участников работы, сказал, что цель - сделать стираемую бумагу доступной: её цена должна быть примерно в 2-3 раза выше, чем у обычной офисной бумаги. С учётом нескольких десятков повторных использований каждого листа, это будет явно выгодным для пользователей, а значит - понравится людям.

С другой стороны, напоминает исследователь, у Xerox есть печальный опыт с провалом коммерциализации своего варианта набирающей сейчас популярности электронной бумаги. У Xerox эта технология называлась Gyricon.

В некотором роде, это тоже бумага "многократного" использования, хотя по сути представляет собой специальный экран. Так вот, в этой области проект от Xerox проиграл сходной по принципу действия разработке от компании E Ink, покорившей мир (вот только некоторые примеры: раз, два, три).

И всё же у многократной бумаги хорошие перспективны. Ведь, как показывает статистика последних лет, несмотря на широчайшее распространение компьютерных "безбумажных" технологий в самых различных отраслях хозяйства, расход обычной офисной бумаги и не думает уменьшаться. 2007-01-22

37.5. Транзисторы растут, как грибы

Специалисты из IBM Res. Lab. (Швейцария) и Max Planck Inst. Microstructure Physics (Германия) вырастили целую грядку (миллион штук) вертикальных полевых транзисторов. Каналом транзисторов служили кремниевые нанопроволоки (nanowires). Они возникали на кристаллической кремниевой подложке под предварительно осажденными на нее капельками золота Au (рис. 1f), которые выступают в роли катализатора при осаждении кремния методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Толщина нанопроволок составляет 40нм, а их длина в 10 раз больше. Дальнейшие технологические операции были обычными для формирования вертикального транзистора. Главное достоинство такой конструкции заключается в том, что затвор огибает канал транзистора со всех сторон, что обеспечивает хорошее управление током транзистора с помощью потенциала затвора. Конструкция позволяет сделать очень малыми токи утечки транзистора в закрытом состоянии. При большой плотности транзисторов в будущих микросхемах токи утечки могут приводить к сильному разогреву, с которым не справится никакое охлаждение.

Ближайшую перспективу кремниевой технологии связывают с транзисторами на подложке "кремний на изоляторе" (КНИ). Попытаемся сравнить изготовленные в [1] нанопроволочные транзисторы с перспективными КНИ транзисторами. В КНИ транзисторах с тонким слоем кремния (2-5нм) можно вообще не легировать канал, сохраняя в нем максимальную подвижность носителей. В нанопроволочном транзисторе канал приходится легировать. Тонкий слой кремния в КНИ также обеспечивает хорошее управление током транзистора с помощью потенциала затвора, даже если затвор не огибает канал со всех сторон. Расстояние между истоком и стоком в описываемом нанопроволочном вертикальном транзисторе составляет 0.4мкм. Таким образом, он фактически попадает не в нано-, а в субмикронную технологию, несмотря на нанометровую толщину нанопроволочного канала. Быстродействие такого транзистора в первую очередь ограничено пролетным временем носителей в канале.

Малую ширину канала транзистора по сравнению с его остальными частями следует относить к недостаткам конструкции. Наибольшую частоту работы транзистора в логической схеме обеспечивает канал, имеющий такую же ширину, как и электроды истока и стока, что как раз и есть у КНИ транзистора. Широкий канал позволяет получить максимальный ток в открытом состоянии транзистора, или, другими словами, минимальное сопротивление канала R. В логических схемах ток одного транзистора переключает состояние другого путем зарядки определенных емкостей С, например, истока, стока, затвора и соединений. Как известно, быстродействие ограничено, помимо пролетного времени носителей в канале, также RC-временами зарядки. Кстати, это замечание касается всех транзисторов на нанообъектах, таких как нанотрубки, нанопроволоки и другие, которые пока тоже очень далеки от того, чтобы составить реальную конкуренцию КНИ транзисторам с тонким слоем кремния.

В.Вьюрков 1.

V. Schmidt et al. Small 2, 85-88(2006) (www.small-journal.com )

37.6. ДНК может стать носителем музыки

Максим Сидоров,

news@ferra.ru

Японские учёные заявили о возможности использовать ДНК для хранения текстовых, музыкальных и других данных в цифровом формате внутри живых организмов.

