Экспериментально показана возможность идеального поглощения механических колебаний без потерь

Ученые продемонстрировали возможность запасания энергии механических колебаний без потерь, а также последующее направление их в нужную сторону. Для этого исследователи воспользовались идеей «виртуального поглощения», которая позволяет имитировать идеальное преобразование энергии волн, не используя потери в веществе. Авторы экспериментально продемонстрировали применимость подхода в случае продольных механических волн, результаты опубликованы в журнале Science Advances. Когда волна встречается с препятствием, она может поглотиться, рассеяться или отразиться. Чаще всего энергия колебаний частично расходуется по всем трем каналам, причем это справедливо для возмущений любой природы, в том числе для света и звука. Различные технологические применения требуют увеличения доли одного процесса и уменьшения других. В частности, зеркала должны преимущественно отражать волны, а не поглощать или рассеивать.

Читать далее

Разработан метод получения ультрахолодного газа из отрицательно заряженных ионов

Немецкие физики за две минуты охладили облако отрицательных ионов кислорода от 13000 до 3800 кельвин, отсеивая «горячие» ионы с помощью лазера. Поскольку для отрицательных ионов стандартные методы охлаждения не работают, этот результат является своеобразным рекордом. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о  ней сообщает Physics. В настоящее время экспериментаторы отлично умеют получать ультрахолодные газы, состоящие из отдельных атомов или положительно заряженных ионов. Как правило, температура таких газов находится на уровне нескольких десятых или сотых долей кельвина, а в некоторых случаях опускается ниже одной миллионной кельвина. Чтобы добиться таких низких температур, ученые полагаются на лазерное охлаждение, а точнее — на эффект Доплера и спонтанное комбинационное рассеяние. Грубо говоря, с помощью лазера физики возбуждают атомы и заставляют их терять энергию.

Читать далее

Разработана концепция оптического пылесоса для улавливания наночастиц из окружающей среды

Физики разработали оптический пылесос, который втягивает в себя наночастицы. Это устройство состоит из диэлектрического куба с прорезью, облучаемой волной, длина которой полностью совпадает со стороной куба. Работоспособность предложенного прибора ученые проверили с помощью численных расчетов. Статья опубликована в Scientific Reports.Классическая оптика утверждает, что микроскоп может разглядеть только достаточно большие объекты, размер которых превышает половину длины волны используемого излучения. В частности, с помощью видимого света можно разглядеть детали не меньше нескольких сот нанометров, с помощью рентгена разрешение можно понизить до нескольких нанометров, а с помощью электронов (которые тоже ведут себя как волны) — до сотых долей нанометра. Это ограничение возникает из-за дифракции волн, которая не позволяет сфокусировать их в пятнышко с диаметром меньше половины длины волны. Поэтому физики называет его дифракционным пределом.

Читать далее

Теоретически предсказана необычная форма сверхпроводимости квазикристалов в сильном магнитном поле

Физики теоретически исследовали квазикристаллический сверхпроводник, помещенный в сильное магнитное поле при низкой температуре. Оказалось, что в таком случае в веществе должна возникнуть необычная форма сверхпроводимости, для которой характерна неоднородность в пространстве, пишут авторы в журнале Physical Review Research. Квазикристаллы — это вещества с упорядоченной структурой, но отсутствием дальнего порядка. Они характеризуются запрещенными симметриями, то есть расположение атомов в них соответствует пересечению трехмерного пространства со строго периодической структурой в пространстве более высокой размерности. В дополнение к отсутствию строгой периодичности квазикристаллы обладают свойством фрактальности на различных масштабах. Из-за этого, в отличие от обычных кристаллов, в них невозможно определить полноценное обратное пространство, координатами которого являются импульсы частиц.

