Ученые из инженерной школы университета Тафтса создали активируемые светом композитные устройства. Они способны выполнять точные, видимые движения и создавать сложные трехмерные формы без необходимости использования проводов, других активирующих материалов или источников энергии. Конструкция сочетает в себе программируемые фотонные кристаллы с эластомерным композитом, который можно создавать в макро- и нано-масштабе, чтобы реагировать на свет.

Исследование открывает новые возможности для разработки интеллектуальных систем, которые будут работать, реагируя на свет. Например, высокоэффективные, самоустанавливающиеся солнечные элементы. Их особенность в том, что они автоматически следуют за направлением и углом света Солнца. Также перед инженерами открывается перспектива создать микрожидкостные клапаны со световым приводом или мягких роботов.

Подробности о создании «фотонного подсолнуха», лепестки которого изгибаются, реагируя на свет, отслеживая его путь и угол преломления описаны в статье для журнала Nature Communications.

Цвет возникает в результате поглощения и отражения света. Этот процесс состоит из серии сложных взаимодействий. Объекты поглощают свет определенных частот и отражают другие. Угол, под которым свет встречается с поверхностью, влияет на то, какие длины волн поглощаются, а также на тепло, выделяемое этой поглощенной энергией.

Фотонный материал, разработанный командой университета Тафтса, объединяет два слоя. Первый — опалоподобная пленка из фиброина шелка, легированная наночастицами золота (AuNP), образующих фотонные кристаллы. Вторая — подложка из полидиметилсилоксана (ПДМС), полимера на основе кремния.

Помимо замечательной гибкости, долговечности и оптических свойств, фиброин шелка необычен тем, что имеет отрицательный коэффициент теплового расширения (КТР). Это означает, что он сжимается при нагревании и расширяется при охлаждении. ПДМС, напротив, имеет высокий КТР и быстро расширяется при нагревании. В результате, когда новый материал подвергается воздействию света, один слой нагревается намного быстрее, чем другой. Таким образом материал изгибается, когда одна сторона расширяется, а другая сжимается или расширяется медленнее.

Большинство оптомеханических устройств, которые преобразуют свет в движение, требуют сложного и энергоемкого изготовления или настройки. Принимая это во внимание, ученые добились точного управления преобразованием световой энергии и генерации макродвижения этих материалов без необходимости использования электричества или проводов.
https://hightech.fm

В основе нового метода лежит эффект комбинационного рассеяния света. Если концепция ученых будет реализована на практике, она поможет расширить возможности лазерной микроскопии. Статья была опубликована по приглашению редакции нового научного журнала Advanced Photonics Research.

Исследователи работают со все более маленькими объектами. Им необходимо точно знать, например, как разрываются связи между молекулами белка при нагреве, или как ведут себя органеллы клетки при воздействии света. Для этого нужны точные и разнообразные оптические инструменты для визуализации процессов. Ведь иногда получать изображение необходимо прямо во время эксперимента.

Поэтому ученые постоянно ищут способы улучшить, удешевить или упростить технологию создания подходов для оптической микроскопии и спектроскопии. В том числе при помощи лазерной микроскопии и спектроскопии, где изображение получается за счет того, что объект облучается интенсивным электромагнитным излучением вблизи оптически резонансных наноструктур, а прибор детектирует то, как молекула реагирует на это излучение, переизлучая свет на новых частотах.

«Для этого мощный лазер светит на наноструктры из металлических или полупроводниковых частиц, ― рассказывает младший научный сотрудник Нового Физтеха
Университета ИТМО Георгий Зограф. ― В зазорах между ними возникает локализация электромагнитного поля, которое и усиливает излучение от исследуемого объекта, к примеру, молекулы белка или любого вещества с уникальным оптическим спектром. Есть методики спектроскопии и микроскопии ближнего электромагнитного поля при помощи металлических зондов, которую показали наши коллеги в 2015 году. Там зонд детектирует ближнее электромагнитное поле, находясь в нескольких десятках нанометров от наноструктур. Но такая “ближнепольная” методика довольно чувствительна к механическим вибрациям, а также довольно времязатратная, и поэтому годится не для всех практических применений».

Ученые Университета ИТМО предложили способ упростить метод оптической микроскопии и визуализации локальных электромагнитных полей за счет комбинационного рассеяния. Они взяли три кремниевых нанодиска и расположили их углом. За счет такого расположения облучаемых частиц электромагнитное поле между ними заметно усиливается. Поэтому лазерный источник может быть не столь сильным, а кроме того, отпадает необходимость держать его в непосредственной близости от кремниевых частиц (как, например, зонд в ближнепольной спектроскопии). При этом точность исследования не должна упасть.

