Теги → учёные
Быстрый переход

Нашлись первые свидетельства, что Земля пополняет водный запас Луны

До высадки астронавтов на Луну поверхность нашей космической спутницы из-за экстремальных температур и суровости космической среды считалась сухой, как пустыня. Но с тех пор всё изменилось. Исследования обнаружили лунную воду в виде льда в тени полярных кратеров, связанную в вулканических породах и окисленные отложения железа в лунной почве. Несмотря на эти находки, достоверных подтверждений происхождения воды на поверхности Луны нет.

Луна в тени магннитосферы Земли в представлении художника. Источник изображения: E. Masongsong, UCLA EPSS, NASA GSFC SVS

Луна в тени магнитосферы Земли в представлении художника (серым обозначены ионы кислорода, а голубым — ионы водорода, солнечный ветер обозначен жёлтым). Источник изображения: E. Masongsong, UCLA EPSS, NASA GSFC SVS

Преобладающая теория происхождения воды на Луне состоит в том, что положительно заряженные ионы водорода в солнечном ветре бомбардируют поверхность Луны и спонтанно реагируют с образованием воды (в виде гидроксила OH– и молекулярной H2O). Однако новое международное исследование, опубликованное в Astrophysical Journal Letters, предполагает, что солнечный ветер, возможно, не единственный источник образующих воду ионов.

Исследователи показали, что частицы с Земли также могут пополнять водный запас Луны. Ко всему прочему это означает, что подобные процессы могут происходить с другими планетами и их спутниками. Иначе говоря, от поверхности Марса до спутников Юпитера и колец Сатурна, комет, астероидов и Плутона и в облаках далеко за пределами нашей Солнечной системы вода могла появиться не только и не столько в ранний период формирования Солнечной системы, а попасть на поверхность космических тел постепенно — в динамике.

Но вернёмся к Луне. Хотя солнечный ветер является вероятным источником воды на поверхности Луны, компьютерные модели предсказывают, что до половины её должно испариться и исчезнуть в полярных регионах в течение примерно трех дней полнолуния, когда Луна проходит в магнитосфере Земли и закрыта от солнечного ветра. Новый анализ карт лунной поверхности с данными о распределении гидроксила показал, что вопреки ожиданиям поверхностная вода на Луне не исчезает в течение этого периода экранирования солнечного ветра магнитосферой Земли. Из этого следует, что запас воды на Луне пополняет что-то помимо ионов водорода в солнечном ветре.

Проведённое заново множеством специалистов пристальное изучение снимков со спутника Chandrayaan-1 десятилетней давности и изучение данных об ионной обстановке на орбитах Земли и Луны японским спутником «Кагуя» позволило сделать вывод, что лунная вода может пополняться потоками магнитосферных ионов, также известными как «земной ветер». Таким образом, изучение данных в новом свете опровергает гипотезу экранирования и вместо этого предполагает, что сама магнитосфера Земли создает «водный мост», который может пополнять водный запас Луны.

В свете этих открытий будущие исследования солнечного ветра и планетарных ветров могут раскрыть больше загадок об эволюции воды в нашей Солнечной системе и потенциальных эффектах солнечной и магнитосферной активности на другие луны и планетные тела. Для расширения этого исследования потребуются новые спутники, оснащенные комплексными спектрометрами для картирования гидроксильных групп и воды, а также датчиками частиц на орбите и на поверхности Луны, чтобы полностью подтвердить этот механизм. Эти инструменты могут помочь спрогнозировать лучшие регионы для будущих исследований, добычи полезных ископаемых и возможного поселения на Луне.

Корейцы придумали незаметные мозговые имплантаты, позволяющие управлять мозгом через смартфон

Обычные мозговые имплантанты заканчивались пучками проводов из головы и привязывали пациента к громоздкой установке. Это затрудняло проведение экспериментов над животными при изучении активности мозга, ведь они стесняли движения и требовали постоянного питания либо частого хирургического вмешательства для замены батарей. Всё меняет новая корейская разработка — пациент не почувствует имплантат, а сразу начнёт реагировать на команды со смартфона.

Лёгкий и мягкий мозговой имплантат с оптоэлектронным управлением мозгом. Источник изображения: KAIST

Лёгкий и мягкий мозговой имплантат с оптоэлектронным управлением мозгом. Источник изображения: KAIST

Предложенный учёными из института KAIST крошечный мозговой имплантат создан из биосовместимых материалов и снабжён антенной для сбора электромагнитного излучения, которое превращается в электрическую энергию. Тем самым батарею имплантата можно заряжать удалённо беспроводным способом, не беспокоя подопытное животное и не нарушая непрерывность хода наблюдений.

