Ученые сгенерировали сигнал длительностью всего 53 аттосекунды. Согласно пресс-релизу, новое достижение пригодится в разработке более точных электронных микроскопов, а также может ускорит передачу данных в компьютерных чипах.
Более короткие импульсы электронов обеспечивают более высокую скорость передачи данных. Сотрудники Ростокского университета в Германии работали над максимально возможным уменьшением их длины.
В обычных цепях импульсы электронов ограничены частотой, с которой они колеблются внутри вещества. Как объясняют ученые, импульс должен длиться не менее половины цикла этих колебаний, ведь он создает «толкающую силу» для электронов. А вот свет колеблется с гораздо более высокой частотой. Поэтому ученые использовали короткую вспышку света, чтобы вызвать импульс электронов.
Используя эту технику, в 2016 году физики создали вспышку видимого света длительностью всего 380 аттосекунд. Теперь они пошли еще дальше и использовали лазеры, чтобы сбивать электроны с кончика вольфрамовой иглы в вакуум. В итоге, они зафиксировали импульс электронов длительностью 53 аттосекунды. Это в пять раз меньше времени, чем требуется электрону для обращения вокруг ядра в атоме водорода. Такой короткий импульс электронов улучшит работу электронных микроскопов, позволяя им четче фиксировать движение частиц.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Исследователи разработали способ использования лазерного света для притягивания макроскопических объектов. Хотя микроскопические оптические тяговые лучи демонстрировались и раньше, это один из первых случаев, когда лазерная тяга используется для более крупных объектов.
Свет содержит энергию и импульс, которые могут быть использованы для различных видов оптических манипуляций, таких как левитация и вращение. Об этом сообщает PHYS ORG.
Оптические пинцеты, например, являются широко используемыми научными инструментами, которые используют лазерный свет для удержания и манипулирования крошечными объектами, такими как атомы или клетки.
В течение последних десяти лет ученые работали над новым типом оптических манипуляций: с помощью лазерного света создать оптический луч-тягач, который может притягивать объекты.
«В предыдущих исследованиях сила притяжения света была слишком мала, чтобы тянуть макроскопический объект. В нашем новом подходе сила притяжения света имеет гораздо большую амплитуду. Фактически, она более чем на три порядка больше, чем давление света, используемое для управления солнечным парусом, который использует импульс фотонов для оказания небольшой толкающей силы», — говорит член исследовательской группы Лей Ванг из Университета науки и технологии Циндао в Китае.
В журнале Optics Express Ванг и его коллеги демонстрируют, что разработанные ими макроскопические композитные объекты из графена-SiO2 могут быть использованы для лазерной тяги в среде разреженного газа. Этот тип среды имеет давление намного ниже атмосферного.
«Наша техника обеспечивает бесконтактное и дальнее протягивание, что может быть полезно для различных научных экспериментов. Среда разреженного газа, которую мы использовали для демонстрации техники, похожа на ту, что существует на Марсе. Поэтому, возможно, в один прекрасный день мы сможем манипулировать транспортными средствами или самолетами на Марсе», — говорит Ванг.
В новой работе исследователи разработали специальную композитную структуру графен-SiO2 специально для лазерного вытягивания. При облучении лазером структура создает обратную разницу температур, то есть сторона, обращенная в сторону от лазера, нагревается сильнее.
Когда объекты, изготовленные из композитной структуры графен-SiO2, облучаются лазерным лучом, молекулы газа на их обратной стороне получают больше энергии и толкают объект к источнику света. Сочетание этого с низким давлением воздуха в среде разреженного газа позволило исследователям получить лазерную силу притяжения, достаточно сильную для перемещения макроскопических объектов.
Используя устройство с крутильным или вращающимся маятником, изготовленное из композитной структуры графен-SiO2, исследователи продемонстрировали явление лазерной тяги так, что это было видно невооруженным глазом. Затем они использовали традиционный гравитационный маятник для количественного измерения силы лазерного притяжения. Длина обоих устройств составляла около пяти сантиметров.
Исследователи предупреждают, что данная работа является лишь доказательством концепции, и что многие аспекты методики потребуют усовершенствования, прежде чем она станет практичной.
Полный текст: https://involta.media/

