В последние десятилетия исследования спинтроники, технологии, использующей спиновые состояния частиц для хранения и обработки информации, неуклонно движутся к новым рубежам. Новое исследование, проведенное российскими и китайскими учеными, открывает возможность реализации когерентного оптического спинового эффекта Холла (OSHE) при комнатной температуре, что может кардинально изменить наше представление о спинтронных устройствах. Научная работа была опубликована в журнале Nature Materials. 

Команде исследователей из МФТИ, университета Циньхуа (Пекин) и Вестлэйк (Хангжоу) удалось впервые продемонстрировать оптический спиновый эффект Холла при комнатной температуре. 

В последние годы научные исследования в области аэродинамики становятся все более актуальными с учетом развития высокоскоростных летательных аппаратов. Новое численное исследование, проведенное командой российских ученых из МФТИ и Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ), стало важным шагом к более глубокому пониманию сложных процессов, которые протекают в пограничном слое в условиях сверхзвукового потока. Результаты были опубликованы в журнале Fluid Dynamics. 

Работа сосредоточена на изучении взаимодействия слабых ударных волн, известных как N-волны, с ламинарным пограничным слоем, образующимся на плоской пластине с затупленной передней кромкой при числе Маха 2,5. Это число означает, что полет происходит со скоростью около 3000 километров в час, то есть в 2,5 раза превышающей скорость звука. Результаты численного моделирования были сопоставлены с известными экспериментальными данными.

Аэродинамические характеристики высокоскоростных летательных аппаратов сильно зависят от турбулизации сжимаемых пограничных слоев, что может значительно увеличить вязкое трение и тепловые потоки к обтекаемой поверхности. 

Коллектив российских ученых исследовал процесс формирования конденсата Бозе—Эйнштейна в оптической дипольной ловушке с длиной волны 1064 нм. Для этого они проводили оптимизацию испарительного охлаждения методами машинного обучения. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review A. 

В этом году Нобелевские премии по физике и по химии были присуждены за исследования, связанные с машинным обучением. Это отражает все возрастающую роль методов ИИ для получения новых результатов в естественных науках. Многие результаты в современной физике квантовых систем связаны с машинным обучением.

«Благодаря методам машинного обучения нам удалось оптимизировать параметры нашего эксперимента, что, в свою очередь, открыло новые горизонты для исследования квантовых систем, — рассказал Алексей Акимов, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории квантовых симуляторов и интегрированной фотоники РКЦ. — Это важный шаг на пути развития будущих технологий в области квантовых вычислений».

Коллектив российских ученых синтезировал ферромагнитные пленки переменного состава из палладия и железа с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии. Им удалось обнаружить возможность управлять с помощью них спектром спиновых волн. Работа опубликована в Journal of Vacuum Science & Technology A.

Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) — это метод роста кристаллических пленок на подложках, который используется в материаловедении и микроэлектронике для создания тонкопленочных структур. Основная идея метода заключается в том, что на подложку направляются молекулы или атомы, которые, оседая на поверхности, образуют упорядоченный кристаллический слой.

В ходе нового исследования российские ученые продемонстрировали возможность использования метода молекулярно-лучевой эпитаксии для получения тонких пленок ферромагнитного сплава Pd-Fe с прецизионно-регулируемым составом по толщине. Они выпарили чистые палладий и железо из тиглей и осаждали их на подложке из монокристаллического оксида магния. 

Ученые из «Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов», входящего в состав Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», и МФТИ использовали эффект Холла, чтобы исследовать фоновые концентрации примесей в синтетическом алмазе, так как они сильно влияют на физические свойства сверхчистых алмазов. Исследователи пришли к выводу, что добавка малого дополнительного количества атомов азота может значительно уменьшать ток утечки в электронных устройствах из синтетического алмаза. Работа была опубликована в Applied Physics Letters. 

Традиционно чистоту алмазов контролируют оптическими методами, а именно — спектроскопией поглощения в УФ, видимом и ИК диапазоне, а также спектроскопией комбинационного рассеяния света (КРС). Данные методы позволяют обнаружить различные примеси в алмазе, однако их предел обнаружения в большинстве случаев не лучше, чем 1015 см-3. Исследователи из Троицка и Долгопрудного показали возможность использования ещё более точного метода, основанного на эффекте Холла. Данный эффект заключается в возникновении электрического напряжения в образце, через который протекает электрический ток, в магнитном поле. 

Ученые из МФТИ нашли новое интегральное представление различных произведений функций Эйри, которое позволяет написать точное решение многих задач математической физики. В частности, описывать квантовое движение электрона в постоянном внешнем электрическом поле, что дает возможность распространить теорию туннельной ионизации молекул на случай сильных полей — крайне важный аспект для аттосекундной физики. Работа опубликована в Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik.

