Өөрсдийнхөө ажлыг хийцгээе, магадгүй хувьсгал гарах байх

Агуу нээлт, зоримог онол, шинжлэх ухааны нээлт. Хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр ийм томъёолол дүүрэн байдаг бөгөөд ихэвчлэн хэтрүүлсэн байдаг. Хаа нэгтээ "агуу физик", LHC, сансар судлалын үндсэн асуултууд, Стандарт загварын эсрэг тэмцлийн сүүдэрт шаргуу судлаачид чимээгүйхэн ажлаа хийж, практик хэрэглээний талаар бодож, бидний мэдлэгийн хүрээг алхам алхмаар өргөжүүлж байна.

"Өөрийнхөө юмыг хийцгээе" гэдэг нь термоядролын нэгдэл боловсруулахад оролцсон эрдэмтдийн уриа байх нь гарцаагүй. Учир нь том асуултуудад агуу хариулт байгаа хэдий ч энэ үйл явцтай холбоотой практик, ач холбогдолгүй мэт асуудлуудыг шийдвэрлэх нь дэлхийг өөрчлөх чадвартай юм.

Жишээлбэл, ширээн дээр тохирох тоног төхөөрөмжөөр жижиг хэмжээний цөмийн хайлалтыг хийх боломжтой болно. Вашингтоны их сургуулийн эрдэмтэд уг төхөөрөмжийг өнгөрсөн жил бүтээжээ Z-чимхэх (1), 5 микросекундын дотор хайлуулах урвалыг хадгалах чадвартай боловч гол гайхалтай мэдээлэл нь ердөө 1,5 м урт реакторыг жижигрүүлсэн явдал байв.Z-pinch нь хүчирхэг соронзон орон дахь плазмыг барьж, шахах замаар ажилладаг.

Маш үр дүнтэй биш, гэхдээ маш чухал байж болох юм оролдлого . 2018 оны XNUMX-р сард Physics of Plasmas сэтгүүлд нийтлэгдсэн АНУ-ын Эрчим хүчний яамны (DOE) судалгаагаар хайлуулах реакторууд нь плазмын хэлбэлзлийг хянах чадвартай байдаг. Эдгээр долгион нь өндөр энергитэй бөөмсийг урвалын бүсээс түлхэж, нэгдэх урвалд шаардлагатай зарим энергийг өөртөө авч явдаг. ТМБ-ын шинэ судалгаагаар долгион үүсэхийг хянах, урьдчилан таамаглах боломжтой компьютерийн нарийн симуляцийг тайлбарлаж, физикчдэд үйл явцаас урьдчилан сэргийлэх, бөөмсийг хяналтан дор байлгах боломжийг олгодог. Эрдэмтэд тэдний ажил барилгын ажилд тусална гэж найдаж байна ITER, магадгүй Франц дахь хамгийн алдартай туршилтын хайлуулах реакторын төсөл.

зэрэг ололт амжилтыг мөн плазмын температур 100 сая градус ЦельсийнӨнгөрсөн оны сүүлээр Хятадын Плазмын физикийн хүрээлэнгийн Туршилтын дэвшилтэт хэт дамжуулагч Токамак (EAST)-ийн эрдэмтдийн баг олж авсан нь үр ашигтай хайлуулах алхам алхмаар ахиц дэвшлийн жишээ юм. Судалгааны талаар тайлбар хийж буй мэргэжилтнүүдийн үзэж байгаагаар энэ нь дээр дурдсан ITER төсөлд чухал ач холбогдолтой байж магадгүй бөгөөд Хятад улс бусад 35 орны хамт оролцдог.

