Нанотехнологии

Исследователи из Гётеборгского университета создали микроскопические шестерни, приводимые в движение светом. Это открывает путь к созданию самых маленьких в истории микромоторов, которые могут поместиться внутри человеческого волоса.

До сих пор никто не сумел построить приводные механизмы, необходимые для вращения шестернёй меньше чем 0,1 мм. Теперь исследователи из Гётеборгского университета преодолели этот барьер, отказавшись от традиционных механических приводных механизмов и вместо этого используя лазерный свет для непосредственного приведения шестерён в движение.

Учёные создали первый искусственный язык, который может чувствовать и определять вкус в жидкой среде, имитируя работу вкусовых рецепторов человека.

Достижение, описанное в журнале PNAS, может привести к созданию автоматизированных систем для обеспечения безопасности пищевых продуктов и раннего обнаружения заболеваний с помощью химического анализа, говорят исследователи.

Технологию также можно интегрировать в лабораторное оборудование для химического анализа жидких образцов. Исследователи также рассматривают её как шаг к «нейроморфным вычислениям» — системам искусственного интеллекта, имитирующим процесс обучения мозга.

Учёные совершили прорыв в области солнечной энергетики, создав новый материал, способный напрямую преобразовывать солнечный свет в тепло с беспрецедентной эффективностью.

Разработка основана на тонких плёнках особой фазы оксида титана, Ti₄O₇, и может подстегнуть прогресс в самых разных областях — от постройки энергоэффективных зданий до получения чистой воды и экологичного производства топлива.

Группа учёных из Университета Райса решила давнюю проблему тепловидения, сделав возможным получение чётких изображений объектов через горячие окна. Результаты исследования, о которых сообщается в журнале Communications Engineering, могут найти применение в различных областях, таких как безопасность, наблюдение, промышленные исследования и диагностика.

«Допустим, вы хотите использовать тепловидение для мониторинга химических реакций в высокотемпературной реакторной камере, — говорит Гурадж Найк, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в Райсе и автор-корреспондент исследования. — Проблема заключается в том, что тепловое излучение, испускаемое самим окном, перегружает камеру, закрывая обзор объектов по другую сторону».

Учёные синтезировали высокочувствительные магнитные материалы на основе арсенида кадмия с вкраплениями хрома и описали их микроструктуру. Такие материалы полезны при разработке устройств магнитной памяти, средств связи, сенсоров и микроэлектроники нового поколения. Поэтому знания об их строении позволят точно настраивать магнитные свойства в зависимости от задач, которые должен будет выполнять материал. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Vacuum.

Современные электронные устройства, например, компьютеры и телефоны, в основном обрабатывают и хранят информацию с помощью электрических зарядов. Однако есть энергетически более выгодный подход, основанный на управлении спином — магнитным моментом — электронов. Так, существуют магниточувствительные материалы, электроны в атомах которых под действием внешнего магнитного поля могут синхронизировать (условно, выстраивать в одном направлении) свои спины. Благодаря этому состоянием, в частности, намагниченностью таких материалов можно управлять и тем самым записывать и хранить с их помощью информацию. При этом до сих пор магниточувствительных материалов известно мало, поэтому их разработка остаётся востребованной.

Учёные впервые показали, что под действием слабого солнечного света жидкости, содержащие графеновые нанохлопья, испаряются на 95% быстрее, чем дистиллированная вода. Кроме того, графеновые наножидкости преобразуют солнечную энергию в тепловую на 48% эффективнее. Благодаря таким свойствам на основе графеновых хлопьев можно создавать эффективные системы опреснения и получения чистой воды из разных источников: сточных вод, пластовой или морской воды. Также авторы определили, что графеновая наножидкость на основе дистиллированной воды эффективно поглощает солнечное излучение, что позволит разработать новый вид солнечного коллектора — устройства для сбора тепловой энергии Солнца. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Solar Energy.

Учёные ИТМО, Чжэцзянского университета и Физико-технического института имени А.Ф.Иоффе РАН создали метаповерхность, которая позволяет почти с 100% точностью разделить направления закрученности поляризованных волн света. Искусственное покрытие отражает закрученный в левую сторону свет и пропускает свет, закрученный вправо. Толщина структуры — несколько сотен нанометров, поэтому её можно использовать даже в самых высокотехнологичных электронных устройствах. Разработка ускорит процесс проведения медицинских анализов, упростит задачу детектирования «спиралевидных» молекул, по типу ДНК, а также откроет новые возможности перед физиками-экспериментаторами. Результаты исследования были опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews.

Российские исследователи разработали полимерную мембрану на базе широкодоступных в России компонентов, которая способна удалять 95% загрязнителей из отработанного моторного масла. Это позволяет повторно использовать очищенное масло и снижать нагрузку на окружающую среду, сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ).

