Впервые визуализировано состояние электростатических квантовых точек на поверхности бислоя графена с берналовской укладкой

Физики впервые визуализировали состояния электростатических квантовых точек, размещенных на поверхности бислоя графена с берналовской укладкой. Характер полученных изображений напрямую связан с анизотропной зонной структурой носителей зарядов в графене, что проявляется в отсутствии вращательной симметрии у состояний квантовой точки. Работа опубликована в Nano Letters. Волновая функция — это одно из самых важных понятий в квантовой механике. Это количественная характеристика, которая помогает описывать физические системы на языке координат, импульсов либо иных непрерывных наблюдаемых величин. В частности, в координатном представлении квадрат ее абсолютного значения позволяет определить плотность вероятности встретить частицу в пространстве. Знание волновой функции необходимо для проведения манипуляций над одиночными частицами, контроля энергетических характеристик систем, а также для нужд квантовой информатики. Особенно актуальна эта задача в области наноэлектроники, где был достигнут большой прогресс в изготовлении и исследовании квантовых точек, размещенных на поверхности бислоя графена.

Читать далее

Впервые измерена величина коэффициента диффузии звуковых волн в низкотемпературном ферми-газе

Физики экспериментально измерили величину и температурную зависимость коэффициента диффузии — параметра, характеризующего скорость затухания звуковых волн в среде, для низкотемпературного ферми-газа. Данные измерений в будущем помогут в исследованиях других разновидностей такого состояния вещества — например, ядерной или нейтронной материи внутри компактных звезд. Статья опубликована в журнале Science. Под звуком принято понимать волны механических колебаний, которые распространяются в какой-либо среде — так, привычный для нас слышимый звук представляет собой возмущения плотности воздуха с частотой от десятков герц до десятков килогерц (то есть колебаний в секунду). При свободном распространении звуковые волны постепенно затухают — это связано с тем, что в каждый момент времени частицы, которые находятся в уплотненной области среды (то есть в окружении большого числа соседей), в среднем стремятся покинуть их и диффундировать (самопроизвольно проникнуть) в более разреженные участки. Благодаря такому процессу разброс плотности в пространстве — иными словами, амплитуда волны, — постепенно уменьшается.

Читать далее

Графотекстурирование как метод самосборки наноматериалов: краткий экскурс в технологию

Анализ иерархии взаимодействий в сложных системах очень часто помогает получать упорядоченные системы путем использования приема самосборки, который применим и к созданию упорядоченных ансамблей наночастиц, и микрочастиц, и нано-структурированных, и важных функциональных материалов. В последнем случае достаточно интересным примером служит прием графотекстурирования, который получил свое название по аналогии с классической “графоэпитаксией”. Высокая анизотропия свойств ряда функциональных материалов требует создания двуосно- текстурированных слоев, а для некоторых применений еще и на гибких длинномерных подложках. Типичный пример – высокотемпературные сверхпроводники, разориентация кристаллитов которых на 5-10 градусов может привести к падению транспортного критического тока на порядки величин.

Читать далее

МФТИ и Пулковская обсерватория РАН обнаружили нейтронную звезду с необычной конфигурацией магнитного поля

Ученые из Института космических исследований РАН, МФТИ и Пулковской обсерватории РАН обнаружили систему с необычной нейтронной звездой, чье магнитное поле регистрируется только в тот момент, когда звезда поворачивается к наблюдателю определенным образом. До этого открытия были известны два типа систем: в одних магнитное поле регистрируется в излучении от звезды постоянно, а в других — не регистрируется вовсе. Объект, исследованный учеными, приоткрывает «окно» к внутреннему строению магнитного поля нейтронной звезды только на определенной фазе вращения. Работа была поддержана Российским научным фондом. Результаты опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters. Нейтронная звезда в системе GRO J2058+42 была открыта почти четверть века назад американской обсерваторией Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO) и принадлежит к особому классу — вспыхивающим (или транзиентным) рентгеновским пульсарам. С тех пор этот объект неоднократно наблюдался разными инструментами и ничем особенным не выделялся на фоне своих «одноклассников».

Читать далее

Показа возможность возникновения загадочного эффекта Унру в системе из конденсата Бозе — Эйнштейна и лазерных пучков

Иллюстрация: Cisco Gooding et al. / Physical Review Letters, 2020. Физики предложили использовать квантовый симулятор для воссоздания эффекта Унру. Они показали, что его возникновение теоретически возможно в системе из конденсата Бозе — Эйнштейна и лазерных пучков. Если предложенный эксперимент удастся реализовать, то в споре о существовании эффекта Унру можно будет поставить точку.  Работа опубликована в Physical Review Letters. Суть эффекта Унру состоит в том, что в разных системах отсчета вакуум представляет собой разные состояния. Если наблюдатель двигается в вакууме с большим ускорением, то он может наблюдать рождение частиц, температура которых зависит от величины его собственного ускорения. При этом покоящийся наблюдатель не увидит никаких частиц. Эффект Унру контринтуитивен и вызывает скепсис ученых, поэтому вопрос о его проверке становится все более привлекательным для экспериментаторов. С другой стороны, для наблюдения эффекта Унру требуются ускорения порядка 1026 метров в секунду в квадрате, что очень сложно реализовать в лаборатории.