Читать далее

Впервые показана экспериментальная возможность гидродинамической реализации газа из солитонов

Ученые впервые продемонстрировали первую экспериментальную гидродинамическую реализацию концепции газа из солитонов — уединенных волн, сохраняющих форму при движении и не рассеивающихся при взаимодействии друг с другом. Результаты опытов хорошо согласуются с теорией и компьютерными симуляциями, что говорит об обоснованности применяемого во многих областях физики приближения, в котором решениями уравнений являются солитоны, пишут авторы в журнале Physical Review Letters. Во многих физических процессах возникают волны — периодические изменения характеристик среды, которые могут перемещаться в пространстве. С математической точки зрения волны являются решениями ряда уравнений в частных производных, причем среди них как линейные, так и нелинейные.

Читать далее

Разработан сверхбыстрый научно-обоснованный метод борьбы с обледенением и изморозью

Ученые разработали новый метод удаления изморози и льда с различных поверхностей, основанный на локальном нагреве границы между телом и замерзшей водой. В результате импульс тепловой энергии растапливает тонкий слой льда, что позволяет легко удалить основную часть отложений. Предложенный способ требует специального тонкого покрытия, но оказывается эффективнее стандартных более чем в сто раз, а затрачиваемое время снижается в 10 тысяч раз, пишут авторы в журнале Applied Physics Letters. Покрытие изморозью различных поверхностей представляет серьезную проблему в ряде случаев. В частности, обледенение может привести к поломке самолетов, ветрогенераторов, холодильных систем и высоковольтных линий электропередач. Для каждого из этих случаев разработаны методы очистки, но они часто оказывают затратны, а их эффект — недолговечным, при этом сопутствующий простой оборудования приводит к дополнительным убыткам.

Читать далее

Предложена единая теория теплопроводности кристаллов, поликристаллических тел, сплавов и стекла

Физики разработали новый теоретический подход, который позволяет единообразно объяснить явление теплопроводности в кристаллах, поликристаллических твердых телах, сплавах и стеклах. Результаты позволят моделировать перенос тепла в системах с любым типом внутреннего строения, в том числе при наличии точечных дефектов и наноструктурированности, а также в случае разупорядоченных низкотемпературных квантовых фаз материи, для которых подобной теории раньше не существовало, пишут ученые в Nature Communications. Теплота — это одна из основных термодинамических величин. Она определяется как энергия, которой термодинамическая система может обмениваться с окружением, за исключением совершенной работы и переноса массы. Обмен теплотой может осуществляться несколькими способами, в том числе посредством излучения и теплопроводности.

Читать далее

Открыт новый механизм спонтанного нарушения симметрии физических систем на квантовом уровне

Физики из США, Аргентины и Испании предложили новый механизм спонтанного нарушения симметрии, связанный с измерениями квантового состояния системы. В качестве примера ученые теоретически рассмотрели эволюцию замкнутой одномерной цепочки спинов. Оказалось, что слабые измерения намагниченности цепочки заставляют ее выбрать некоторое вакуумное состояние, нарушающее исходную симметрию системы. Более того, способ измерения определяет топологию многообразия, на котором расположены доступные вакуумные состояния. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на arXiv.org. Спонтанное нарушение симметрии занимает в современной теоретической физике центральную роль. С одной стороны, в статистической физике этот механизм описывает фазовые переходы — например, кристаллизацию жидкости или превращение металла в сверхпроводник.

Читать далее

Обнаружена возможность гибкой настройки сверхпроводимых свойств графеновой трехслойной решетки

Последние экспериментальные исследования сверхрешеток из трехслойного графена, расположенного между листами нитрида бора, позволили обнаружить фазовые переходы из металлического состояния в моттовский диэлектрик, а из него — в сверхпроводник. Это делает подобные структуры идеальными кандидатами для изучения физики сильно скореллированных систем, таких как высокотемпературные сверхпроводники. Основным преимуществом таких веществ является возможность варьировать электронные параметры, пишут авторы в журнале Science. Высокотемпературная сверхпроводимость (ВТСП) является одной из самых актуальных тем в физике конденсированного состояния. Стандартные сверхпроводники, у которых сопротивление пропадает при близкой к абсолютному нулю температуре, хорошо описываются теорией Бардина — Купера — Шриффера. Однако для соединений, переходящих в такое состояние при температуре выше 100 кельвин, полноценной теории до сих пор не существует.

Читать далее