Ученые разработали метаматериал способный скручиваться в ответ на механическое воздействие

Физики создали искусственный материал, который скручивается в ответ на прилагаемое постоянное усилие вдоль одной прямой. Это вещество — механический метаматериал, то есть его свойства определяются в первую очередь структурой, а не свойствами составных частей. Работа с описанием недавно опубликована в известном журнале Science. В стандартной механике сплошных сред кручение не может появляться в результате приложения действующей вдоль линии силы. Сжатие упругого тела в обычной ситуации всегда должно вызывать расширение в перпендикулярных оси сжатия направлениях. Однако исследователям из немецкого Технологического института Карлсруэ и французского Университета Франш-Конте удалось создать нарушающий это правило кристалл. Созданный метаматериал скручивается на более чем 2° за каждый процент укорочения. Этого удалось достичь благодаря точной микроскопической сборке составляющих его частей. В начале физики численно смоделировали материал, чтобы узнать необходимую форму кубической ячейки материала.

Читать далее

Сформированная на пересечении лазерной и резонаторной мод оптическая решетка позволила создать звуковую волну

Иллюстрация: Yudan Guo et al. / Nature, 2021. Американские и британские физики впервые смогли создать звуковую волну в оптической решетке, сформированной на пересечении лазерной и резонаторной мод. Для этого они применили двойную лазерную накачку, а также перевели резонатор в конфокальный режим. Исследование опубликовано в Nature. С начала 80-х годов прошлого века физики задумались над тем, чтобы использовать одни квантовые системы для имитации других. Эта концепция получила название квантовых симуляторов и сегодня активно реализуется различными исследовательскими группами. Такой подход позволяет в контролируемом эксперименте добывать информацию о деталях процессов, которые слишком сложны для прямого вычисления с помощью обычных компьютеров. Одним из самых успешных примеров квантовых симуляций стали ультрахолодные газы, запертые в оптических решетках, чье поведение похоже на поведение твердых тел. С помощью таких систем было воспроизведено множество эффектов, имеющих место в реальных кристаллах.

Читать далее

Многоканальная динамическая рентгеновская визуализация позволила получить новую информацию о процессах плавления

Иллюстрация: Lorenzo Massimi et al. / Physical Review Letters, 2021. Британские и немецкие физики реализовали многоканальную динамическую рентгеновскую визуализацию, которая одновременно позволяет фиксировать затухание, фазовый контраст и темнопольное рассеяние излучения. Они опробовали новую технику на лазерном плавлении алюминиевого порошка и показали, что комбинация методов позволяет извлечь дополнительную информацию об этом процессе. Исследование опубликовано в Physical Review Letters, кратко о нем пишет Physics. Технологии, основанные на послойной лазерной печати, открывают новые возможности для создания трехмерных металлических структур с недостижимой ранее точностью и сложностью. Для контроля процесса спекания внутри образца инженерам требуется динамическая рентгеновская визуализация локальных физических процессов. В последние годы этого удалось добиться благодаря появлению синхротронных установок третьего поколения, позволяющих обеспечить высокую частоту кадров при визуализации.

Читать далее

Экспериментально измерена толщина нейтронного слоя на поверхности ядра никеля

Иллюстрация: S. V. Pineda et al. / Physical Review Letters, 2021. Физики нашли толщину нейтронного слоя на поверхности ядра никеля, сравнив зарядовые радиусы ядер 54Ni и 54Fe. Это значение связано с величиной энергии обменного взаимодействия в ядерной материи, поэтому и важно для понимания физики тяжелых атомных ядер и нейтронных звезд. Результаты эксперимента достаточно хорошо совпали с данными, полученными в предыдущих лабораторных экспериментах, и данными наблюдений за слиянием пары нейтронных звезд. Исследование опубликовано в Physical Review Letters. Нуклоны в ядрах атомов распределены неравномерно. Особенно сильно этот эффект проявляется для ядер, в которых число нейтронов существенно превышает число протонов. В этом случае на поверхности ядра образуется избыток нейтронов, который называется «нейтронной кожей». Толщина этого слоя составляет несколько десятых фемтометра. Радиус самого ядра — в несколько десятков раз больше. Например, для хорошо исследованного с помощью рассеяния поляризованных электронов ядра свинца 208Pb эти величины равны приблизительно 0,3 и 6,7 фемтометров, соответственно, а радиус нейтрона — 0,8 фемтометра.

