Учёные-климатологи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук (Harvard School of Engineering and Applied Sciences — SEAS) обнаружили, что в конце 20-го века загрязняющие частицы образовали «тёплые дыры» над всей восточной частью Соединённых Штатов Америки — то есть, холодные участки, которые не были задеты последствиями глобального потепления, сообщает «WordScience.org».

В то время, как парниковые газы, такие как диоксид углерода (углекислый газ) и метан, находятся на поверхности Земли, крошечные частицы в воздухе могут иметь обратный эффект на региональном уровне.

«Мы смогли показать, что загрязняющие частицы в восточной части Соединённых Штатов «задержали» потепление, которое мы ожидаем увидеть из-за увеличения выбросов парниковых газов», — говорит ведущий автор исследования Эрик Лейбенсперджер, аспирант по прикладной физике, доктор философии, завершивший работу.

«Ради защиты здоровья человека и сокращения кислотных дождей мы сократили выбросы, которые приводят к загрязнению», — добавляет он, «но эти сокращения стали причиной потепления в данном регионе». Результаты, опубликованные в журнале «Атмосферная химия и физика» (Atmospheric Chemistry and Physics), представляют более полную картину процессов, которые влияют на региональные изменения климата. Эта работа также несёт в себе серьёзные последствия, касающиеся будущего климата в промышленно-развитых странах, таких как Китай, которые ещё не реализовали свои нормативы для повышения качества воздуха, как это сделали Соединённые Штаты.

Пока Соединённые Штаты не приняли Закон о чистом воздухе в 1970-омгоду и не укрепили его в 1990-ом,загрязняющие микрочастицы грудой висели над Центральным и Восточным штатами. Большинство этих частиц в атмосфере были созданы из сульфатов, изначально появившихся в виде выбросов серы из электростанций, работающих на угле. По сравнению с парниковыми газами, загрязняющие микрочастицы имеют очень короткую жизнь (приблизительно 1 неделя), поэтому их распределение по Земле является неравномерным.

«Основным двигателем «тёплых дыр» и аэрозольного загрязнения являются микрочастицы», — говорит Лейбенсперджер. «Основная их задача — это отражение солнечного света, вследствие чего на поверхности мы наблюдаем охлаждающий эффект».

Этот эффект был известен в течение некоторого времени. Но новый анализ показал, что сильное влияние посредством загрязнения микрочастицами может иметь последствия и на региональный климат.

Исследователи обнаружили, что взаимодействие между облаками и частицами усиливает охлаждение. Анализ исследователей основан на комбинации двух сложных моделей Земных систем. Данные о загрязнении происходит от модели «GEOS-Chem», которая впервые была разработана в Гарварде, а с течением времени после череды обновлений стала международным стандартом для моделирования загрязнений. Климатические данные исходят из модели общей циркуляции, разработанные в Институте космических исследований имени Годдарда.

С начала20-говека средняя глобальная температура повысилась примерно на 0,8 градуса по Цельсию. Однако же, в США в период с 1930-гопо 1990-ыйгода температура «тёплых дыр» снизилась аж на 1 градус Цельсия. В Соединённых Штатах загрязняющие частицы достигли своего пика ещё в 1980-омгоду и с тех пор сократились примерно наполовину. К 2010-мугоду средний охлаждающий эффект на Востоке снизился до 0,3 градусов по Цельсию.

«Большая доля сульфатов уже удалена, теперь мы должны наладить дальнейший контроль над выбросами серы», говорит ведущий исследователь Дэниел Джейкоб, профессор «Atmospheric Chemistry» и «Environmental Engineering at SEAS».

Джейкоб, также является профессором на факультете земельных и планетарных наук в Гарвардском университете и сотрудником центра Гарвардского университета по охране окружающей среды.

Кроме подтверждения, что загрязняющие частицы играют большую роль в воздействии на региональный климат США, исследователи также подчеркнули важность учёта климатического воздействия твёрдых частиц на качество воздуха.