Читать далее

Предложен метод получения кислорода и водорода из солевого раствора марсианских озер с помощью электролиза

Иллюстрация: Pralay Gayen et al. / PNAS. Ученые разработали метод получения кислорода и водорода из жидкого солевого раствора в условиях марсианских озер с помощью электролиза. Особенностью эксперимента стало использование оксида свинца-рутения в качестве эффективного электрокатализатора выработки кислорода. Выработка кислорода с помощью такой установки оказалась в 25 раз энергоэффективнее, чем в случае MOXIE, запущенной к Красной планете в рамках миссии «Марс-2020», а размер и вес устройства для жизнеобеспечения на основе описанной технологии будет меньше, чем у аналогов. Статья опубликована в журнале PNAS. Условия на Марсе далеки от благоприятных для человека: атмосфера разряжена и на 95 процентов состоит из углекислого газа, а перепады температур превышают 100 градусов Цельсия при средней температуре минус 63 градуса. Поэтому колонизация Красной планеты невозможна без создания системы жизнеобеспечения, которая бы в таких суровых условиях смогла бы обеспечить людей кислородом для дыхания и топливом (к примеру, водородом) для энергообеспечения и, в идеале, обратного полета.

Читать далее

Определен критический размер графов, сверх которого в них начинают проявляться определённые закономерности

Давид Конлон и Асаф Фербер подняли нижнюю границу для значений многоцветных чисел Рамсея. Эти числа говорят о том, насколько можно увеличивать граф, пока в нём не начнут появляться неизбежные закономерности. Одни из самых упрямых чисел математики, после более 70 лет сопротивления, наконец, начинают поддаваться. В опубликованном в сентябре четырёхстраничном доказательстве  Давид Конлон и Асаф Фербер дали наиболее точную оценку «многоцветным числам Рамсея». Эти числа описывают размер графов, до которого они могут вырасти перед тем, как в них начнут неизбежно проявляться определённые закономерности. «В нашей Вселенной абсолютных случайностей нет, — сказала Мария Аксенович из Технологического института Карлсруэ в Германии. – Всегда где-то есть скопления порядка, и числа Рамсея оценивают его количественно». Графы – это наборы точек (вершин), соединённых линиями (рёбрами). Особенно математиков интересует вопрос, сколько вершин и рёбер можно добавить в граф перед тем, как в нём начнут появляться различные подструктуры.

Читать далее

Разработан идеальный генератор случайных чисел на основе нуклеотидных последовательностей ДНК

Иллюстрация: Linda C. Meiser et al. / Nature communications, 2020. Ученые разработали генератор случайных чисел на основе ДНК. Они синтезировали цепи из случайно расположенных нуклеотидов и после их секвенирования довольно успешно получали последовательности чисел, которые проверяли на случайность. Работа опубликована в Nature Communications. Генераторы случайных чисел активно используются в шифровании и дешифровании информации для того, чтобы гарантировать безопасность передачи данных: чем дальше развиваются технологии криптографии, тем более совершенные генераторы случайных чисел необходимы. На данный момент существует два типа генераторов, которые принципиально отличаются друг от друга. Первый — генераторы истинно случайных последовательностей, которые используют непредсказуемые данные какой-то физической системы. Например, это может быть дробовой шум, радиоактивный распад или квантовый вакуумный шум. Все эти процессы случайны и генерируют истинно случайные последовательности. Сложность только в том, чтобы такой генератор реализовать и получать случайные числа с высокой частотой.

Читать далее

Предложено новое “солнечное” объяснение механизма потери атомов водорода из верхних слоев атмосферы Марса

Физики из России и Германии предложили объяснение новым данным с марсианских спутников, зафиксировавших «бегство» атомов водорода из верхних слоев атмосферы в космическое пространство. Разработанная модель хорошо согласуется с наблюдениями и позволяет объяснить ряд ранее непонятных явлений в атмосфере Марса. Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters. Марсианская атмосфера холодна и разрежена, напоминая этим земную на больших высотах. При таких условиях вода находится не в жидкой фазе, а образует облака, состоящие из мелких кристалликов льда. На Земле подобные облака возникают на высоте 6 км от поверхности и называются перистыми. Поскольку эти кристаллики достаточно тяжелы, основная масса воды сосредоточена в нижнем слое атмосферы, толщина которого составляет порядка 60 км. Однако данные, полученные от американского спутника MAVEN (от  Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN — «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе») и космического телескопа «Хаббл», свидетельствуют о периодическом потоке атомов водорода, покидающих планету. Единственным их источником может быть вода, распадающаяся в верхних слоях атмосферы (70–80 км от поверхности) под воздействием ультрафиолета на кислород и водород.

Читать далее