«Своим подходом мы позволяем быстро и удаленно, используя лишь лазер и точное позиционирование, изучать оптический отклик системы при помощи комбинационного рассеяния света. Комбинационное рассеяние представляет собой переизлучение света веществом на длинах волн, соответствующих уникальному набору колебаний атомов (например, фононам в кристаллах). В итоге, рассеянный свет может либо приобрести энергию от этих колебаний, либо потерять энергию, равную энергии колебаний. В результате, спектральные особенности рассеянного света отличаются от спектра используемого лазера. По спектральным особенностям и усилению интенсивности этого комбинационного рассеяния можно судить о резонансных свойствах наноструктур или о химическом составе соединений, ведь у каждого материала свой уникальный спектр комбинационного рассеяния», ― объясняет Георгий Зограф.

У используемой наноструктуры есть также и другое преимущество. Меняя лишь только поляризацию падающего света, ученые могут последовательно возбуждать либо одну пару нанодисков, либо другую. За счет этого ученые могут селективно исследовать процессы, происходящие в разных точках образца с высоким пространственным разрешением. Что также открывает перспективы для более комплексного исследования химических и физических процессов на наноуровне.

«В моих экспериментах я использовал достаточно сильный объектив и платформу для наноскопического перемещения образцов, чтобы воспроизвести карту ближнего поля вокруг исследуемой наноструктуры. Удивительно, что полученная мною карта сигнала комбинационного рассеяния соответствовала нашим теоретическим расчетам даже лучше, чем стандартный “ближнепольный” метод оптической микроскопии. Я провел множество измерений от различных наноструктур и поляризаций, чтобы достичь полной уверенности, что наш новый метод достаточно эффективен и универсален для дальнейшего применения», ― добавляет Георгий Зограф.

Исследование ученых было опубликовано в новом журнале Advanced Photonics Research известного международного издательства John Wiley & Sons. Редакционная коллегия запускаемого издания специально пригласила петербургских ученых поучаствовать в одном из первых выпусков.

«Приглашение опубликоваться в первом выпуске столь перспективного научного журнала является признанием того, что исследования ученых в Университете ИТМО задают тон мировой науки. Действительно, каждый новый журнал хочет заработать себе безупречную репутацию за счет высококачественных статей от ведущих исследовательских центров. Редакция журнала представляет собой именитых ученых из стран-лидеров в области физики, которые тщательно отбирают каждую статью. Например, несмотря на приглашенный статус нашей работы, она подверглась нескольким кругам рецензирования от специалистов в данной области, что несомненно улучшило ее качество», ― объясняет главный научный сотрудник Университета ИТМО Сергей Макаров.

Также представитель Университета ИТМО и соавтор исследования Сергей Макаров стал членом консультационного совета (Advisory Board) при журнале. В дальнейшем в его функции будет входить помощь в рецензировании статей, отбор авторов для приглашения к публикации, участие в формировании тематик для спецвыпусков, а также расширение географии авторов и читателей журнала. Ключевой задачей редколлегии и членов консультационного совета журнала является его развитие до уровня наиболее авторитетных журналов в области фотоники.
https://news.itmo.ru/

Российские ученые разработали новую технологию маркировки товаров, например техники, лекарств и ювелирных украшений. Маркировка представляет собой невидимый рисунок, увидеть который можно только с использованием специального оборудования. Разработка поможет защитить бренды от подделок. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials. Ученые из Университета ИТМО и Алферовского университета предложили новые метки для продукции, созданные из полупроводниковых материалов с помощью лазера.

«На тончайшую “наклейку” из кремниевой нанопленки с помощью лазера добавляются ионы редкоземельного металла, эрбия, которые образуют уникальный рисунок. Для этого на пленке делают множество практически невидимых глазу отверстий, упорядоченных в квадратную решетку. Часть из них содержит ионы эрбия, а другая — нет. Под воздействием лазерного излучения “эрбиевые” отверстия меняют цвет — именно по ним можно правильно “прочитать” изображение», — рассказывает руководитель проекта, старший научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО Дмитрий Зуев.

