Дайджест новостей из мира современной физики (27.07-31.07)

Каждый будний день мы рассказываем вам о самых интересных событиях из мира современной физики в рубрике ФОКУС ДНЯ. А для любителей узнать обо всем сразу и ничего не пропустить, мы решили собрать все материалы вместе в еженедельном дайджесте. Приятного чтения!

Понедельник, 27.07

Ледяное покрытие может в 2 раза уменьшить трение, действующее на движущийся в воде объект!

В ЧЕМ СУТЬ

Все знают, что на поверхности льда зачастую образовывается тонкая прослойка воды, которая позволяет твердому телу (например, хоккейной шайбе) скользить по его поверхности. Теперь же ученые экспериментально доказали, что ледяное покрытие помогает легче двигаться и в толще воды!

Эксперимент был поставлен следующим образом. Были взяты металлические шарики, которые покрывали слоем воды и замораживали. Затем их бросали в высокие колбы с водой и следили за их движением с помощью высокоскоростной камеры. Результаты сравнивались с металлическими и керамическими шариками без ледяного покрытия.

Результаты эксперимента показали, что таяние льда на поверхности сфер уменьшало турбулентный след за сферой, который и определяет скорость движения объекта в жидкости на больших скоростях. Ранее для уменьшения сопротивления при движении в жидкости использовались специальным образом нанесенные выпуклости и иные ухищрения, теперь же, благодаря работе ученых, появился еще один способ уменьшить этот зачастую нежелательный эффект.

Более того, полученные результаты важны и с фундаментальной точки зрения, т.к. подобного поведения от ледяных оболочек, основываясь на общепринятых моделях, никто не ожидал. Это еще раз доказывает, что многие области физики изучены недостаточно хорошо и требуют постановки новых интересных экспериментов, подобных этому!

Подробнее об исследовании:
http://physics.aps.org/articles/v8/73

Вторник, 28.07

Ученые смогли увеличить максимально возможное расстояние для передачи сигнала по органическому волокну при комнатной температуре почти в 100 раз!

В ЧЕМ СУТЬ

Все мы слышали про обыкновенное оптоволокно, по которому передается большая часть сигналов в современных телекоммуникациях, где расстояния не являются большой проблемой и сигналы успешно передаются на десятки километров без усилителей (с использованием усилителей оптоволоконный кабель можно протянуть вокруг Земного шара).

С органическими нановолокнами не все так просто - максимальное расстояние, на которое удавалось передать сигнал до сих пор составляло несколько десятков нанометров. В этой же работе ученые сделали большой шаг вперед, продемонстрировав (почти) когерентную передачу энергии вдоль гигантской цепочки молекул.

Стоит отметить, что предложенные волокна представляют собой самособирающиеся нанотрубки, имеющие сердцевину и оболочку (аналогично обыкновенному оптоволокну), состоящие из сложных органических соединений. Их более подробное строение показано на картинке слева.

Проделанная учеными работа может найти свое применение в органической нанофотонике, эффективном транспорте и конверсии энергии в солнечных батареях и даже устройствах для обработки квантовой информации!

Ссылка на оригинальную статью:
http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7559/full/..

Среда, 29.07

Когда-нибудь слышали про "атомтронику"?
Это когда для создания электрических схем вместо электронных компонент используется газ хорошо контролируемых атомов.
На днях ученые сделали еще один шаг в этом направлении, продемонстрировав возникновение негативной проводимости - характерной особенности полупроводников - на атомах рубидия в оптической решетке!

В ЧЕМ СУТЬ

В атомтронике компоненты "электрических" схем задаются с помощью лазерных или магнитных ловушек, которые могут меняться нужным образом, с помещенными в них атомами газа, взаимодействием между которыми также можно управлять. Это позволило реализовать явления, недоступные в классической электронике: квантование проводимости, термоэлектрический транспорт в нанопроволоках, спиновый эффект Холла и другие.

В последние несколько лет в атомтронике наблюдается существенный прогресс благодаря развитию экспериментальных техник и оборудования. В новой работе ученые использовали захваченный в оптическую ловушку газ и сфокусированный электронный пучок, чтобы наблюдать явление негативной дифференциальной проводимости - когда ток через туннельный контакт уменьшается при повышении напряжения или химического потенциала. Этот эксперимент является важным шагом к созжанию сложных "атомных" цепей.

Чтобы достигнуть поставленной цели, ученые использовали "квантовый газовый микроскоп", который позволяет манипулировать отдельными ячейками оптической решетки, расстояние между которыми составляет менее микрометра. На таких расстояниях атомы довольно легко могут туннелировать сквозь потенциальные барьеры между ячейками.