Хэт дамжуулагч ба электроник

Том нээлтийн оронд жижиг, шаргуу алхмуудыг хийж байгаа асар их нөөц бололцоотой өөр нэг салбар бол өндөр температурт хэт дамжуулагчийг хайх явдал юм. (2). Харамсалтай нь худлаа дохиолол, цагаа олсон санаа зоволт их байна. Ихэвчлэн хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр цацагдсан мэдээлэл хэтрүүлэг эсвэл зүгээр л худал байдаг. Бүр илүү ноцтой мэдээллүүдэд үргэлж "гэхдээ" байдаг. Саяхны тайланд дурдсанчлан Чикагогийн их сургуулийн эрдэмтэд урьд өмнө бүртгэгдээгүй хамгийн өндөр температурт цахилгааныг алдагдалгүй дамжуулах чадвартай хэт дамжуулагчийг илрүүлжээ. Аргонн үндэсний лабораторид орчин үеийн технологийг ашиглан орон нутгийн эрдэмтдийн баг -23 хэмийн температурт хэт дамжуулагчийг ажигласан материалын ангиллыг судалжээ. Энэ нь өмнөх батлагдсан дээд амжилтаас 50 орчим градусаар үсэрсэн үзүүлэлт юм.

2. Соронзон орон дахь хэт дамжуулагч

Гэхдээ хамгийн гол зүйл бол та маш их дарамт шахалт үзүүлэх ёстой. Туршилтанд хамрагдсан материалууд нь гидрид байв. Хэсэг хугацааны турш лантан пергидрид онцгой анхаарал татаж байна. Туршилтаар энэ материалын маш нимгэн дээж нь 150-170 гигапаскаль даралтын нөлөөн дор хэт дамжуулагчийг харуулдаг болохыг тогтоожээ. Үр дүнг XNUMX-р сард Nature сэтгүүлд нийтэлсэн бөгөөд проф. Виталий Прокопенко, Эран Гринберг нар.

Эдгээр материалын практик хэрэглээний талаар бодохын тулд та даралт, температурыг бууруулах хэрэгтэй болно, учир нь -23 хэм хүртэл тийм ч практик биш юм. Үүн дээр ажиллах нь дэлхийн өнцөг булан бүрт олон жилийн турш лабораторид явагддаг ердийн жижиг алхам физик юм.

Хэрэглээний судалгаанд мөн адил хамаарна. электроникийн соронзон үзэгдлүүд. Сүүлийн үед маш мэдрэмтгий соронзон датчик ашиглан олон улсын эрдэмтдийн баг соронзон бус ислийн нимгэн давхаргын интерфэйс дээр үүсдэг соронзлолтыг жижиг механик хүч хэрэглэх замаар амархан удирдаж болох гайхалтай нотолгоог олжээ. Өнгөрсөн XNUMX-р сард "Байгалийн физик" сэтгүүлд зарласан нээлт нь соронзон хүчийг хянах шинэ бөгөөд гэнэтийн арга замыг харуулж, онолын хувьд нягт соронзон санах ой, спинтроникийн талаар бодох боломжийг олгодог.

Энэхүү нээлт нь өнөөдөр хэдэн арван нанометр хэмжээтэй соронзон санах ойн эсүүдийг жижигрүүлэх шинэ боломжийг бий болгож байгаа боловч мэдэгдэж буй технологиудыг ашиглан тэдгээрийг цаашид жижигрүүлэхэд хэцүү байдаг. Оксидын интерфейс нь хоёр хэмжээст дамжуулалт ба хэт дамжуулалт зэрэг олон сонирхолтой физик үзэгдлүүдийг нэгтгэдэг. Соронзлолын тусламжтайгаар гүйдлийг хянах нь электроникийн маш ирээдүйтэй талбар юм. Зөв шинж чанартай, гэхдээ боломжийн, хямд материалыг хайж олох нь биднийг хөгжүүлэхэд нухацтай хандах боломжийг олгоно спинтроник.