Чтобы узнать параметры картинки, злоумышленниками придется проникнуть в систему поставок, ознакомиться с оборудованием и методами чтения. Кроме того, настраиваемые характеристики делают защиту еще надежней. Метка основана на фотолюминисценции ионов эрбия, которая характеризуется интенсивностью, длиной волны и временем излучения. Комбинация этих параметров позволяет добавлять уровни защиты. Поэтому человек, который получит изображение метки с помощью ИК-сенсора, может также считать информацию о параметрах фотолюминесценции, что обеспечит дополнительную защиту. Разработанная система устойчива к химическому и механическому воздействиям, также ее можно делать на гибкой подложке. Все это повышает потенциал внедрения разработанной технологии в реальный сектор экономики.
https://indicator.ru/

Оптические диски уже не используются настолько массово, как это было совсем недавно. Фактически технология постепенно уходит, повторяя судьбу дискет, компакт-кассет и т.п. Правда, новая разработка ученых и инженеров из Китая и Австралии сможет вернуть оптические диски из забвения, если станет востребованной.

Объединенная команда инженеров и ученых из Шанхайского политехнического университета и Мельбурнского технологического института смогла создать новую технологию записи, позволяющую увеличить емкость диска до 700 терабайт. Это гораздо больше, чем у любого другого носителя, включая жесткие диски и SSD.

Что это за технология?

Ученые при поддержке коллег из Национального университета Сингапура, смогли добиться размещения на диске обычного размера объема данных в 700 ТБ. Диаметр диска составляет 120 мм — это текущий стандарт для практически любых оптических дисков, включая CD, DVD и Blu-ray.

На данный момент самым емким является четырехслойный Blu-ray диск, на котором помещается 128 ГБ данных. Стандартный же однослойный Blu-ray диск позволяет записать на нем не более 25 ГБ информации. Получается, что один новый диск заменяет сразу 28 тысяч однослойных Blu-ray дисков.

Что касается жестких дисков и SSD, то самые емкие из них позволяют разместить несколько десятков терабайт данных. Но, насколько известно, претенденты на лидерство не добрались пока даже до отметки в 100 ТБ. А здесь — сразу 700 терабайт.

Как это работает?

Разработчики назвали свою технологию «технологией субдифракционной оптической записи». Одно из ее достоинств, кроме возможности записывать огромные массивы информации, — использование недорогих лазеров непрерывного действия. Особых препятствий в массовом выпуске приводов, поддерживающих новую технологию, нет.

Главный секрет здесь — в материале, на который производится запись. Это не металлическая тонкая фольга, а композитный материал. Всех секретов ученые не раскрывают, поскольку планируют коммерциализировать технологию. Но известно, что это нанокомпозит на основе специальных частиц с добавлением лантаноида с «хлопьями» оксида графена.

Еще одна особенность — те самые лазеры постоянного действия. Во всех остальных случаях используются лазеры импульсного типа.

Разработанная учеными технология может быть использована в массовом производстве оптических носителей. Правда, авторы разработки пока не рассказали ни о хотя бы примерном порядке цен, ни о том, сколько средств и прочих ресурсов нужно для запуска производства.
Ближайшие конкуренты

Самые достойные альтернативы базируются на использовании магнитных лент. Например, компания IBM выпускает магнитные ленты стандарта IBM LTO Ultrium 8. Емкость картриджей с таким носителем составляет от 12 ТБ несжатых данных до 30 ТБ сжатых данных.

Недавно мы также писали, что японские ученые из Токийского университета создали новое химическое соединение, которое позволяет в разы увеличить емкость магнитных носителей — например, магнитных лент. По словам исследователей, новый материал позволяет создавать ленточные носители, способные хранить десятки и даже сотни терабайт.

Новые накопители на основе этого материала позволяют увеличить плотность записи информации, а также улучшить надежность хранения данных по сравнению с традиционными ленточными накопителями, жесткими дисками или SSD. Кроме того, энергозатраты на запись и считывание данных ниже, чем у других носителей, а сами системы будут стоить меньше. Для записи данных используются «фокусированные миллиметровые волны» (focused‐millimeter‐wave‐assisted magnetic recording, F‐MIMR) в диапазоне частот от 30 до 300 ГГц.

Но пока это лишь научный проект, о сроках коммерциализации которого ничего не известно.

Из более-менее перспективных разработок можно упомянуть совместный проект Fujifilm и IBM, которым удалось повысить емкость ленточных накопителей вплоть до 580 ТБ. В продаже, впрочем, их пока нет.
На рынке SSD и жестких дисков конкурентов у таких носителей и вовсе нет. Что касается жестких дисков, то максимальная емкость самых совершенных HDD не превышает 30 ТБ (из тех, что доступны на рынке). В случае SSD речь идет уже о 100 ТБ. Правда, стоимость такого накопителя составляет $40 тыс., что много даже по меркам небедных компаний. Есть и модель на 50 ТБ, но и она стоит немало — $12,5 тыс.

