Íîâîñèáèðñêèé ëàçåð íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíàõ ìîäåðíèçèðîâàëè
äëÿ èçó÷åíèÿ ìàãíèòîâ ðàçìåðîì ñ ìîëåêóëó
Äëÿ óâåëè÷åíèÿ åìêîñòè ñîâðåìåííûõ ìàãíèòíûõ íîñèòåëåé èíôîðìàöèè íåîáõîäèìî ïðåîäîëåòü ôóíäàìåíòàëüíîå îãðàíè÷åíèå íà ìèíèìàëüíûé ðàçìåð ìàãíèòíîé ÿ÷åéêè ïàìÿòè. Îäèí èç âàðèàíòîâ ðåøåíèÿ äàííîé ïðîáëåìû – èñïîëüçîâàíèå ìîíîìîëåêóëÿðíûõ ìàãíèòîâ.  áóäóùåì îíè ìîãóò îáåñïå÷èòü ñâåðõâûñîêóþ ïëîòíîñòü çàïèñè èíôîðìàöèè íà íîñèòåëè, à òàêæå ñòàòü ñòðóêòóðíûìè áëîêàìè êâàíòîâûõ êîìïüþòåðîâ. Íàä èññëåäîâàíèÿìè ìàãíèòîâ ðàçìåðîì ñ ìîëåêóëó ðàáîòàþò ó÷åíûå Ìåæäóíàðîäíîãî òîìîãðàôè÷åñêîãî öåíòðà ÑÎ ÐÀÍ (ÌÒÖ ÑÎ ÐÀÍ) ïðè ïîìîùè Íîâîñèáèðñêîãî ëàçåðà íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíàõ (ËÑÝ, ñì. çäåñü) Èíñòèòóòà ÿäåðíîé ôèçèêè èì. Ã. È. Áóäêåðà ÑÎ ÐÀÍ (ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ). Ðåçóëüòàòû îïóáëèêîâàíû â Journal of Magnetic Resonance.
Ãëîáàëüíàÿ öåëü ïðîåêòà ÌÒÖ è ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ – íàó÷èòüñÿ ìàíèïóëèðîâàòü íàìàãíè÷åííîñòüþ ìîíîìîëåêóëÿðíîãî ìàãíèòà ñ ïîìîùüþ êîðîòêèõ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ ËÑÝ Ñèáèðñêîãî öåíòðà ñèíõðîòðîííîãî è òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ íà ðàáî÷èõ ñòàíöèÿõ ÝÏÐ-ñïåêòðîñêîïèè è ÑÊÂÈÄ-ìàãíåòîìåòðèè. Ñïåöèàëüíî ïîä ýòîò ïðîåêò ôèçèêè ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ ðàçðàáîòàëè ýëåêòðîííûé ìîäóëÿòîð ìîùíîñòè ËÑÝ, ïîçâîëÿþùèé ôîðìèðîâàòü ìèêðîñåêóíäíûå èìïóëüñû òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ.
ñòàíöèÿ ÝÏÐ ñïåêòðîñêîïèè ÍÀ ËÑÝ ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ 2
Ñòàðøèé íàó÷íûé ñîòðóäíèê ëàáîðàòîðèè ìàãíèòíîãî ðåçîíàíñà ÌÒÖ ÑÎ ÐÀÍ, êàíäèäàò ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê, ñòàðøèé ïðåïîäàâàòåëü ÍÃÓ Ñåðãåé Âåáåð:
«Íà äàííûé ìîìåíò ìû ãîâîðèì î ôóíäàìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèÿõ, íî ïðàêòè÷åñêèå ïðèëîæåíèÿ, òàêèå êàê ñîçäàíèå ÿ÷ååê ñâåðõúåìêèõ íîñèòåëåé èíôîðìàöèè è êóáèòîâ âïîëíå âåðîÿòíû â íåäàëåêîì áóäóùåì. Äëÿ ïðèêëàäíîãî èñïîëüçîâàíèÿ ìîíîìîëåêóëÿðíûõ ìàãíèòîâ íåîáõîäèìî íàó÷èòüñÿ êîíòðîëèðóåìî èíäóöèðîâàòü â íèõ ñïèíîâûå ïåðåõîäû – “ïåðåìàãíè÷èâàòü” ìîëåêóëû – ýòî è åñòü îñíîâíàÿ çàäà÷à íàøèõ ýêñïåðèìåíòîâ, êîòîðûå ìû ïðîâîäèì ñ ïîìîùüþ òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ. Ïîëó÷àåìûå äàííûå óíèêàëüíû è ìîãóò ëå÷ü â îñíîâó ïðèêëàäíûõ ìåòîäèê ìàíèïóëèðîâàíèÿ ñïèíîâûì ñîñòîÿíèåì ìîíîìîëåêóëÿðíûõ ìàãíèòîâ, à òàêæå ïîçâîëÿò óëó÷øèòü ïàðàìåòðû ñóùåñòâóþùèõ ìîíîìîëåêóëÿðíûõ ìàãíèòíûõ ñèñòåì».