бас ядаргаатай электроникийн хаягдал дулааны хяналт. UC Berkeley инженерүүд саяхан ийм төрлийн технологид хэзээ ч байгаагүй түвшинд эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд хаягдал дулааныг нөхөн сэргээхэд ашиглаж болох нимгэн хальсан материалыг (хавхлангийн зузаан нь 50-100 нанометр) бүтээжээ. Энэ нь пироэлектрик эрчим хүчний хувиргалт гэж нэрлэгддэг процессыг ашигладаг бөгөөд шинэ инженерийн судалгаагаар 100 хэмээс доош дулааны эх үүсвэрт ашиглахад тохиромжтой гэдгийг харуулж байна. Энэ бол энэ чиглэлээр хийгдсэн судалгааны хамгийн сүүлийн жишээнүүдийн нэг юм. Дэлхий даяар электроникийн эрчим хүчний менежменттэй холбоотой хэдэн зуу, бүр мянга мянган судалгааны хөтөлбөрүүд байдаг.

"Яагаад гэдгийг мэдэхгүй, гэхдээ энэ нь ажилладаг"

Шинэ материал, тэдгээрийн фазын шилжилт, топологийн үзэгдлүүдтэй туршилт хийх нь судалгааны маш ирээдүйтэй чиглэл бөгөөд тийм ч үр дүнтэй биш, хэцүү, хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр сонирхол татахуйц ховор байдаг. Энэ нь физикийн салбарт хамгийн их иш татагддаг судалгааны нэг боловч хэвлэл мэдээллийн хэрэгслээр олон нийтэд цацагдаж байсан. Тэд ихэвчлэн ялдаггүй.

Материалын фазын өөрчлөлттэй туршилтууд заримдаа гэнэтийн үр дүнг авчирдаг металл хайлуулах өндөр хайлах цэгүүдтэй өрөөний температур. Үүний нэг жишээ бол цахилгаан орон болон электрон микроскоп ашиглан өрөөний температурт 1064 хэмд хайлдаг алтны дээжийг хайлуулах сүүлийн үеийн амжилт юм. Цахилгаан талбайг унтрааснаар алтыг дахин хатууруулж болох тул энэ өөрчлөлт буцаах боломжтой байв. Тиймээс цахилгаан орон нь температур, даралтаас гадна фазын өөрчлөлтөд нөлөөлдөг мэдэгдэж буй хүчин зүйлүүдтэй нэгдэв.

Хүчтэй үед фазын өөрчлөлтүүд бас ажиглагдсан лазер гэрлийн импульс. Энэхүү үзэгдлийн судалгааны үр дүнг 2019 оны зун Nature Physics сэтгүүлд нийтлэв. Үүнд хүрэх олон улсын багийг Нух Гедик (3), Массачусетсийн технологийн дээд сургуулийн физикийн профессор. Эрдэмтэд оптикоор өдөөгдсөн хайлах үед фазын шилжилт нь материалд топологийн согог гэж нэрлэгддэг өвөрмөц шинж чанар үүсэх замаар явагддаг бөгөөд энэ нь эргээд материал дахь электрон болон торны динамик байдалд нөлөөлдөг болохыг тогтоожээ. Эдгээр топологийн согогуудыг Гедик өөрийн нийтлэлдээ тайлбарласнаар ус зэрэг шингэнд тохиолддог жижиг эргүүлгүүдтэй адил юм.

Эрдэмтэд судалгаандаа лантан ба теллур LaTe-ийн нэгдлийг ашигласан.₃. Судлаачид дараагийн алхам нь тэд "эдгээр согогийг хяналттай байдлаар үүсгэж болохыг" тодорхойлохыг оролдох болно гэж тайлбарлав. Үүнийг өгөгдөл хадгалахад ашиглаж болох бөгөөд гэрлийн импульс нь өгөгдлийн үйл ажиллагаанд тохирох систем дэх согогийг бичих эсвэл засахад ашиглагдана.

Бид хэт хурдан лазер импульстэй болсон тул тэдгээрийг олон сонирхолтой туршилтуудад ашиглах, практикт ирээдүйтэй хэрэглээ нь шинжлэх ухааны тайланд байнга гардаг сэдэв юм. Жишээлбэл, Рочестерийн их сургуулийн хими, физикийн тэнхимийн туслах профессор Игнасио Франкогийн бүлэг саяхан лазерын хэт хурдан импульсийг хэрхэн ашиглаж болохыг харуулсан. бодисын шинж чанарыг гажуудуулах Одоо цахилгаан гүйдэл үүсгэх Одоогоор бидний мэддэг техникээс илүү хурдтай. Судлаачид нимгэн шилэн утаснуудыг секундын тэрбумын нэг сая хуваах хугацаатай эмчилсэн. Нүд ирмэхийн зуур шилэн материал нь цахилгаан гүйдэл дамжуулдаг металл шиг зүйл болж хувирав. Энэ нь хүчдэл байхгүй үед мэдэгдэж байсан системээс илүү хурдан болсон. Лазер туяаны шинж чанарыг өөрчлөх замаар урсгалын чиглэл, гүйдлийн эрчмийг хянах боломжтой. Үүнийг хянах боломжтой учраас электроникийн инженер бүр сонирхож хардаг.

Франко Nature Communications сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлд тайлбарлав.

Эдгээр үзэгдлийн физик шинж чанарыг бүрэн ойлгоогүй байна. Франко өөрөө ийм механизмыг сэжиглэж байна хурц нөлөө, өөрөөр хэлбэл, цахилгаан оронтой гэрлийн квантуудын ялгаралт эсвэл шингээлтийн хамаарал. Хэрэв эдгээр үзэгдлүүд дээр тулгуурлан ажиллаж байгаа электрон системийг бүтээх боломжтой байсан бол бид инженерийн цувралын "Бид яагаад гэдгийг мэдэхгүй, гэхдээ энэ нь ажилладаг" нэртэй өөр нэг ангитай байх байсан.

Мэдрэмжтэй, жижиг хэмжээтэй

Гироскопууд Эдгээр нь гурван хэмжээст орон зайд тээврийн хэрэгсэл, дрон, түүнчлэн электрон хэрэгсэл, зөөврийн төхөөрөмжүүдэд туслах төхөөрөмж юм. Одоо тэд бидний өдөр тутам хэрэглэдэг төхөөрөмжид өргөн хэрэглэгддэг. Эхэндээ гироскопууд нь дугуй бүр өөрийн тэнхлэгийг тойрон эргэдэг дугуйнуудын багц байв. Өнөөдөр гар утаснуудаас бид хоёр ижил масс дээр үйлчилж, хэлбэлзэж, эсрэг чиглэлд хөдөлж буй хүчний өөрчлөлтийг хэмждэг микро цахилгаан механик мэдрэгчийг (MEMS) олдог.

MEMS гироскопууд нь мэдрэмжийн мэдэгдэхүйц хязгаарлалттай байдаг. Тиймээс барьж байна оптик гироскопууд, ямар ч хөдөлгөөнт хэсэг нь гэж нэрлэдэг үзэгдлийг ашигладаг ижил ажлуудын хувьд Сагнак эффект. Гэсэн хэдий ч өнөөг хүртэл тэдгээрийг жижигрүүлэх асуудал гарч ирсэн. Хамгийн жижиг өндөр үзүүлэлттэй оптик гироскопууд нь ширээний теннисний бөмбөгөөс том хэмжээтэй тул зөөврийн олон хэрэглээнд тохиромжгүй. Гэсэн хэдий ч Али Хаджимири тэргүүтэй Калтек технологийн их сургуулийн инженерүүд шинэ оптик гироскоп бүтээжээ. таван зуу дахин багаөнөөг хүртэл мэдэгдэж байгаа зүйл4). Тэрээр шинэ техник ашиглан мэдрэмжээ сайжруулдаг.харилцан бэхжүүлэх» Ердийн Sagnac интерферометрт ашигладаг хоёр гэрлийн цацрагийн хооронд. Шинэ төхөөрөмжийг өнгөрсөн арваннэгдүгээр сард Nature Photonics сэтгүүлд нийтэлсэн нийтлэлд дурджээ.

4. Али Хаджимири болон түүний хамтран ажиллагсдын бүтээсэн оптик гироскоп. 