Что касается оптических дисков, то последняя попытка разработать что-то более-менее стоящее была предпринята в 2013 году. Тогда компании Sony и Panasonic объединили усилия в работе над проектом по созданию оптического диска емкостью в 300 ГБ (что всего в 2 с лишним раза больше, чем у четырехслойного Blu-Ray).

Этот накопитель разрабатывался для архивирования большого объема данных, то есть для корпоративного, а не пользовательского сегмента. Компании даже добились создания нового стандарта — Archival Disc. Диски начали выпускать небольшими партиями в 2016 году, но распространенными или востребованными они так и не стали.

Еще есть всякие экзотические разработки вроде «хрустальных дисков» или записи информации в нитях ДНК. Но в силу вполне понятных причин — сложность разработки накопителей, записывающих и считывающих устройств, эти проекты так и остались «на бумаге».
https://www.nanonewsnet.ru/

Физикам удалось передать секретный квантовый ключ на расстояние 511 километров в реальных условиях. Они смогли реализовать квантовую линию передачи данных не в лабораторных условиях, а в реальных между двумя городами. Препринт работы опубликован на arXiv.org.

Одно их направлений квантовых технологий, которое быстрее всего нашло применение — квантовая криптография — пока все еще далеко от массового распространения из-за разных технических сложностей. Про первую в России банковскую линию связи и о том, как устроены криптографические системы, мы писали в материале «Выдергиваете и сжигаете». На тот момент (2016 год) ученым из Российского квантового центра удалось передать квантовый ключ на расстояние 25 километров, что неплохо для внутригородской среды, но недостаточно для междугородней. Физики искали разные пути решения для того, чтобы увеличить это расстояние до сотен километров — занимались разработкой повторителей для существующих протоколов и придумывал новые.

Одним из многообещающих протоколов квантового распределения ключа оказался протокол полей-близнецов TF (Twin Field). В отличие от стандартного протокола, к примеру, BB84, в котором Алиса напрямую отправляет Бобу фотоны, протокол TF включает в себя узел Чарли, который находится между Алисой и Бобом. Получается, что Алиса и Боб передают по слабому когерентному импульсу Чарли, который сравнивает их и объявляет, совпали ли полученные биты или нет. Важно, что у Чарли нет информации о пришедших к нему битах, он может только сравнивать их и объявлять совпали они в данный момент или нет, поэтому Чарли оказывается недоверенным узлом. Такой подход позволяет превысить известный предел скорости генерации ключей без повторителей. Тем не менее он использует два источника, стабилизировать фазы которых, как и сотен километров волокна между ними, оказывается непросто.

Группе физиков из Научно-технического университета Китая под руководством Цзянь-Вэй Паня (Jian-Wei Pan) удалось реализовать протокол полей-близнецов в реальных условиях — они передали квантовый ключ между двумя городами. При этом скорость генерации ключей в их эксперименте превысила теоретический предел для линии без повторителей. Алиса находилась в городе Циндао, а Боб — на расстоянии 511 километров в Цзинане. Между ними располагался Чарли, к которому были проведены кабели из 12 оптоволокон (они использовали уже существующие кабели). Восемь из этих волокон продолжали использовать для классической связи, поэтому ученые не задействовали их в эксперименте. Оставшиеся нужны были для непосредственно передачи секретного ключа, синхронизации длин волн лазеров и синхронизации времени прихода импульсов.
Серьезный недостаток, порождающий технологическую сложность протокола TF — использование двух разных лазеров, сигналы от которых должны интерферировать. То есть они должны иметь одинаковые длины волн, поляризацию и приходить к Чарли в одно и то же время. Именно поэтому в общем кабеле для передачи ключа отдельное оптоволокно необходимо для синхронизации длин волн лазеров. Кроме того, ширина спектра лазеров Алисы и Боба должна составлять примерно 1 Гц. Добиться такой ширины спектральной линии помогают узкополосные резонаторы в схеме Паунда — Древера — Холла.

Решение всех перечисленный проблем еще не дает возможности реализовать протокол на большом расстоянии. Все они касались настройки источников, но и передать излучение в узком спектральном диапазоне через сотни километров волокна оказывается нелегко. Виной всему эффект Доплера: из-за колебаний температуры волокно как будто меняет свою длину, смещая спектр сигнала. Обычно такое смещение в волокне составляет несколько килогерц — огромная величина для герцового сигнала. Это еще не все. Температура меняется и плывет постоянно, поэтому скомпенсировать ее влияние может только быстрая обратная связь, которая возвращает частоту сигнала в его начальное положение. Понятно, что для таких измерений нужен интенсивный классический сигнал, а не ослабленные когерентные импульсы, которые используют для передачи ключа. Поэтому ученые чередовали передачу ключа и компенсацию смещения в волокне разными по интенсивности импульсами.