Туннельная ионизация является ключевым этапом в отслеживании перемещения электронов и образовавшихся «дырок» в молекулах. В перспективе это может привести к возможности управления их движением, что, в свою очередь, откроет новые горизонты в молекулярной биологии, фармацевтике, органической химии и других направлениях промышленности. 

Для освоения этой технологии, помимо сложностей технологических, предстоит также преодолеть сложности математические. Дело в том, что существующая теория туннельной ионизации молекул построена только для случая слабых полей, в то время как требуется исследовать эти процессы в сильных полях.

Российским ученым в своем новом исследовании удалось сделать важный шаг для построения точного математического описания процесса туннельной ионизации.

Российский ученый сделал научное открытие в области сверхпроводимости — он обнаружил, что в тонкий слой нормального металла (N), покрывающий сверхпроводник, могут входить и там находиться вихри, несмотря на малую толщину N слоя, а также в N слое может существовать пространственно-модулированное безвихревое состояние. Работа была опубликована в Physical Review B.

В новом исследовании было обнаружено, что в тонкий нормальный слой, покрывающий сверхпроводник, могут входить и там располагаться вихри. Известно, что из-за проникновения сверхпроводящих электронов в нормальный слой в нем наводится сверхпроводимость, и появляется своя длина когерентности xN, которая может быть много больше xS. Удивительным свойством данной системы оказалось возможность размещения в N слое вихрей, несмотря на его малую толщину dN<<xN. Этот результат противоречит устоявшимся представлениям о том, что размер сверхпроводника должен превышать xS или xN, чтобы в нем мог разместиться вихрь.

Ученые из МФТИ с коллегами исследовали сплошные пленки гетероструктур пермаллой-платина и пермаллой-вольфрам методом ферромагнитного резонанса. Были обнаружены новые возможности управления параметром затухания спинового тока. Работа опубликована в Physics of Metals and Metallography.

В работе российского коллектива ученых был проведен эксперимент по спиновой накачке в широком температурном диапазоне (5—300 К) для образцов гетероструктур пермаллоя(20 нм)/вольфрама(5 нм) и пермаллоя(20 нм)/платины(5 нм).

Международный коллектив ученых, в который входят ученые из МФТИ, исследовал данные, полученные в результате измерения космических лучей, исходящих из остатков сверхновой звезды Кассиопея А. Они сделали вывод, что пока что данные не позволяют судить о том, являются ли эти остатки источниками космических лучей с энергиями порядка ПэВ. Однако через 5—10 лет, как ожидают ученые, данных будет достаточно, чтобы сделать однозначный вывод. Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.

Один ПэВ — это тысяча ТэВ. Это огромная энергия, которая может освободиться, если одновременно аннигилируют около миллиона таких частиц, как протоны или нейтроны. Для сравнения, в Большом Адронном Коллайдере максимально достигнутая в экспериментах энергия ускоренных частиц в сотни раз меньше. Даже в космосе мало что может разогнать частицы до таких энергий. 

Диффузионное ускорение ударной волной, исходящей от сверхновых звезд, не позволяет ускорить протоны до энергий выше 100 ТэВ. Однако физик Белл ещё в 2004 году предложил решение — возможность усиления магнитных полей с помощью неустойчивостей, вызванных космическими лучами. В сочетании с интенсивной ударной волной и экстремальными условиями это действительно может привести к ускорению частиц до 1 ПэВ и выше.

Исследователи из МФТИ открыли новый тип электромагнитных волн в активных двумерных системах. Это открытие может привести к значимым изменениям в технологиях и нашем понимании электромагнитных явлений на наноуровне. Работа опубликована в журнале JETP Letters.

Физики из МФТИ решили изучить поведение электромагнитных волн в активной среде, где имеется лишь очень тонкий (двумерный) проводящий слой — двумерная электронная система. В роли таких систем может выступать как индивидуальное вещество (несколько слоев графена, черного фосфора или других веществ), так и сложные объекты (гетероструктуры), образующие плоские «ловушки» для электронов, в результате чего последние могут двигаться лишь в двух измерениях.

Ученые из МФТИ построили цифровой аналог квантовой механики. Эта модель позволяет естественным и удобным образом моделировать любые квантовые явления на компьютере. Работа опубликована в Theoretical and Mathematical Physics.

В ходе своего исследования ученым удалось построить новую математическую модель — цифровую квантовую механику, которую можно использовать для численного моделирования квантовых явлений.