Нарийвчлалтай оптик гироскопийг хөгжүүлэх нь ухаалаг гар утасны чиг баримжааг ихээхэн сайжруулж чадна. Хариуд нь үүнийг Колумбийн инженерийн эрдэмтэд барьсан. анхны хавтгай линз Нэмэлт элемент шаардлагагүйгээр нэг цэг дээр өргөн хүрээний өнгийг зөв төвлөрүүлэх чадвартай байх нь хөдөлгөөнт төхөөрөмжийн гэрэл зургийн чадварт нөлөөлж болзошгүй. Хувьсгалт микрон нимгэн хавтгай линз нь цааснаас хамаагүй нимгэн бөгөөд дээд зэргийн нийлмэл линзтэй харьцуулахуйц гүйцэтгэлийг өгдөг. Хэрэглээний физикийн тэнхимийн туслах профессор Нанфан Ю тэргүүтэй тус бүлгийн дүгнэлтийг Nature сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаанд толилуулжээ.

Эрдэмтэд хавтгай линзийг "метаатомууд". Метаатом бүр гэрлийн долгионы уртаас жижиг хэсэг бөгөөд гэрлийн долгионыг өөр хэмжээгээр саатуулдаг. Эрдэмтэд хүний ​​үс шиг зузаан субстрат дээр маш нимгэн хавтгай нано бүтцийн давхаргыг бүтээснээр илүү зузаан, хүнд ердийн линзний системтэй ижил функцийг олж авч чадсан юм. Хавтгай дэлгэцтэй телевизорууд CRT телевизорыг сольсонтой адил металленсе нь том линзний системийг сольж чаддаг.

Өөр арга зам байхад яагаад том мөргөлдүүлэгч гэж

Жижиг алхмуудын физик нь бас өөр өөр утгатай байж болно. Жишээлбэл - Олон физикчдийн хийдэг шиг аймшигт том бүтэцтэй барилга байгууламж барьж, илүү том байгууламжийг шаардахын оронд илүү даруухан багаж хэрэгслээр том асуултын хариултыг олохыг оролдож болно.

Ихэнх хурдасгуурууд нь цахилгаан болон соронзон орон үүсгэх замаар бөөмийн цацрагийг хурдасгадаг. Гэсэн хэдий ч хэсэг хугацаанд тэр өөр техникээр туршиж үзсэн - плазмын хурдасгуурууд, электрон, позитрон, ион зэрэг цэнэгтэй бөөмсийг электрон плазмд үүссэн долгионтой хослуулсан цахилгаан орон ашиглан хурдасгах. Сүүлийн үед би тэдний шинэ хувилбар дээр ажиллаж байна. CERN-ийн AWAKE баг нь плазмын долгион үүсгэхийн тулд протон (электрон биш) ашигладаг. Протон руу шилжих нь хурдатгалын нэг алхамаар бөөмсийг илүү өндөр энергийн түвшинд хүргэдэг. Плазмын сэрэх талбарыг хурдасгах бусад хэлбэрүүд нь ижил энергийн түвшинд хүрэхийн тулд хэд хэдэн алхмуудыг шаарддаг. Эрдэмтэд тэдний протонд суурилсан технологи нь ирээдүйд жижиг, хямд, илүү хүчирхэг хурдасгууруудыг бүтээх боломжийг бидэнд олгоно гэж үзэж байна.

5. DESY-ийн хоёр үе шаттай бяцхан хурдасгуур - дүрслэл

Хариуд нь DESY-ийн эрдэмтэд (Deutsches Elektronen-Synchrotron - Германы электрон синхротрон гэсэн үгийн товчлол) XNUMX-р сард бөөмийн хурдасгуурыг жижигрүүлэх чиглэлээр шинэ дээд амжилт тогтоосон. Терагерц хурдасгуур нь тарьсан электронуудын энергийг хоёр дахин нэмэгдүүлсэн.5). Үүний зэрэгцээ уг тохиргоо нь энэ техникийг ашигласан өмнөх туршилтуудтай харьцуулахад электрон цацрагийн чанарыг эрс сайжруулсан.

