Еще в 2018 году половина Нобелевской премии была присуждена Артуру Ашкину, физику, который разработал оптический пинцет, использующий сильно сфокусированный лазерный луч для изоляции и перемещения объектов микронного размера

Теперь Юстус Ндукайфе, доцент кафедры электротехники в Университете Вандербильта, разработал первый в мире опто-термо-электрогидродинамический пинцет, оптический нанопинцет, который может захватывать объекты и манипулировать ими в еще меньшем масштабе. Статья «Захват и манипулирование объектами и биомолекулами размером менее 10 нм с помощью опто-термо-электрогидродинамического пинцета» была опубликована в журнале Nature Nanotechnology 31 августа.
Оптические пинцеты микронного размера представляют собой значительный прогресс в биологических исследованиях, но имеют ограниченный размер объектов, с которыми они могут работать. Это связано с тем, что лазерный луч, который действует как клещи оптического пинцета, может фокусировать лазерный свет только на определенный диаметр (примерно половину длины волны лазера). Метод, который Ндукайфе разработал с помощью OTET, оставляет несколько микрон между лазерным лучом и молекулой, которую он улавливает.
Ранее ГЛАС писал о том, что в Бразилии ученые сообщили о том, что им удалось завершить секвенирование генома уникальной местной пчелы, которая, в отличие от других видов этого насекомого, не имеет жала.
https://glas.ru

На начальном этапе эксплуатации мобильных лабораторий планируется оцифровать до 8 тыс. км российских автодорог федерального значения
Первая в России универсальная мобильная лаборатория для построения цифровой модели автомобильных дорог готова к работе, еще две поступят до начала 2021 года. Об этом порталу "Будущее России. Национальные проекты", оператором которого является ТАСС, рассказали в "Росдорнии".

"В августе 2020 года начались работы по запуску в эксплуатацию первой универсальной мобильной лаборатории, предназначенной для построения цифровой модели автомобильных дорог (ЦМД), - отметили в "Росдорнии". - К началу 2021 года в эксплуатацию будут введены еще две мобильных лабораторных комплекса".

Новая дорожная лаборатория на базе автофургона оборудована: мобильной лазерной системой, позволяющей сканировать и рельеф и окружение на скоростях транспортного потока; георадарной системой, позволяющей "смотреть" вглубь дорожного полотна; геодезическим оборудованием; оборудованием для оценки продольной ровности и дефектов покрытия дорог; фото-видео камерами.

Полученные лабораторией цифровые данные передаются в информационную систему контроля за формированием и использованием средств дорожных фондов (СКДФ). На их основе формируется цифровая модель участка дороги, которая позволяет эффективно оценивать его состояние и эксплуатационные параметры.

Работы по созданию цифровой модели дорог ведутся в рамках национального проекта "Безопасные и качественные автодороги". На начальном этапе эксплуатации мобильных лабораторий планируется оцифровать до 8 тыс. км российских автодорог федерального значения, а с 2023 года планируется приступить к созданию цифровой модели автомобильных дорог регионального или межмуниципального значения.

https://futurerussia.gov.ru

Исследователи из Токийского университета сельского хозяйства и технологий (Япония) впервые создали трехмерное голографическое изображение с помощью наноматериалов. Подобные проекции долгое время существовали только в научной фантастике.
Исследование опубликовано в журнале Optics Express, а коротко о нем рассказывает Phys.org. Авторы работы считают, что эра голографического кино уже не за горами. Им удалось создать небольшой ролик, который можно сравнить с голографической проекцией из фильма "Звездные войны". Напомним, специально для принцессы Леи его показал робот R2D2.

До сих пор такие проекции существовали только в научной фантастике. Те голограммы, которые удавалось создавать раньше, не были голографическими проекциями в прямом смысле. Они представляют собой обновленную версию очень старого театрального трюка, обманывающего человеческий глаз с помощью зеркал и света. Раскрыть эту иллюзию можно, слегка сместившись в сторону.

