Российские ученые предсказали «истинный» временной кристалл, который существует в непрерывном времени

На рисунке: Переход между состояниями |E0⟩ и |E1⟩, сопровождающий эволюцию системы во времени. Valerii Kozin& Oleksandr Kyriienko // Physical Review Letters, 2019. Физики из Университета ИТМО теоретически предсказали «истинный» временной кристалл, который существует в непрерывном времени. До сих пор считалось, что такие кристаллы создать невозможно. Чтобы обойти запрет на создание таких кристаллов, ученым пришлось пожертвовать локальностью взаимодействий между частями системы — грубо говоря, предложенный временной кристалл можно создать только на основе системы, в которой каждый атом напрямую связан со всеми остальными атомами (а не только с ближайшими соседями). Впрочем, отсутствие локальности не означает, что предложенную модель нельзя реализовать на практике. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на arXiv.org. Физики называют кристаллами системы, которые периодичны в пространстве и сохраняют свою структуру при сравнительно слабых возмущениях.

Читать далее

Эволюция и скачок в развитии нанотехнологий: борофен-графеновые гетероструктуры

«Мутация — это ключ к разгадке тайны эволюции. Путь развития от простейшего организма до господствующего биологического вида длится тысячелетиями. Но через каждую сотню тысяч лет в эволюции происходит резкий скачок вперед» (Чарльз Ксавье, Люди Икс, 2000 год). Если отбросить все научно-фантастические элементы, присутствующие в комиксах и фильмах, то слова профессора Икс вполне правдивы. Развитие чего-либо протекает равномерно большую часть времени, но иногда возникают скачки, которые имеют огромное влияние на весь процесс. Это применимо не только к эволюции видов, но и к эволюции технологий, основным двигателем которой являются люди, их исследования и изобретения. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, которое по мнению его авторов является самым настоящим эволюционным скачком в нанотехнологиях. Как ученым из Северо-Западного университета (США) удалось создать новую двумерную гетероструктуру, почему в качестве основы были выбраны графен и борофен, и какими свойствами может обладать подобная система? Об этом нам поведает доклад исследовательской группы. Поехали.

Читать далее

Биосовместимая керамика в различных областях медицины: краткий научно-популярный обзор

Керамика применяется в различных областях медицины, связанных с реконструктивно-восстановительными новыми хирургическими операциями: в стоматологии, травматологии, ортопедии, челюстно-лицевой хирургии, нейрохирургии и так далее. Она необходима для восстановления костных дефектов тканей человека при травмах или онкологических заболеваниях. Существует несколько видов керамики для различных медицинских применений. Так, для нагруженных имплантатов используется в основном оксидная керамика, для остеопластики костных дефектов — керамика на основе фосфатов кальция, для тканевой инженерии с использованием различных остеогенных факторов — матрикс, или скэффолд. Первые упоминания об использовании керамики в медицине можно отнести к XVIII веку: ее применяли для изготовления искусственных зубов и протезов. Оксид алюминия и диоксид циркония использовались в качестве имплантатов широкого спектра действий с 1960-х годов.

Читать далее

В США предложен новый вариант сверхпроводящего магнита для будущего коллайдера

Коллаборация из нескольких американских научных институтов продемонстрировала собственную разработку в области сверхпроводящих магнитов для будущего коллайдера. Дипольное поле новой установки достигает 14,1 тесла при рабочей температуре в 4,5 кельвин. Это значение почти равно целевому показателю в 16 тесла, заложенному в концепцию будущего ускорителя частиц с энергией столкновения около 100 тераэлектронвольт против 13 у Большого адронного коллайдера, пишет CERN Courier. Коллайдеры — это разновидность ускорителей частиц, которые сталкивают разогнанные объекты. Наиболее мощной установкой подобного типа является Большой адронный коллайдер (БАК), который способен достигать энергии соударения встречных пучков протонов на уровне в 13 тераэлектронвольт. Когда строился БАК, одной из ведущих теоретических идей в физике высоких энергий была суперсимметрия.

Читать далее

Графеновый слой на подложке позволил увидеть вигнеровский кристалл в муаровой сверхрешетке

Иллюстрация: H. Li et al / Nature, 2021. Физики предложили и реализовали неразрушающий способ тонкой визуализации двумерного вигнеровского кристалла в муаровой сверхрешетке. Они добились этого, добавив вспомогательный графеновый слой, с поверхности которого снимались карты проводимости тонкой иглой сканирующего туннельного микроскопа. Исследование опубликовано в NatureВигнеровским кристаллом называют упорядоченную фазу электронной плотности. Порядок возникает тогда, когда кинетическая энергия электронов (или квазиэлектронов) много меньше потенциальной энергии кулоновского взаимодействия. В этом смысле вигнеровский кристалл противопоставляется электронному газу — фазе электронной плотности, для которой характерно преобладание кинетической энергии электронов над потенциальной энергией. Тот факт, что электронный газ способен кристаллизоваться, впервые теоретически показал Юджин Вигнер в 1934 году.

