Предложен метод высокоскоростной спектроскопии с помощью измерения только поляризации света

Иллюстрация: Frédéric Bouchard / National Research Council of Canada. Физики смогли ускорить спектроскопические измерения, скоррелировав длину волны каждой из компонент просвечивающего лазерного импульса с отдельной поляризацией. Это было сделано путем внесения фазового сдвига, зависящего от длины волны, между двумя сведенными вместе пучками с ортогональными поляризациями. Такой прием позволяет получать спектроскопическую информацию, измеряя только поляризацию света, что существенно увеличивает скорость детектирования. Исследование опубликовано в Optica. Спектроскопия — важнейший метод физического эксперимента, который помогать как решать сугубо практические задачи, так и искать ответы на фундаментальные вопросы в физике. В его основе лежит анализ спектра света, испущенного либо поглощенного исследуемым объектом. Классическая спектроскопия использует разделение световых пучков в пространстве в зависимости от их цвета (длин волн). Однако свет можно характеризовать бо́льшим количеством свойств.

Читать далее

Российские ученые сумели стабилизировать квантовый вариационный алгоритм на фотонном вычислителе в условиях сильных шумов

Иллюстрация: O. Borzenkova et al. / Applied Physics Letters, 2021. Российские физики экспериментально показали устойчивость к сильным шумам квантового вариационного алгоритма на фотонном вычислителе с поляризационными кубитами. С его помощью они рассчитали квантовый фазовый переход в модели взаимодействия элементарных частиц и следили за возможностью его различить в случае зашумленных измерений. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters. Помимо известных квантовых алгоритмов, которые под силу только квантовому компьютеру, ученые ищут другие способы применения квантовых симуляторов «здесь и сейчас». Одна из таких возможностей — квантовые гибридные вариационные алгоритмы. Их хитрость таится в слове «гибридные»: для решения любой задачи используется и квантовый и классический вычислители, каждый из которых решает реальную для него подзадачу. Самый простой и распространенный вариационный алгоритм умеет находить минимальное значение энергии системы (в англоязычной литературе его называют Variational Quantum Eigensolver или VQE).

Читать далее

Впервые получены контрастные изображения аминокислоты в белках с помощью атомно-силовой микроскопии и рентгеновской кристаллографии

На иллюстрации: Изображения, полученные с помощью локализационной (сверху) и обычной (снизу) атомно-силовой микроскопии, для игл с разным радиусом кривизны. Данные компьютерного моделирования. George R. Heath et al. / Nature, 2021. Американские и британские физики разработали метод атомно-силовой микроскопии сверхвысокого разрешения, который позволяет изучать структуру белков на атомном уровне. Чтобы довести разрешение до десятых долей нанометра, ученые анализировали серию изображений, снятых с одного объекта, и по карте вероятностей реконструировали рельеф поверхности. Такой подход позволяет разглядеть отдельные аминокислоты на поверхности белковых глобул и проследить за конформационными перестроениями в молекулах, пишут ученые в Nature. Чтобы получить изображение поверхности, атомно-силовой микроскоп водит по ней иголкой с острием нанометровой толщины, прощупывая рельеф, и измеряет силу, с которой поверхность эту иголку отталкивает.

Читать далее

Впервые удалось погасить механические колебания массивного зеркала интерферометра с переводом в основное квантовое состояние

Фото: Caltech/MIT/LIGO Lab. Коллаборация LIGO сообщила, что им удалось охладить 40-килограммовые зеркала интерферометра до температуры 77 нанокельвин с помощью гашения в них механических колебаний через систему обратной связи. Авторы описали свои результаты с помощью эффективного объекта массой 10 килограмм, в котором было возбуждено всего около 11 фононов. Такое состояние массивных зеркал соответствует температуре 77 нанокельвин. Результаты работы могут помочь увеличить точность экспериментов по поиску гравитационных волн. Исследование опубликовано в Science. Развитие квантовой механики изменило наше понимание того, что значит состояние покоя. Так, физики обнаружили, что в микромире колебания объектов никогда не останавливаются, сколько бы энергии от них не отводилось. Этот феномен известен под названием нулевых колебаний, а его природа связана с принципом неопределенности Гейзенберга. Для объектов, сравнимых по размеру с человеком, такие квантовые эффекты незаметны из-за их большой массы.

Читать далее

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

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