Нанотехнологии

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.

Ученый из МФТИ и его коллеги из Египта провели фундаментальное аналитическое исследование, направленное на изучение эволюции микрокавитационных пузырьков в тройных гибридных наножидкостях, находящихся вблизи упругих твердых тел. Примером такой жидкости является человеческая кровь. Работа опубликована в Results in Engineering.

Ученые из МФТИ, Всероссийского НИИ автоматики им. Н.Л. Духова (ВНИИА) и Института теоретической и прикладной электродинамики РАН (ИТПЭ РАН) разработали теоретическую модель, демонстрирующую неожиданную роль теплового шума в поведении сложных квантовых систем. Их исследование, опубликованное в журнале Physical Review A, показывает, что шум, обычно ухудшающий свойства системы, способен вызывать спонтанные переходы между состояниями с различной симметрией в специально спроектированной оптомеханической системе. Это открытие не только меняет взгляд на роль тепловых шумов  в физике, но и демонстрирует новые возможности в изучении кинетики фазовых переходов, связанных с нарушением так называемой PT-симметрии.

Вероятно, вам много раз доводилось читать, что такое кубиты, какие частицы могут применяться в качестве кубитов, и как их использовать. Кубиты – это информационные единицы, аналоги битов, используемые в квантовых компьютерах. Важнейшее свойство кубита — это возможность находиться в суперпозиции вплоть до того момента, как с кубитом провзаимодействуют (будет совершена вычислительная операция). В таком случае, какова материальная основа кубитов, что может служить носителем такой квантовой суперпозиции и, следовательно, информации? В современных квантовых компьютерах в качестве кубитов используются фотоны, электроны, ионы, квантовые точки и нейтральные атомы. Возможно, нейтральные атомы — одна из наиболее перспективных опций, и об этом на Хабре уже писал уважаемый @FirstJohn в статье «Лучшими кубитами для квантовых вычислений могут быть нейтральные атомы», переведённой для блога компании FirstVDS. Но в этой статье мы пойдём ещё глубже и поговорим о широком спектре материальных носителей, которые могут служить для операций с кубитами.

Огранённый, с правильными формами, чистый, прозрачный, а может даже магический? Какие еще ассоциации появляются у вас, когда вы слышите слово «кристалл»?

На самом деле тема «Что такое кристалл?» – достаточно долгая и когда-нибудь я посвящу ей отдельную статью. Но давайте чуть-чуть поговорим об этом, обсудим почему важны кристаллы, а также рассмотрим заявленную в заголовке тему получения их сверхчистыми.

Ученые из МФТИ и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» разработали теорию, позволяющую с беспрецедентной точностью описывать поведение сложных многоатомных молекул в сверхсильных электрических полях. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review A, дает возможность создания новых методов для изучения структуры молекул, включая биомолекулы, и даже для различения их «зеркальных» форм, что критически важно для фармацевтики.

Российские исследователи из МФТИ, МИСИС и Российского квантового центра предложили новое семейство кодов квантовой коррекции ошибок, отличающихся низкими ресурсными затратами и специально адаптированных для кольцевой архитектуры квантовых процессоров, в частности, на основе сверхпроводниковых кубитов. Кроме того, они разработали и продемонстрировали эффективность инновационного декодера на основе нейронных сетей для исправления ошибок в этих кодах. Работа опубликована в журнале Physical Review A.

Представьте, что курьерские доставки добрались до клеточного уровня.

Мы живём в мире, где еду привозят за полчаса, а покупки на следующий день. А что если доставлять лекарства прямо внутри организма, отправляя их точно по адресу, скажем, в труднодоступный уголок человеческого тела? Звучит необычно и на первый взгляд кажется нереальным. Но недавнее научное исследование показывает, что это не такая уж и фантастика. Учёные научились превращать обычные сперматозоиды в миниатюрных биороботов, которыми можно управлять снаружи с помощью магнитного поля и даже видеть их на рентгене. Такой вот управляемый биоробот.

Статья подготовлена на основе научной публикации.

Ученые из МФТИ, Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау и Физико-технического института им. А. Ф.  Иоффе провели теоретическое исследование диффузии экситонов. Они рассмотрели это физическое явление в муаровых сверхрешетках переходных металлов.