Читать далее

В ионизованной лазерным лучом воде обнаружен короткоживущий водородно-кислородный комплекс

Иллюстрация: M.-F. Lin et al / Science, 2021. Американские физики использовали дифракцию сверхбыстрых электронов для исследования динамики межмолекулярных связей в жидкой воде после ее ионизации лазерным импульсом. Они экспериментально подтвердили теоретические расчеты, предсказывающие уникальное  образование короткоживущего комплекса OH(H3O+), а также получили информацию о релаксации локального нагрева. Работа опубликована в Science.  Вода играет ключевую роль в жизни человека, поэтому ее изучают особенно активно. При кажущейся простоте воды, ее внутри- и межмолекулярная структура оказывается довольно сложной, подробнее об этом можно прочитать в материалах «Пять стихий: вода» и «Хризопея воды». Другая особенность воды заключается в том, что ее молекулярная динамика проявляется на очень коротких, субпикосекундных временах. По этой причине, кстати, вопреки распространенному мифу вода не может хранить информацию (подробнее об этом и других мифах, связанных с водой, можно прочитать в материале «Живая и неживая»).

Читать далее

Новый материал из монослоев сульфидов переходных металлов показал рекордный коэффициент тепловой анизотропии

Иллюстрация: S. E. Kim et al / Nature, 2021. Американские физики изготовили материал с рекордным коэффициентом тепловой анизотропии. Он состоит из монослоев сульфидов переходных металлов, наложенных друг на друга в стопки со случайной ориентацией доменов. Они доказали, что такой материал эффективно охлаждает и одновременно термоизолирует электроды. Исследование опубликовано в Nature. Одна из главных проблем микроэлектроники, ограничивающих дальнейшую миниатюризацию, — это перегрев микросхем, поэтому крайне важно уметь отводить от них тепло. Помочь в этом могут материалы с анизотропной теплопроводностью. В таких материалах тепло передается с разной скоростью в зависимости от того, в каком направлении идет тепловой поток. Это свойство характеризуется с помощью коэффициента тепловой анизотропии ρ, который равен отношению теплопроводностей вдоль быстрой и медленной осей.

Читать далее

Выдвинута гипотеза о строении загадочной чёрной дыры-“единорога”

Долгое время учёные не могли найти чёрные дыры небольшого размера – астрономы даже задумались о том, а существуют ли такие вообще. Но новая серия открытий, включая обнаружение чёрной дыры-«единорога», дало надежду на решение этой давней загадки. Почти десять лет назад Фериал Озель с коллегами заметили нечто странное. Хотя в нашей Галактике нашлось множество чёрных дыр различного размера, не было найдено ни одной, размер которой был бы меньше определённой величины. «Наблюдался дефицит чёрных дыр массой меньше пяти солнечных, — сказала она. – Это было очень важно со статистической точки зрения». С тех пор, как в Озель, астрофизик из Аризонского университета, опубликовала в 2010-м работу по этому вопросу, этот «разрыв масс» оставался необъяснимым. И даже после того, как детекторы гравитационных волн LIGO и Virgo начали находить десятки ранее скрытых чёрных дыр – не исключая и некоторые неожиданные варианты – разрыв масс никуда не делся.

Читать далее

В МФТИ разработали технологию для воссоздания изображений, возникающих в головном мозге, по его электрической активности

Исследователи российской ГК «Нейроботикс» и Лаборатории нейроробототехники МФТИ научились воссоздавать по электрической активности мозга изображения, которые человек видит в данный момент. Это позволяет создавать новый тип устройств для постинсультной реабилитации, управляемых сигналами мозга. Препринт работы доступен на bioRxiv. Для развития методов лечения когнитивных нарушений, постинсультной реабилитации и создания устройств, управляемых мозгом, необходимо понять то, как мозг кодирует информацию. Ключевая задача для понимания принципов его работы — исследование активности мозга, возникающей при визуальном восприятии информации. Все существующие решения в области распознавания изображений по сигналам мозга используют функциональную магнитно-резонансную томографию (фМРТ) или анализ сигнала, получаемого непосредственно с нейронов. Особенности этих методов ограничивают их применение в клинической практике и повседневной жизни. Интерфейс «мозг — компьютер», созданный командой ученых из МФТИ и «Нейроботикс», напротив, использует электроэнцефалограмму (далее ЭЭГ), снимаемую с поверхности головы, и нейросети. Эта разработка с помощью ЭЭГ в режиме реального времени реконструирует кадры из видео, которое смотрит человек.

Читать далее