Масару Томита (Masaru Tomit) и его коллеги из университета Кейо в Токио (Keio University) заявили, что закодированная с помощью ДНК информация, передаваемая по наследству, может благополучно храниться сотни тысяч лет. Фактически, речь идёт о чуть ли не совершенном носителе информации. В то же время CD-ROM, флэш-память или жёсткие диски легко повреждаются и теряют информацию.

Исследователи описали метод копирования и фиксации данных, закодированных по принципу искусственной ДНК в геном Bacillus subtilis - самой обычной и часто встречающейся почвенной бактерии. "Таким образом получено универсальное хранилище информации с надёжной передачей во времени", - отмечено в сообщении.

Для демонстрации метода была выбрана известная формула Альберта Эйнштейна о соответствии массы и энергии. С помощью бактерии сохранено послание в виде "E=MC2 1905!".

"Мы полагаем, что этот простой, гибкий и надёжный метод найдёт практическое применение для сохранения и восстановления данных в комбинации с другими, ранее разработанными технологиями", - сообщается в заявлении.

Полное описание эксперимента будет опубликовано в американском журнале "Прогресс биотехнологий" (Biotechnology Progress) 9 апреля сего года.

37.7. Броня для мобильных устройств

Компания Schulze & Webb занимается разработкой металлического мобильного телефона для фирмы Nokia. Его корпус будет сделан из легкоплавких материалов, что позволит пользователю, с помощью специального устройства, менять форму аппарата по своему усмотрению. Сплав возможно расплавить под воздействием горячей жидкости или даже воздуха. К тому же, такая конструкция позволяет корпусу работать в качестве антенны, что сильно увеличивает дальность приёма мобильника.

Автор: Михаил Карпов

http://www.computerra.ru/news/275588/

37.8. Изобразительная эмпатия

Владимир Парамонов

Группа учёных из Батского университета в Великобритании и Бостонского университета в США разработала новую компьютерную систему, преобразующую фотографии в рисунки. Комплекс получил название Empathic Painting.

В настоящее время на рынке представлено большое количество программных решений, позволяющих на основе цифровых фотографий создавать рисунки. В качестве примера можно назвать пакет Corel Painter. Однако Empathic Painting, по сравнению со всеми этими программами, обладает одной важной особенностью. Дело в том, что результат, выдаваемый приложением, напрямую зависит от настроения человека, находящегося перед монитором.

Работает Empathic Painting следующим образом. Подключённая к компьютеру веб-камера снимает лицо пользователя и передаёт изображение на анализ. Система Empathic Painting отслеживает ряд показателей, таких как, например, кривизна бровей, изгиб губ и положение век, и затем делает вывод об эмоциональном состоянии человека. Комплекс может определить, радуется пользователь или, напротив, чем-то расстроен, сообщает Info World.

Основываясь на результатах анализа изображения лица пользователя, система определённым образом модифицирует исходную фотографию. Если человек спокоен и улыбается, результат обработки получается красочным и ярким. В противном случае картинка будет выполнена в тёмных безжизненных тонах.

Впрочем, разработчики пока не планируют выводить продукт на рынок, а поэтому широкое практическое применение Empathic Painting вряд ли получит.

http://www.computerra.ru/news/283618/

37.9. Шина без воздуха

Владимир Парамонов

Инженеры компании Michelin разработали новый тип автомобильных шин, которые никогда не придется накачивать. Дело в том, что покрышки, получившие название Tweel, в принципе не смогут удерживать воздух или другой газ.

В отличие от традиционных пневматических шин, покрышки Tweel поглощают энергию ударов не за счет сжатого воздуха, а благодаря применению гибких спиц специальной конструкции. Эти спицы занимают центральную часть шины, которая прочно закрепляется на колесном диске.

По заявлениям Michelin, шины Tweel в двадцать раз легче традиционных покрышек и обладают в двадцать раз меньшим сопротивлением качению. Кроме того, Tweel характеризуются в пять раз более высокой поперечной жесткостью, что положительно отражается на управляемости при прохождении поворотов и виражей. К тому же, такие шины невозможно проколоть.