Кроме того, имплантат получил встроенный энергоэффективный чип Bluetooth и два микронных светодиодных источника света на тончайших зондах. Светодиоды на зондах вводятся в заданную зону мозга напротив нейронов-мишеней. Вспышками светодиодов можно управлять через простое приложение на смартфоне. Свет вызывает возбуждение в нейронах-мишенях и заставляет мозг животного реагировать в зависимости от того, какие участки мозга раздражаются.

Например, в ходе эксперимента учёные вкололи подопытной крысе с установленным мозговым имплантатом кокаин, а затем по команде со смартфона заблокировали его влияние на поведение животного. Подобным способом, верят исследователи, можно будет научиться бороться с нейродегенеративными заболеваниями человеческого мозга и решать массу других задач по восстановлению здоровья людей.

Новые мозговые имплантаты будут незаметны, уйдёт в прошлое забота о замене батареек, управление с помощью приложения окажется простым и понятным. Противникам «чипирования» это вряд ли понравится, но о деятельности мозга можно будет узнать чуть больше, и человечеству это наверняка пойдёт на пользу.

Учёные научились создавать древесину в пробирках — это позволит выращивать готовую мебель

«Зелёные» инициативы намного шире вопросов энергетики и транспорта. Вырубка лесов для нужд мебельных и строительных отраслей также оказывает пагубное влияние на экологию и усугубляет парниковый эффект. Интересной альтернативой натуральной древесине может стать древесина, выращенная в пробирке. Более того, вырастить можно сразу что-то готовое — доску и даже стол. Исследования в этой области лишь начались, но перспективы заманчивые.

Источник изображения: fastcompany

Источник изображения: fastcompany

В недавно опубликованной статье в Journal of Cleaner Production, исследователи подробно рассказали, как они без почвы и солнечного света выращивали древесную растительную ткань из клеток, извлечённых из листьев циннии. «Клетки растений похожи на стволовые клетки, — сказала Луис Фернандо Веласкес-Гарсия (Luis Fernando Velásquez-García), главный научный сотрудник лаборатории Microsystems Technology при Массачусетском технологическом институте и соавтор статьи. — У них есть потенциал, чтобы быть разными».

Мы уже слышали о массе опытов по выращиванию мяса в пробирке. Но это сложный и дорогостоящий процесс, тогда как выращивание клеток растений в пробирке намного проще и вполне может стать коммерчески реализуемым в скором будущем. Древесину в лаборатории можно выращивать любой формы от досок до готовой мебели, что радикально сократит отходы производства.

Другой вопрос, на который учёные пока не дают ответа: сколько на всё это потребуется времени? Это наверняка будет быстрее естественного роста дерева, но дни и недели поддержки необходимых условий роста будут существенно сказываться на цене искусственного дерева, тогда как вырубка будет стоить условные копейки.

Получить готовую древесину из пробирки стало бы хорошей альтернативой вырубке лесов и позволило бы избавиться от вездесущего пластика в декоре, строительстве и архитектуре. Наконец, есть проекты даже по изготовлению из древесины космических спутников. Неужели появится искусственная альтернатива древесине?

Учёные подсчитали глубину моря на спутнике Сатурна

За время своей миссии зонд Cassini собрал и передал о Сатурне и его спутниках так много данных, что учёные всё ещё продолжают делать открытия на их основе. В частности, астрономы Корнельского университета смогли проникнуть в тайны самого большого моря на спутнике Сатурна Титане — моря Кракена. Интересно, что для этого им пришлось применить математику, ведь мощности радара зонда не хватило, чтобы достичь дна этого водоёма.

Представление художника о море на поверхности Титана. Титан.Источник изображения: NASA/John Glenn Research Center

Представление художника о море на поверхности Титана. Титан.Источник изображения: NASA/John Glenn Research Center

Следует уточнить, что моря на Титане состоят вовсе не из воды. В берегах среди скал Титана плещется сжиженный метан с небольшими долями азота и этана. Окружающая среда этому способствует — на поверхности небесного тела около -179,6 °C.

Аппарат Cassini прозондировал Титан в 2014 году. Часть этой информации была раньше расшифрована, а часть была проанализирована только недавно. Сканирование моря Кракена на частоте 13,78 ГГц позволило по задержкам отражённого сигнала и с учётом падения энергии отражённого луча представить рельеф дна и оценить глубину моря. К сожалению, радар смог изобразить ландшафт только до глубины 100 метров, после чего перестал ловить отражённый сигнал.