«Что-то подобное может произойти и в Китае, который только начинает ужесточать свои стандарты по загрязнению», — говорит со-автор Лоретта Дж. Микли, старший научный сотрудник в области атмосферной химии. «Китай может увидеть значительные изменения климата.

Сульфаты являются вредными для здоровья человека веществами, которые могут вызвать кислотные дожди, наносящие вред экосистемам.

«Никто не говорит, что мы должны прекратить все работы по улучшению качества воздуха, главное — понять последствия, которые могут произойти, а также то, что очистка воздуха может привести к региональному потеплению», — заявил Микли.

Данная работа была выполнена при поддержке «Electric Power Research Institute» (EPRI) и «U.S. Environmental Protection Agency» (EPA). Также хотелось бы отметить, что ни «EPRI», ни «EPA» официально не подтвердили данные результаты.

Астрономы из Боннского университета (Германия) обнаружили огромную структуру из галактических спутников и скопления звёзд, окружающих нашу Галактику, протяжённость которых составляет несколько миллионов световых лет, сообщает «WordScience.org». Данная работа ставит под сомнение существование тёмной материи, входящей в стандартную модель эволюции Вселенной.

Аспирант и ведущий автор Марсель Павловский изложили результаты команды в статье журнала Королевского Астрономического Общества «Monthly Notices».

Млечный Путь состоит приблизительно из 300000 миллионов звёзд, а также большого количества газа и пыли. Диаметр основной части Млечного Пути составляет 100000 световых лет. Это означает, что прохождение луча света через галактику займет 100000 лет. Также ряд более мелких галактических спутников и сферических скоплений звёзд, так называемых «шаровые скопления», находятся на различных расстояниях от главной Галактики.

Стандартные модели происхождения и эволюции Вселенной (космология) основаны на наличии «тёмной материи» — невидимый материал, который, как полагают учёные, составляет около 23 % от всего содержания космоса. По нынешним подсчётам Млечный Путь имеет гораздо больше спутниковых галактик, чем считалось до недавнего времени.

В своих попытках понять, что именно окружает нашу Галактику, учёные использовали разнообразный диапазон источников из фотографических пластинок двадцатого века и изображений с автоматизированного телескопа «Sloan Deep Sky Survey» (Глубокий обзор неба). Используя все полученные данные, учёные собрали картину, которая включает в себя яркие «классические» спутниковые галактики.

«Как только мы завершили наш анализ, сразу появилась новая картина нашей космической окрестности», — заявил Павловский. Астрономы обнаружили, что все различные объекты располагаются в той плоскости, которая перпендикулярна галактическому диску. Недавно обнаруженная учёными структура, является просто огромной.

Член команды Павел Кроупа, профессор астрономии из Боннского университета, добавляет: «Мы были озадачены тем, насколько хорошо распределены различные типы объектов относительно друг к другу». Поскольку различные компаньоны движутся вокруг Млечного Пути, они теряют материал, звёзды, а иногда и газы, которые образуют длинные потоки вдоль собственного пути. Новые результаты показывают, что тот самый потерянный материал выравнивается в соответствии с плоскостью галактики. «Это говорит о том, что объекты располагаются не только в данной плоскости, но и то, что они перемещаются за её пределами», — говорит Павловский. «Сама же структура является устойчивой».

«В стандартной теории, галактические спутники были сформированы в виде отдельных объектов, прежде чем они были «захвачены» нашей Галактикой», — объясняет Кроупа. Исследователь и член команды Ян Пфлэмм-Алтенбург предлагает альтернативное объяснение: «Галактические спутники и скопления должны быть сформированы в одном основном результате — столкновении двух галактик». Такие столкновения являются довольно распространёнными явлениями и приводят к образованию больших частей галактик, которые отрываются посредством гравитационной и периодической сил, действующих на звёзды, газы и пыль, которые содержатся в них, при этом образуя хвосты, являющиеся местами рождения новых объектов, таких как звёздные скопления и карликовые галактики.

Павловский добавил: «Мы думаем, что в далёком прошлом произошло столкновение Млечного Пути с другой галактикой. В следствие этого, другая галактика потеряла часть своего материала, который затем сформировал галактические спутники нашей Галактики, а также шаровые скопления и выпуклость в центре Галактики. Спутники, которые мы обнаружили на сегодняшний день, являются обломками таких столкновений, произошедших примерно 11 миллиардов лет назад».