Для передачи квантового ключа авторы использовали фазовое кодирование: посылаемые Алисой и Бобом импульсы имели смещение фазы на (0,𝝅) или (𝝅/2, 3𝝅/2) и в зависимости от него по-разному интерферировали на светоделителе у Чарли. Если Алиса отправляла импульс с фазой 0 или 𝝅, а Боб — 𝝅/2 или 3𝝅/2 (в разных базисах), то оба детектора Чарли кликали случайно, в противном случае, с высокой вероятностью срабатывал только один из детекторов. После этого Алиса и Боб по классическому каналу объявляли в каких базисах они передавали сигнал, чтобы восстановить квантовый ключ.

Помимо демонстрации реальной схемы передачи квантового ключа, физики посвятили часть работы доказательству секретности протокола и показали, как сделать его устойчивым к возможным атакам. Как и в BB84 они использовали импульсы с рандомизированной фазой. То есть импульсы Алисы и Боба сначала приобретали случайную фазу, а потом сдвигались на значение из какого-то базиса. После измерения они откидывали все случаи, когда эти случайные фазы были слишком далеко друг от друга.

Несмотря на то, что величина скорости генерация ключа в работе составила 3,45 бит в секунду, она оказалась на порядок выше, чем предел скорости передачи ключа для квантового распределения ключа без повторителей (PLOB bound). Физикам удалось перевести TF протокол из разряда многообещающих в разряд реализуемых и открыть пути для его применения.

https://nplus1.ru

Первые масштабные испытания авиационного боевого лазера, предназначенного для истребителей 4-го поколения ВВС США, будут проведены в 2024 году. Об этом сообщает C4ISRNET.
По данным издания, исследовательская лаборатория ВВС США в течение ближайшего времени получит одну из ключевых систем авиационного лазера, две другие разработчики должны предоставить в июле этого года. Подробности испытаний не приводятся.

Работы в рамках программы Self-Protect High Energy Laser Demonstrator (SHiELD) стартовали после того, как командование ВВС США сочло недостаточными имеющиеся на сегодняшний день средства защиты самолетов и предложило к уже имеющимся в арсенале системам РЭБ и тепловым ловушкам разработать лазерные установки для уничтожения атакующих самолет ракет.

В разработке лазера участвуют американские компании Lockheed Martin, Northrop Grumman и Boeing. Lockheed Martin отвечает за разработку лазерного модуля, Northrop Grumman создает систему управления, а Boeing — контейнер, в который будет помещен боевой лазер.

Ранее в ВВС США сообщали, что лазерные установки, разрабатываемые в рамках проекта SHiELD должны получить F-15E, F-15C, F-15EX Eagle и F-16 Fighting Falcon ВВС США, а также, возможно, штурмовик A-10C Thunderbolt II. Самолеты пятого поколения F-22 и F-35 данной системой оборудоваться не будут, чтобы не навредить установленной на них Stealth-системе.
https://topwar.ru/

Исследователи, финансируемые армией США, продемонстрировали подход машинного обучения, который корректирует квантовую информацию в системах, состоящих из фотонов. Разработка улучшит перспективы развертывания технологий квантового зондирования и квантовых коммуникаций на поле боя.

Когда фотоны используются в качестве носителей квантовой информации для передачи данных, она часто искажается из-за флуктуаций окружающей среды. Они разрушают хрупкие квантовые состояния, необходимые для ее сохранения.

Исследователи из университета штата Луизиана (LSU) использовали машинное обучение для исправления искажения информации в квантовых системах, состоящих из фотонов. Опубликованная в Advanced Quantum Technologies работа продемонстрировала, что методы машинного обучения с использованием самообучающихся и саморазвивающихся функций искусственных нейронных сетей помогут исправить искаженную информацию. Новый результат превосходит традиционные протоколы, которые полагаются на обычную адаптивную оптику.

«Мы все еще находимся на довольно ранних стадиях понимания того, что методы машинного обучения могут сыграть роль в квантовой информатике, — объясняет женщина-доктор Сара Гэмбл, руководитель программы в Исследовательском офисе армии США (Армейская исследовательская лаборатория). — Результат команды — захватывающий шаг вперед в развитии этого понимания».

Для этого исследования команда использовала тип нейронной сети для коррекции искаженных пространственных мод света на однофотонном уровне.