В компании Michelin отмечают, что новая технология позволяет очень гибко подстраивать характеристики шин под различные автомобили. Шины Tweel в 2005 году уже были испытаны на седане Audi A4. Впрочем, сроки коммерциализации технологии не уточняются.

http://www.computerra.ru/news/290216/

37.10. Американские военные изготовили гиперболоид

Михаил Карпов

Военное министерство США приоткрыла завесу тайны над разработкой так называемого "революционного оружия на основе теплового луча", сообщает New Scientist. Оно, возможно, будет использоваться для подавления восстаний в Ираке и Афганистане. Так называемая "Система активного отпора" (ADS) вызывает у людей чувство нестерпимого жжения, однако не наносит никаких серьёзных повреждений организму. По словам разработчиков, первые образцы данной системы могут поступить на вооружение армии США в 2010 году.

Само оружие будет крепиться на крыше армейского джипа. В комплект будет входить антенна-"тарелка", которая будет направлять невидимый луч на цель, мощный источник электроэнергии и генератор луча, действие которого сможет распространяться на 500 метров. Существующие безопасные виды вооружения, такие, как резиновые пули, действуют на куда более коротких дистанциях. Разработчики считают, что новая система поможет разрешить проблему подавления беспорядков в местах международных конфликтов.

Разные модели ADS могут применяться как в мирное, так и в военное время. С помощью этой системы будет возможно контролировать передвижение толпы или разгонять манифестации, а также охранять периметр важных объектов. Стоимость проекта пока что составляет 60 миллионов долларов США.

В ходе недавних испытаний системы, добровольцев попросили снять очки и контактные линзы, а также убрать из карманов все металлические предметы. В эту среду ADS была впервые официально продемонстрирована. Представителям прессы было предложено испытать на себе её воздействие.

Уже на достаточно большом расстоянии от источника излучения, оно ощущалось как жар от огромной печи. Это ощущение исчезало сразу же, как испытуемый уходил с "линии огня". Военные утверждают, что данное оружие было проверено на 10 тысячах добровольцев и ни один из них не получил травм, требующих врачебного вмешательства. Некоторые учёные, однако, выражают сомнение в том, что данная система действительно безопасна.

http://www.computerra.ru/news/304005/

37.11. Высокотемпературные металл-органические магниты

В последнем выпуске журнала Nature появилась интересная статья High-temperature metal-organic magnets про открытие металл-органических магнитов с рекордно высокой температурой Кюри, т.е. температурой, до которой держится магнетизм -- от 400 до 500 К.

До сих пор металл-органические магниты получались вида Me A2, где Me -- атом металла (ванадий, железо, кобальт, никель), A -- это некоторые органические молекулы. Температура Кюри у них оставалась в криогенном диапазоне температур, а хотелось бы получить и магниты при комнатной температуре.

В новой работе описывается синтез сразу трех соединений вида Ni2A для разных органических молекул A. Авторы говорят, что аналогичным методом можно получить и другие подобные соединения. Полученные магниты имеют не очень большой гистерезис и принадлежат к "мягким магнитам".

Интересно, насколько необходим всё же атом металла для магнетизма? Возможно ли создание сильных полностью органических магнитов? Можно ли найти биологическое применение таким органическим или металл-органическим магнитам?

http://elementy.ru/blogs/users/news/

37.12. Жидкости способны полностью изолироваться от несмачиваемых поверхностей

Игорь Иванов

Компьютерное моделирование свойств жидкости вблизи гидрофобных поверхностей, выполненное голландскими исследователями, показало, что жидкость способна сама создавать газовую прослойку и изолироваться от контакта со стенкой. При течении по гидрофобным трубам возникает новое гидродинамическое явление - проскальзывание жидкости.

Давно известно, что структура и свойства твердых и жидких тел в толще среды и на поверхности могут существенно различаться. Например, такие явления, как плавление льда или окисление некоторых металлов начинаются на свободной поверхности тел при гораздо более низких температурах, чем "номинальные" точки плавнения и окисления всей толщи образца. Происходит так потому, что атомы на свободной поверхности имеют меньше связей с соседями, а значит, им труднее сохранять свою первоначальную кристаллическую структуру.

Противоположная ситуация наблюдается внутри жидкости, вблизи стенок сосуда. Твердая поверхность оказывает упорядочивающий эффект на жидкость и как бы кристаллизует прилегающую непосредственно к ней тонкую прослойку жидкости.