Концепция воздушного дрона для изучения Титана. Источник изображения: NASA

Концепция воздушного дрона для изучения Титана. Источник изображения: NASA

Как считают учёные, которые провели аппроксимацию рельефа всего дна с помощью полученных данных глубин до 100 метров, глубина в центральной его части может достигать 300 метров. Эта информация имеет особую ценность, поскольку в будущем планируется запустить в одно из морей Титана автоматическую подводную лодку. Но сначала туда будет направлен аэродрон Dragonfly. Если всё будет хорошо, космический аппарат со «Стрекозой» отправится в полёт в 2027 году и прибудет к Титану к 2035 году.

Европейцы продвинулись в разработке массовых квантовых вычислителей на современных полупроводниках

Квантовые компьютеры и кубиты представляются чем-то далёким и совершенно не таким, как современные процессоры и ПК. В то же время заманчиво использовать все те наработки, которые добыты годами отладки полупроводниковых техпроцессов. Мостик между производством кремниевых транзисторов и кубитами готовы перекинуть европейцы: французские исследователи из CEA-Leti и сотрудники Копенгагенского университета придумали вентили для кремниевых кубитов.

Четырёхкубитовый кремениевый массив CEA-Leti. Источник изображения: CEA-Leti

Четырёхкубитовый кремниевый массив CEA-Leti. Источник изображения: CEA-Leti

Пока кубиты в том или ином виде выпускаются в ограниченном количестве в университетах, о квантовых системах остаётся говорить как о чём-то исключительном. Иное дело современное полупроводниковое производство. Кусочек кремния со стороной в один сантиметр содержит десятки миллионов транзисторов. А транзистором управлять — одно удовольствие. Это не четыре–пять проводов из криогенной камеры на каждый кубит! Всё просто и компактно. Нечто подобное учёные ожидают от спиновых кубитов, в которых роль кубита будет играть одиночный электрон. Такие кремниевые кубиты теоретически возможно выпускать в массовых количествах на больших кремниевых пластинах.

Интересную кремниевую структуру для организации спиновых кубитов представил французский институт из CEA-Leti, возможности которой исследовали учёные из Института Нильса Бора при Университете Копенгагена. Статья о работе была опубликована около недели назад в издании Nature Communications. Французы создали элементарный массив из четырёх квантовых точек, каждая из которых управляется своим вентилем (переключателем). В каждой квантовой точке находится один электрон. Спин этого электрона представляет собой кубит. И это очень хорошо, поскольку спин слабо реагирует на помехи, что важно для снижения уровня ошибок и поддержки высокого уровня согласования кубитов (когерентности).

Пртимер кремениевого кубита Intel

Пример кремниевого кубита Intel

В данном исследовании учёные подтвердили, что они могут перемещать отдельные электроны вокруг массива квантовых точек и могут помещать их в квантовые точки. При этом электроны могут взаимодействовать друг другом в соседних позициях, что обещает привести к такому явлению, как запутанность кубитов. В последующих экспериментах исследователи собираются задействовать управление электронами в магнитном полем и попытаться считывать спины. Пожелаем им удачи.

Создан процессор на сверхпроводниках, который в 80 раз экономичнее обычного

Исследователи из Йокогамского национального университета в Японии разработали прототип микропроцессора с использованием сверхпроводниковых компонентов, которые примерно в 80 раз более энергоэффективны, чем современные полупроводниковые устройства, традиционно используемые в современных микропроцессорах. Разработка может помочь снизить потребление ЦОД и сетевой инфраструктуры, которая скоро будет требовать до половины вырабатываемой человеком энергии.

science.discoveryplace.org

science.discoveryplace.org

Считается, что сегодня телекоммуникации и ЦОД потребляют около 10 % вырабатываемой человечеством электроэнергии. Если ничего не менять в технологиях производства чипов, то через десять лет, как считают специалисты, информационно-телекоммуникационная отрасль будет потреблять до половины всей генерируемой энергии (а кто-то опасается, что проблемой энергетиков станут электромобили). Беда в том, что работа современной электронной базы всё ещё сопровождается огромными потерями из-за вырабатываемого тепла, утечек и беспечных программистов.

Японские разработчики решили бороться с проблемой в корне. Раз современные процессоры и архитектуры неэффективны, то надо всё начать сначала и даже отказаться от транзистора. Заменить этот элемент учёные из Японии предлагают элементом, придуманным в этой стране около 70 лет назад — это параметрон, который переключается из состояния 0 в состояние 1 благодаря смене фазы внутренней частоты, которую он сам поддерживает. В пятидесятые годы прошлого века в Японии параметроны пришли на замену вакуумной лампе в ЭВМ, пока мир не покорили более простые и надёжные полупроводниковые транзисторы.