«Случайное фазовое искажение — одна из самых больших проблем при использовании пространственных режимов света в широком спектре квантовых технологий, таких как квантовая связь, квантовая криптография и квантовое зондирование, — подчеркнул Нараян Бхусал, докторант LSU. — Наш метод чрезвычайно эффективен и экономичен по времени по сравнению с традиционными методами. Это захватывающее событие для будущего квантовых технологий в свободном пространстве».
Исследователи, финансируемые армией, демонстрируют подход машинного обучения, который исправляет квантовое искажение информации в системах, состоящих из фотонов, улучшая перспективы развертывания технологий квантового зондирования и квантовых коммуникаций на поле боя.
https://nangs.org/news/it/mashinnoe-obuchenie-pomoglo-ispravity-iskazhennuyu-informatsiyu-v-kvantovyh-sistemah
По словам исследовательской группы, эта умная квантовая технология демонстрирует возможность кодирования нескольких бит информации в одном фотоне в реалистичных протоколах связи, подверженных атмосферной турбулентности.

«Наша техника имеет огромное значение для оптической связи и квантовой криптографии — заключает Омар Маганья Лоайса, доцент физики LSU. — В настоящее время мы изучаем способы реализации нашей схемы машинного обучения в рамках инициативы Louisiana Optical Network Initiative, чтобы сделать ее более интеллектуальной, безопасной и квантовой».

https://nangs.org/

Физики из Германии обнаружили ранее неизвестный фазовый переход в оптическом конденсате Бозе — Эйнштейна и новое состояние квантов света — сверхдемпфированную фазу.

Новое исследование базируется на открытии в 2010 году нового источника света — одиночного суперфотона, состоящего из многих тысяч отдельных световых частиц. Конденсат Бозе — Эйнштейна — это экстремальное агрегатное состояние вещества, которое возникает только при температурах, близких к абсолютному нулю.

Авторы поясняют, что частицы в такой системе уже находятся в квантово-механическом состоянии и можно сказать, что неразличимы. Они ведут себя как одна гигантская частица.

В своем эксперименте ученые улавливали световые частицы в резонаторе, состоящем из двух изогнутых зеркал. В ходе наблюдений они обнаружили фазовый переход в системе захваченных легких частиц между фазой колебаний и фазой затухания.

Наблюдаемая нами сверхзатухающая фаза соответствует новому состоянию светового поля.
Фахри Эмре Озтюрк, первый автор статьи и аспирант Института прикладной физики

Результаты, по мнению авторов, могут в будущем иметь важное значение для реализации защищенной квантовой связи, а также для поиска новых состояний светового поля.
https://hightech.fm/

Ученые Томского политехнического университета вместе с российскими коллегами и исследователями из Датского технического университета впервые экспериментально подтвердили существование двумерного искривленного пучка квазичастиц плазмонов — плазмонного крючка. «Плоский», двумерный вариант крючка меньше трехмерного и обладает новыми свойствами, благодаря чему исследователи рассматривают его как наиболее перспективный передатчик сигналов в высокоскоростных оптических микросхемах. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Applied Physics Letters (IF: 3,597; Q1).

В существующих вычислительных устройствах информацию передают электроны. Ученые считают, что если заменить их на фотоны — кванты света, то передавать данные можно будет буквально со скоростью света. Чтобы микросхемы и целые компьютеры, работающие на оптическом принципе, стали привычными устройствами и вышли в массовое производство, необходимо найти способ «сжать» свет до наномасштаба.

«Мы ищем новые виды искривленных волновых пучков, которые могут решить эту задачу. Ранее мы смоделировали и экспериментально доказали существование фотонного, акустического крючка, а теперь и плазмонного. На сегодняшний день это самый перспективный кандидат для передачи сигнала. Длина волны плазмонов меньше, чем в свободном пространстве у трехмерного варианта, а область локализации излучения находится в нанодиапазоне. Это критичный показатель для миниатюризации», — говорит руководитель работы, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Авторы статьи получили «плоский» плазмонный крючок с помощью простого и дешевого фокусирующего элемента. Он представляет собой ассиметричную частицу из диэлектрика размером 4-5 микрометров и толщиной около 0,25 микрометра. По словам ученых, форма частицы может быть разной, в данном случае это был микрокубик с пристыкованной призмой. Эту частицу исследователи разместили на золотую пленку толщиной 0,1 микрометра, на обратной стороне которой была нанесена дифракционная решетка.

Во время экспериментов на решетку направляли луч лазера. Под действием света очень близко от поверхности решетки происходило возмущение плазмонов, то есть свет преобразовывался в плазмонные волны. Эти волны, проходя через ассиметричную частицу диэлектрика, фокусировались в искривленный двумерный луч.