Международный коллектив ученых разработал новый метод параметризации машинно-обучаемых межатомных потенциалов для моделирования магнитных материалов, значительно повышающий надежность и точность предсказаний их свойств. Ключевым элементом нового подхода стало использование так называемых «магнитных сил» при обучении моделей межатомных взаимодействий. Статья опубликована в Computational Materials Science.

Коллектив ученых из МФТИ , ИТМО и их коллега из Китая провели глубокое теоретическое и численное исследование, проливающее свет на фундаментальные аспекты взаимодействия света с конечными структурами нанометрового масштаба. Эта работа позволяет лучше понять переход от свойств одиночных наночастиц к сложным оптическим явлениям в протяженных метаматериалах.

В последнее время я стал задумываться о том, существуют ли такие квантовые объекты и явления, для которых можно подобрать прямые макроскопические аналоги. В конце лета я рассказывал в этом блоге об удивительном квантовом процессе, происходящем в некоторых веществах (например, в спиновых льдах) и напоминающем одновременно лавину и пожар, то есть, распространение снега и огня. Есть и другой не менее интересный феномен такого рода, открытый инженерами IBM в середине 1990-х; он получил название «квантовый мираж». Чтобы понять, как он возникает, нужно немного рассказать о работе сканирующего туннельного микроскопа (STM), а также о мельчайших искусственных объектах, которые мы научились создавать (и вот уже более 30 лет ищем им применение: квантовых загонах.

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН и МФТИ провели детальный анализ того, как когерентное лазерное излучение взаимодействует с неоднородными плазменными микроструктурами, регистрируемыми оптическими линзовыми системами. Исследователи обнаружили, что данный процесс сопровождается сложными дифракционными эффектами, которые существенным образом влияют на визуализацию плазмы в поле лазерного излучения.

Ученые из МФТИ и их коллеги разработали новый метод сканирующей микроскопии, который позволяет с нанометровым разрешением визуализировать распределение пиннингового потенциала в сверхпроводящих пленках. Этот метод, названный Scanning Quantum Vortex Microscopy (SQVM), открывает новые возможности для изучения дефектов в сверхпроводниках и наноустройствах, что может привести к улучшению характеристик сверхпроводящих материалов и устройств.

Ученые НЕ вылечили рак! Речь идет о вакцине, которая усиливает иммунную систему, помогая клеткам иммунитета эффективнее находить и устранять раковые клетки. Из положительного: есть доказуемый результат на мышах, готовится первая фаза исследования на людях. А вот подробности – в материале!

Профессор кафедры физики и технологии наноструктур МФТИ Андрей Катанин, работающий в Центре фотоники и 2D-материалов МФТИ, а также в Институте физики металлов Уральского отделения РАН, представил новое исследование, посвященное магнитным свойствам полуметаллов, в частности, диоксида хрома (CrO₂).

В работе ему удалось выяснить, насколько хорошо можно описать магнитные свойства диоксида, начиная с парамагнитной фазы, и оценить влияние обменных взаимодействий и дисперсии магнонов на эти свойства. 

Группа российских ученых из МФТИ, МИФИ и Института ядерных исследований РАН достигла значительного прогресса в изучении квантовой запутанности, создав и успешно протестировав инновационную экспериментальную установку для измерения поляризационных корреляций фотонов, образующихся при аннигиляции электрон-позитронных пар. Результаты исследования опубликованы в журнале РАН «Приборы и техника эксперимента». 

Квантовая запутанность — это удивительное явление, когда две или более частиц связаны между собой таким образом, что их квантовые состояния оказываются скоррелированными, даже если эти частицы пространственно разделены. 

Аннигиляция электрон-позитронных пар в состоянии покоя является одним из классических источников запутанных фотонов, обладающих взаимно-перпендикулярной поляризацией. Но взаимодействие этих фотонов с веществом может привести к декогеренции — потере квантовой запутанности.

Разрешение противоречий в понимании комптоновского рассеяния запутанных и декогерентных фотонов является главной задачей недавнего исследования российский ученых. Некоторые теоретические работы ставили под сомнение результаты предыдущих экспериментов, утверждая об идентичности рассеяния в запутанном и декогерентном состояниях. Это противоречие требовало прямого экспериментального сравнения.