Недавние эксперименты, однако, показали, что структура жидкости в непосредственной близости твердой поверхности еще хитрее. В обычных условиях в жидкостях всегда в небольших количествах присутствуют растворенные газы. Так вот, выяснилось, что стенка эти молекулы газа притягивает, собирает на себе. Даже инертный газ, который, по идее, не образует никаких химических связей, тем не менее мигрирует из толщи жидкости и оседает на стенке. Этот эффект особенно ярко выражен для гидрофобных (то есть несмачиваемых, водоотталкивающих) поверхностей: в этом случае на поверхности даже образуются крохотные пузырьки газа.

В принципе, в этом поведении нет ничего загадочного. Жидкость с растворенным в ней газом стремится минимизировать свою энергию. Для водоотталкивающей поверхности энергия связи молекул жидкости со стенкой заметно меньше, чем друг с другом. В результате получается, что вблизи стенки выгодно держаться именно атомам инертного газа, а не молекулам жидкости. Однако на этих общих словах понимание и заканчивается: подробной теории этого эффекта пока нет.

В такой ситуации очень полезным оказалось численное моделирование, проведенное двумя физиками из Университета Твенте (Нидерланды). В их статье S. M. Dammer and D. Lohse, Physical Review Letters, 96, 206101 (24 May 2006), молекулы жидкости, стенки и атомы инертного газа моделируются круглыми шариками, взаимодействующими по очень простому закону притяжения на больших расстояниях и отталкивания на малых. Переходить от гидрофильной к гидрофобной поверхности можно, изменяя энергию связи между "атомами" стенки и "атомами" жидкости: чем слабее связь со стенкой, тем более водоотталкивающей является поверхность. Несмотря на чрезвычайную простоту такой модели, выяснилось, что в ней наблюдаются все основные зависимости, обнаруженные экспериментально.

Для начала голландцы изучили поведение чистой жидкости, без примеси газа, на примере лежащей на твердой поверхности маленькой капельки из десятка тысяч атомов. Они смоделировали лишь долю микросекунды "жизни" капли, но и этого оказалось достаточным, чтобы проследить за возникновением капиллярных сил, найти зависимость краевого угла (угла между краем капли и твердой поверхностью) от гидрофобности стенки и, самое главное, доказать, что первые 2-3 атомных слоя вблизи твердой поверхности действительно почти кристаллизуются.

Затем в жидкость было добавлено небольшое количество атомов газа. Моделирование показало, что атомы газа действительно мигрируют к поверхности. Более того, в случае сильно гидрофобной поверхности жидкость вообще не касается стенки: их разделяет моноатомный слой инертного газа (см. рисунок; концентрация газа на графике показана красной линией). Можно сказать, что жидкость сама себе создает "воздушную подушку": если ее налить в пробирку, то она сама выстелет внутренние стенки газовой прослойкой, изолируясь от сосуда.

Последнее замечание оказалось имеющим далеко идущие последствия. Газовая прослойка, как выяснилось, не просто уменьшает силу трения жидкости о стенку, а приводит к совершенно новому явлению: проскальзыванию жидкости относительно стенок. Это означает, что скорость течения жидкости в потоке, конечно, уменьшается вблизи гидрофобной стенки, но не падает до нуля, как до сих пор всегда молчаливо подразумевалось. Явление проскальзывания, фактически, открывает целую новую главу в гидродинамике - одной из самых старый областей физики. Возможно что дальнейшее изучение таких ситуаций приведет к открытию новых эффектов, принципиально невозможных без проскальзывания.

http://elementy.ru/news/430259

37.13. Физики придумали одноэлектронный холодильник

Игорь Иванов

Предложена схема нового микроэлектронного устройства - одноэлектронного холодильника. В нём под действием переменного напряжения электрон перескакивает между сверхпроводником и обычным металлом, на каждом шаге отбирая у металла тепло.

Раскаленные микропроцессоры современных компьютеров могут навести на мысль, что электрический ток неизбежно вызывает нагрев элементов цепи. Однако это не всегда так - уже давно существуют микроэлектронные устройства, например элементы Пельтье, которые охлаждаются при пропускании тока. Эффект Пельтье и другие термоэлектрические эффекты возникают из-за того, что разные металлы по-разному "заполнены" электронами. "Перетекая" из одного металла в другой, электроны могут испытать необходимость в дополнительной энергии, которую они и отбирают у металлов в зоне контакта, что приводит к охлаждению.