«Двумерный вариант луча мы получили именно за счет специальной формы диэлектрической частицы, — поясняет ученый. — Один из механизмов субволновой структурированной фокусировки основан на явлении плазмонной наноструи, которое нам удалось впервые экспериментально зафиксировать ранее. Когда мы переходим от свободного, трехмерного пространства к плазмонам-поляритонам, то есть в двумерное пространство, проявляется квантовая природа материи. Это позволяет реализовать принципиально новые возможности для управления взаимодействием между материей и светом, например, для реализации методов биосенсинга, основанных на обнаружении в ближнем поле частиц микро- и наноразмеров, биомолекул. Конечно, пока рано говорить о практическом использовании результатов, это задача будущих исследований. Потому что пока любые изыскания и эксперименты по передаче сигналов на оптических принципах находятся в плоскости фундаментальной науки. Для создания, например, производительного оптического компьютера или даже эффективных микросхем ученым из разных областей предстоит преодолеть еще множество вызовов. На их преодоление может уйти 10-15 лет», — поясняет инициатор работы, профессор Томского политехнического университета Игорь Минин.

Исследование было частично поддержано грантом Российского фонда фундаментальных исследований и программой повышения конкурентоспособности ТПУ. В работе принимали участие специалисты Датского технического университета, Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН, Московского физико-технического института.
https://news.tpu.ru/

Физики продемонстрировали лазерное охлаждение атомов антиводорода, пойманных в магнитную ловушку. Уменьшение кинетической энергии атомов приводит к сужению спектральных контуров, что было продемонстрировано на примере 1S-2S перехода. Работа опубликована в Nature.

Лазерное охлаждение атомов и ионов играет важнейшую роль в современной атомной физике, поскольку это один из немногих способов, который позволяет понизить температуру газа ниже милликельвина. Наиболее популярный метод лазерного охлаждения — это допплеровское охлаждение. В его основе лежит идея о том, что при поглощении фотона атомом последний приобретает импульс. Если атом при этом летит навстречу фотону, то его кинетическая энергия уменьшится, что и обеспечивает уменьшение температуры всего газа. При этом, однако, поглощение будет эффективно, если энергия фотона немного меньше, чем энергия резонансного перехода в атоме.

Последние годы допплеровское охлаждение послужило мощным инструментом, который позволил изучать вырожденные газы, формировать кубиты, создавать атомные часы и проверять фундаментальные физические законы. Однако до сих пор не удавалось применить его к охлаждению антиматерии, и, в частности, к антиводороду, который состоит из антипротона и позитрона. Причина этого в том, что и без того сложную оптическую систему нужно как-то совместить с инфраструктурой, обеспечивающей производство и удержание антивещества. Другой проблемой становится очень малое количество производимых антиатомов по сравнению с обычными атомами, что в конечном итоге сказывается на уровне сигнала. Наконец, в случае антиводорода охлаждение нужно производить с помощью излучения с длиной волны 121,6 нанометров (линия Лайман-альфа), которая лежит в области вакуумного ультрафиолета и сильно поглощается воздухом и оптическими элементами.
В новой работе физики из восьми стран при участи Джеффри Хангста (Jeffrey Hangst) в рамках коллаборации ALPHA смогли преодолеть эти трудности и продемонстрировать допплеровское охлаждение атомов антиводорода. Сами антиатомы создавались в ловушке Пеннинга смешиванием 105 антипротонов с примерно 3×106 позитронов. За один четырехминутный цикл это позволяло создать несколько десятков атомов антиводорода. Процесс повторялся несколько часов, в течение которых в ловушке собиралось около тысячи антиатомов. После приведения ансамбля антиатомов в дважды спин-поляризованное состояние (по антипротону и позитрону), к газу подводилось излучение линии Лайман-альфа, отстроенное несколько ниже (охлаждение) либо выше (нагрев) одного их резонансов в 1S-2P переходе. Свойства получавшегося газа определялись спектроскопически, а также по аннигиляции антиатомов.

По результатам измерений и сравнения их с численной симуляцией физики сделали вывод о том, что кинетическая энергия антиатомов действительно уменьшается. При этом изменения касаются не только ее продольной компоненты (то есть той, которая определяется проекцией скорости атома на направление движения фотона), но и поперечных компонент, хоть и в меньшей степени. Этого удалось достичь путем подбора формы магнитного поля ловушки, формирующего ангармонический потенциал для антивещества. Авторы отмечают, что распределение атомов антиводорода в этом случае оказывается неравновесным, однако если усреднить кинетическую энергию по всем направлениям, то равновесный газ с такой энергией имел бы температуру 50 милликельвин для самого эффективного протокола эксперимента.