Японский микропроцессор на параметронах. Источник изображения: Yokohama National University

Японский микропроцессор на параметронах. Источник изображения: Yokohama National University

В отличие от транзистора параметрон не боится сверхнизких температур, ведь он работает на других принципах. В компании NEC, например, на параметронах создают квантовые вычислители. В то же время учёные из Йокогамского национального университета использовали параметрон в качестве базового элемента для обычной классической или почти классической вычислительной архитектуры. Первым опытным изделием учёных стал 4-битный микропроцессор, который доказал свою способность выполнять команды и хранить данные.

Принцип переключения параметрона. Данные записываются состяонием фазы резонансной частоты

Принцип переключения параметрона. Данные записываются состоянием фазы резонансной частоты

Новая цифровая структура названа адиабатическим квантово-потоковым параметроном (AQFP), а процессор назван MANA (Монолитная архитектура адиабатической интеграции, Monolithic Adiabatic iNtegration Architecture). Работает этот микропроцессор при охлаждении до температуры 4,2K или –269 ºC. Как утверждают учёные, даже с учётом расходов на охлаждение данный микропроцессор показывает 80-кратное превосходство в эффективности расчётов над современными полупроводниковыми схемами. Осталось только понять возможности масштабирования и оптимизации, чем дальше и займётся учёная группа.

Учёные предложили материалы для устойчивых к помехам квантовых компьютеров

Международная группа учёных на базе Университета Аалто разработала новый ультратонкий материал, с помощью которого им удалось воспроизвести неуловимые квантовые состояния — фермионы Майораны. Считается, что эти гипотетические частицы могут стать основой квантового компьютера с топологическими кубитами. Главной особенностью этих частиц является то, что они не обнаружены в природе. Все созданные до сих пор фермионы Майораны — рукотворны, и у каждого исследователя свой подход.

Одномерный майорановский фермион с нулевой энрегией на границе двух двумернх материалов. Источник изображения: Aalto University

Одномерный майорановский фермион с нулевой энергией на границе двух двумерных материалов. Источник изображения: Aalto University

Как известно, в основе квантового компьютера лежит кубит, который используется для высокоскоростных вычислений. Наиболее широко представлены криогенные кубиты, когда система охлаждается до близких к абсолютному нулю температур. Охлаждение и экранирование снижают вероятность взаимодействия кубитов с внешними «раздражителями» — тепловым, электромагнитным и другими шумами, которые вносят ошибки в квантовые вычисления. Но даже суровая изоляция не позволяет кубитам долго (секунды) находиться в согласованном (когерентном) состоянии, чтобы произвести вычисления и снять результат. Иное дело — топологические кубиты.

Идею квантового компьютера на основе топологических кубитов представил советский, российский, а позднее американский учёный Алексей Китаев. Топологическим кубит назван по той причине, что он крайне устойчивый в своём состоянии. Он может сколь угодно долго оставаться устойчивым при обычных условиях при поддержании необходимых параметров среды или условий его образования. Например, он не разрушается в процессе измерения, как «обычный» кубит. Надо ли говорить, что за топологический кубит сначала схватилась компания Microsoft, а затем и Intel, не говоря о других?

Китаев же предложил в качестве топологического кубита использовать фермионы Майораны. Дело в том, что эта гипотетическая частица одновременно является своей античастицей. Как результат, её электрический заряд стремится к нулю, а это безразличие ко всему на свете, включая «раздражители». Просто верх стабильности и постоянная демонстрация суперпозиции. Но фермионы Майораны никем не обнаружены, поэтому учёные представляют эту частицу в виде квазичастицы, например, в виде коллективного взаимодействия электронов. И именно такое коллективное взаимодействие электронов смоделировали учёные в Университете Аалто.

Университет Аалто, источник: glassdoor.com

Одно из зданий Университета Аалто, источник: glassdoor.com

Для создания майорановского фермиона с нулевой энергией (MZM, Majorana zero energy modes) необходимы очень тонкие 2D-материалы (двумерные). С их помощью можно создать одномерный майорановский фермион с нулевой энергией (1D MZM) или топологический сверхпроводник, также предсказанный Китаевым. Именно 1D MZM представлен Китаевым как возможная основа топологического кубита.

Топологическая сверхпроводимость возникает на границе двух 2D-материалов и позволяет создавать ловушки для майорановских фермионов — групп электронов в нашем случае. Именно на границе создаётся одномерное пространство, которое делает возможным появление кубита в виде 1D MZM. Один из материалов — это магнитный электрический изолятор, а второй — сверхпроводник. Магнитное поле у изолятора сравнительно слабое, поэтому оно не нарушает сверхпроводимости в присоединённом сверхпроводнике.