Новый метод обработки увеличивает прочность материала в 3-10 раз
Исследователи из России разработали новую методику лазерной обработки поверхности титана и высокопрочной стали, которая позволяет сделать их в 3-10 раз более твердыми по сравнению с обычными изделиями из этих конструкционных материалов.
Об этом в четверг сообщила научный сотрудник Университета ИТМО Ксения Егорова на XII Международной конференции по фотонике и информационной оптике, проходящей на этой неделе в НИЯУ МИФИ:
«Режущие поверхности и другие компоненты станков и промышленного оборудования постепенно изнашиваются. Это вынуждает рабочих периодически перезатачивать их или заменять на новые детали, что требует остановки производства. Мы разработали новую методику лазерной микрообработки поверхности, которая значительно повысит прочность металлических поверхностей и сделает их более износостойкими», — пояснила Егорова.
Как отметила исследовательница, для нового подхода нужно несколько компонентов: инфракрасный лазер, графитовый порошок и стекло, сжимающее графит и изолирующее обрабатываемую поверхность от окружающей среды. Команда обнаружила, что обработка металла при помощи коротких импульсов лазерного излучения приводит к образованию слоя из нанокристаллов на поверхности деталей. Эти структуры оказались более плотными, чем обычные кристаллы в толще титана и стали.
По этой причине поверхность металла становится тверже после лазерной обработки. Работу подхода ученые проверили на образцах титана и двух высокопрочных марках стали: AISI 304 и 35ХГСА.
Опыты показали, что процедура позволяет повысить твердость поверхности титановых изделий примерно в десять раз, а также увеличить этот параметр для обеих форм стали почти в три раза. По мнению Егоровой, преимущество метода состоит в том, что поверхность стали не нужно предварительно обрабатывать перед лазерной микробработкой. Как надеются исследователи, разработанный подход в ближайшее время будет внедрен в промышленность. Он позволит повысить износостойкость стальных и титановых деталей без существенного увеличения стоимости их обработки и производства, подытожила Егорова.
Источник: https://nauka.tass.ru/

Лазерные импульсы позволяют нагревать участки воздуха в форме полой трубки, сохраняя более холодную температуру внутри. Разница в показателях преломления между ними создает эффект оптоволокна, позволяя пересылать сигнал с меньшими потерями.
Оптоволоконные кабели помогают передавать цифровой сигнал с минимальными потерями. Их основу составляет стеклянная или пластиковая жила, окруженная оболочкой с меньшим коэффициентом преломления. Такая структура позволяют фотонам двигаться по сердцевине, используя эффект полного внутреннего отражения, и практически не рассеиваться по пути.
Еще несколько лет назад команда профессора Мэрилендского университета Говарда Мильчберга (Howard Milchberg) продемонстрировала технологию, которая помогает создавать аналог оптоволокна прямо из воздуха, применяя специальным образом подготовленные лазерные импульсы. Теперь ученым удалось существенно улучшить производительность такой системы, удлинив «воздушное оптоволокно» до 50 метров. Их статья принята к публикации в журнале Physical Review X. Для создания невидимого кабеля лазерные лучи проводятся через сложную оптическую систему, придающую им форму бублика.
За счет высокой частоты импульсов отдельные «бублики» складываются в длинную, вытянутую полую трубку. Воздух внутри нее сохраняет свою исходную температуру, а в оболочке, сквозь которую проходят лазерные импульсы, разогревается. Благодаря этому коэффициент преломления сердцевины такого «кабеля» оказывается значительно выше, чем в «оболочке», обеспечивая проведение сигнала. Прежде физикам удавалось лишь продемонстрировать работоспособность этого подхода, получив «воздушное оптоволокно» длиной менее метра. Эффективность его работы не столь велика, как у настоящего кабеля: сигнал на выходе был всего в полтора раза сильнее, чем при простой передаче по воздуху.
Однако чем больше дистанция, тем более заметным становится этот выигрыш. Теперь, используя улучшенную оптическую систему и более мощные лазеры, авторы довели этот показатель до 50 метров, что уже вполне подходит для некоторых практических применений. По словам ученых, дальнейшее увеличение «кабеля» — дело техники, и в ближайшее время они планируют заняться экспериментами с еще более мощными лазерами, которые позволят получить «оптоволокно» длиной порядка километра. Такие невидимые каналы можно использовать, например, для оперативной организации ближней связи или определения химического состава объектов без приближения к ним.
Источник: https://naked-science.ru

