Нанотехнологии

Компания IBM освоила производство полупроводников с технологическим процессом 2 нм. Если не обнаружится никаких нюансов, то в скором времени можно ожидать просто огромного роста производительности и энергоэффективности чипов.

источник изображения

В молодости Клаус Шультен воображал, что станет танцором, и будет жить не полагаясь ни на что, кроме собственного разума и тела. "Но танцор из меня вышел никудышный, – вспоминает он. – Итак, следующим вариантом жизненного пути для меня была теоретическая физика. Только я, карандаш, бумага, ну и ластик, разумеется."

Строго говоря, эта мечта тоже сорвалась. Но сегодня Шультен полагается на самое мощное и дорогое вычислительное оборудование в мире для применения вычислительной физики к моделированию биологических систем. Его последняя работа включала молекулярное моделирование целой органеллы, которая преобразует энергию света в химическую энергию внутри фотосинтезирующей бактерии.

TSMC - эта не слишком милозвучная аббревиатура от Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, в современном мире стала синонимом феноменального успеха. На данный момент тайваньская компания стала одним из наибольших мировых производителей полупроводниковой продукции, а в некоторых сегментах этой индустрии она обрела и вообще статус монополиста. Занимая второе место по годовой выручке среди конкурентов, является весьма удивительным фактом, что TSMC вполне сознательно сконцентрировалась исключительно на производстве полупроводниковых пластин - в мире просто не существует процессоров, модулей памяти под маркой TSMC. С чем это связано? Может быть и с самим неопределенным статусом острова, который является убежищем для непризнанной Китайской Республики - Тайвань. Каким вообще образом в 1987 году удалось основателю компании - Морису Чангу, создать будущего лидера микропроцессорного производства на отсталом технологически, удаленном от центров цивилизации острове? О прошлом, настоящем и о том, что ожидает такую далеко не тривиальную компанию как TSMC и пойдет далее речь в статье.

Все мы знаем, что если надуть пластиковую бутылку горячим воздухом, крепко-накрепко закрыть крышкой, а потом охладить, то бутылка сожмётся. Причина этого лежит в физике 8-го класса, или, если точнее, в законе Гей-Люссака, утверждающем, что отношение объёмов при разных температурах равно отношению абсолютных температур. То есть ещё со школьных времён (а может и раньше) нам всем известно, что при нагревании некоторого количества газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается.

А что насчёт того, из чего этот газ состоит? Увеличивается ли объём самих частичек газа, то есть размер атомов и молекул? Банальный ответ на этот банальный вопрос под катом.

Химия полна красочных реакций и превращений - этим она произвела неизгладимое впечатление на многих людей. Кто-то увлекается и посвящает ей дальнейшую жизнь, кто-то думает о возможной пользе. Разноцветные растворы это скорее из области химии комплексных соединений, а что насчёт наночастиц? Чем могут они удивить, какое у них внешнее великолепие? Знакомьтесь - структурный цвет!

Вы когда-нибудь задумывались, как обеспечить энергией gps-трекер для отслеживания миграции диких животных? Оленю солнечную батарею на рога не повесишь… Или как быть с другими автономными устройствами, для которых независимость от стационарных источников энергии играет ключевую роль? Эту и другие проблемы в обозримом будущем помогут решить наногенераторы.

Всему свое время и место. Эта поговорка вполне применима и к определенным веществам, элементам и химическим соединениям. Как бы ученым ни хотелось иметь в своем распоряжении «универсального солдата», которого можно было бы использовать и в оптике, и в акустике, и биоинженерии, многие материалы так же хороши в одной отрасли, как плохи в другой. Подобное касается и металлов, которые уже давно считают ужасным материалом для работы в области фотоники, акцентирующей свое внимание на оптических сигналах. Металлы в фотонике это, одним словом, потери, т.е. очень сильное рассеяние электрической энергии. Однако ученым из Оттавского университета (США) решили показать, что металлы не такие уж и бесполезные в фотонике, создав массив из металлических наночастиц, показавший высокую добротность. Какие вещества использовались для создания массива, как он работает, какие конкретно показывает результаты, и как его можно применить на практике? Об этом нам поведает доклад ученых. Поехали.

Редко выпадает такая удача, что физическая идея возникает на кончике пера, а затем подтверждается экспериментально, спустя считанные годы. Наиболее известным примером такого рода является позитрон, первая античастица. Поль Дирак предсказал существование позитрона в 1930 году, и уже в 1931 Карл Андерсон получил и описал такую античастицу – за что в 1932 году Поль Дирак был удостоен Нобелевской премии по физике.