Чтобы явно продемонстрировать факт охлаждения антиатомов, авторы измерили у них спектр 1S-2S перехода в охлажденном и неохлажденном состояниях. Для этого в камеру с образцом заводились два встречных лазерных пучка с длинной волны 243,1 нанометров, после чего измерялись характеристики аннигиляции. Физики обнаружили сужение спектральной линии, которое не только доказывает сам факт охлаждения, но и подтверждает обмен между продольной и поперечной компонентами кинетической энергии.
Авторы ожидают, что полученные результаты могут быть улучшены, если увеличить частоту подачи и мощность лазерного импульса, а также менять со временем частоту лазера и конфигурацию магнитного поля. Развитая ими техника позволит подробнее изучить тонкие фундаментальные эффекты в атомах антиводорода, такие, как тонкая структура или лэмбовский сдвиг, а также дать новый толчок к поискам нарушения CPT-симметрии.

Марат Хамадеев
C. J. Baker et al. / Nature, 2021
Источник - https://nplus1.ru/

В Сыктывкарском политехническом техникуме открылись пять современных мастерских по стандартам «WorldSkills» для подготовки сварщиков и инженеров. Теперь студенты смогут обучаться на новом оборудовании и развиваться навыки для успешного трудоустройства в будущем. Мастерские планируют также использовать для профориентации школьников и повышения квалификации действующих специалистов.

В рамках нацпроекта «Образование» в Коми уже открыто 20 мастерских по стандартам «WorldSkills» в четырех образовательных учреждениях. Учебные классы Сыктывкарского политехнического техникума пополнили это число еще пятью. Все они работают по одной группе компетенций – «Промышленные и инженерные технологии».
Техникум подал заявку на федеральный грант и получил финансирование в 47,6 млн рублей. Также были выделены деньги из бюджета Коми – 4,760 млн рублей, и из внебюджетных источников техникума – 1,2 млн рублей. На эти средства в старых помещениях провели ремонт, закупили более 700 единиц техники для подготовки студентов.
Так в «Аддитивном производстве» создали 12 рабочих мест – это компьютерная станция и 3D-сканер.
– Аддитивное производство – это новое направление для республики. Подразумевает оно «выращивание» на 3D-принтере готовых моделей, которые получаются в результате моделирования при реверсивном инжиниринге. Это создание копии объекта, детали, механизма, станка, органа, позволяющее ускорить производственный процесс. Создается не только сама модель и ее копия, можно вносить изменения, подготавливается техническая документация для производства, – рассказала заведующая мастерской Ирина Мижгородская.
Приобретенные тут навыки сейчас актуальны в медицине для создания моделей, помогающих корректировать предоперационный процесс. Например, формируется макет мозга, который изучается врачами перед хирургическим вмешательством.
В мастерской «Интернет вещей» осваиваются технологии удаленного управления. Навыки помогают координировать работу, например, техники для сортировки грузов на складе или управления «умным домом».
В «Лазерных технологиях» обучаются гравировке, резке и маркировке. В «Электронике» – выполнять монтаж электронных устройств. «Сварочные технологии» говорят сами за себя: тут созданы защищенные кабинки для работы со сваркой разных металлов.

Глава Коми Владимир Уйба в ходе экскурсии по лабораториям отметил, что должна быть преемственность – в мастерские должны приходить школьники:

– Они должны видеть, какой сегодня уровень подготовки будущего профессионала. Что это не кувалда, не ножовка ручная. Что это суперсовременные технологии, высокоточные, компьютеризованные, оцифрованные. Это очень важно, потому что зачастую ребенок 7 класса не понимает, что сегодня выбрать рабочую профессию и ее получить, – это цивилизованно, модно.

Директор техникума Лариса Волощук подчеркнула, что использовать мастерские будут не только студенты ее учреждения, но и других средних профессиональных учреждений. Также здесь организуют повышение квалификации педагогов и специалистов предприятий-партнеров, обучение граждан и получение первой профессии среди школьников.
Министр образования, науки и молодежной политики Коми Наталья Якимова назвала открытие мастерских – колоссальным трудов коллектива и удивительной возможностью для студентов. В 2020 году пока не планируется создавать другие подобные объекты, а для формирования плана на 2021 год нужно дождаться результатов федерального грантового конкурса.
https://ritm-magazine.ru

Страница 1 из 10

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск