Нанотехнологии

Доброго времени суток!

В прошлой(и первой на Хабре) статье, писал про серебро, его применение в промышленности, электронике, конечно же в ИИ, и вообще о том, почему цена на него вдруг так резко взлетела.

Заодно закрыл для себя таким образом, по крайней мере на ближайшее время, серию постов про серебро, которую начал ещё осенью прошлого года у себя в ТГ канале. Решил, что логично будет то же самое сделать и по золоту. О нём так же выходило несколько постов, но писал о нем больше со стороны инвестора.

Триггером послужил один пост в новостном канале, который перепечатали все кому не лень, вот текст:

Привет, Хабр.

Прошлым летом я опубликовал в этом блоге весьма удачную статью «Экстремальная физика шаровых молний», которая получила оценку +53, вызвала оживлённую дискуссию (55 комментариев) и даже, кажется, привела ко мне новых подписчиков. С тех пор я планировал вернуться к рассмотрению темы экзотической материи и сегодня хочу рассказать о ридберговских состояниях атомов. Согласно одной экзотической гипотезе, именно из атомов в таком состоянии может состоять шаровая молния. Однако, тогда как существование шаровой молнии остаётся не доказанным, ридберговские атомы получены ещё в середине прошлого века, хорошо исследованы и даже могут послужить важным компонентом квантовых компьютеров. Обсудим эти странные атомы подробнее.

Среди наиболее удивительных вещей, о которых я узнал за пять лет работы в редакции «Хабра» — игра «Жизнь» Джона Конвея, представляющая собой эталонный клеточный автомат. В моём втором блоге @Sivchenko_translate где собраны технические переводы, я опубликовал в январе 2023 года статью «Игра «Жизнь» — как собрать произвольный шаблон всего из 15 глайдеров», в комментариях к которой среди прочих отметился и уважаемый Павел Гранковский @Pavgran впоследствии вышедший со мной на связь и посоветовавший почитать замечательную бесплатную книгу «Conway's Game of Life Mathematics and Construction».

В меру моего понимания этого клеточного автомата, такую систему вполне можно было бы воспроизвести in vivo при помощи генетических алгоритмов. Сегодня я хочу рассказать вам о разработке, которая очень приблизилась к этому идеалу – так называемых «ксеноботах». Это самовоспроизводящиеся многоклеточные биороботы, созданные в 2021 году на основе стволовых клеток лягушки. С ксеноботами связывают заманчивые перспективы развития наномедицины, а также существенные риски, которые могут возникнуть при неконтролируемой репликации таких единиц. Ранее ксеноботы упоминались на Хабре как в новостях, так и в лонгридах, например, в статье уважаемого @Dmytro_Kikot «Ксеноботы: живые нанороботы из клеток лягушки», вышедшей в корпоративном блоге «ua-hosting.company». А теперь пойдёмте под кат.

В августе этого года я начал выкладывать свои релизы по научным статьям, которые делаю для МФТИ, на Хабр. Эти релизы представляют из себя особый жанр статей: это подробные пересказы содержания научных статей и исследований российских ученых, содержание которых они сами одобрили и в большинстве случаев отредактировали.

Я пишу в среднем по 10 релизов в месяц, начиная с июля 2024-го года.

Вплоть до конца марта 2025-го года релизы делались полностью вручную, а затем опыт, навыки и понимание структуры были использованы, чтобы создать подробный промпт для облегчения этой работы. Этот промпт совсем не дает готового релиза (нужно проверять по содержанию статьи, редактировать, исправлять, подбирать иллюстрации и делать тому подобное), но очень полезен для быстрого чтения научных статей (многие ученые были мне очень благодарны за этот промпт) и помогает в моей работе

https://colab.research.google.com/drive/1IhrozZA9RyxZNimoP3usQfOIHxi0FV0S?usp=sharing

Вот он же в ворде

https://docs.google.com/document/d/1vjMs0msmleQqDXr_0TYyAgB2uelUHXHSmPYTX8I4Ulo/edit?usp=sharing

Здесь сделаю обзор своих последних релизов, которые не успел выложить на Хабр (и по одному больше не буду выкладывать).