В данном же случае исследователи создали проекцию, которая выглядит одинаково, с какой бы стороны на нее не смотрели. Кстати, свою концепцию японские ученые позаимствовали еще у первых кинематографических проекторов XIX века.

Они использовали так называемую метаповерхность - пленочный материал толщиной всего в несколько нанометров. Его микроструктура была искусственно создана таким образом, чтобы обеспечить необходимые характеристики, например, "умное управление светом". Подобные характеристики не встречаются в материалах природного происхождения.

Метаповерхность состоит из очень крошечных и повторяющихся узоров, форма и особое расположение которых, а не их химический состав, как в случае с обычными материалами, позволяет преломлять свет. Всего исследователи "напечатали" массив из 48 прямоугольных рамок метаповерхности.
Эти своего рода кадры были изготовлены в основном из золота. Они способны преломлять лазерный свет так, чтобы получалось настоящее голографическое трехмерное изображение, появляющееся в воздухе. Эксперимент подтвердил, что оно одинаково видно из любого угла комнаты.

Каждый из кадров метаповерхности немного отличается. Фактически ученые "напечатали" 48 изображений вращающейся Земли. Голографический фильм воспроизводился со скоростью 30 кадров в секунду - такая же частота кадров используется в большинстве прямых телетрансляций.

"Мы использовали гелий-неоновый лазер в качестве источника света, который создает красноватое голографическое изображение, - сказал инженер Кентаро Ивами, один из разработчиков системы. - Следующая цель состоит в том, чтобы разработать механизм получения полноцветного изображения".

Исследователи рассказали и о других трудностях. Прежде всего, электронно-лучевому литографическому принтеру потребовалось шесть с половиной часов, чтобы нарисовать 48 кадров. При этом сам фильм оказался чрезвычайно коротким. Инженеры подсчитали, что на создание шестиминутного голографического фильма уйдет чуть более 800 часов.
https://rg.ru/

Американские физики выяснили, что комфортабельные маски с клапаном или защитные экраны для лица никак не мешают распространению коронавируса нового типа, в отличие от обычных респираторов или хирургических масок. Результаты этого исследования опубликовал научный журнал Physics of Fluids.
"Наш эксперимент показал, что защитные экраны изначально мешают выдыхаемому потоку капель и аэрозолей двигаться вперед. Однако оказалось, что они могут двигаться вдоль границ визора без каких-либо препятствий. Со временем они распространяются по окружающей среде, хотя и не в таком концентрированном виде, как изначально", – рассказал один из авторов исследования, профессор Флоридского Атлантического университета (США) Манхар Дханак.

В начале эпидемии коронавирусной инфекции многие эпидемиологи скептически относились к тому, что обычные хирургические маски могут помешать вирусу распространяться. Изначально медики считали, что SARS-CoV-2 передается преимущественно аэрозольным путем. При этом частицы свободно проникают через поры в простых масках, степень защиты которых – FFP3 и выше.

Позже ученые выяснили, что даже простые хирургические маски могут значительно замедлять распространение SARS-CoV-2 и многих других возбудителей ОРВИ. Это стало одной из причин, из-за которых эксперты ВОЗ и здравоохранительные ведомства США начали рекомендовать использовать респираторы и даже шить самодельные маски. Они оказались относительно эффективны, если сшиты из двух разных типов тканей.
Небезопасное удобство

"В последнее время люди все чаще заменяют обычные маски защитными экранами из пластика или респираторами с клапаном благодаря их удобству. С другой стороны, экраны неплотно прилегают к лицу, а клапаны мешают нефильтрованному воздуху попадать внутрь, но не мешают ему попадать из маски в окружающую среду", – добавил еще один автор исследования, коллега Дханака по университету Сиддхартха Верма.

Ученые решили проверить, как разные защитные экраны и респираторы с клапанами со степенью защиты N95 взаимодействуют с мельчайшими микрокаплями влаги и частицами аэрозолей. Для этих экспериментов физики создали специальную установку на основе лазеров, генераторов капель и аэрозолей, которые имитируют дыхание человека и при этом подсвечивают частицы жидкостей во время их движения через воздух. С помощью этого прибора ученые проследили за тем, будут ли щиты и маски защищать окружающих от кашля носителя коронавируса.

Эти опыты показали, что экраны для лица и маски с клапанами нельзя использовать для защиты окружающих от коронавируса и других респираторных инфекций. В первом случае они мешают лишь движению капель вперед и не защищают самого владельца экрана от возможного контакта с частицами аэрозолей из окружающего его воздуха, а во втором – практически не фильтруют выдыхаемый воздух, большая часть которого выходит наружу через клапан.

В этом отношении они уступали не только высококачественным респираторам с высоким уровнем защиты, но и обычным хирургическим маскам и самодельным защитным приспособлениям. Поэтому ученые предлагают регулирующим органам задуматься о введении мер, которые будут стимулировать население использовать правильные типы масок. Благодаря этому можно избежать дальнейшего распространения вируса и продления пандемии на неопределенный срок.

https://nauka.tass.ru/

Группа исследователей из университета Центральной Флориды разработала новый метод, позволяющий получить импульсы света, длительность которых исчисляется аттосекундами, используя на входе свет, вырабатываемый обычным лазером промышленного назначения. Данное достижение открывает возможность производить фиксацию событий и делать измерения с аттосекундной точностью, что, в свою очередь, позволит ученым из самых разных областей науки изучать сверхбыстрые явления и процессы, такие, как движение электронов в атомах или молекулах в их естественных временных рамках.

"Одной из проблем областей науки, работающих с аттосекундными промежутками времени, заключается в том, что лишь несколько, около десятка лазеров во всем мире способны вырабатывать импульсы такой длительности" - рассказывает Майкл Чини (Michael Chini), один из исследователей, - "В основном это огромные дорогостоящие установки, возможностями которых могут пользоваться исследователи лишь из очень узкого круга лиц, имеющего доступ ко всему этому. Целью нашей работы является создание технологии, которая сделает использование аттосекундных импульсов более широкодоступным за счет использование самых обычных лазеров, стоимость которых не превышает 100 тысяч долларов".

Производство чрезвычайно коротких импульсов света, длительность которых сопоставима с длительностью одного колебания электромагнитной волны этого света, делается обычно при помощи импульсов света, вырабатываемых высококачественным лазером, которые пропускаются сквозь трубы, заполненные благородными газами, такими, как ксенон и аргон. За счет этого и без того уже достаточно короткие импульсы, насчитывающие около сотни циклов колебаний электромагнитной волны, сжимаются во времени.

В предложенный учеными из Флориды новый метод практически не отличается от описанного выше за исключением того, что трубы, через которые проходят импульсы света, заполняются не благородными (инертными) газами, а молекулярными газами, такими, как окись азота, имеющими линейные оптические свойства. Полученный учеными эффект сокращения длительности импульса возникает за счет того, что молекулы газа, имеющие собственную электрическую поляризацию, под воздействием электрического поля импульса света успевают выровняться и превращаются в своего рода линейный резонатор.

При помощи первой экспериментальной установки ученым удалось добиться сокращения длительности исходного импульса, которая варьировалась в диапазоне от 100 до 1000 циклов, до длительности в 1.6 длительности цикла электромагнитной волны. В этом методе ключевыми моментами являются выбор молекулярного газа-наполнителя, частота и длительность исходных импульсов света. При правильно подобранных параметрах, в которых обязательно учитывается инерционность молекул газа, новый метод сможет обеспечить сокращение длительности импульса до времени одного колебания электромагнитной волны исходного импульса света.
https://www.dailytechinfo.org/

Американские инженеры и физики создали новый тип нанодвигателей и использовали их для создания своеобразной "армии" из миллиона микророботов. Их движением можно управлять с помощью лазера, пишут разработчики в научном журнале Nature.

