Обнаружена важная роль волосков на пчелином брюшке в повышении его механической износостойкости

На фото: Электронная микрофотография волосков на пчелином брюшке. Mingyue Wang et al. / Applied Materials & Interfaces, 2021. Китайские инженеры выяснили роль волосков на поверхности пчелиного брюшка — оказалось, что они снижают контакт между брюшными пластинками, тем самым понижая трение между ними. Это позволяет пчелам совершать телескопические движения брюшком с экономией 40 процентов энергии на силе трения. Для теоретического описания поверхности брюшка ученые разработали модель упруго-пластической деформации волосатых поверхностей — волоски выступают в роли упругих амортизаторов. Статья опубликована в журнале Applied Materials & Interfaces. Пчелы при своем движении телескопически вытягивают свое брюшко с помощью складчатой межсегментной мембраны. Уже известно, что для снижения трения поверхность их тела покрыта воском, выделяющимся из желез. Однако не только густая смазка помогает справляться с нежелательным трением. Вдохновляясь работами, посвященными структуре поверхности жуков, ученые уже получили покрытия со структурно сниженным трением.

Читать далее

Впервые теоретически и экспериментально изучена механика трения в рессорах

Иллюстрация: EPFL / Youtube. Физики теоретически и экспериментально изучили процесс сгибания пачки пластиковых листов, чтобы понять какую роль в этом процессе играет трение между слоями. Для этого они разработали модель пачки, в которой трение выступает в роли малого возмущения. Построенная модель полностью описала реальное поведение листов и помогла понять, как происходит рассеяние энергии в такой системе. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Человечество имеет дело со слоистыми структурами в различных отраслях науки и техники и на разных масштабах, начиная от многослойного графена и заканчивая слоями горных пород. Во всех случаях взаимодействие между слоями влияет на свойства структуры как целого. С точки зрения прикладной механики слоистые структуры обладают свойством рассеивать энергию, что используется, например, в рессорах. Такая практическая польза служит мотивацией к теоретическому и экспериментальному исследованию деформаций в многослойных объектах.

Читать далее

Впервые обнаружены колебания нейтрального очарованного мезона между состояниями частица-античастица

Иллюстрация: CERN, LHCb Collaboration, 2021. Физики экспериментально обнаружили осцилляции типа «частица-античастица» между простыми состояниями нейтрального очарованного мезона, а также измерили разность масс и ширин этих состояний. Для этого физики проанализировали большой объем данных по распаду D0 → K0Sπ+π, зафиксированных с 2016 года по 2018 год в протон-протонных столкновениях на Большом адронном коллайдере. Результаты направлены в журнал Physical Review Letters, на данный момент доступен препринт. Понятие “квантовая суперпозиция” как правило ассоциируется с экспериментами с неэкзотической материей вроде фотонов, атомов и искусственных атомоподобных систем. Обычно говорят о кубите – системе из двух состояний, из которых может быть собрана суперпозиция. В данном случае это состояние одного и того же объекта: частицы или атома. Тем не менее физика знает несколько примеров, когда суперпозиция оказывается возможна между состояниями «частица-античастица», то, есть, по сути, между разными частицами.

Читать далее

Показана возможность управления полярной ковалентной связью путем приложения разности потенциалов

Иллюстрации: M. Omidian et al / Physical Review Letters, 2021. Физики продемонстрировали управление полярной ковалентной связью между атомом золота, размещенном на кончике зонда атомно-силового микроскопа, и атомом углерода на поверхности графена, прикладывая различную разность потенциалов между ними. Они показали, что при достаточно сильной связи зонд способен приподнимать и отпускать графеновый слой. Исследование  опубликовано в Physical Review Letters. Химические связи играют важную роль в формировании свойств молекул и кристаллов как целого. Управление параметрами химических связей поможет физикам и инженерам в создании новых материалов и устройств. И чем локальнее окажется управление, тем более миниатюрные устройства можно будет создавать. В предельном случае речь идет о возможности управления химической связью одиночных атомов. Ученые уже несколько десятков лет идут по этому пути. Так, например, физики смогли управлять свойствами одиночной молекулы, поатомно меняя число ковалентных связей с помощью иглы сканирующего туннельного микроскопа.

Читать далее

Когерентную динамику двух запутанных спинов изучили методом туннельной спектроскопии в режиме парамагнитного резонанса

Иллюстрация: L. M. Veldman et al / Science, 2021. Физики скомбинировали метод туннельной спектроскопии в режиме накачки-зондирования с электронным парамагнитным резонансом для исследования свободной динамики двух запутанных спинов. Для этого они поместили два гидрированных атома титана на поверхность кристаллического оксида магния и создали условия для возникновения квантовой запутанности. Исследование опубликовано в Science.  Одна из самых важных задач в современной прикладной физике — это научиться контролировать когерентную динамику квантовых систем. Исторически физики начинали делать это на простейших двухуровневых системах — одиночных кубитах. На сегодняшний день существует множество реализаций кубитов, включающих сверхпроводящие контуры или NV-центры, однако квантовые системы на основе пары уровней обыкновенных атомов со спином, равным 1/2, до сих пор привлекают внимание ученых и инженеров. Оба состояния и их суперпозицию в этом случае определяет проекция атомного спина.

Читать далее

Впервые получена лазерная генерация мощностью более одного ватта в кристаллах Европия

Иллюстрация: P. Loiko et al / Optics Letters, 2021. Физики продемонстрировали линейно поляризованную лазерную генерацию в кристалле KEu(WO4)мощностью свыше одного ватта и дифференциальной эффективностью в 42,3 процента. Излучение генерировалось на длине волны 703 нанометра и обладало слабо эллиптичным поперечным профилем. Это исследование  опубликовано Optics LettersРедкоземельные ионы, такие как Pr3+, Tb3+, Dy3+, Sm3+ или Eu3+ обладают ценными люминесцентными свойствами, что обуславливает их широкое применение в оптике. Особый интерес представляют ионы европия Eu3+, которых отличает наличие целого набора узких и интенсивных спектральных линий в видимом диапазоне. Кроме того, ионы Eu3+ обладают одной из самых простых схем энергетических уровней, что облегчает планирование и анализ экспериментов. Несмотря на множество их полезных свойств, в литературе очень мало данных о лазерной генерации в кристаллах, допированных ионами Eu3+. Все имеющиеся исследования демонстрируют довольно низкую мощность и дифференциальную эффективность генерации. Одной из причин этого — низкая эффективность накачки и высокие требования к ее спектральной точности.

Читать далее

В центре нашей галактики найдена колоссальная мигающая звезда

На иллюстрации: Звезда VVV-WIT-08 в представлении художника. Недалеко от центра Млечного пути астрономы обнаружили гигантскую, в 100 раз превышающую по размерам Солнце, звезду, яркость которой периодически падает почти до нуля. Работа с описанием открытия была опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society… Звезда VVV-WIT-08 находится в 25 000 световых лет от нас. Каждые несколько сотен дней её яркость падает на 97%, а потом снова восстанавливается. Вероятно, причиной неожиданного и столь заметного приглушения света звезды является некий объект, обращающийся вокруг неё – планета, либо звезда-компаньон, окружённая диском из непрозрачной материи. По словам доктора Лей Смит из Астрономического института при Кембриджском университете, казалось, что эта звезда появилась из ниоткуда. В начале 2012 года астрономы заметили, что звезда постепенно тускнеет, к апрелю она почти исчезла, а в последовавшие 100 дней вновь появилась.

Читать далее

Получено изображение предмета с разрешением, превосходящим дифракционный предел без применения флуоресценции

Иллюстрация: Pushkina et al. / arXiv.org, 2021. Физикам удалось получить двумерное изображение предмета с разрешением, превосходящим дифракционный предел. В отличие от существующих техник, протестированная авторами схема подходит для любых предметов и не требует непосредственного контакта с ними, что очень важно для исследования дальних объектов в астрономии и для неинвазивных измерений в биологии. Препринт работы опубликован на arXiv.org. Микроскоп — один из самых популярных и информативных инструментов исследователей. К сожалению, максимальное разрешение оптических микроскопов не превосходит 200 нанометров, и дело не в несовершенстве существующих устройств, а в фундаментальном теоретическом пределе, называемом дифракционным. Качество изображения, полученного с помощью обычного микроскопа зависит от того, насколько хорошо его объектив может собирать свет (это свойство характеризует числовая апертура).

Читать далее

Предложен метод управления количеством инсулина в крови с помощью светодиодов, встроенных в умные часы

В Швейцарской высшей технической школе Цюриха разработали переключатель генов, которым можно управлять при помощи света зелёных светодиодов, использующихся в имеющихся в продаже умных часах. Подобный подход в будущем можно будет использовать для помощи диабетикам. Работа  опубликована в журнале Nature Communications. Во многих современных фитнес-трекерах и умных часах присутствуют встроенные светодиоды. Испускаемый ими зелёный свет проникает через кожу и позволяет измерять пульс носителя. Команда швейцарских исследователей хочет воспользоваться популярностью этих устройств и использовать светодиоды для управления генами и изменения поведения клеток прямо через кожу. Как объясняет ведущий исследователь, профессор Мартин Фассенеггер, в клетках человека нет естественной молекулярной системы, реагирующей на зелёный свет, поэтому им пришлось создавать её с нуля. В итоге у них получилось разработать молекулярный переключатель, который после имплантации можно активировать зелёным светом. Переключатель связан с сетью генов, введённых учёными в клетки человека.

Читать далее