В обсуждаемом исследовании топологический сверхпроводник состоит из слоя бромида хрома, материала, который остаётся магнитным даже при толщине всего в один атом. Команда вырастила островки бромида хрома толщиной в один атом на поверхности сверхпроводящего кристалла диселенида ниобия и измерила их электрические свойства с помощью сканирующего туннельного микроскопа. После целой серии моделирований был сделан вывод, что измеренные электрические свойства явления можно с уверенностью представить как одномерный майорановский фермион с нулевой энергией, а не что-то иное.

Исследователи уверены, что они научились создавать одномерные MZM из двумерных материалов, и следующим шагом станет попытка превратить их в топологические кубиты. Добавим, статья об исследовании опубликована на днях в журнале Nature. Квантовые компьютеры стали ещё на один шаг ближе.

Учёные случайно нашли способ производства кремниевых кубитов на атомарном уровне

Благодаря гранту Министерства энергетики США группа учёных из Техасского университета в Далласе разработала метод более точного создания кремниевых кубитов, что в перспективе может привести к массовому производству квантовых процессоров на основе полупроводникового производства. Исследование находится на ранней стадии изучения, но рассматривается как перспективное.

Справа показана пластина со слоем атомов водорода, а справа — с извлечёнными из слоя атомами водорода. Источник изображения: University of Texas at Dallas

Слева показана пластина со слоем атомов водорода, а справа — с извлечёнными из слоя атомами водорода. Источник изображения: University of Texas at Dallas

Производство чипов с использованием кремниевых пластин настолько хорошо изучено и отлажено, что создание квантовых процессоров на кремниевых кубитах представляется хорошо продуманным решением для первого шага в направлении квантовых компьютеров. В частности, кремниевыми кубитами в числе прочих исследований занимается компания Intel.

Учёные из Техасского университета в Далласе взяли за основу один из вариантов создания кремниевых кубитов на основе кремниевых пластин с атомарно тонким слоем осаждённого водорода — это так называемая пассивация, когда одним веществом (в данном случае — водородом) покрывают всю поверхность пластины. На такой пластине кубиты можно сформировать с помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Атом водорода выхватывается и затем с помощью осаждения из газовой среды на его место осаждается фосфин — в соединении с кремнием в этом месте формируется кубит.

Зонд СТМ может работать в двух режимах: в режиме визуализации, тогда он показывает изображение с атомарным разрешением и в режиме манипулятора, когда кончик зонда удаляет или перемещает атомы вещества с такой же точностью. По понятным причинам в первом случае используются более слабые токи и напряжения, чем во втором.

До сих пор точность использования зонда СТМ для манипуляции атомами была недостаточно высокой. Оператор мог легко ошибиться и выхватить зондом атом водорода не там, где это нужно. Исследователи из Техасского университета случайно выяснили, что зонд микроскопа может манипулировать атомами водорода даже в режиме визуализации и это происходит с потрясающей точностью.

«Мы поняли, что действительно можем использовать этот метод для контролируемого удаления атомов водорода, — сказал руководитель исследования доктор Реза Мохеймани (Reza Moheimani). — Это стало неожиданностью. Это одна из тех вещей, которые случаются во время экспериментов, и вы пытаетесь объяснить это и воспользоваться этим».

Понятно, что для промышленного применения нужен совсем другой инструмент, чем лабораторный сканирующий туннельный микроскоп. Поэтому учёные собираются изучить вопрос создания устройства с множеством параллельно работающих зондов и ускорить процесс манипулирования атомами. Прибор со 100 зондами и со скоростью в 10 раз большей, чем работа СТМ даст 1000-кратный прирост производительности, и тогда можно будет говорить о коммерческом применении разработки.

Солнечный элемент из кремния и перовскита установил новый рекорд эффективности

Перовскит начали изучать в качестве перспективного материала для солнечных панелей около десяти лет назад. Причём почти сразу его рассматривали как дополнение к традиционным панелям из кремния. Это так называемые тандемные панели, которые состоят из двух и более слоёв/материалов для поглощения солнечного излучения в более широком спектре. КПД тандемных панелей по определению выше, чем из одного материала, что учёные регулярно доказывают.

Экспериментальный солнечный тандемный элемент из кремния и перовскита. Источник изображения:

Экспериментальный солнечный тандемный элемент из кремния и перовскита. Источник изображения: Helmholtz-Zentrum Berlin

Немецкие исследователи из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB) добились впечатляющих результатов по эффективности тандемной солнечной ячейки из кремния и перовскита. Всего пять лет назад максимальная эффективность тандемных солнечных элементов составляла 13,7 %, два года назад — до 25,2 %, а в начале этого года — 27,7 %. Тандемная ячейка HZB показала эффективность преобразования солнечного света в электричество на уровне 29,15 % при теоретическом пределе КПД для таких элементов 35 %. Для сравнения, по отдельности каждый их этих материалов показывает эффективность преобразования до 20 %.

Экспериментальный элемент имеет площадь всего в 1 см2. Учёные уверяют, что технология позволяет довести размеры ячеек до коммерчески выгодных. Правда, они не берутся указать сроки осуществления коммерческих планов в отношении представленной разработки.

В представленной тандемной солнечной ячейке кремний в основном поглощает красную и инфракрасную часть падающего света, а перовскит — зелёную и синюю. Поставленный учёными рекорд эффективности сертифицирован Fraunhofer ISE и занесен в таблицу NREL, где с 1976 года отслеживается прогресс в технологиях солнечных элементов. Добавим, статья о разработке опубликована в журнале Science и открыта для прочтения.

Опубликовано фото солнечного пятна с невообразимой детализацией

В следующем году завершается создание крупнейшего наземного телескопа для наблюдения за Солнцем — солнечного телескопа им. Дэниела Иноуэ (Daniel K. Inouye Solar Telescope, DKIST) с зеркалом диаметром 4,24 м. Но уже в процессе проверки систем телескоп проявляет свои невероятные способности. Первое фото поверхности Солнца, сделанное телескопом DKIST, было опубликовано в январе, а на днях астрономы показали детальный снимок пятна на Солнце.

Источник изображения: NSO/NSF

Тёмные участки — это места, в которых остывающая плазма погружается в Солнце, а светлые — откуда вырывается на поверхность. Источник изображения: NSO/NSF

Появление пятен на Солнце связано с увеличением активности нашего светила. К декабрю 2019 года пятна исчезли, но тогда же начался новый 11-летний цикл активности Солнца. Представленное фото пятна сделано 28 января этого года и считается одним из первых пятен в новом цикле. Дальше их будет больше, так что телескоп DKIST вводится в строй одновременно с началом появления всё большего и большего количества пятен.

На представленной фотографии используется теплая палитра красного и оранжевого, но снимок сделан на длине волны 530 нанометров — в зеленовато-желтой части видимого спектра. Мы видим уже адаптированное изображение, в привычных нашему глазу цветах.

Размеры пятна на Солнце — участка поверхности с несколько меньшей температурой, чем окружающие его области — таковы, что туда свободно могла бы поместиться наша родная планета. Минимальное разрешение на снимке составляет 20 км. Но до этого момента даже оно казалось фантастически высоким.

Источник изображения: NSO/NSF

Остывающая и разогретая плазма следуют направлениям магнитных полей на поверхности Солнца. Источник изображения: NSO/NSF

Телескоп DKIST за счет своего большого пространственного разрешения и высокой чувствительности позволяет различать относительно мелкие детали в фотосфере Солнца. Это даёт возможность внимательно следить за корональными выбросами массы и определять напряженность и направление магнитного поля в хромосфере и короне звезды, что, в свою очередь, позволяет следить за явлениями вблизи Солнца и изучать образование солнечного ветра, а значит, понимать и фиксировать прямое влияние звезды на Землю и на нас с вами.

Китай зажигает «искусственное солнце»: введён в эксплуатацию термоядерный реактор HL-2M Tokamak

В пятницу почти без отставания от графика в исследовательской лаборатории в Чэнду, провинция Сычуань, принят в эксплуатацию экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak. Установка пришла на смену реактору HL-2A. Новый реактор позволит китайским учёным проводить эксперименты с плазмой, разогреваемой до температуры 150 млн °C, что в три раза больше, чем позволял HL-2A. И это в десять раз больше, чем внутри Солнца!

Последние проверки перед запуском термоядерного реактора в лабора тории в Чэнду. Источник изображения: STR/AFP

Последние проверки перед запуском термоядерного реактора в лаборатории в Чэнду. Источник изображения: STR/AFP

Экспериментальный термоядерный реактор HL-2M Tokamak станет новым, более совершенным полигоном для изучения течения термоядерных реакций. Разогретая до сверхвысоких температур магнитоактивная плазма внутри реактора удерживается магнитным полем. По словам учёных, реактор HL-2M может удерживать плазму до 10 секунд.

Изучение процессов в лаборатории поможет довести разработку установки до создания экспериментального реактора, который начнут строить в Китае в следующем году, и до промышленного прототипа, который планируется построить к 2035 году. Переход к полномасштабной эксплуатации термоядерной энергии Китай рассчитывает осуществить к 2050 году.

Установка в сборе.

Установка в сборе. Источник изображения: STR/AFP

Также работа реактора HL-2M Tokamak может помочь в развитии международного проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), в рамках которого на юге Франции строится термоядерный реактор с участием ведущих стран, включая Россию, Китай, США, Японию и других. Как и HL-2M Tokamak, реактор ITER будет разогревать изотопы водорода до 150 млн °C. Поскольку реактор ITER будет введён в эксплуатацию в период с 2023 по 2025 годы, эксперименты на китайском реакторе HL-2M могут помочь в осуществлении проекта. Ждём интересных результатов!

Тепловые трубки из графена обеспечат трёхкратный рост теплоотвода по космической цене

Учёные из Швеции предложили для отвода тепла от электронных компонентов кое-что получше медных тепловых трубок, обязательного элемента эффективных систем охлаждения. Вместо меди предложено использовать графен — рост эффективности отвода тепла составит до 3,5 раз. Но цена вопроса ограничит использование таких тепловых трубок, ведь один грамм графена сегодня стоит около $100. Космос и авиация за такое заплатят, не моргнув.

Система охлаждения на медных тепловых трубках. Источник изображения: Thermalright

Система охлаждения на медных тепловых трубках. Источник изображения: Thermalright

Разработку представили учёные из Технологического университета Чалмерса в Швеции, в создании которой им помогали коллеги из Италии и Китая. Тепловая трубка из графеновой теплопроводящей оболочки получается лёгкая и мягкая, поэтому она укрепляется изнутри металлической пружиной и продольными углеродными волокнами, что позволяет ей держать форму и обеспечивать свободную циркуляцию охлаждающей жидкости и испарений.

Принцип работы графеновой тепловой трубки такой же, как и у медной. На горячем конце охлаждающая жидкость переходит в газообразную фазу вещества, а на холодном — конденсируется в жидкость и возвращается к точке нагрева. На холодном конце также можно предусмотреть радиатор и активную систему отвода тепла, но цель данной разработки — это эффективно отводить тепло из труднодоступных мест в электронике, где с радиаторами особенно не развернёшься.

Строение тепловой трубки из графена. Источник изображения: Chalmers University of Technology/Phys.org

Строение тепловой трубки из графена. Источник изображения: Chalmers University of Technology/Phys.org

Теплопроводность графена лежит в диапазоне 3000 до 5000 Вт/м·К при комнатной температуре. Теплопроводность меди составляет около 400 Вт/м·К при температуре 20 °C. Можно не сомневаться, что при таких параметрах эффективность тепловых трубок из графена должна оказаться выше эффективности тепловых трубок из меди. И действительно, в поставленном эксперименте с графеновой тепловой трубкой длиной 150 мм и наружным диаметром 6 мм коэффициент теплопередачи оказался примерно в 3,5 раза лучше, чем у аналогичной тепловой трубки на основе меди.

В системы охлаждения настольных ПК такие трубки вряд ли попадут, но в тонких ноутбуках вполне могут прописаться, если разработка дойдёт до коммерческого внедрения.

В Амстердаме приступили к созданию квантового интернета

В этом году впервые широко заговорили о создании глобальной квантовой сети — фактически квантового интернета. Задача выходит далеко за рамки уже привычного шифрования данных с использованием распределённых квантовых ключей. В перспективе квантовый интернет должен обеспечить даже распределённые квантовые вычисления. Летом такой проект стартовал в США, а на днях — в Нидерландах.

Источник изображения: Shutterstock/agsandrew

Источник изображения: Shutterstock/agsandrew

Разработкой квантовой сети для агломерации Рандстад в Амстердаме совместно будут заниматься оператор связи KPN, ассоциация голландских образовательных и исследовательских учреждений SURF и компания OPNT (оптическое позиционирование, навигация и синхронизация). Они будут воплощать в жизнь проект Альянса лучших секторов инноваций и знаний (TKI), а общее управление проектом передадут голландской исследовательской группе QuTech. Группу QuTech, напомним, элементами квантовых вычислителей снабжает компания Intel.

Представленный проект должен привести к созданию квантовой сети в части Амстердама. Иными словами — это должно завершиться созданием прототипа сегмента квантового интернета. Сеть будет соединять квантовые процессоры друг с другом через оптические каналы для обмена квантовыми битами или кубитами для обеспечения распределённой обработки. Но на первых порах будут решаться более прозаические задачи: квантовое шифрование данных, подтверждение позиционирования, синхронизация и другое.

Среди прочего, как сообщается в пресс-релизе, проект призван привести к новым методам, идеям и стандартам, которые сделают квантовую сеть ближе. Очевидно, это всё же наиболее реалистичная из поставленных перед проектом целей. Нового и интересного будет много.

«Каждый день мы работаем над поиском ответов на вопрос, как сетевые операторы, такие как KPN или SURF, могут развернуть квантовую сеть, и какие услуги они могут предложить своим пользователям. Хотя мы все ещё находимся на ранней стадии развития, мы уже строим квантовую интернет-экосистему будущего, работая с ключевыми партнёрами. Эта экосистема будет иметь решающее значение, поскольку наша квантовая сеть превратится в полноценный квантовый интернет», — сказал Войцех Козловски (Wojciech Kozlowski), постдок QuTech и ответственный за один из рабочих пакетов в проекте TKI.

Американские учёные уменьшили мемристор до атомарного уровня

Десять лет назад HP сообщила о разработке «четвёртого электротехнического элемента» — мемристора. На деле, это целый класс энергонезависимой памяти, в основе которой лежит эффект управления сопротивлением ячейки. Мемристоры улучшат параметры памяти для энергонезависимого хранения данных, но у них так же, как и у флеш-памяти, есть предел масштабирования, хотя он намного дальше. Учёные обещают расширить границы масштабирования до уровня атомов.

Источник изображения: The University of Texas at Austin

Источник изображения: The University of Texas at Austin

Повышение плотности записи мемристоров или резистивной памяти ReRAM, как она чаще называется в прессе, это главное стремление исследователей. Учёные из Техасского университета в Остине разработали теорию и испытали на практике запоминающий элемент сопоставимый с атомом. В своей работе, опубликованной в издании Nature Nanotechnology, они обещают перспективы достижения плотности записи в 25 Тбит на см2, а сам элемент назвали атомристором.

Самое интересное, что материалов для ячеек атомисторов может быть великое множество. В своём исследовании учёные проводили эксперимент с дисульфидом молибдена (MoS2). Идея заключается в том, чтобы дефект или вакансию в кристаллической структуре вещества (в данном случае — MoS2), заместил один атом металла. Этот один атом меняет проводимость материала или, по-простому, его сопротивление.

Технология представляется простой, но предстоит ещё масса исследований и разработка устройств записи и считывания, которые могли бы оперировать отдельными атомами, направляя их в дефекты кристаллических решёток и извлекая их обратно. Но 25 Тбит на см2 — это впечатляет!

Группа британских и китайских учёных изобрела бессвинцовый перовскит для питания электроники от источников света внутри помещений

Обилие персональной электроники и распространение Интернета вещей поднимают вопрос питания устройств от источников света внутри помещений. Традиционные солнечные панели плохо подходят для этой задачи, поскольку ориентированы на другой диапазон излучения и другую интенсивность. Но есть материалы, которые обещают достаточную для сбора значительных объёмов энергии эффективность преобразования, самым перспективным из которых заявлен перовскит.

Исследователи из Кембриджского университета, Имперского колледжа Лондона и Университета Сучжоу в Китае обнаружили, что новые «зеленые» материалы, которые в настоящее время разрабатываются для солнечных панелей следующего поколения, могут быть полезны для сбора света внутри помещений.

«Эффективно поглощая свет, исходящий от ламп, обычно используемых в домах и зданиях, материалы могут превращать свет в электричество с эффективностью, уже доступной в диапазоне коммерческих технологий, — сказал соавтор проекта доктор Роберт Хой (Robert Hoye) из Имперского колледжа Лондона. — Мы также уже определили несколько возможных улучшений, которые позволят этим материалам в ближайшем будущем превзойти характеристики текущих фотоэлектрических технологий для использования внутри помещений».

Под перспективным материалом учёные подразумевают перовскитоподобные комплексные соединения. Традиционно для изготовления солнечных панелей используется перовскит с примесями свинца, но для использования внутри помещений исследователи ищут экологически чистые варианты. В частности, британские учёные со своими коллегами из Китая предложили перовскитоподобные соединения с висмутом и сурьмой. Выяснилось, что такие материалы намного эффективнее поглощают свет в помещении, а их КПД является многообещающим для коммерческого применения.

О своём открытии британские учёные сообщили в статье в издании Advanced Energy Materials. Мы же добавим, что такое же исследование группа российских учёных провела три года назад, в ходе которого были открыты перовскитоподобный комплексный бромид сурьмы ASbBr6, солнечные панели на котором показали рекордную для галогенидов сурьмы и висмута эффективность преобразования света. Дорожки разные, но все ведут в одном направлении.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