Îäíà èç ïðîáëåì, êîòîðàÿ ñòîÿëà ïåðåä ó÷åíûìè ÌÒÖ ÑÎ ÐÀÍ, áûëà ñâÿçàíà ñ îãðàíè÷åíèåì âðåìåíè âîçäåéñòâèÿ ìîùíîãî ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ íà îáúåêò.  ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ ìàêðîèìïóëüñû òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ ôîðìèðîâàëèñü ìåõàíè÷åñêè. Óäàëîñü óñïåøíî ñôîðìèðîâàòü èìïóëüñû äëèòåëüíîñòüþ ~300 ìèêðîñåêóíä, íî ìîùíîñòü ëàçåðà âñå ðàâíî ïðèõîäèëîñü óìåíüøàòü, ÷òîáû íå ïåðåãðåâàòü îáðàçåö. Òîãäà, ñïåöèàëüíî äëÿ ýêñïåðèìåíòà ó÷åíûõ ÌÒÖ ÑÎ ÐÀÍ ôèçèêè ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ ðàçðàáîòàëè ýëåêòðîííûé ìîäóëÿòîð ìîùíîñòè ËÑÝ. Âåñíîé 2018 ã. ýêñïåðèìåíòàëüíî áûëè ïîëó÷åíû èìïóëüñû ïîðÿäêà 50 ìèêðîñåêóíä.
Âåäóùèé íàó÷íûé ñîòðóäíèê ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ, êàíäèäàò ôèçèêî-ìàòåìàòè÷åñêèõ íàóê Îëåã Øåâ÷åíêî:
«×òîáû èçáåæàòü ñèëüíîãî íàãðåâà èññëåäóåìûõ îáðàçöîâ, íåîáõîäèìî óìåíüøèòü ñðåäíþþ ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ, íî ïðè ýòîì ñîõðàíèòü ïèêîâóþ. Äëÿ ðåøåíèÿ äàííîé çàäà÷è íàìè áûë ïðåäëîæåí ìåòîä ýëåêòðîííîé ìîäóëÿöèè òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðûé ïîçâîëÿåò îòíîñèòåëüíî áûñòðî âûêëþ÷àòü ãåíåðàöèþ ËÑÝ, ñîõðàíÿÿ ïðè ýòîì ñðåäíèé òîê ýëåêòðîííîãî ïó÷êà, ÷òî âàæíî äëÿ óñòîé÷èâîé ðàáîòû óñêîðèòåëÿ.Äëÿ äðóãèõ ïîëüçîâàòåëåé ËÑÝ áîëüøåå çíà÷åíèå èìååò íå âåëè÷èíà ñðåäíåé ìîùíîñòè, à åå ñòàáèëüíîñòü – íîâûé ìåòîä ïîçâîëÿåò ïëàâíî èçìåíÿòü ñðåäíþþ ìîùíîñòü çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ ñêâàæíîñòè ìàêðîèìïóëüñîâ. Âàæíî è òî, ÷òî óïðàâëÿòü ðàáîòîé ìîäóëÿòîðà ïîëüçîâàòåëè ñìîãóò ñàìîñòîÿòåëüíî ñî ñâîèõ ðàáî÷èõ ñòàíöèé».