Большой коллектив российских ученых из ведущих физических институтов Москвы, Нижнего Новгорода, Сарова и Санкт-Петербурга представил амбициозный проект нового эксперимента по поиску аксионов — гипотетических частиц, считающихся одними из главных кандидатов на роль темной материи. Предложенная установка, получившая название «Космологический Аксионный Саровский Галоскоп» (CASH), будет использовать уникальные однофотонные детекторы на основе джозефсоновских переходов, что позволит ей преодолеть фундаментальный квантовый предел чувствительности и достичь рекордных показателей в ранее неисследованной области масс. Этот прорыв может наконец пролить свет на природу загадочной субстанции, составляющей более 80% всей материи во Вселенной. Описание проекта опубликовано  в журнале Physical Review D.

Международная группа ученых из Китая и России предложила и теоретически обосновала элегантный метод управления сложными квантовыми состояниями в экситон-поляритонных конденсатах. Исследователи разработали двухступенчатый подход, позволяющий с помощью оптического насоса превращать нестабильные, асимметричные состояния системы в устойчивые и упорядоченные. Это открывает новые пути для создания передовых оптических и квантовых устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review B. Исследование было частично поддержано грантами Национального научного фонда Китая и Санкт-Петербургского государственного университета.

Новый единорог. Разбираем стартап Xpanceo.

Этим летом инвесторы Opportunity Venture вложили в стартап Xpanceo 250 млн. долларов инвестиций. Компания, которую основали интерпренер Роман Аксельрод и физик Валентин Волков, стала единорогом. Давайте разберемся, на что инвесторы сегодня дают такие деньги и оправдано ли это? 

Помните как в фильме Терминатор, робот получал огромное количество информации через зрение?

Международный коллектив исследователей из Университета Вестлейк (Китай), СПбГУ и МФТИ разработал уникальный «умный» материал. Полимерный фотонный кристалл с эффектом памяти формы может «стирать» свой яркий структурный цвет при контакте с водой и мгновенно восстанавливать его под действием спирта, ацетона или простого прикосновения.

Группа исследователей из МФТИ, Санкт-Петербургского и Владимирского государственного университетов разработала и теоретически обосновала новую платформу для контроля над гибридными частицами света и материи — экситон-поляритонами. Объединив свойства жидких кристаллов, полупроводниковых перовскитов и мощного вычислительного метода топологической оптимизации, ученые показали, как можно создавать сложные световые поля с заранее заданной структурой, включая полноценные полутоновые изображения и области с различной поляризацией света. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A. 

Спрос на инженеров на рынке труда стремительно растет: сегодня инженеры нужны не только в промышленности, но и в креативных индустриях, ритейле, дизайне и даже медицине. По данным исследователей Высшей школы экономики, потребность российских компаний в высококвалифицированных инженерах за последнее десятилетие выросла втрое. Но в отличие от ИТ-специалистов, конкуренция за которых уже прошла пик, рынок квалифицированных инженеров далек от насыщения.

Вчера в коридоре СколТеха услышал фразу: "Пористость материала невозможно нормально померить". Сказал это не студент-первокурсник, а исследователь с  опытом. И в голосе была досада.

Задача действительно звучит абсурдно: измерить размер того, чего нет. Посчитать пустоту. Определить архитектуру дыр в материале с точностью до нанометра.

Но вот парадокс: это не только возможно, но и делается ежедневно в тысячах лабораторий. Методу 85 лет. Он закреплён в ISO 9277. И если работаешь с  катализаторами, фильтрами или батареями — без этого никуда.

История о том, как заставить пустоту рассказать о себе.

Физики из МФТИ и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н.Л. Духова (ВНИИА) предложили и теоретически обосновали новый способ создания макроскопических квантовых состояний света, известных как «коты Шрёдингера». Механизм, основанный на рассеянии лазерного излучения на свободных электронах, открывает путь к созданию таких состояний в условиях, где другие, более известные методы, не работают. Это достижение не только расширяет фундаментальное понимание взаимодействия света и материи, но и предоставляет новый инструмент для развития квантовых технологий. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A.  Работа была поддержана грантом Российского научного фонда 24-12-00055.