Новый виток этих исследований начался одно-два десятилетия назад вместе со стремительной миниатюризацией электроники вплоть до одноэлектронных устройств. На основе многослойных микроустройств, собранных - в различных комбинациях - из слоев сверхпроводника, металла, полупроводника и изолятора, были сконструированы микрорефрижераторы, микротермометры криогенных температур, микрокалориметры. Обзор современного состояния дел см. в статье Rev. Mod. Phys. 78, 217 (2006) (cond-mat/0508093).

Интересно, что, несмотря на эти достижения, до сих пор не была создан настоящий циклический микрохолодильник, то есть работающий не на протекающем сквозь него постоянном токе, а на периодическом движении зарядов вперед-назад. (Преимущества такой конструкции легко понять, если представить, как был бы неудобен обычный бытовой холодильник, но только не автономный, а использующий проточный хладагент, поступающий в квартиру по трубам.)

Авторы недавней статьи J. P. Pekola et al., Physical Review Letters 98, 037201 (16 January 2007), доступной также как cond-mat/0607814, восполнили этот пробел. В их работе описывается принцип работы микроэлектронного устройства, которое они назвали одноэлектронным холодильником (хотя более точно его следовало бы назвать двухэлектронным). Правда, в быту он вряд ли найдет применение, потому что работать он сможет при очень низких температурах - долях кельвина.

Такое устройство можно получить, если изготовить трехслойку "сверхпроводник-изолятор-нормальный металл" (СИН-переход) и подать на нее переменное напряжение. Тонкий зазор из изолятора, разделяющий сверхпроводник и маленький островок из обычного металла, препятствует свободному перетеканию электронов и позволяет им лишь туннелировать (перескакивать через классически запрещенную область) поодиночке. (Такой режим работы называется режимом кулоновской блокады, а само это направление микроэлектроники известно как "одноэлектроника".)

Из-за высокочастотного (десятки и сотни мегагерц) переменного напряжения в течение каждого периода лишь один-два электрона успевают перескочить с металла на сверхпроводник и затем обратно. При этом из-за различия электронных свойств сверхпроводника и металла возникает интересная картина с передачей энергии.

В сверхпроводнике все электронные состояния с низкой энергией заняты, поэтому перескочить туда из металла может только электрон с достаточно большой энергией. В течение полупериода, когда на сверхпроводник подается "плюс", перескочивший электрон тут же уносится прочь от контакта, вглубь сверхпроводника. Еще через полпериода, под действием обратного напряжения, из сверхпроводника в металл возвращается уже другой, более "холодный" электрон (см. рисунок). В результате получается циклический процесс, сопровождающийся направленной теплопередачей: у металла отбирают "горячие" электроны, а возвращают ему уже "холодные". Это и приводит к охлаждению металлического островка.

Авторы провели подробные аналитические вычисления и численное моделирование динамики этого процесса и выяснили, что в зависимости от частоты источника переменного напряжения и начальной температуры удается добиться охлаждения в два-три раза. Столь скромный результат объясняется тем, что электронный газ (электроны проводимости, находящиеся в металле) существует не сам по себе, а находится в тесном контакте с кристаллической решеткой металла. В результате электронный газ не только охлаждается за счет описанного выше механизма, но и постоянно подогревается из-за взаимодействия с более теплой решеткой. Тем не менее авторы уверены, что, используя схему из нескольких СИН-переходов, можно добиться и более эффективного охлаждения.

Стоит добавить, что экспериментальная реализация этой идеи интересна не только с точки зрения достижения низких температур, но и тем, то она позволит изучить свойства вещества в необычных, не встречающихся в природе условиях. Селективное охлаждение только электронного газа позволяет получить вещество с двумя температурами: температура электронного газа в нём будет ниже, чем температура решетки. Было бы интересно проверить, как ведет себя металл в такой ситуации.

http://elementy.ru/news/430440

37.14 Как приготовить пули из медленного света

Игорь Иванов

Теоретические расчеты показали, что можно создать метаматериал, поддерживающий распространение световых пуль - локализованных, нерасплывающихся и легко управляемых сгустков света.