Ýëåêòðîííûé ìîäóëÿòîð ìîùíîñòè ËÑÝ îòêðîåò íîâûå âîçìîæíîñòè äëÿ ïðîâåäåíèÿ ýêñïåðèìåíòîâ, òàê êàê ïîçâîëèò ðàáîòàòü íà ïèêîâûõ ìîùíîñòÿõ áåç òåðìè÷åñêîãî âîçäåéñòâèÿ íà îáúåêòû, à ïåðåäà÷à êîíòðîëÿ çà èçëó÷åíèåì êîíå÷íîìó ïîëüçîâàòåëþ óïðîñòèò è ñàì õîä ýêñïåðèìåíòîâ.
Ó÷åíûå óâåëè÷èâàþò ìîùíîñòü Íîâîñèáèðñêîãî ëàçåðà íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíàõ
Ñïåöèàëèñòû Èíñòèòóòà ÿäåðíîé ôèçèêè èì.Ã.È. Áóäêåðà (ÈßÔ, Íîâîñèáèðñê) ðàçðàáîòàëè íîâûé ãåíåðàòîð ýëåêòðîìàãíèòíîãî èçëó÷åíèÿ äëÿ Íîâîñèáèðñêîãî ëàçåðà íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíàõ (ËÑÝ), ñîîáùàåò ïðåññ-ñëóæáà èíñòèòóòà.
"Ñåé÷àñ èññëåäîâàòåëÿì äîñòóïíû äëèíû âîëí îò 6 äî 240 ìèêðîí, íî ìû õîòèì äîéòè äî 400 ìèêðîí.  ýòîì äèàïàçîíå èçëó÷åíèå ëó÷øå ïðîõîäèò ÷åðåç àòìîñôåðó è ðàçëè÷íûå ïðåäìåòû", - ïðèâîäÿòñÿ â ñîîáùåíèè ñëîâà çàâåäóþùåãî ëàáîðàòîðèåé ÈßÔ Íèêîëàÿ Âèíîêóðîâà.
Ìîäåðíèçàöèþ ëàçåðà ïëàíèðóåòñÿ çàâåðøèòü â 2022 ãîäó. Îòìå÷àåòñÿ, ÷òî ïîñëå ìîäåðíèçàöèè ËÑÝ, èçëó÷åíèå êîòîðîãî êîòîðûé óæå ñåé÷àñ ÿâëÿåòñÿ ñàìûì ìîùíûì â ìèðå, ñòàíåò åùå ìîùíåå.
Ïî ñëîâàì Âèíîêóðîâà, åñëè òåðàãåðöîâîå èçëó÷åíèå, êîòîðîå ãåíåðèðóåò íîâîñèáèðñêèé ëàçåð, áóäåò ñïîñîáíî ïðîíèêàòü ÷åðåç ðàçëè÷íûå ïðåäìåòû, à òàêæå ÷åðåç òåëî ÷åëîâåêà, òî â áóäóùåì ñòàíåò âîçìîæíûì èñïîëüçîâàòü åãî äëÿ îáðàáîòêè ìàòåðèàëîâ èëè äàæå äëÿ íåêîòîðûõ âèäîâ òåðàïèè, íàïðèìåð, ïîäîáíîé óëüòðàâûñîêî÷àñòîòíîé (ÓÂ×).
Íîâîñèáèðñêèé ëàçåð íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíàõ ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç îñíîâíûõ ïîëüçîâàòåëüñêèõ óñòàíîâîê Öåíòðà êîëëåêòèâíîãî ïîëüçîâàíèÿ "Ñèáèðñêèé öåíòð ñèíõðîòðîííîãî è òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ" (ÖÊÏ "ÑÖÑÒÈ"), ðàáîòû ñ òåðàãåðöîâûì èçëó÷åíèåì âûïîëíÿþò îêîëî 20 ãðóïï èç 12 íàó÷íûõ îðãàíèçàöèé Íîâîñèáèðñêà, Ìîñêâû è Ñàìàðû.
Ïðè ïîìîùè òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ ñïåöèàëèñòû èçó÷àþò âîçìîæíîñòü ìàíèïóëèðîâàòü íàìàãíè÷åííîñòüþ ìîíîìîëåêóëÿðíûõ ìàãíèòîâ, èññëåäóþò âëèÿíèå òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ íà æèâûå îðãàíèçìû, ïðîâîäÿòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðàáîòû ïî ïîãëîùåíèþ òåðàãåðöåâîãî èçëó÷åíèÿ â ïàðàõ âîäû.