Ученые БФУ им. Иммануила Канта выяснили, что наночастицы золота, покрытые тонким слоем кремнезема, хорошо рассеивают свет. Эти частицы используются при адресной доставке лекарств, и их яркое «сияние» позволит с помощью приборов следить за перемещением препаратов по организму пациента. Об этом РИА Новости сообщили в Министерстве науки и высшего образования РФ.
В современной медицине активно развивается система адресной доставки лекарств, когда препарат с помощью специальных носителей перемещается строго в определенное место в организме пациента, например, к опухоли. Этот метод позволяет избежать вредного воздействия препарата на здоровые клетки и ткани.
Часто для адресной доставки применяются наночастицы золота, к которым присоединяют молекулы лекарства. Такую конструкцию покрывают специальной оболочкой, защищающей лекарство от слишком раннего высвобождения, и крепят к ней антитела — белковые молекулы, нацеливающие частицы в нужное место. В качестве материала оболочки частиц используется кремнезем. Такие покрытия стабильны и безопасны для человека, их толщину можно легко и точно контролировать.
До сих пор ученых в основном интересовали размер и форма наночастиц для доставки лекарств, а их оптическим свойствам уделялось значительно меньше внимания. Но если частицы способны хорошо рассеивать падающий на них свет, их передвижение можно отслеживать с помощью специальных приборов, что позволяет контролировать доставку лекарств.
Способность усиливать рассеяние света вблизи нанообъекта во многом зависит от напряженности электрического поля вокруг частиц, поэтому по его значению можно понять, какие частицы будут лучше всего «светиться».
Ученые из Балтийского федерального университета (БФУ) имени Иммануила Канта математически смоделировали значения электрического поля, которое создается тремя типами структур: наночастицами золота без оболочки, частицами, покрытыми слоем кремнезема разной толщины (от двух до двадцати нанометров), а также пустой кремнеземной капсулой.
Исследователи выяснили, что наибольшая напряженность электрического поля возникала вокруг частиц, покрытых слоем кремнезема толщиной 20 нанометров. Напряженность вокруг них более чем в 2,5 раза превышала значения, характерные для свободных наночастиц золота. Оказалось, что плотно «одетые» частицы хуже рассеивают свет. При этом тонкая оболочка, порядка 2-5 нанометров, наоборот, усиливает рассеяние, благодаря чему частицы легче обнаруживаются при их освещении лазером.
«Мы установили, что эффект кремниевой оболочки неоднозначен: если она тонкая, то увеличивает рассеяние света частицами, если толстая — мешает ему. В первом случае частицы легче отследить, а потому они более перспективны в качестве системы доставки лекарств. В дальнейшем мы планируем изучить другие физические свойства наночастиц золота, покрытых слоями из кремнезема разной толщины, нанесенных на различные металлы», — рассказал кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией математического моделирования оптических свойств наноматериалов БФУ имени Иммануила Канта Андрей Зюбин.

Источник: https://ria.ru/

Все благодаря особому громоотводу. Он установлен на вершине одной из самых высоких гор в Швейцарских Альпах. Показываем, как он выглядит.