"Мы не можем уменьшить себя до микроскопических размеров; возможность управлять небольшим роботом наиболее близкий возможный аналог этого. Я думаю, что с помощью подобных машин мы сможем путешествовать в те удивительные уголки микромира, которые не в состоянии увидеть самостоятельно", – рассказал один из разработчиков микророботов, доцент Пенсильванского университета (США) Марк Мискин.

За последние десять лет ученые создали десятки различных молекулярных машин из коротких цепочек ДНК и других сложных молекул. Среди них – щипцы, системы доставки лекарств в определенные клетки и даже примитивные компьютеры и роботы-"трансформеры". Разработка более совершенных "механизмов" такого рода продвигается крайне медленно из-за того, что сборка больших наноструктур становится все сложнее, а менять их устройство и управлять их работой оказывается все сложнее и сложнее.

По словам Мискина, многие из этих проблем связаны с тем, что традиционные моторы невозможно уменьшить до наноразмеров и встроить их в конструкции, которые по размерам сопоставимы с клетками человека или одиночными микробами. Американские инженеры и физики решили эту проблему, создав новый тип двигателей для микророботов.
Такие двигатели по форме похожи на ноги насекомых. Они сложены из нескольких тонких пластинок из платины, титана, кремния и полимеров. Движущую силу они создают благодаря тому, что часть пластинок меняет свою форму, если через них пропустить электрический ток.
При попадании в воду или другой тип электролита этот эффект усиливается. Дело в том, что присутствующие в них ионы начинают "налипать" на поверхность "ног" двигателя и утяжелять их при пропускании напряжения, благодаря чему те сгибаются быстрее. Благодаря этому КПД роботов и их управляемость при попадании в вязкие и густые жидкости резко увеличиваются.

Опираясь на эти идеи, ученые "напечатали" около миллиона миниатюрных роботов разных размеров, используя те же технологии, которые сейчас применяются при изготовлении кремниевых микрочипов и солнечных батарей. Попутно ученые встроили в них фотодатчики, с помощью которых их движением можно управлять вспышками света.
Таким же образом этих роботов можно оснастить автономными источниками питания и управляющей микроэлектроникой, благодаря которой они могут самостоятельно принимать решения. В них можно встроить и наборы различных датчиков, которые нужны для наблюдений за окружающей средой или здоровьем людей. Стоимость производства таких наномашин, как ожидают исследователи, будет очень низкой, не больше цента на одну копию робота.

Мискин и его коллеги надеются, что в ближайшее время смогут создать полностью автономных медицинских или научных нанороботов, которые могли бы решать самые разные задачи при попадании внутрь организма человека, отдельных его клеток или окружающей среды, не нанося вреда природе и не вызывая дискомфорта у их владельцев.
https://nauka.tass.ru/

Ученые придумали, как использовать лазеры для изучения структуры сверхтяжелых атомов. Благодаря этому исследователи смогут впервые детально изучить электронные оболочки элементов таблицы Менделеева с номером выше 103. Результаты исследования опубликовал научный журнал Physical Review Letters, кратко об этом пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий.

"Измерение спектральных линий сверхтяжелых элементов имеет фундаментальное значение для космологии, астрофизики и развития теории атомной структуры. Можно сказать, что наш метод открывает широкие возможности в разных областях атомной и ядерной физики", – рассказал один из авторов исследования, профессор Сколтеха Алексей Бучаченко.

В таблице Менделеева есть как стабильные элементы, которые не могут самостоятельно распадаться, так и короткоживущие, существование которых измеряется долями наносекунды. Среди них как очень тяжелые элементы, такие как плутоний, так и относительно легкие вещества, такие как технеций.

Как правило, чем тяжелее элемент, тем быстрее распадаются его изотопы и тем сложнее его получать искусственным путем. Обычно для этого используют ускорители частиц, которые бомбардируют мишени из различных тяжелых металлов. Поэтому для того, чтобы детально изучить их свойства и структуру их электронных оболочек, ученые идут на множество ухищрений.

Несмотря на все подобные усилия, как пишут профессор Бучаченко и его коллеги, внутренняя структура электронных оболочек и другие свойства атомов элементов с порядковым номером выше 102 оставались неизученными, по крайней мере с помощью классических методов спектроскопии из-за крайне малых сроков их существования и невозможности накопить большие их количества.
Секреты сверхтяжелых атомов

В новом исследовании физики решили эту проблему, изучая то, как меняется поведение ионов подобных веществ при облучении пучками лазерного излучения. Как правило, исследователи изучают спектр отдельных атомов, наблюдая за тем, как они повторно излучают частицы света, поглотив порцию лазерного излучения. Однако в случае со сверхтяжелыми элементами за то время, которое есть у физиков до распада атома, сделать это почти невозможно.

Профессор Бучаченко и его коллеги обошли эту проблему. Они обратили внимание на то, что возбужденные ионы тяжелых элементов взаимодействуют с окружающими их молекулами газа не так, как это делают нейтральные атомы этих веществ. Благодаря этому их можно отличить друг от друга и выяснять структуру электронных оболочек, наблюдая за тем, как быстро тяжелые атомы "дрейфуют" и падают на поверхность детектора.

С помощью этой методики, которую ученые назвали лазерной резонансной хроматографией, можно исследовать свойства атомов из ускорителей частиц, не тратя много времени на их подготовку, а также отличать их друг от друга и проводить множество других исследований, не доступных для классических разновидностей спектроскопии.

Ученые уже запланировали подобные опыты с лоуренсием, 103-м элементом таблицы Менделеева, подобрав такие параметры работы лазера, при которых ионы будут оставаться в возбужденном состоянии гарантированно дольше, чем обычно существуют атомы этого нестабильного элемента.

"Пока нам удалось надежно предсказать лазерную резонансную хроматографию ионов лоуренсия, последнего из неисследованных тяжелых элементов, и смоделировать оптимальные параметры для ее экспериментальной реализации. Надеюсь, что продолжение плодотворного сотрудничества с коллегами позволит нам исследовать хотя бы некоторые из них", – подытожил Бучаченко.
https://nauka.tass.ru

Физики теоретически проанализировали характеристики и возможности космических аппаратов, движение которых обеспечивает аэрографитовый солнечный парус. Оказалось, что такие аппараты способны совершать как полеты внутри Солнечной системы, так и межзвездные путешествия без дополнительной тяги, а также при метровых размерах и собственной массе около грамма переносить в десятки раз более массивную нагрузку. Тем не менее, создавать настолько крупные аэрографитовые структуры на практике пока не удавалось. Статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Солнечным парусом называют приспособление, которое приводит в движение космический аппарат за счет давления электромагнитного излучения (как правило, Солнца или лазером). При падении излучения на поверхность паруса отдельные фотоны передают ей свой импульс и, таким образом, подталкивают парус по направлению от источника света. При условии, что площадь паруса достаточно велика (чтобы захватить больше фотонов), а масса — достаточно мала (чтобы получать большую прибавку к скорости при данном приращении импульса), устройство может обеспечить перемещение космического аппарата в отсутствие дополнительной тяги (подробнее об устройстве и истории создания таких приспособлений можно узнать в материале «На всех парусах»).

Одно из основных ограничений для солнечного паруса — слабое давление солнечного света на дальних дистанциях от звезды. Эта величина уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния: если вблизи орбиты Меркурия давление составляет около 60 микропаскалей (то есть на каждый квадратный метр паруса будет действовать сила в 60 миллионных ньютона), то в области Земли оно уменьшается уже до девяти микропаскалей, а у границ Солнечной системы — становится еще в десятки миллиардов раз меньше. В результате далекие (в смысле расстояния до Солнца) полеты при помощи солнечного паруса становятся затруднительными: необходимо либо успевать разгонять аппарат на начальном этапе полета, пока он находится сравнительно недалеко от светила, либо использовать лазерные установки, которые бы заменяли ему солнечное излучение, либо прибегать к дополнительным источникам тяги — все это так или иначе представляет технические сложности.

