Дайджест последних новостей из мира современной физики (6.09-13.09)

Прошедшая неделя продолжала нас радовать новыми открытиями в мире физики, поэтому держите последнюю подборку нашего традиционного дайджеста! В этом выпуске: генерация рентгеновских импульсов, снятое в реальном времени деление клетки, сверхпроводящий графен и многое другое! Приятного чтения! 

 

Ученые из технического университета Чалмерс разработали новый метод изучения отдельных наночастиц, который может быть использован в новых сенсорах для топливных ячеек!

В ЧЕМ СУТЬ

Свойства отдельных частиц на наномасштабе могут разительно отличаться от их коллективного поведения. В том числе это проявляется при взаимодействие материала из наночастиц с окружающими его молекулами газа. Применив новый экспериментальный подход, называемый плазмонной наноспектроскопией, группа ученых изучила процесс поглощения отдельными наночастицами палладия молекул водорода.

Обычно для наблюдения за отдельными наночастицами используются сфокусированные пучки электронов или фотонов, что приводит к повышенной плотности энергии в точке наблюдения и может вносить искажения в наблюдаемый процесс. В новом подходе ученые использовали свет очень малой интенсивности, реализовав невозмущающие измерения.

В результате исследования выяснилось, что частицы одинаковой формы и размера могут начинают поглощать водород при совершенно разном давлении (отличие составляло вплоть до 40 миллибар). Этим неожиданным свойством можно воспользоваться, например, при создании новых сенсоров для обнаружения протечек в водородных топливных элементах.

http://phys.org/news/2015-09-team-nanoparticles.html

 

Ученые научились генерировать импульсы рентгеновского излучения произвольной формы!

В ЧЕМ СУТЬ

Мы сравнительно неплохо умеем управлять спектральными и временными свойствами видимого излучения и манипулировать с его помощью электронами на внешних оболочках атомов и молекул. Однако, чтобы добраться до электронов внутренних оболочек, нужно излучение с более короткой длиной волны - рентгеновские импульсы, которыми управлять уже не так-то просто.

Новая работа исследователей из итальянской лаборатории синхротронного излучения предлагает решение этой проблемы. Ученые разработали метод генерации экстремально коротковолнового ультрафиолетового излучения с помощью лазера на свободных электронах, которое может иметь заданный спектральный и временной профиль.

Сама генерация излучения в лазере на свободных электронах происходит при прохождении пучка электронов сквозь массив магнитов с чередующейся полярностью. Недавнее исследование показало, что когерентность такого лазера может быть существенно улучшена, если использовать вспомогательный лазер для контроля пучка электронов. При этом амплитуда и фаза этого лазера могут быть непосредственно переданы электронам, которые затем переизлучают фотоны с точно определенными свойствами.

Здесь же итальянские ученые продвинулись еще дальше, показав, что с помощью подбора параметров вспомогательного лазера лазер на свободных электронах может генерировать не только простые единичные импульсы, но и составные импульсы сложной формы. Исследователи также предложили способ генерации импульсов сложной временной формы с помощью фурье-ограниченных импульсов.

В перспективе этот метод можно расширить и до рентгеновского излучения, получив новый инструмент для исследования внутренних электронных оболочек атомов и молекул.

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.115.114801

 

Ученые смогли вживую пронаблюдать поведение ДНК клетки во время ее деления!

В ЧЕМ СУТЬ

Чтобы понять процессы, происходящие в отдельной клетке, необходимо научиться "заглядывать" внутрь нее, не нарушая течение этих процессов. Обычно, если ученые хотят посмотреть большие куски ДНК - хромосомы - они добавляют в клетку подкрашивающие флюоресцентные вещества, что может негативным образом повлиять на естественную среду в клетке. Похожий подход с "окрашиванием" тканей используется и при гистологическом анализе в медицине.

В новой работе ученые из Гарвардского университета предложили новые метод, основанный на стимулированном рамановском рассеянии, который не нуждается в каких-либо "красителях" и может быть в дальнейшем использован для диагностики рака кожи. Техника стимулированной рамановской микроскопии использует различие в колебательной энергии (и, соответственно, частоты излучения/поглощения) химических связей в зависимости от окружения для их визуализации. К примеру, энергия связи между атомами водорода и углерода в ДНК будет существенно отличаться от энергии той же связи в белках или жирах.

Также стимулированная рамановская микроскопия, в отличие от традиционной, позволяет быстро получать данные о живом образце и наблюдать за его динамикой в реальном времени. Используя эту технику, ученые получили информацию о содержании и распределении ДНК, белков и жиров внутри клетки, и смогли по ней реконструировать изображение происходящего в клетке.