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Polymers (прим. — Пресс-служба РНФ).

Учёные СГУ имени Н.Г. Чернышевского разработали новые чувствительные элементы мультисенсорных чипов для газовых сенсоров, способных детектировать атомы инертных газов в сверхмалых концентрациях. Устройство не имеет аналогов. Исследователи готовят заявку на оформление патента на изобретение.

Инертные газы не имеют ни запаха, ни цвета, при этом их атомы неохотно вступают в химические реакции, что всегда было серьёзным препятствием для их идентификации. Саратовские учёные с помощью квантово-механических расчётов доказали, что обнаружение инертных газов возможно, и разработали для этой цели газовый сенсор на основе нанопленок диоксида олова.

Защитный слой из композита на основе графена и никеля повышает прочность металлической поверхности, на которую он наносится. К такому выводу учёные пришли на основании компьютерного моделирования. Они показали, что композитное покрытие даже малой толщины (один нанометр) делает металлическую поверхность почти в два раза прочнее, а при толщине покрытия пять нанометров — в четыре раза. Однако пластичность поверхности металла снижается при увеличении толщины покрытия. Полученные результаты позволят создавать материалы с регулируемой прочностью и использовать их в качестве покрытий металлических поверхностей деталей аэрокосмического, медицинского и промышленного назначения. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Surfaces and Interfaces.

Всего несколько месяцев назад был совершён огромный прорыв, который готовился десятилетиями, и уже сейчас учёные осознают его потенциал: измерение зазора между квантовыми энергетическими состояниями ядра тория было использовано для создания самых первых, рудиментарных ядерных часов.

Соединив стронциевые атомные часы с кристаллом, содержащим ядра тория, группа физиков успешно продемонстрировала основную технологию, которая приведёт нас к первым полностью реализованным и разработанным ядерным часам.

Эта веха — которую ещё предстоит пройти — откроет совершенно новую сферу сверхточного хронометража.

Учёные разработали методику, позволяющую получить наноструктурные материалы на основе диоксида циркония с большим количеством кислородных вакансий — участков, вовлечённых в проведение тока. Обычно при комнатной температуре диоксид циркония содержит мало кислородных вакансий, но авторам удалось управлять их числом благодаря синтезу в вакуумной камере в плазме аргона и кислорода при очень низком давлении — в десятки тысяч раз меньше атмосферного. Синтезированные материалы перспективны в электронике как элементы запоминающих устройств. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.

Титановое сердце

Итак, коллеги, в мире кардиологии снова шумиха. 9 июля сего года в Хьюстоне имплантировали первое в мире искусственное сердце без клапанов.

Речь идет о Total Artificial Heart (TAH) от компании BiVACOR - титановом устройстве с магнитно-левитирующим ротором, заменяющим оба желудочка. Технически это выглядит как шаг вперед: отсутствие клапанов и гибких камер должно повысить надежность и уменьшить травмирование крови.

Интересно, что размер устройства подходит для большинства взрослых с площадью поверхности тела более 1,4 м². При этом оно якобы способно обеспечить достаточный сердечный выброс даже при физических нагрузках. Впечатляет, но я бы не советовал пациентам сразу записываться на марафон.

Потребность в таких устройствах действительно огромна. По оценкам, около 100 000 пациентов в США могли бы немедленно воспользоваться механической поддержкой кровообращения. При этом ежегодно в мире проводится менее 6000 таких трансплантаций сердца. Цифры, прямо скажем, неутешительные.

Но давайте вспомним историю. В 1982 году мир рукоплескал имплантации ....

Международный коллектив учёных предложил и реализовал новый экспериментальный подход к созданию хиральных фотонных суперкристаллов на основе спиральных гомоструктур Ван-дер-Ваальса. Работа опубликована в журнале Laser Photonics Review.

В последние десятилетия активно проводятся исследования по поиску хиральных структур, которые позволяют по-разному взаимодействовать с разными поляризациями света. Важной частью таких исследований является создание материалов, обладающих высокой хиральностью и имеющих благодаря этому интересные оптические свойства. Хиральность — это отсутствие симметрии между правым и левым, что означает невозможность совмещения объекта со своим зеркальным отражением.

Заживающие солнечные панели

Ученые разработали новый метод "самовосстановления" для перовскитных солнечных элементов, что может значительно повысить их стабильность и эффективность.

Перовскитные солнечные элементы - это многообещающая технология для производства солнечной энергии благодаря высокой эффективности, легкому весу и низкой стоимости. Однако их широкое применение ограничено проблемами с долговечностью и сложностью масштабного производства.

Исследователи из университетов Монаш, Оксфорда и Городского университета Гонконга создали инновационный агент, который динамически восстанавливает перовскитный слой при воздействии влаги и тепла. Этот подход основан на медленном высвобождении пассивирующих веществ в перовскитный материал.