Физики из Германии, Испании, США и Франции под руководством Рене Хеллера (René Heller) из Института исследования Солнечной системы Общества Макса Планка рассмотрели свой вид компактного космического аппарата на базе солнечного паруса и теоретически оценили его возможности в рамках предполагаемых миссий.

В качестве материала для приспособления ученые предложили использовать аэрографит — синтетическое вещество из трубчатых волокон углерода, которое обладает рекордно низкой плотностью: 0,18 килограмма на кубический метр — в 5,5 тысяч раз легче воды. Чтобы одновременно добиться достаточной для эффективного полета площади облучаемой Солнцем поверхности и малой массы аппарата, авторы выбрали для паруса полую сферическую форму. По словам исследователей, благодаря способности аэрографита восстанавливать форму после сжатия, на практике парус, вероятно, будет удобно доставлять в космос в сложенном виде и раскрывать.

Для оценки способностей аппарата путешествовать внутри Солнечной системы и выходить за ее пределы ученые численно моделировали его движение под действием излучения Солнца и гравитационного притяжения — в первую очередь, к самой звезде, а в сценариях, когда стартовая точка траектории располагалась вблизи нашей планеты, — еще и к Земле.

Кроме того, физики исследовали поведение паруса при участии добавочной нагрузки, например, компактного лазера для связи с Землей. Авторы сфокусировали внимание на диапазоне масс полезной нагрузки в единицы–десятки граммов: так полная масса аппарата не превышала верхний порог, начиная с которого гравитация пересиливает световое давление, а масса нагрузки — не выходила за нижние границы, типичные для современных приборов электроники.

В результате исследователи установили, что при толщине сферической оболочки менее 1 миллиметра парус принципиально способен совершать полеты внутри Солнечной системы и выходить в межзвездное пространство только за счет солнечного излучения (при запуске в межпланетной среде). При толщине в 0,5 миллиметра путешествие от орбиты Земли до орбиты Марса займет около 60 дней, до орбиты Плутона — примерно 4,3 года, а при толщине около микрометра и запуске на расстоянии 0,04 астрономических единиц от Солнца (планируется, что именно на такое расстояние к звезде приблизится солнечный зонд «Паркер») парус будет способен за 185 лет достичь Проксимы Центавра — ближайшего к Солнцу светила.

Аппараты толщиной в сто микрометров и радиусом в 1–5 метров позволят также транспортировать до межзвездной среды нагрузку до 5,7–55 граммов при собственной массе 0,23–2,2 грамма — то есть масса груза может в десятки раз превышать массу паруса, тогда как для межзвездных аппаратов на химическом топливе типичная полезная нагрузка составляет тысячные доли полной массы. С учетом таких характеристик аэрографитовые солнечные паруса можно считать перспективным приспособлением для будущих полетов внутри нашей звездной системы, и, в особенности, для изучения ее границ и ближайших окрестностей — например, поисков девятой планеты.

Вместе с тем физики отмечают, что на практике достаточно крупные аэрографитовые структуры еще не производились — авторы современных исследований ограничивались преимущественно размером в несколько сантиметров. Тем не менее, принципиально создание метровых аэрографитовых парусов представляется возможным. Кроме того, ученые предлагают для реального полета заменять крупные многометровые паруса набором из нескольких однометровых. Несмотря на то, что это снизит общее давление солнечного излучения (за счет уменьшения эффективной площади), таким образом можно упростить создание, доставку в космос и развертывания паруса, а также повысить надежность приспособления: если одна сфера из набора будет повреждена, остальные продолжат приводить аппарат в движение.

Открытым также остается вопрос о маневрировании и корректировке траектории аппарата с солнечным парусом — сам по себе полет сфер является неуправляемым, и для изменения маршрута необходимо будет использовать дополнительные приспособления.

В последнее время солнечные паруса показывают свою эффективность не только в теории, но и на практике. В мае мы рассказывали о том, как графеновый солнечный парус взлетел при помощи лазера, а в прошлом году — о том, как такое приспособление помогло аппарату LightSail–2 увеличить высоту своей орбиты.
https://nplus1.ru

Магнитные оксиды, это важный класс перспективных материалов спинтроники, потому что они не переносят электронный ток, а только магнитную информацию. Однако до последнего времени не было ясно, как перенос электронов через запрещённую зону связан со спином магнитного оксида.