Европейские исследователи представили новую систему защиты от молний LLR. Она построена на работе мощного лазерного луча. Его направляют в облака во время шторма, следует из данных New Atlas.
«Когда в атмосферу излучаются лазерные импульсы очень высокой мощности, внутри луча образуются нити интенсивного света, — объясняет Жан-Пьер Вольф, один из авторов исследования. — Эти нити ионизируют молекулы азота и кислорода, присутствующие в воздухе, которые затем высвобождают свободные электроны для движения. Ионизированный воздух, называемый плазмой, становится электрическим проводником».
Чтобы продемонстрировать принцип работы концепции, ученые разработали новую лазерную систему со средней мощностью 1 кВт. Она пульсирует примерно 1000 раз в секунду, высвобождая один джоуль энергии за импульс. Эту систему установили на вершине Сантиса, самой высокой горы в Швейцарских Альпах, рядом с башней, которая ежегодно привлекает к себе около 100 ударов молнии.
В период с июня по сентябрь 2021 года исследователи тестировали систему во время штормов. Лазер был направлен в небо рядом с вершиной башни, чтобы попытаться привлечь молнию к лучу до того, как она достигнет обычного громоотвода. «Мы обнаружили, что разряд молнии может следовать за лучом почти на 60 м, прежде чем достигнет башни, тем самым увеличив радиус защитной поверхности со 120 м до 180 м», — говорит ученый.
Идея использования лазеров в качестве громоотводов существует уже давно. Она показала многообещающие результаты в лабораторных экспериментах, но это первый раз, когда эффективность подобной установки продемонстрировали в реальном мире. Конечной целью проекта LLR является использование лазера для расширения влияния громоотвода на 500 м.
Источник: https://hi-tech.mail.ru/

Оптоволокно — это стеклянные нити, позволяющие передавать световой сигнал на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать кварцевые волокна для лазеров, гироскопов, передачи данных в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим, требования к оптоволокну по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ИФМ УрО РАН города Екатеринбурга собрали экспериментальную установку, которая позволила исследовать воздействие магнитного поля на плазменную искру, движущуюся в оптическом волокне. Результаты данного исследования помогут в разработке методик формирования внутриволоконных микроскопических структур, на основе которых можно создавать чувствительные оптические датчики или рассеиватели излучения.
Исследование опубликовано в журнале «Journal of Optical Technology». Разработка выполнена в рамках программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
В экспериментах образец оптического волокна помещался между полюсами сверхмощного постоянного магнита. В один из концов образца оптоволокна подавалось лазерное излучение, а другой конец подводился к измерительному прибору для определения оптической мощности. Далее производилось инициирование лазерного пробоя в волокне, что приводило к возникновению сине-белой вспышки (плазменной искры), которая двигалась по оптическому волокну. При распространении плазменная искра взаимодействовала с магнитным полем и образовывала причудливые микродефекты в оптоволокне. Весь процесс фиксировался на высокоскоростную видеокамеру. Было произведено микроскопическое исследование срезов оптического волокна.
— В условиях проведенного эксперимента было доказано, что магнитное поле имеет влияние на размер, форму и скорость движения плазменной искры вдоль волокна. Так, в испытуемом образце появилась структура микронеоднородностей заполненных кислородом с пулеобразной формой, которая в дальнейшем может быть использована как чувствительный элемент для оптического датчика или оптического рассеивателя излучения, — поясняет научный руководитель проекта, заведующий кафедрой общей физики Пермского Политеха, доктор физико-математических наук, доцент Анатолий Перминов.
Полученные в ходе работы данные позволят создать оптоволоконные устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками. Такие устройства находят широкое применение, например, для контроля параметров в нефтяных скважинах, подводных лодках, летательных аппаратах и атомных электростанциях. Оптоволоконные рассеиватели излучения применяются в медицине.

Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.
Источник: https://pstu.ru/

Российские ученые разработали оригинальную технологию создания сложных стоматологических инструментов, способных принимать любую анатомическую форму зубного канала. До последнего времени такие инструменты производили только за рубежом. Предложенный отечественными специалистами метод позволяет экономить ценный материал, из которого делают гибкую иглу, что удешевляет ее производство по сравнению с аналогами. По словам стоматологов, именно дороговизна инструмента ограничивала его использование. Более того, собственное производство позволит снизить стоимость зубной помощи для пациентов.
Специалисты Сколтеха совместно с коллегами из МИСИС разработали новую оригинальную технологию производства сложных стоматологических инструментов — так называемых самоадаптирующихся файлов (САФ). Это очень тонкие, хорошо гнущиеся иглы, способные принимать любую форму. До последнего времени такие инновационные приспособления производили только за рубежом. Раньше при их создании значительный объем дорогостоящего сплава, из которого делают инструменты, превращался в отходы.
Подход, предложенный российскими учеными, позволяет снизить количество материала, попадающего в утиль, на 70%.
— Применяемая сегодня технология производства самоадаптирующихся файлов крайне неэкономно расходует дорогостоящие материалы, из которых они состоят. Мы попытались решить эту проблему. В случае успеха мы рассчитываем развивать производство САФ в России, — объяснил один из авторов исследования, аспирант Сколковского института науки и технологий Станислав Чернышихин.
Для производства САФ в других странах сначала получают полую трубку диаметром 1,5, 2 или 2,5 мм и стенками толщиной около 100 микрон, а затем из нее с помощью лазера вырезают сеточку и придают файлу окончательную форму. Очевидно, что для создания такой конструкции необходимо удалить намного больше материала из заготовки, чем оставить, что объясняет неэффективность классического подхода.

Чудесный порошок
Российские специалисты предложили использовать для производства файлов селективное лазерное плавление (СЛП) — один из распространенных сейчас методов 3D-печати, но с некоторыми ноу-хау. В большинстве случаев объекты для синтеза по технологии СЛП имеют минимальный размер элемента в 300 микрон, гораздо реже — 200, однако разработчикам удалось доработать технологию для печати перемычек диаметром всего в 100 микрон.
— Объект для печати разделяется на отдельные слои толщиной порядка 30 микрон, и для каждого из них выполняется одинаковый цикл: порошок наносится в зону построения, лазер сканирует его, локально сплавляя материал, и платформа построения опускается на ту же толщину, — рассказал научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» Университета МИСИС Иван Пелевин. — Таким образом, мы послойно наращиваем объект заданной формы. Для файлов в среднем получается около 1,5 тыс. циклов. Несплавленный порошок можно многократно использовать при следующих печатях, что минимизирует его потери.
Самоадаптирующийся файл — нужный стоматологам инструмент, пояснила «Известиям» директор Института стоматологии им. Е.В. Боровского, заведующая кафедрой терапевтической стоматологии Сеченовского университета Ирина Макеева. По словам специалиста, сейчас САФ иностранного производства дороги для российских стоматологов.
Источник: https://iz.ru/

Наночастицы, на которые воздействуют светом, оказались эффективным лекарством для лечения устойчивых больничных инфекций. Исследование опубликовано в журнале Pharmaceutics. Исследователи из Университета Южной Австралии разработали технологию борьбы с устойчивыми больничными инфекциями с помощью наночастиц, активируемых светом.
Новый метод уничтожает золотистый стафилококк в 500 000 раз лучше, а синегнойную палочку — в 100 000 раз лучше.
Ученые разработали метод антимикробной фотодинамической терапии с помощью жидкокристаллических липидных наночастиц протопорфирина галлия (GaPP-LCNP). Действующее вещество наносится на рану в виде лосьона. Когда на него воздействует лазерный свет, GaPP создает активные формы кислорода, которые служат альтернативой обычным антибиотикам.
Авторы работы отмечают, что существующие методы используют вещества с плохой растворимостью. В своей технологии они сконцентрировались на использовании липидов пищевого качества для создания соединения с повышенной растворимостью и антибактериальными свойствами.
Исследование показало, что готовые молекулы нацелены на несколько бактериальных клеток одновременно, не позволяя бактериям адаптироваться и становиться резистентными. В серии экспериментов исследователи показали эффективность нового метода лечения для борьбы с двумя наиболее распространенными и опасными типами внутрибольничных инфекций. При этом клетки кожи, участвующие в процессе заживления ран, показали повышенную жизнеспособность, а бактерии, устойчивые к антибиотикам, были полностью уничтожены, говорят ученые.
Золотой стафилококк (золотистый стафилококк) и синегнойная палочка — одни из самых смертоносных супербактерий в мире. По оценкам, свыше миллиона человек умирают от устойчивых к антибиотикам бактерий.
Источник: https://hightech.fm/