Совсем недавно схожая история произошла с Фрэнком Вильчеком, который в 2012 году задумался о существовании кристаллов времени.

Хорошее разрешение достижимо

В интернете много публикаций о том, как используя DVD-R диск и смартфон можно собрать спектрометр, однако характеристики таких устройств не позволяют проводить точные измерения. Мне же удалось сделать прибор с разрешением 0,3 нм.

В публикациях в интернете по-разному объясняется, как возникает цвет пламени у костра. Существует две принципиально разные версии. В одной говорится, что излучают раскаленные частицы углерода размером около 100 нм, во второй - что желтый цвет возникает при излучении солей натрия, находящихся в древесине.

В многочисленных публикациях одно или другое из этих объяснений. На форумах обсуждается эта тема, но никто не ссылается на результаты экспериментов. То есть, до настоящего времени нет общепринятого варианта объяснения механизма видимого излучения, возникающего в процессе горения костра!

И все же - почему костер желтый? Я решил провести эксперименты и найти правильный ответ. Мне нужно было измерить спектр видимого излучения пламени костра и объяснить результаты. Если спектр будет сплошным – верна первая версия, если мы будем наблюдать двойную линию натрия – вторая.

В настоящее время на рынке AR очков сложно найти технологию (а возможно ее и вообще не существует), которая позволила бы сделать AR очки не только уделом гиков, но и внедрить технологию в повседневную жизнь людей. В этом посте мы хотим рассказать о том, как попробовали придумать и собрать AR очки на основе новой технологии. Ну а попутно расскажем, по каким граблям ходили и в какую сторону лучше двигаться не стоит.

В истории идей, появившихся в XX веке, особое место занимает триада из парадокса Ферми, шкалы Кардашёва и сферы Дайсона. Не вдаваясь в их подробности, изложенные по приведенным ссылкам, отмечу, что объединяю их по общему допущению о существовании во Вселенной высокоразвитых разумных цивилизаций. Несмотря на то, что ни малейших признаков внеземного разума на данный момент не найдено, эти идеи выдают, какого поведения мы ожидаем от представителей сверхцивилизаций, в число которых надеемся когда-нибудь войти. Это:

1. Готовность и даже стремление общаться с другими разумными существами (поэтому Ферми счел парадоксальным факт молчания Вселенной, учитывая, что за время ее существования на обитаемых планетах должно было сформироваться множество цивилизаций не примитивнее нашей),

2. Стремление к экстенсивному технологическому развитию, где развитие цивилизации требует постоянного наращивания энергопотребления и перехода от примитивных источников энергии ко все более обильным и высокотехнологичным,

3. В качестве первого шага на пути вверх по шкале Кардашёва необходимо принципиально оптимизировать сбор энергии нашего Солнца – сегодня она чуть менее чем полностью рассеивается в космосе. Поэтому было бы целесообразно окружить Солнце рукотворной сферой, которая могла бы использоваться либо как грандиозная солнечная батарея, либо как пространство для заселения людьми.

Уже не первый год утечки кричат, что Apple инвестирует много миллионов долларов в компании по разработке дисплеев на основе microLED.

Многие аналитики, в том числе анонимный китайский инсайдер @L0vetodream, заявляли в Твиттере, что в Apple Watch Series 6 будет совершенно новый дисплей, но этого не произошло.

Возможно виноват COVID-19, который затормозил процессы в технологической сфере и уже по новым данным нам известно, что новый тип дисплеев, microLED, мир увидит в гаджетах от яблочной компании не раньше 2023 года и, возможно, в совершенно новом гаджете!


Прошу не путать с miniLED, хоть названия и похожи — разница колоссальная. Сегодня мы заглянем в настоящее будущее дисплеев и разберемся во всём, как вы любите.

Ученые и футуристы настаивают на том, что из-за проблем перенаселения и ограниченных ресурсов нам необходимо переосмыслить ежедневный рацион. Исследования в пищевой промышленности и быстрое развитие технологий открывают для нас новые гастрономические перспективы. Мы собрали для вас подборку из 10 таких идей.

1. Насекомые

Согласно подробному отчету «Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН», как минимум 2 миллиарда человек в мире уже потребляют насекомых. Конечно, у некоторых людей может возникнуть отвращение, если они увидят сверчка в качестве горячей закуски, но все же насекомые довольно питательны и содержат большое количество жира, белка, витаминов, клетчатки и минералов.

Кроме того, употребление в пищу насекомых более экологично, чем потребление домашнего скота, и некоторые из них на вкус удивительно похожи на продукты, к которым мы привыкли: яблоко, бекон, арахисовое масло или рыбу.