Подчёркивая более широкое значение новой работы, Кроупа дал заключение: «Наша модель исключает наличие тёмной материи во Вселенной, что естественно является угрозой для текущей космологической теории. Мы рассматриваем это, как начало изменения парадигмы, которая в конечном итоге приведёт нас к новому пониманию о Вселенной, которую населяем МЫ».

Секс для пауков-самцов Аргиопа Брюнниха (Argiope bruennichi), или паука-осы является опасным, так как после спаривания у них разрушаются гениталии. Если же они выживают после первой встречи с самкой, то у них есть два варианта — спариваться снова с той же особью (monogynous), либо попытаться найти новую партнёршу (bigynous), сообщает «WordScience.org».

Новое исследование «BioMed Centrals», опубликованное в журнале «Frontiers in Zoology», показывает, что выбор брачного поведения у паука-самца зависит от размера и возраста первой самки, с которой он спаривался.

Как полагают учёные, моногамное поведение, такое как спаривание, развивается, когда самка даёт шанс самцу для оплодотворения. Для пауков-каннибалов моногамия означает, что жизнь у самца может быть очень короткой. Однако это может повысить шансы на отцовство: например, самцы чёрной вдовы могут увеличить продолжительность спаривания и следовательно, вероятность успешного оплодотворения, позволяя себе быть съеденными.

Моногамные пауки, такие как Аргиопа Брюнниха, развили специализированные педипальпы, которые используются для передачи спермы в половые органы женщины. Эти специализированные половые органы, как правило, повреждаются во время спаривания, разрываются в женском организме и формируют плагин для предотвращения последующего оплодотворения другими самцами. Следовательно, каждый самец может произвести половой акт лишь 2 раза за всю свою жизнь, но если он выживает после первой встречи (самка, как правило, съедает самца, если спаривание продолжается долго), то у него есть выбор, либо спариваться с ней снова или найти другую особь для спаривания.

Исследователи из Зоологического института (Zoological Institute) и Гамбургского университета (University of Hamburg) обнаружили, что стратегия спаривания Аргиопа Брюнниха не является случайной. Самцы принимают такое решение, основываясь на брачном статусе самки (девственница или уже повязана), возрасте, весе, наличии других самок и от времени суток.

Клаас Вельке объяснил: «Среди пауков, независимо от возраста, крупные самки являются наиболее плодородными. Самцы чаще спариваются во второй раз с теми самками, с которыми спаривание произошло в начале дня, или она была крупной. Самцы продолжают поиски второй самки, если спаривание с ней происходило в конце дня и если первая была небольшой. Мы обнаружили, что самцы Аргиопа Брюнниха предпочитают выбирать больших самок в качестве партнёра, но рискуют совокупиться с уже повязанной самкой».

Две трети моногамных самцов были съедены после первого спаривания. Эти самцы, которым удалось спариться только один раз, как правило с самой старой и самой крупной самкой. Клаас Вельке добавил: «Это те самки, которые имеют самую высокую плодовитость и которые наиболее готовы к откладыванию яиц. В то время, как самцы не имеют второго шанса на спаривание и их вероятность репродуктивного успеха очень высока».

На основании отцовства репродуктивный успех Аргиопа Брюнниха оказался более успешной стратегией. Несмотря на это около половины самцов были моногамными.

Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали квантовый симулятор, который может спроектировать взаимодействия между сотнями квантовых битов (кубитов) — в 10 раз больше по сравнению с предыдущими устройствами, сообщает «WordScience.org».

Как было описано 26-го апреля 2012-го года в журнале «Nature», симулятор прошёл ряд важных испытаний и учёные готовы к изучению проблем в науке о материалах, которые невозможно смоделировать на обычных компьютерах.

Многие важные проблемы в физике (особенно физика низких температур) ещё мало малоизучены, потому что основная квантовая механика является чрезвычайно сложной. Обычные компьютеры (даже суперкомпьютеры) неспособны моделировать квантовые системы имеющие больше 30-ти частиц. Для понимания и рационального дизайна материалов, таких как высокотемпературные сверхпроводники, свойства которых, как считается, зависят от коллективного квантового поведения сотен частиц, необходимы мощные вычислительные инструменты.

Симулятор «NIST» — это крошечный кристалл имеющий размер в диаметре менее 1-го миллиметра и состоящий из сотен ионов бериллия. Наиболее удалённый электрон каждого иона действует, как крошечный квантовый магнит и используется в качестве кубитов — квантовый эквивалент «1» или «0» в обычном компьютере. В эксперименте физики использовали лазерные лучи для охлаждения ионов вблизи абсолютного нуля. Тщательно рассчитанные микроволновые и лазерные импульсы, заставляли кубиты взаимодействовать, подражая квантовому поведению материалов, которые очень сложно изучать в лабораторных условиях. Хотя эти две системы внешне могут показаться не схожими, их поведение было разработано таким способом, чтобы они были математически идентичными. Таким образом, симуляторы позволяют исследователям изменять параметры, которые не могут быть изменены в естественных твёрдых веществах, таких как атомный интервал решётки и геометрия. В «NIST» экспериментах, сила взаимодействия была намеренно слабой, чтобы моделирование было достаточно простым для классического компьютера. Текущие же исследования используют гораздо сильные взаимодействия.

Симулятор использует свойство квантовой механики, называемое суперпозицией, где квантовая частица может находиться в двух различных состояниях в одно и то же время, например: выравнена и оторвана от внешнего магнитного поля. Таким образом, число состояний одновременно доступно до 3 кубитов. Например число 8, которое растёт экспоненциально числу кубитов: 2N состояний для N кубитов.

Важно то, что симулятор «NIST» также может спроектировать второе свойство квантовой запутанности между называемыми кубитами так, что даже физически разделённые частицы могут быть тесно взаимосвязаны.

В последние годы наблюдается огромный интерес к квантовому моделированию и учёные по всему миру стремятся представить небольшие демонстрации. Однако все эти эксперименты до недавнего времени использовали менее 30-ти квантовых частиц — порог, при котором на обычных компьютерах расчёты становятся невозможными. В отличие от них симулятор «NIST» имеет большой контроль над сотнями кубитов. Это порядковое увеличение «кубит-число» увеличивает пространство квантового состояния симулятора в геометрической прогрессии. Просто записать на бумаге состояние 350-ти кубитов квантовый симулятор не сможет — для этого потребуется больше, чем гугол цифр: 10¹⁰⁰ = 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

За последние 10 лет, исследовательская группа «NIST» провела рекордное количество экспериментов в квантовых вычислениях, изобретая атомные часы, а теперь и в квантовом моделировании. В отличие от квантовых компьютеров, которые являются универсальными устройствами, способными когда-нибудь решать широкий круг вычислительных задач, симуляторы «специального назначения» дают представление о конкретных проблемах.

Эта работа была частично поддержана «Defense Advanced Research Projects Agency». Со-авторы из Джорджтаунского университета (Georgetown University), Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University), Южной Африки и Австралии способствовали проведению данного исследования.

Учёные из Университета Южной Калифорнии (USC) создали невероятно дешёвые и стабильные солнечные батареи, состоящие из очень маленьких нанокристаллов, плавающих в проводящей электричество жидкой суспензии, сообщает «WordScience.org».

Солнечные нанокристаллы имеют размер около четырёх нанометров. К примеру, на булавочной головке может быть помещено более, чем 250000000000 нанокристаллов. А, так как они плавают в жидком растворе — солнечные батареи можно напечатать прямо на бумагу», — сказал Ричард Бручи (Richard L. Brutchey), ассистент профессора химии в «USC Dornsife College of Letters».

Бручи и исследователь Дэвид Веббер (David H. Webber) разработали новое защитное покрытие нанокристаллов, которое сделано из селенида кадмия. Их исследование, охарактеризованное как «горячие статьи», будет опубликовано в этом месяце в международном журнале по неорганической химии «Dalton Transactions».

Жидкие нанокристаллические солнечные батареи дешевле в изготовлении, чем солнечные батареи из монокристаллических кремниевых пластин, но не столь эффективные при преобразовании солнечного света в электричество. Бручи и Веббер решили одну из ключевых проблем жидких солнечных батарей: как создать стабильную жидкость, которая будет хорошо проводить электричество.

В прошлом органические молекулы лиганда были соединены с нанокристаллами для поддержки стабильности и предотвращения слипания. Эти молекулы, также изолировали кристаллы, в результате чего образовалась ужасная электрическая проводимость.

«Это была реальная проблема в данной области», — сказал Бручи.

Бручи и Веббер обнаружили синтетический лиганд, который не только хорошо стабилизирует нанокристаллы, но и выстраивает микроскопические соединения, которые соединяют крошечные нанокристаллы для хорошей проводимости электрического тока.

При сравнительно низкой температуре процесса, метод исследователей также допускает возможность того, что солнечные элементы могут быть распечатаны на пластике без каких-либо проблем связанных с температурой плавления — в результате появляются гибкие солнечные панели, которые могут применять абсолютно любую форму.

Поскольку данное исследование продолжается, Бручи поделился, что планирует разрабатывать нанокристаллы построенные не только из кадмия, так как он коммерчески ограничен из-за своей токсичности.

«Несмотря на то, что расширение этой технологии может занять ещё несколько лет, мы уже видим чёткое продвижение к интеграции этой технологии в следующем поколении солнечных технологий», — сказал Бручи.

Согласно новому исследованию учёных из Орхусского университета (Aarhus University), пальмы могут предсказывать будущее и рассказывать историю о том, как в течение миллионов лет флора и фауна способствовали изменению климата, сообщает «WordScience.org».

За последние 55 миллионов лет изменения тропических лесов между Южной Америкой и Африкой сильно отличаются. (A) в Южной Америке был подходящий тёплый влажный климат и постоянное наличие больших площадей тропического леса. (B) в результате изменения климата (массивное высыхание) в Африке произошли сильные потери тропических лесов, особенно в течение последних 10-ти миллионов лет.

Тропических регионы обеспечили аналогичными условиями — высокой температурой и влажностью, независимо от того, находитесь ли вы в Азии, Африке или Южной Америке. Вы всегда сможете найти пышные тропические леса во всех этих регионах. Однако, есть фундаментальные различия в составе разновидностей тропических лесов на различных континентах.

Учёные из Орхусского университета были инициаторами данного исследования, благодаря которому они пролили новый свет на процессы формирования разновидностей в тропиках. На самом деле, насчитывается более 2400 видов пальм и изучая их, исследователи показали, что эти растения в большей степени сформированы климатическими изменениями в прошлом, которые длились на протяжении нескольких миллионов лет.

«Это вызывает у нас удивление, так как сегодня мы можем увидеть, что изменение климата на протяжении миллионов лет по-прежнему оставляет свой отпечаток в составе разновидностей. Если они серьёзно пострадают от текущих и будущих изменений климата, это будет означать, что длительные последствия на биологическое разнообразие, возможно, длились гораздо дольше, чем мы предполагали ранее», — говорит Дэниел Кисслинг, подвёл результаты исследования, которые вскоре будут опубликованы в «Proceedings of the National Academy of Sciences».

За последние 50 миллионов лет в Южной Америке был относительно стабильно-влажный и тёплый климат и тропические леса развивались на протяжении всего этого периода. Вот где разнообразие разновидностей действительно является самым высоким. Там были хорошие жизненные условия и большая территория для их развития.

С другой стороны Африка, в течение последних 30-ти миллионов лет была подвержена серьёзному высыханию. Таким образом, площадь тропических лесов уменьшалась до тех пор, пока под воздействием сухих периодов она не достигла минимума. В результате прошлых климатических изменений многие разновидности полностью исчезли с континента. Следовательно, бедная пальмовая флора Африки имеет реликтовый характер и состоит из разновидностей, которые часто не имеют тесной взаимной связи друг с другом.