В результате удалось получить солнечные элементы с эффективностью преобразования энергии 25,1% и высокой ....

Учёные из Совместного университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне, МФТИ и их иностранные коллеги создали новый вид магнитной керамики и провели его экспериментальное исследование. Обнаруженные ими свойства оказались весьма привлекательными для нужд терагерцовой электроники — в системах связи, медицине, безопасности, для создания новых измерительных приборов, в астрофизике и для элементов компьютерной памяти. Работа опубликована в журнале Materials Horizons.

Магнетизм проистекает из удивительного мира квантовой физики. Он обусловлен специфическим свойством электронов, известным как спин, который придаёт им магнитные характеристики. Когда электроны тесно связаны с атомами, они придают последним спиновый магнитный момент, равный сумме магнитных моментов всех электронов. Это превращает атомы в микроскопические стрелки компаса при условии, что их общий магнитный момент не равен нулю. В магнитноупорядоченных средах, например, спины атомов упорядочены благодаря межатомным взаимодействиям, что приводит к возникновению магнитного момента у всего материала, известного как намагниченность. Это свойство позволяет материалу сильно взаимодействовать магнитным полем, притягиваясь к другим магнитам или отталкиваясь от них.

Исследовательская группа под руководством директора Центра квантовых тел Ван-дер-Ваальса Института фундаментальных наук (IBS) Джо Мун Хо реализовала новый метод эпитаксиального выращивания металлических одномерных материалов с шириной менее 1 нм. Группа применила этот процесс для разработки новой структуры для двумерных полупроводниковых логических схем. Примечательно, что они использовали одномерные металлы в качестве электрода затвора ультраминиатюрного транзистора.

Интегрированные устройства на основе двумерных (2D) полупроводников, которые демонстрируют превосходные свойства даже при предельной толщине материала вплоть до атомного масштаба, являются одним из основных направлений фундаментальных и прикладных исследований во всём мире. Однако реализация таких ультраминиатюрных транзисторных устройств, способных управлять движением электронов в пределах нескольких нанометров, не говоря уже о разработке процесса производства этих интегральных схем, сопряжена со значительными техническими трудностями.

Управление командой роботов

Исследователи разработали новый подход к координации команд роботов, названный "обучение добровольному ожиданию и формированию подгрупп" (LVWS). Эта технология позволяет роботам эффективнее выполнять сложные задачи в производстве, сельском хозяйстве и на складах.

LVWS использует графовое обучение, представляя задачу планирования как двудольный граф. Система учится оценивать "матрицу наград" с помощью имитационного обучения, используя графовые нейронные сети внимания и трансформеры.

Ключевые особенности LVWS:

1.       Формирование подгрупп: роботы могут объединяться для выполнения задач, непосильных для одного.

2.       Добровольное ожидание: роботы могут "простаивать", если это оптимизирует общее время выполнения.

......................

Исследователи из МФТИ и Пекинского технологического института сделали значительный шаг вперёд в области сегнетоэлектрических материалов. Они разработали новый метод создания ультратонких плёнок с исключительными свойствами. Эта работа, опубликованная в Advanced Materials, прокладывает путь к разработке миниатюрных электронных устройств нового поколения.

Сегнетоэлектрические материалы обладают уникальным свойством, известным как спонтанная поляризация, — явление, при котором электрические диполи выстраиваются в определённом направлении. Упорядочение происходит в границах определённого домена — области кристалла, где поляризация одинакова. При этом направление и величина поляризации могут быть изменены при приложении внешнего электрического поля. Материалы с подобными свойствами применяются в таких устройствах, как транзисторы, устройства памяти и датчики.

Электрохромная плёнка на окна

Применение электрохромных покрытий может приблизить нас к экологически чистым способам поддержания прохлады внутренних помещений. Подобно затемняющимся солнцезащитным очкам, оптические свойства этих прозрачных пленок можно регулировать с помощью электричества для блокировки солнечного тепла и света.

В недавней работе, опубликованной в журнале ACS Energy Letters, исследователи продемонстрировали новую конструкцию электрохромной пленки на основе МОК... Нет, не этот мок, а металл‑органических каркасов, которая быстро и надежно переключается из прозрачного состояния в зеленый, уменьшающий блики, а затем в красный, обеспечивающий теплоизоляцию.

МОК использовались для создания пленки благодаря их способности формировать тонкие пленки с регулируемым размером пор путем изменения длины органического лиганда, связывающегося с ионом металла. Эти особенности обеспечивают улучшенный ток, более точный контроль цветов и долговечность.

В экспериментах пленка на основе МОК переключалась из бесцветного состояния в зеленый цвет за 2 секунды при потенциале 0,8 В, а затем в темно‑красный цвет за 2 секунды при ....