Продемонстрированный учеными метод открывает новые перспективы для быстрой диагностики рака кожи, где он может стать неинвазивной альтернативой традиционной биопсии, позволив врачам получать данные о раковых тканях безболезненно для пациента.

http://phys.org/news/2015-09-label-free-technique-images-dna-vivo.html

 

Сверхбыстрая "электронная камера" на Стэнфордском линейном ускорителе позволила увидеть крошечные колебания атомной решетки в двумерном материале!

В ЧЕМ СУТЬ

Двумерные материалы, самым известным из которых является графен, состоят всего лишь из одного слоя атомов или молекул, при этом обладая невероятными физическими свойствами вроде сверхвысокой прочности и тепло/электропроводности. Но за счет чего они имеют такие характеристики? До сих пор ученые знали об этом довольно мало, однако теперь у них появилась возможность исследовать свойства двумерных материалов в зависимости от движения атомов в них.

В новой работе ученые исследовали на Стэнфордском линейном ускорителе необычный материал, дисульфид молибдена, который широко известен в качестве смазочного материала, но начинает проявлять интересные свойства в своей двумерной форме. К примеру, одноатомный слой данного материала обычно является изолятором, однако при растяжении начинает довольно неплохо проводить электрический ток. Благодаря возможности такого переключения "режимов", этот материал может быть использована, например, в гибкой электронике и новых устройствах хранения информации.

Предыдущие исследования дисульфида молибдена показали, что он имеет неровную поверхность, однако могли предоставить только статичные ее изображения. В новой же работе исследователи смогли впервые показать в реальном времени, как поверхность материала реагирует на контакт с лазерным излучением. Для этого использовалась техника, называемая сверхбыстрой электронной дифракцией.

Суть ее заключается в следующем. Исследуемый образец ставится на пути пучка высокоэнергетических электронов, собранных в ультракороткие импульсы, которые рассеиваются на атомах образца и попадают на детекторы. По информации, собранной с этих детекторов, ученые могут восстановить положение атомов в монослое образца. В проведенном исследовании ученые возбуждали поверхность образца с помощью ультракоротких лазерных импульсов, которые заставляли атомы колебаться. При этом соответственно менялась и получаемая с детекторов дифракционная картина, по которой ученые и могли отслеживать эти колебания на масштабе триллионных долей секунды!

Благодаря новому методу у исследователей появился шанс лучше понять поведение монослоев различных материалов и, в дальнейшем, научиться комбинировать их, создавая новые материалы с потрясающими оптическими, механическими, электронными и химическими свойствами!

http://phys.org/news/2015-09-slac-ultrafast-electron-camera-visualizes.html

 

Исследователи из Канады впервые смогли продемонстрировать сверхпроводимость в графене!

В ЧЕМ СУТЬ

Графен является, пожалуй, самым известным двумерным материалом, состоящим из одного слоя атомов углерода, собранных в шестиугольные соты. За создание этого материала и исследование его невероятных свойств в 2010 году была вручена Нобелевская премия по физике! С тех пор научные группы по всему миру опубликовали тысячи связанных с графеном работ, однако сверхпроводимость в графене до сих пор получить никак не удавалось.

В новой работе ученые из университета Британской Колумбии воспользовались продемонстрированным ранее свойством графита - многослойного родственника графена - сверхпроводить при добавлении в структуру материала слоев щелочных металлов. Они добавили к слою атомов углерода атомы лития, что улучшило электрон-фононную связь в графене и позволило добиться устойчивого режима сверхпроводимости. Сам эксперимент проводился в условиях сверхвысокого вакуума и низкой температуры вблизи 5 кельвин (или -268 градусов Цельсия).

Графен уже сегодня находит разнообразное применение в электронике, сверхчувствительных сенсорах, аккумуляторах высокой емкости и композитных материалах, а объем его рынка уже сегодня оценивается в 9 миллионов долларов и будет продолжать расти. Появление сверхпроводящего графена позволит сделать новый шаг в электронике на его основе и создавать наноразмерные квантовые устройства с необычным функционалом.

http://www.phas.ubc.ca/first-superconducting-graphene-created-ubc-researchers

 

На этом на сегодня все, оставайтесь с нами и будьте в курсе самых интересных событий в науке каждый день!
И, конечно же, рассказывайте про нас друзьям с помощью кнопок ниже! 🙂