Роботы сегодня умеют делать сальто и водить такси, но они беспомощны перед куском гранита. Чтобы колонизировать космос, нам нужен не курьер, а Алхимик.В этом лонгриде мы проведем мысленный эксперимент: попробуем собрать реальный зонд фон Неймана (репликатор) из технологий, которые уже существуют (LIBS, CVD, SPM). Мы разберем анатомию гипотетического робота G.R.O.V.E.R. и докажем, что главная преграда к бесконечному изобилию — это не законы физики, а отсутствие правильного софта.

Коллектив российских физиков из МФТИ, Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и ВНИИА им. Н.Л. Духова теоретически доказал и смоделировал удивительное явление: временное охлаждение самого холодного объекта в сложной квантовой системе без использования внешнего холодильника, за счет передачи его тепла более горячим объектам. Этот парадоксальный процесс не нарушает второе начало термодинамики, но бросает вызов нашему интуитивному пониманию тепловых потоков. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review A.

Углеродные нанотрубки (УНТ) используются в устройствах, требующих высокой прочности, хорошей электропроводности, долговечности, легкого веса и высокой теплопроводности по сравнению с другими традиционными материалами. Растущий спрос на интегральные схемы, литиевые батареи, топливные элементы, солнечные фотоэлементы, устройства для хранения водорода и дисплеи с полевым излучением (field emission displays) определяют спрос на УНТ последние годы. О них мы сегодня и расскажем.

Международная группа физиков-теоретиков из Китая и России предложила и детально смоделировала новый способ управления экзотическими квантовыми объектами — «вихревыми молекулами». Эти устойчивые, вращающиеся пары или группы квантовых вихрей удалось сформировать в уникальной среде, известной как экситон-поляритонный конденсат.

Когда Илон Маск представил проект Neuralink, по вживлению чипов в мозг, то суть презентации была даже не в самом чипе. Нюанс в том, что мало сделать просто «классный» чип, важно облегчить саму процедуру имплантации, чтобы она была чем-то вроде визита к стоматологу. Ученые из MIT пошли еще дальше, разработав нейрочипы, которые доставляются в мозг внутри кровотока, а попадают в организм через инъекцию. Приоритетная цель – лечение психических заболеваний. Но, кто знает.

Фуллерены относятся к самоорганизующимся структурам и являются аллотропной модификацией углерода. Это замкнутые сферические или сфероидальные молекулы, состоящие из пяти- и шестиугольников. Были обнаружены фуллерены, содержащие от 28 до 100 атомов углерода, но наиболее стабильны молекулы С60 и С70. В молекуле фуллерена атомы углерода расположены в вершинах пяти- и шестиугольников, образующих поверхность сфероида. О них сегодня мы и расскажем.

Международный коллектив ученых из Греции (FORTH, Университет Крита), Китая (Университет Вестлейк, Университет Тунцзи), Великобритании (Университет Сент‑Эндрюс) и России (МФТИ, Санкт‑Петербургский государственный университет) впервые продемонстрировал создание и управление экзотическими топологическими состояниями света при комнатной температуре, используя уникальные свойства самособирающихся кристаллов перовскита. Заперев свет в микроскопической ловушке вместе с этими кристаллами, исследователи смогли создать «синтетические» магнитные поля для фотонов, что привело к появлению необычных и надежно защищенных световых состояний. Статья об открытии опубликована в журнале Light: Science & Applications.

Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н.Л. Духова (ВНИИА), Евгений Андрианов и Олег Толстихин, разработали теорию, которая показывает, как казалось бы пассивное облако свободных электронов, рожденных при ионизации газа мощным лазером, способно кардинально изменять саму квантовую природу этого лазерного света. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review A и отдельно особо отмеченная редакцией (Editors’ Suggestion), предсказывает формирование так называемых неклассических и негауссовых состояний света, включая состояния с кольцеобразной функцией Вигнера, что открывает новые пути к созданию и управлению светом для будущих квантовых технологий.