В начале эксперимента был создан одномерный массив таких ячеек, в каждой из которых находилось около 700 атомов рубидия. Затем ученые использовали сфокусированный электронный пучок, чтобы освободить от атомов одну из ячеек оптической решетки. Это привело к созданию разности химических потенциалов между ячейками и появлению напряжения на туннельном барьере.

Затем, используя тот же электронный пучок, ученые наблюдали за соседними ячейками и количеством атомов рубидия в них (уменьшавшемся по мере "перетекания" атомов в пустую ячейку), что позволяло вычислить зависимость между разностью химических потенциалов и потоком атомов через барьер.

Сначала ученые наблюдали нормальное возрастание тока при увеличении разности потенциалов - положительную проводимость, однако это происходило только при малых значениях этих величин. Когда же изменение разности потенциалов становилось существенным, и наблюдалась негативная дифференциальная проводимость.

В будущих экспериментах возможно наблюдение Джозефсоновских осцилляций (по аналогии с туннельными Джозефсоновскими переходами). Все это позволит строить более сложные компоненты атомтроники - например, диоды и усилители, которые позволят использовать эти системы для различных квантовых измерений.

Более подробно об этой работе можно прочитать здесь: http://physics.aps.org/articles/v8/72

Четверг, 30.07

Ученым удалось связать поверхностные акустические волны с фотонами в оптическом нанорезонаторе, продемонстрировав новый подход к оптомеханике на чипе!

В ЧЕМ СУТЬ

На картинке ниже показан образец, на котором и был проведен данный эксперимент. Ученые расположили на одном чипе генератор поверхностных акустических волн частотой около 12 ГГц (сверху), высокодобротный фотонный резонатор (тонкая полоска с отверстиями посередине) и интегрированный оптический волновод (полукруг с расширениями на концах).

Запуская по оптическому волноводу свет, исследователи создавали возбуждение в фотонном резонаторе на его собственной частоте. Вдобавок к этому возбуждалась поверхностная акустическая волна, направленная на резонатор, которая возбуждала в нем механические колебания. Благодаря оптомеханическому воздействию фононов (колебаний поверхности) на фотоны в резонаторе можно было наблюдать их связь через изменение идущего по волноводу сигнала.

По мнению ученых используемый подход легко масштабируется, позволяет достигать сильной связи фотонов и фононов, и может послужить новой платформой для создания устройств квантовой оптомеханики.

Поверхностные акустические волны: https://ru.wikipedia.org/wiki/Поверхностные_акустичес..

Ссылка на статью в открытом доступе: http://arxiv.org/abs/1507.00808

Пятница, 31.07

Проект "Dark Energy Survey" составил карту невидимой темной материи, наблюдая за крошечными гравитационными возмущениями изображений далеких галактик!

В ЧЕМ СУТЬ

Взгляните на приложенную картинку - на ней видно, что когда свет от далеких галактик распространяется до нас, он неизбежно проходит мимо массивных образований, наполненных невидимой темной материей (проиллюстрированной в виде серых сфер). Гравитация темной материи искривляет окружающее пространство-время, вызывая искажения в форме фоновых галактик.

Изображения этих галактик становятся немного более вытянутыми (больше похожими на эллипс) в зависимости от распределения темной материи вдоль пути распространения света от них. Галактики, которые находятся близко к друг другу (на рисунке это две галактики слева), будут одинаково растянуты, что приведет к их "выравниванию" относительно друг друга.

Измеряя это самое выравнивание, астрономы могут оценить размер и местонахождение вызвавших искажения массивных объектов (пунктирные круги на картинке), и, тем самым, составить карту темной материи.

Для проведения данного исследования использовался четырехметровый телескоп Blanco в Чили, с помощью которого было исследовано более 2 миллионов удаленных галактик на кусочке неба размером в 139 квадратных градусов (это примерно столько, сколько покрывает ваша вытянутая на длину руки ладонь).

Результаты этого и нескольких предыдущих работ позволяют сделать вывод о реальности темной материи, распространенной в космическом пространстве в виде некой "паутины", состоящей из нитей, узлов и пустот. А по мере дальнейшего сбора и анализа получаемых данных проект "Dark Energy Survey" расскажет нам больше о том, как эволюционируют эти структуры из темной материи с течением времени!

Больше интересного можно прочитать по ссылке: http://physics.aps.org/articles/v8/74

Надеемся, наш первый дайджест пришелся вам по вкусу!
Если у вас есть предложения по его улучшению - не стесняйтесь нам об этом написать! 😉

Всегда ваши, MakeItQuantum.