DESY-ийн хэт хурдан оптик ба рентген туяаны бүлгийн дарга Франц Картнер хэвлэлийнхэнд тайлбарлав. -

Холбогдох төхөөрөмж нь нэг метр тутамд хамгийн ихдээ 200 сая вольт (МВ/м) хурдасгах талбарыг үүсгэсэн нь орчин үеийн хамгийн хүчирхэг ердийн хурдасгууртай адил юм.

Хариуд нь шинэ, харьцангуй жижиг детектор ALPHA-g (6), Канадын TRIUMF компани барьж, энэ оны эхээр CERN-д ачуулсан. эсрэг бодисын таталцлын хурдатгалыг хэмжих. Антиматери дэлхийн гадаргуу дээр таталцлын орон байгаа үед +9,8 м/с2 (доош), -9,8 м/с2 (дээш), 0 м/с2 (таталцлын хурдатгал огт байхгүй) хурдасдаг уу, эсвэл бага зэрэг хурдасдаг уу? өөр үнэ цэнэ? Сүүлчийн боломж нь физикт хувьсгал хийх болно. Жижиг ALPHA-g аппарат нь "таталцлын эсрэг" байдгийг нотлохоос гадна биднийг орчлон ертөнцийн хамгийн агуу нууцуудад хүргэх замд хөтөлж чадна.

Бүр бага хэмжээгээр бид бүр ч доод түвшний үзэгдлийг судлахыг хичээж байна. Дээр Секундэд 60 тэрбум эргэлт Үүнийг Пурдюгийн их сургууль болон Хятадын их сургуулийн эрдэмтэд зохион бүтээх боломжтой. Хэдэн сарын өмнө Physical Review Letters сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлд туршилтын зохиогчдын үзэж байгаагаар ийм хурдан эргэдэг бүтээл нь тэдэнд илүү сайн ойлгох боломжийг олгоно. нууц .

Эрдэмтдийн цахиураас нийлэгжүүлсэн 170 нанометр өргөн, 320 нанометр урт нано бөөмс нь мөн адил эрс эргэлддэг. Судалгааны баг лазерын тусламжтайгаар объектыг вакуум орчинд хөөргөж, улмаар түүнийг асар хурдтайгаар хөдөлгөжээ. Дараагийн алхам бол илүү өндөр эргэлтийн хурдтай туршилт хийх бөгөөд энэ нь физикийн үндсэн онолууд, тэр дундаа вакуум дахь үрэлтийн чамин хэлбэрийг нарийвчлан судлах боломжийг олгоно. Таны харж байгаагаар үндсэн нууцуудтай нүүр тулахын тулд та километрийн хоолой, аварга том илрүүлэгч барих шаардлагагүй.

2009 онд эрдэмтэд лабораторид дуу шингээдэг тусгай төрлийн хар нүхийг бүтээж чадсан. Түүнээс хойш эдгээр дуу чимээ  гэрэл шингээх объектын лабораторийн аналог болгон ашиглахад тустай болох нь батлагдсан. Энэ XNUMX-р сард Nature сэтгүүлд нийтлэгдсэн нийтлэлдээ Technion Израилийн Технологийн Хүрээлэнгийн судлаачид хэрхэн дуу авианы хар нүх үүсгэж, Хокингийн цацрагийн температурыг хэмжсэн тухай тайлбарлажээ. Эдгээр хэмжилтүүд нь Хокингийн таамагласан температуртай тохирч байв. Тиймээс хар нүхийг судлахын тулд экспедиц хийх шаардлагагүй юм шиг санагддаг.

Эдгээр үр ашиг багатай мэт санагдах шинжлэх ухааны төслүүд, лабораторийн шаргуу хүчин чармайлт, жижиг, хуваагдмал онолыг туршиж үзэхийн тулд олон удаа хийсэн туршилтууд нь хамгийн том асуултуудын хариулт байсан эсэхийг хэн мэдэх билээ. Ийм зүйл тохиолдож болно гэдгийг шинжлэх ухааны түүх заадаг.