С точки зрения взаимодействия с жидкостями, грубо говоря, есть два типа материалов: гидрофильные и гидрофобные. Губки для мытья посуды, например, относятся к первой группе, так как отлично впитывают жидкости. Примером вторых могут быть листья многих растений, ибо они отталкивают жидкости. На первый взгляд все достаточно просто, однако более внимательное рассмотрение гидрофобных и гидрофильных материалов указывает на важность наноразмерных поверхностных особенностей, которые и влияют на взаимодействие с водой или другими жидкостями. Ученые из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США) создали новый метод литографии, позволяющий получить материал с высокой степенью гидрофобности, вдохновением для которого стали крылья цикад. Почему именно эти насекомые стали фундаментом исследования, в чем особенность новой методики, и насколько удачно искусственный аналог копирует оригинал? Об этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

В фокусе - неоднозначный Т-киллер - основной боец иммунной системы организма. Российские ученые предложили новый способ диагностики и лечения пациентов с коронавирусом, который поможет предотвратить развитие вторичного воспаления ткани, чрезвычайно опасного для заболевших COVID-19. Статья опубликована в журнале Frontiers in Immunology.

Одним из основных показателей состояния биологической системы является температура. Если у человека развивается какая-то инфекция, то температура его тела повышается (как правило, но не всегда), что является признаком ответной реакции иммунной системы на угрозу. Другими словами, по температуре можно определить примерное состояние организма. Проблема в том, что человек большой (буквально), а вот, например, нематоды в длину всего лишь около 1 мм. Измерить температуру столь малого организма было крайне сложно, однако ученые из университета Осаки (Япония) разработали методику, позволяющую решить эту проблему. Какие средства были использованы для реализации нанотермометра, что показали практические опыты, и где можно использовать данную разработку? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Многие считают, что основными инструментами художника являются кисточка, мольберт и палитра. Однако это лишь средства, позволяющие использовать истинный инструмент — цвет. Наш мир полон красок всех мастей, от огненно-красного до морозно-синего. Цвет предметов и окрас живых организмов является результатом ряда физических и/или химических процессов. Учитывая разнообразие цветов, порой сложно понять разницу в механизмах их происхождения. Ученые из Кембриджского университета решили выяснить, почему структурные цвета, зависящие от наноразмерной архитектуры поверхностей, а не от химических пигментов, не бывают красных оттенков, а лишь синих или реже зеленых. В чем секрет такого цветового ограничения и как именно удалось установить истину? Пролить свет на эти вопросы нам поможет доклад ученых. Поехали.

Противоположности притягиваются. Этот житейский принцип, касающийся отношений между людьми, далеко не всегда соответствует действительности. Но в физике все так, как говорится: противоположные электрические заряды, к примеру, всегда притягиваются, а сходные — отталкиваются. Этот принцип стар, как сам мир, но и его можно подвергнуть некой модификации, если применить другие физические законы и явления. Группа ученых из Саутгемптонского университета (Великобритания) провели исследование, в котором им удалось создать новый тип материала, названный фотонно-связанный экситон. Самый смак заключается в том, что фотоны стали связующим звеном между отрицательно заряженными электронами, которые по логике должны были отталкиваться. Как именно были использованы фотоны, какие особенности изобретенного атома, и в каких областях может использоваться данная разработка? Об этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

Ранее мы разобрали использование технологий нанофотоники в глубоком обучении и как благодаря им увеличивается производительность вычислительных систем на программно-аппаратном уровне.

Выносимая к обсуждению тема обновления закона Мура с помощью нахождения более сложных зависимостей эволюции вычислительных систем, сегодня хорошо разбирается именно исследователями в области технологий плазмоники и нанофотоники.

Важно: большинство ссылок, приводимых в статье ведут к материалам на английском языке. Отечественных исследователей фотоники в России не так много, а те, что есть предпочитают публиковаться на английском.

Для дополнительного изучения темы на досуге за чашечкой чая предлагается прослушать доклад Дмитрия Федянина — одного из ведущих отечественных исследователей по применению технологий нанофотоники в вычислительных системах.


Дмитрий Федянин — старший научный сотрудник МФТИ.

А далее мы разберем интересную статью, в которой группой авторов предлагается крайне оригинальная концепция метрики роста производительности, альтернативная классическому закону Мура. Идея созрела благодаря анализу природных физических ограничений в существующих технологиях работы ядер процессоров, а также подтверждаемых сегодня экспериментально перспектив новых систем на базе нанофотоники.