Читать далее

Становление авиационного материаловедения в СССР: как это было

В этом году весь мир отмечает 60-летие первого полета человека в космос. Успех миссии Юрия Гагарина стал возможен благодаря слаженной работе многих людей: физиков, математиков, конструкторов, инженеров-проектировщиков и, конечно, материаловедов. «Научная Россия» обсудила с академиком РАН Евгением Кабловым основные вехи в развитии космического и авиационного материаловедения. Евгений Николаевич Каблов ─ генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ), академик Российской академии наук, профессор. ─ С открытия ВИАМ в начале 30-х годов ХХ века началось становление новой науки в СССР ─ авиационного материаловедения. Расскажите об этом подробнее. ─ Для развития советской авиационной промышленности необходимо было создание и производственное освоение качественных отечественных материалов для самолетов и моторов. Стала очевидной потребность в централизованной организации материаловедческих изысканий, и в 1932 году было принято решение создать институт, который бы разрабатывал уникальные материалы для авиации и контролировал их производство и применение в изделиях.

Читать далее

Российские ученые предложили повысить емкость аккумуляторов с помощью ультратонких пластин из графена и ванадия

Наиболее часто в мобильных устройствах (ноутбуки, мобильные телефоны, КПК и другие) применяют широко распространенные литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы. Это связано с их преимуществами по сравнению с широко использовавшимися ранее и, по крупному счету, устаревшими никель-металлгидридными (Ni-MH) и никель-кадмиевыми (Ni-Cd) аккумуляторами. У Li-ion аккумуляторов значительно лучшие параметры. Однако следует учитывать, что Ni-Cd аккумуляторы имеют одно важное достоинство: способность обеспечивать большие токи разряда. Это свойство не является критически важным при питании ноутбуков или сотовых телефонов (где доля Li-ion доходит до 80% и их доля становится все больше и больше), но существует достаточно много устройств, потребляющих большие токи, например всевозможные электроинструменты, электробритвы и т.п. До сих пор эти устройства являлись вотчиной почти исключительно Ni-Cd аккумуляторов.

Читать далее

Создана наноструктурированная поверхность с возможностью кодировки более одного голографического изображения

Группа исследователей из Калифорнийского технологического института (Caltech) обнаружила способ, при помощи которого на одной поверхности можно закодировать более одного голографического изображения, не теряя, при этом, на капли разрешающей способности. Основой новой голографической технологии является уникальное свойство специально спроектированной наноструктурированной поверхности отражать свет по-разному в зависимости от угла падения этого света. И данное достижение является опровержением устоявшегося мнения о том, что одна поверхность может содержать только одно голографическое изображение, которое не зависит от угла падающего на поверхность света. Напомним нашим читателям, что голограммы – это трехмерные изображения, закодированные в двухмерной плоскости. Когда плоскость голографической поверхности освещается светом, этот свет отражается от нее и за счет явления интерференции становится видимым, воссоздавая закодированное трехмерное изображение.

Читать далее

На большом адронном коллайдере подтверждены современные представления о строении вселенной

Международная группа физиков, работающих на Большом адронном коллайдере в составе коллабораций ATLAS и CMS (ЦЕРН) впервые наблюдали распад бозона Хиггса на два d-кварка (нижних кварка). Это открытие вновь подтверждает Стандартную модель, описывающую свойства элементарных частиц. Ученые также не нашли свидетельств возможного существования Новой физики, которая могла бы объяснить возможные недостатки существующей теории. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org. В ускорителях частиц бозон Хиггса возникает при лобовом столкновении двух протонов, когда происходит слияние глюонов — разновидностей бозонов, отвечающих за взаимодействие между кварками и их удержание внутри протона. В результате из глюонов возникает u-кварк и анти u-кварк, из которых в свою очередь возникает короткоживущий бозон Хиггса. После этого он почти сразу же распадается, при этом возможно образование электрон-позитронных пар, фотонов, мюона и антимюона.

Читать далее

Спектральное мультиплексирование позволило передать квантовый сигнал по стандартному оптоволокну

Российские ученые осуществили квантовую генерацию ключей — передали однофотонные состояния — в одном оптическом волокне с мощным классическим излучением. Для реализации этого эксперимента был использован известный метод спектрального мультиплексирования, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию N + 1. При дальнейшем развитии опробованная технология позволит обойтись без использования дефицитного «темного» (свободного от передачи классических данных) волокна. Большинство повседневных задач шифрования решается при помощи криптографии с открытым ключом — методе, при котором секретность основывается на сложности математических задач. В будущем такой подход может оказаться рискованным — изобретение новых алгоритмов и появление универсальных квантовых компьютеров позволит подбирать ключ для взлома достаточно быстро. Значительно более совершенным методом оказывается криптография с закрытым ключом: секретная последовательность символов, используемая для такого подхода, известна только отправителю и получателю.

Читать далее