Недавно, международная группа исследователей из немецких университетов Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) и Кайзерслаутерна и Университета Фрибура в Швейцарии впервые успешно наблюдала этот процесс и разработала для него новую теорию.

Используя сверхсовременный лазер с ультракороткими импульсами, исследователи смогли возбудить электрон, чтобы поднять его через запрещенную зону в оксиде никеля. Они также наблюдали, как информация затем передавалась в магнитную систему. Это позволило команде идентифицировать ранее неизвестный механизм сверхбыстрой связи, возникавшей в фемтосекундном масштабе.

«Сложные свойства многих тел, генерируемые путём возбуждения электрона лазером, позволили сделать это удивительное наблюдение, но также заставили нас долго и серьезно думать над тем, как его правильно интерпретировать», — добавил профессор Вольф Виддра (Wolf Widdra) из Института физики MLU.

По словам физика, результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, открывают путь к сверхбыстрой спинтронике. Они должно способствовать развитию новых скоростных систем хранения и информационных технологий будущего.
http://лазер.рф

Немецкие ученые добились стабильной работы лазерно-плазменного ускорителя электронов в течение более чем 27 часов. Непрерывная работа установки позволила сузить флуктуации параметров ускорения и набрать большую статистику, из которой исследователям удалось вычленить корреляцию между параметрами лазера и колебаниями максимальной энергии электронов. В результате физики научились моделировать колебания конечной энергии частиц с точностью до десятых процента. В будущем такой метод может помочь реализовать активную стабилизацию пучка электронов прямо в процессе ускорения, которая необходима для применения лазерно-плазменных ускорителей в прикладных и научных целях. Статья опубликована в журнале Physical Review X.
В современных ускорителях заряженные частицы приобретают энергию в радиочастотных резонаторах, которые прошли длинный путь от простейших установок до сверхпроводящих систем с замысловатой геометрией и сложнейшей технологией производства. Все это выливается в крайне высокую стоимость таких резонаторов, а фундаментальные ограничения на достигаемые в них поля не дают ускорять частицы с темпом больше, чем несколько десятков мегаэлектронвольт на метр. В результате с увеличением желаемой энергии частиц неизбежно растут размеры и цены установок.

Чтобы решить эти проблемы, физикам нужно найти принципиально новые способы ускорения частиц. Наиболее перспективным пока что является метод лазерно-плазменного ускорения, который ученые уже научились использовать для электронов и достигли в два раза большего темпа ускорения, чем на установках с радиочастотными резонаторами. В рамках этого метода электроны приобретают энергию в поле, которое формируется вызванными лазером колебаниями плазмы и связанным с ними перераспределением пространственного заряда. Таким образом, в лазерно-плазменных ускорителях электрон «цепляется» за волны плазмы и за счет существующей в них разности потенциалов увеличивает свою скорость.

Однако у этого метода есть несколько существенных недостатков: из-за тяжело контролируемых флуктуаций параметров установки физикам пока что не удается достигнуть стабильного ускорения на большом расстоянии до действительно высоких энергий, характерных для методов с использованием резонаторов. Эти флуктуации в работе лазерно-плазменных ускорителей возникают из-за того, что формально для каждого нового сгустка электронов создается новая ускоряющая емкость, на параметры которой, а значит и на конечную энергию электронов, сильно влияют колебания характеристик лазера. В результате пучки электронов высокого качества (с малым разбросом по энергиям как в поперечном сечении, так и по оси пучка) на лазерно-плазменных ускорителях получаются крайне редко и с высокой долей случайности.