Российские физики вырастили органический кристалл, который излучает управляемый поток света. Исследование позволит создать источники света нового типа для дисплеев электронных устройств, сверхъярких источников света, а также органических лазеров, работающих напрямую от электричества, а не от другого лазера или мощной газоразрядной лампы. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Materials Chemistry Frontiers.
В современных электронных устройствах все чаще устанавливают дисплеи на основе органических светодиодов (OLED). Однако при производстве таких излучателей на каждый пиксель необходимо два элемента: собственно органический светодиод, излучающий свет, и кремниевый транзистор для управления током. Дополнительно на дисплей устанавливают пленку из материала-поляризатора, которая управляет потоком света и обеспечивает антибликовое свойство экрана. Это делает OLED-электронику дорогостоящей и сложной в производстве. Кроме того, пленка поляризатора поглощает значительное количество света, что снижает энергоэффективность устройства.
Более перспективными являются источники света на основе органических светотранзисторов (OLET), которые совмещают функции и излучения, и управления током в одном устройстве. При разработке светотранзисторов ученые столкнулись с проблемой запирания света в устройстве, из-за чего значительная его часть оставалась внутри кристалла, а края излучающей зоны сильно светились. К неэффективному расходованию устройством электроэнергии приводило то, что молекулы органических веществ, из которых ранее выращивали кристаллы для светотранзистора, выстраивались перпендикулярно его поверхности.
Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва), Института синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова РАН (Москва), Новосибирского института органической химии имени Н. Н. Ворожцова (Новосибирск) с коллегами из Гронингенского университета (Нидерланды) разработали новые светоизлучающие устройства на основе стержнеобразных молекул, образующих полупроводниковый кристалл. Органическое вещество в виде порошка ученые синтезировали в лаборатории, а затем развели в толуоле и осадили одиночные кристаллы.
Исследовав оптические свойства созданных светотранзисторов, ученые выяснили, что из образца в нужном направлении выходит больше излучаемого света. Результат был достигнут за счет архитектуры материала: молекулы располагались почти параллельно поверхности кристалла, под небольшим наклоном, благодаря чему он излучал поляризованный свет, направленный в сторону наблюдателя. При изготовлении электроники такой кристалл можно использовать в качестве единственного пикселя дисплея, он не требует отдельной установки транзисторов и поляризатора. Такой источник света также применим в устройствах блокировки света и антибликовых системах. Кроме того, светотранзистор эффективнее расходует электроэнергию при переводе ее в световое излучение, благодаря чему электронные устройства на его основе будут ярче и экономичнее аналогов.
«Это путь к прозрачным, легким, гибким (небьющимся) источникам света для различного применения. Производство органических электронных устройств потенциально дешевле обычных, а еще оно может быть „зеленым” и менее энергозатратным. Обычный дисплей – как сэндвич: электрод, потом транзистор, светодиод. Многослойная структура. А здесь устройство ориентировано в плоскости: электрод слева, электрод справа, а в центре излучающая область. Оно очень тонкое, около 10 нм, может быть полностью прозрачным и излучает поляризованный свет в нужном направлении. На следующем этапе мы планируем сделать эффективный органический 2D транзистор, который позволит создать дисплей нового поколения и органический лазер, питаемый электричеством, а также заняться вопросом стабильности светотранзисторов», – рассказывает Дмитрий Паращук, руководитель группы органической электроники, доктор физико-математических наук, профессор физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.
Источник:https://www.ras.ru/