ÖÊÏ ÑÖÑÒÈ ñîçäàí íà áàçå ëàáîðàòîðèé ÈßÔ è èìååò ñòàòóñ îòêðûòîé ëàáîðàòîðèè, â äåÿòåëüíîñòè êîòîðîé ìîãóò ïðèíèìàòü ó÷àñòèå ðîññèéñêèå è çàðóáåæíûå îðãàíèçàöèè è ó÷åíûå. Îñíîâîé äëÿ äåÿòåëüíîñòè Öåíòðà ÿâëÿþòñÿ íàêîïèòåëè ýëåêòðîíîâ/ïîçèòðîíîâ ÂÝÏÏ-3 è ÂÝÏÏ-4Ì - èñòî÷íèêè ñèíõðîòðîííîãî èçëó÷åíèÿ, è íîâîñèáèðñêèé ëàçåð íà ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíàõ - èñòî÷íèê òåðàãåðöîâîãî èçëó÷åíèÿ.
Ñïåêòð ÷àñòîò òåðàãåðöåâîãî èçëó÷åíèÿ ðàñïîëîæåí ìåæäó èíôðàêðàñíûì è ñâåðõâûñîêî÷àñòîòíûì äèàïàçîíàìè, ïðîíèêàåò ÷åðåç ìíîãèå ìàòåðèàëû, êðîìå ìåòàëëîâ.  îòëè÷èå îò ðåíòãåíîâñêîãî èçëó÷åíèÿ, íå ÿâëÿåòñÿ èîíèçèðóþùèì.
Ñïðàâî÷íî:
Ëàçåð òåðàãåðöîâîãî äèàïàçîíà - ýòî ïåðâàÿ î÷åðåäü óñòàíîâêè (çàïóñê ñîñòîÿëñÿ â 2003 ãîäó), êîòîðàÿ ðàáîòàåò íà ýíåðãèè 12 Ìý è äëèíå âîëí îò 240 äî 90 ìêì. Âòîðîé ëàçåð, çàïóùåííûé â 2009 ãîäó, èñïîëüçóåò ýëåêòðîííûå ïó÷êè ñ ýíåðãèåé 22 ÌýÂ, à åãî èçëó÷åíèå íàõîäèòñÿ óæå â èíôðàêðàñíîì äèàïàçîíå (äëèíà âîëí ñîñòàâëÿåò îò 80 äî 35 ìêì). Òðåòèé ëàçåð, çàïóùåííûé â 2015 ãîäó, ðàáîòàåò íà ýíåðãèè 42 Ìý â äèàïàçîíå îò 5 äî 15 ìêì.
Ñåðèÿ ñîîáùåíèé "Íàóêà (4)":
×àñòü 1 -  Äóáíå ãîòîâèòñÿ ñîâìåñòíûé ýêñïåðèìåíò SPD
×àñòü 2 - Ìèíèñòð íàóêè ÐÔ ïîñåòèë ñòðîèòåëüñòâî «ÑÊÈÔ»
...
×àñòü 16 - Áîëüøîãî âçðûâà è óñêîðåíèÿ ãàëàêòèê íå áûëî
×àñòü 17 - Íà ÖÊÏ «ÑÊÈÔ» áóäóò îòå÷åñòâåííûå äåòåêòîðû
×àñòü 18 - Ëàçåð ÈßÔ ÑÎ ÐÀÍ ìîäåðíèçèðîâàí
×àñòü 19 - ''Íàó÷ïîï'', îáðåòøèé ÷åðòû îñîáîé ðåàëüíîñòè
×àñòü 20 - Î ÷¸ì Ìèõàèë Êîâàëü÷óê ïîâåäàë ïðåçèäåíòó
...
×àñòü 48 - À âîò è «ïëàíåòàðíîå ñàìîóáèéñòâî»
×àñòü 49 - Åñòü ïåðâûå îáîðîòû ïó÷êà â áóñòåðå ÖÊÏ «ÑÊÈÔ»
×àñòü 50 - Ìåæäóíàðîäíîå ñîòðóäíè÷åñòâî ÎÈßÈ ðàñò¸ò