Эту проблему и попыталась решить группа Андреаса Майера (Andreas Maier) из Гамбургского университета на лазерно-плазменном ускорителе LUX. Установка была создана с минимальным количеством степеней свободы, чтобы уменьшить возможные флуктуации, а оставшиеся неизбежные колебания параметров лазера и энергии электронов тщательно отслеживались с помощью многостадийной системы мониторинга. Майер и коллеги ставили в приоритет не энергию или темпы ускорения, а его качество и продолжительность: в этих целях установка работала не на максимальной энергии лазера, что уменьшило переносимый заряд, а также пространственное и импульсное поперечное сечения пучка. Конечную энергию ускоренных электронов ученые узнавали с помощью спектрометра с разрешением в 1 процент от средней максимальной энергии в пучке.
https://nplus1.ru

Группа исследователей, возглавляемая учеными из американского Национального института стандартов и технологий (NIST), создала светодиодный источник света совершенно нового типа. Эти крошечные светодиоды демонстрирую невероятно высокий уровень излучаемого ими света, а при определенных условиях эти же светодиоды превращаются в крошечные полупроводниковые лазеры, что существенно расширяет область их возможного применения.

У обычных светодиодов, пусть и самых ярких, за которые в свое время даже была выдана Нобелевская премия, есть один огромный недостаток. Увеличение тока, проходящего через светодиод, приводит, в первое время, к увеличению яркости излучаемого им света. Но достаточно быстро наступает так называемый момент насыщения, дальнейшее увеличение тока через светодиод приводит к падению его яркости и к увеличению количества выделяемого им паразитного тепла.

Этот недостаток, известный под термином "провал эффективности", является главным препятствием для использования светодиодов в коммуникационных технологиях, в медицине и других областях, где требуются источники света высокой интенсивности. Светодиоды же нового типа лишены недостатка "провала эффективности", но это достижение не было главной целью ученых. Изначально они планировали создать микроскопический светодиод для его использования на самом малом масштабном уровне, на уровне элементов кристаллов микросхем и т.п.

Ключевым моментом, позволившим получить столь высокие характеристики нового светодиода, стала его пространственная структура. Вместо планарной (плоской) структуры кристаллов, используемых в обычных светодиодах, новый светодиод имеет длинный и тонкий светоизлучающий элемент из окиси цинка. Каждый из этих элементов имеет длину около 5 микрометров и его строение можно увидеть на первом из приведенных здесь изображений. Матрицы таких "трехмерных" светоизлучающих элементов, похожие на расческу, могут быть соединены в структуры, длина которых измеряется сантиметрами.
"Сначала мы посчитали, что удлиненная форма и большее сечение светоизлучающих элементов позволят нам пропускать больший электрический ток" - пишут исследователи, - "И первым делом мы попробовали измерить максимальный ток, который может выдержать структура светодиода. Мы начали плавно увеличивать ток, надеясь быстро дойти до значения, пока светодиод не выдержит и просто сгорит. Но этого не произошло, яркость свечения продолжала увеличиваться с дальнейшим увеличением тока".

Как показали испытания, новый светодиод оказался способен излучать свет, находящийся на границе между фиолетовым цветом и ультрафиолетом, яркость которого в 100-1000 раз превышает яркость наилучших из существующих светодиодов. Если обычные светодиоды, площадь кристаллов которых не превышает одного квадратного микрометра, способны излучить свет, мощностью до 22 нановатт, то мощность света, излучаемого новым светодиодом, составляет порядка 20 микроватт.

Продолжая увеличивать ток через светодиод, ученые сделали удивительное открытие - до определенного момента светодиод излучал свет относительно широкого диапазона, но при увеличении тока до определенного предела спектр его излучения сузился и превратился в две четкие фиксированные спектральные линии в фиолетовой области. Другими словами, этот крошечный светодиод превратился в крошечный двухдиапазонный полупроводниковый лазер.

Это, в свою очередь, открывает совершенно новые перспективы перед новым светодиодом-лазером. Ведь такие крошечные лазеры являются основой систем химического анализа, мобильных коммуникационных систем следующего поколения, высококачественных устройств отображения информации, медицинских устройств и многого, многого другого.
https://www.dailytechinfo.org/

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

Поиск