Иллюстрация: QianYang et al./ Nature, 2020. Британские и китайские физики обнаружили, что уравнение Кельвина, которое описывает конденсацию воды в макроскопических капиллярах, неожиданно хорошо работает и на атомарном уровне — за пределами области своей применимости. Работоспособность термодинамического уравнения на таких масштабах авторы работы считают случайной и связывают ее с одновременной упругой деформацией стенок капилляров. Тем не менее на качественном уровне макроскопическое уравнение капиллярной конденсации должно работать в большинстве случаев и на атомарном масштабе, пишут ученые в Nature. Уравнение Кельвина, связывающее между собой кривизну поверхности конденсирующейся жидкости и давление пара над ней, — одно из очень важных для физической химии соотношений. Оно помогает описать динамику конденсации жидкости в пористых материалах, зародышеобразование во время кристаллизации или процессы коррозии. Эту же взаимосвязь используют, когда с помощью адсорбции измеряют размер пор в пористых материалах.
Архив рубрики: Наука
Создан высокоэффективный источник одиночных фотонов для масштабирования оптических вычислений
Иллюстрация: Zhaohui Ma et al. / Physical Review Letters, 2020. Физики создали интегральный источник одиночных фотонов, яркость которого в десять раз выше, чем у лучших предшественников. При маленьких мощностях накачки разработанный источник способен генерировать пары фотонов с мегагерцовыми частотами. Это может пригодиться для масштабирования оптических вычислений, где необходимо объединить все оптические элементы на чипе, по аналогии с электрическими схемами Работа принята для публикации в Physical Review Letters. Фотонные квантовые вычислители уже превзошли классические в задаче бозонного сэмплинга на 100 кубитах. Следующий закономерный шаг в развитии оптических технологий — увеличение числа кубитов, уменьшение и упрощение оптической схемы для решения сложных прикладных задач. Оптическая установка для квантовых вычислений состоит из источника одиночных фотонов, основной части, которая изменяет состояния фотонов, и детекторов. Вид основной части зависит от кодировки кубитов: например, если вся информация содержится в поляризации фотонов, то их состояния можно менять с помощью поляризационных пластинок.
Создана высокоскоростная камера способная фиксировать распространение ударной волны в воде и движение света в кристалле
Физики создали камеру, которая позволяет снимать со скоростью триллион кадров в секунду и с ее помощью можно увидеть процессы, происходящие в прозрачных объектах — например, распространение ударной волны в воде и движение света в кристалле. Статья опубликована в журнале Science Advances. Высокоскоростная съемка используется учеными давно. С ее помощью можно изучать деформацию материала при ударе, следить за летящей пулей или началом ядерного взрыва. Но значительная часть интересных для изучения процессов прозрачны или почти прозрачны, такие как воздушный вихрь, взрывная волна или химические реакции. Для создания камеры, способной зафиксировать такие процессы, требуется не только добиться высокой частоты кадров, но и адаптировать технологию фазово-контрастной микроскопии, используемую для изучения бесцветных объектов. Камера, созданная под руководством профессора Лихона Вана (Lihong Wang) из Калифорнийского технологического института называется pCUP (phase-sensitive compressed ultrafast photography).
Механика жидкости и газа: последние открытия и математические доказательства
Удивительное экспериментальное открытие, связанное с поведением жидкостей, запустило волну математических доказательств. Научный прогресс не всегда движется по прямой. Исследователи начинают заниматься какими-то вопросами, а потом бросают их. Результаты перестают вдохновлять. На формирование теории могут уйти десятилетия. Но иногда накопление научных знаний идёт прямой дорогой, и одно открытие порождает другое, будто падение костяшек домино. Подобное недавно произошло в области, изучающей при помощи математики механику жидкостей. Удивительное экспериментальное открытие 2013 года запустило серию математических доказательств, разрушивших вековые представления. «Это была очень динамичная и удивительная история», — сказал Александр Киселёв, математик из Университета Дьюка, соавтор одного из доказательств. В основе открытий лежат уравнения Эйлера, сформулированные Леонардом Эйлером в 1757 году. Математики и физики использовали их для моделирования поведения жидкостей во времени. Если бросить в пруд камень, как будет двигаться жидкость через пять секунд? Уравнения Эйлера помогут ответить на этот вопрос.
Будущее ДНК-вычислений: объемная 3D-архитектура, наноразмер и невероятная производительность
Наиболее вероятно, что главным революционным отличием процессоров будущего станут объемная (3D) архитектура и наноразмер составляющих, что позволит головокружительно увеличить количество элементов. Сегодня кремниевые технологии приближаются к своему технологическому пределу, и ученые ищут адекватную замену кремниевой логике. Клеточные автоматы, спиновые транзисторы, элементы логики на молекулах, транзисторы на нанотрубках, ДНК-вычисления. Но как собрать наноэлементы в сложное единое целое? Как подвести к ним питание? Как они будут обмениваться информацией? Как их заставить работать сообща? И еще, не менее важная проблема – как организовать обмен информацией между внешним миром и наноустройствами, иначе говоря, как сделать информационный переходник от «микро» к «нано»? Увы, на сегодняшний день главные претенденты на замену кремния находятся в состоянии идей или работающих стендовых образцов. Их технические реализации, в подавляющем большинстве, не дают ответа на поставленные выше вопросы, откладывая на будущее решение этих проблем.
Впервые получено вращающееся со сверхзвуковой скоростью кольцо из вещества в сверхтекучем состоянии
Фото: R. Dubessy / University of Paris 13; CNRS Paris. Физики экспериментально получили кольцо из вещества в сверхтекучем состоянии, которое вращается более минуты со скоростью, превышающей звуковую до 18 раз. Данная конфигурация должна помочь реализовать гигантский квантовый вихрь в подобной системе, пишут авторы в журнале Physical Review Letters. При охлаждении ряда веществ до близкой к абсолютному нулю температуре они могут переходить в квантовое состояние, которое характеризуется новыми свойствами. В частности, гелий при таких условиях становится сверхтекучим, то есть ведет себя как жидкость с нулевой вязкостью. Также многие вещества, в первую очередь разреженные атомарные газы, становятся конденсатами Бозе — Эйнштейна, в которых частицы проявляют скоррелированное поведение и описываются единой волновой функцией. Важным свойством сверхтекучих веществ оказывается возникновение квантовых вихрей, то есть небольших вращательных течений, которые могут существовать лишь при определенных значениях момента импульса.