Коллектив российских ученых исследовал применение методов машинного обучения для проектирования трассерных исследований. Целью было повышение достоверности результатов по выявлению гидродинамической связи в пласте между нагнетательными и добывающими скважинами в низкопроницаемых коллекторах с самопроизвольным развитием трещин гидроразрыва пласта (автоГРП) в нагнетательных скважинах. Работа была опубликована в российском журнале «Искусственный интеллект и принятие решений» и была выполнена совместно учеными и исследователями из МФТИ (г. Москва), ООО «РН-БашНИПИнефть» (г. Уфа) и ООО «РН-Юганскнефтегаз» (г. Нефтеюганск).

Международный коллектив ученых теоретически исследовал свойства кварк-глюонной плазмы. Оказалось, что за счет термического испарения глюонного конденсата момент инерции кварк-глюонной плазмы может быть отрицательным. Работа опубликована в журнале Physical Review D.

Целью исследования коллектива ученых из ОИЯИ и МФТИ  являлось изучение свойств быстро вращающейся кварк-глюонной плазмы. Самым простым параметром, характеризующим вращение, является момент инерции, который и исследовался в работе.

Ученые из Российского квантового центра, ВШЭ и МФТИ сделали новое теоретическое исследование незатухающих токов в мезоскопических одномерных системах с парными перескоками фермионов. Работа была опубликована в Physical Review Journals.    Это исследование является важным шагом в понимании влияния парных перескоков на амплитуду незатухающих токов. 25 лет назад физики-экспериментаторы успешно продемонстрировали, что мощные постоянные токи без потерь могут течь в несверхпроводящих металлических кольцах, но не было теории, которая правильно объясняла бы величину или направление неожиданно больших токов. 

Российский ученый предложил решение информационного парадокса черных дыр, показав, куда должна деваться исчезающая информация.  Работа была опубликована в журнале Modern Physics Letters A. В исследовании удалось показать теоретически, что информационный парадокс исчезает, если предположить, что при испарении черной дыры в нашей Вселенной ее внутренняя часть отделяется и создает новый Большой Взрыв, порождая другую вселенную. В этой модели возникает самосогласованное описание мультивселенной, в котором каждая черная дыра в родительской вселенной является в новой белой дырой или Большим Взрывом.

В исследовании Алексея Морозова из МФТИ не используется дополнительных предположений и проблема решается на том уровне, на котором она возникла.

Коллектив российских ученых впервые в мире провел экспериментальную демонстрацию генерации импульсов терагерцового излучения с энергией до 5 пДж при разрядке вакуумного фотодиода фемтосекундными лазерными импульсами. Работа опубликована в журнале Frontiers of Optoelectronics. В исследовании было успешно сгенерировано терагерцовое излучение с помощью вакуумного фотодиода, измерены и исследованы характеристики терагерцовых импульсов, построены полуаналитическая модель и модель в COMSOL Multiphysics. 

Российский коллектив ученых из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, ООО Сенсор Спин Технолоджис, Российского квантового центра, МИФИ, МФТИ и ООО «Велман» (Новосибирск) разработал способ экспериментального определения концентрации изотопа углерода-13 с помощью анализа магнитных спектров. Исследование опубликовано в журнале AVS Quantum Science.  

Привет всем!

Я решил написать эту статью, потому что сам разобрался со всеми деталями работы этой версии шифровальной машины, и убедился, что написанная мною программа работает идентично эмуляторам этой машины. Это было сделать непросто, так как все описания в интернете, что мне удавалось найти, в лучшем случае упускали часть важных деталей работы этого механизма, а в худшем - содержали смесь из описаний работы разных машин. Кроме того, многие описания мне показались не слишком понятными - я постарался здесь всё описать как можно проще и яснее.

В этой статье описываю всё подробно, не опуская детали, и записывая куски кода на Python для иллюстрации. В конце статьи полный код, реализующий алгоритм Энигмы.

Ученые из Российского квантового центра, ВШЭ и МФТИ изучили  фазовый переход в одномерных системах с беспорядком в присутствии коррелированного перескока частиц. Работа опубликована в Physical Review Journals. Она открывает новые возможности для создания устойчивых одномерных атомных ловушек, квантовых нитей и кристаллов с одномерной проводимостью. 

Международный коллектив ученых из Швейцарии, России и Дании улучшил экспериментальную технику спектроскопии высших гармоник органических молекул и провел новые теоретические и экспериментальные исследования молекул бензола и 1,3-циклогексадиена. В опытах подтвердились эффекты, связанные с перемещением заряда внутри молекул на аттосекундных масштабах времени. Исследование опубликовано в журнале Structural Dynamics.  

Данная работа демонстрирует новые возможности в изучении строения вещества, которые открывает аттосекундная физика.