Оптика - один из старейших разделов физики - переживает в наши дни настоящее возрождение. Классикам этой науки и не снилось то, что современная физика умудряется делать со световым лучом. Скорость света меняется при переходе из одной прозрачной среды в другую, но это изменение очень невелико - максимум в два с половиной раза для природных материалов. Однако за последние годы физики научились изготавливать материалы со столь экзотическими оптическими свойствами, что им уже не составляет труда замедлить в них свет в триллионы раз, вообще остановить и "подержать" некоторое время световой импульс или, наоборот, заставить его распространяться с групповой скоростью, превышающей скорость света - правда, только внутри кюветы с активной средой. (Это, конечно, ни в коей мере не нарушает постулаты теории относительности, поскольку и энергия, и информация в этом случае всё равно передаются со скоростью меньше скорости света;) Появились среды, преломляющие свет наоборот, изготовлены суперлинзы, не уважающие дифракционный предел, публикуются даже работы, описывающие принцип создания плаща-невидимки. Воистину, современная физика может осуществить практически любую "оптическую фантазию"!

В недавней статье Andrey A. Sukhorukov and Yuri S. Kivshar, Physical Review Letters, 97, 233901 (4 December 2006), сделан еще один вклад в эту "копилку чудес". В статье описывается, как создать "пули из медленного света". Несмотря на то, что это теоретическая работа, авторы утверждают, что экспериментальная реализация этой идеи вполне возможна уже при сегодняшних технологиях.

Авторы работы изучили распространение электромагнитной волны через сложную, но регулярную сеть связанных друг с другом микроскопических волноводов. Такие искусственные периодические среды называются метаматериалами. Они не только поддерживают проходящие сквозь них электромагнитные волны, но и при достаточно хитроумной конструкции могут придать им совершенно необычные черты (см. популярную статью Лабиринты фотонных кристаллов).

Та конкретная среда, которую описали авторы этой работы, обладает замечательным свойством: она подавляет дифракцию. Это значит, что узкий луч света, войдя в такую среду, будет распространяться прямо, не "расплываясь" в стороны. Благодаря своему устройству, метасреда фактически сама фокусирует проходящий через нее свет.

Вторым важным свойством описанного метаматериала была его способность сдерживать также и продольное расплывание локализованного светового импульса. Задача эта нетривиальная. Дело в том, что, в отличие от обычных прозрачных сред, скорость распространения света в метаматериалах обычно сильно зависит от его частоты, из-за чего локализованный в продольном направлении световой сгусток быстро расплывается. Преодолеть это расплывание удалось, подобрав метасреду со специальной встроенной нелинейностью. (Нелинейная среда не просто является "вместилищем" для волн, но и сама активно влияет на них, причем влияет по-разному на начало, центр и хвост импульса.)

Наконец в-третьих, принципиально важным было то, что контролировать продольное и поперечное расплывание световых сгустков можно независимо друг от друга. Более того, в дополнение ко всему этому можно без ущерба для локализации сгустка изменять его скорость, вплоть до его полной остановки!

Всё это вместе и позволило физикам найти такие решения уравнений, которые отвечают световым сгусткам, медленно перемещающимся сквозь среду практически без потери локализации (см. рисунок). Эти сгустки авторы и окрестили столь будоражащим воображение термином "медленные световые пули" (на рафинированном научном языке это всего лишь оптические солитоны в нелинейной метасреде).

Чтобы не сложилось ложного представления, подчеркнем, что слова "световой сгусток" вовсе не подразумевают какой-то светящийся во все стороны объект. Свет внутри световой пули распространяется только вперед, и потому при взгляде сбоку ее не заметить. "Увидит" световую пулю только мишень, для которой она и предназначается.

Надо отметить, что световые пули выгодно отличаются от обычных движущихся сгустков вещества своей безынерционностью. Ничего не стоит, например, управлять траекторией такой пули, плавно изменяя свойства среды, или резко преломить ее при переходе из одной среды в другую. Авторы надеются, что предложенная ими идея будет вскоре реализована в эксперименте, а затем найдет применение в оптических устройствах самого разного профиля: от оптических компьютеров, в которых свет переносит информацию, и до физических приборов, в которых сгустки света используются как средство воздействия на исследуемый объект.

http://elementy.ru/news/430422