В исследовании Института Санта-Фе (Santa Fe Institute), опубликованном в журнале «PLoS Computational Biology», Роджер Браакман и Д.Эрик Смит нанесли на карту развитие поддерживающей жизнь химии, относящейся к раннему периоду жизни и проследили за шестью методами фиксации углерода, который замечен в жизни современного человека, сообщает «WordSvience.org».

Углеродистая фиксация — жизненно важный механизм для создания биологически полезного углекислого газа, является крупнейшим мостом между неживой химией Земли и жизнью биосферы. Все организмы, которые поставляют углерод, делают это одним из шести известных нам способами.

Авторы использовали метод, который на основе генетических последовательностей и метаболических признаков создаёт эволюционное древо. Исходя из этого, они смогли восстановить полную эволюционную историю биологической фиксации углерода, касающиеся всех отношений, в которых жизнь сегодня выполняет эту функцию.

Самая первая форма фиксации углерода, идентифицированная учёными, достигла особого рода надёжности, которая в современных клетках не была обнаружена. Эта избыточность позволила в раннем возрасте компенсировать отсутствие усовершенствованного контроля над своей внутренней химией и сформировать шаблон для последующего распада, которые создали первые крупные ветки дерева жизни.

Например, первый крупный распад формы жизни произошёл с появлением кислорода на Земле, в результате чего предки сине-зелёных водорослей и большинство других бактерий отделились от ветви, включая Археи, которые являются главной ранней группой одноклеточных микроорганизмов.

«Вполне вероятно, что самые ранние клетки были хрупкими, части которых были постоянно неисправны и часто разрушались», — объясняет Смит, профессор «SFI». «Разве может быть устойчивым обмен с такой шаткой поддержкой? Ключ — одновременное и постоянное резервирование».

Клетки, очищенные от ферментов и мембраны, позволяют лучше контролировать метаболические реакции. Эти силы изменили уровень кислорода и щёлочности, а также сведя к минимуму количество энергии (в форме АТФ), используемой для создания биомассы.

Иными словами, в отличие от общих широко распространённых убеждений, окружающая среда стимулировала основные расхождения, что даёт шанс на доминирование эволюционной инновации и вследствие этого, воспроизведение эволюционной ленты приводит к непримиримо различным эволюционным древам.

«Отображение функции клеток на генетическом уровне даёт нам чёткое представление о физиологии, которая приведёт к крупным основополагающим расхождениям эволюции», — объясняет Браакман, член «SFI Omidyar Fellow». «Это свидетельствует о том, что химия и физика играют главную роль в стимулировании ранней эволюции».

Давно известно, что душица (Origanum vulgare), применяемая в различных приправах обладает полезными свойствами и для здоровья, но новое исследование учёных из Университета Лонг-Айленда (Long Island University) указывает, что также она может использоваться при лечении рака предстательной железы — вторая главная причина смерти американских мужчин, сообщает «WordScience.org».

Рак предстательной железы является одним из видов рака, который зарождается в предстательной железе и обычно встречается у мужчин пожилого возраста. Последние данные показывают, что в США примерно 1 из 36-ти мужчин умирает от рака простаты. Современные методы лечения страдающих от этой болезни пациентов включают в себя операции, гормональную и лучевую терапию, химиотерапию и иммунотерапию. К сожалению, все эти методы лечения сопровождаются большими осложнениями или тяжёлыми побочными эффектами.

В настоящее время Суприя Бавадекар (Supriya Bavadekar), доктор философии и доцент кафедры фармакологии в «LIU’s Arnold & Marie Schwartz College of Pharmacy and Health Sciences», тестирует карвакрол, который содержится в эфирном масле душицы (или Орегано), на клетках рака простаты. Результаты её исследования показывают, что данное соединение вызывает апоптоз в раковых клетках. Апоптоз, объясняет доктор Бавадекар — это запрограммированная смерть клетки, или просто «самоубийство клетки». На данный момент доктор Бавадекар и её группа пытаются определить сигнальные пути, используемые данным соединением, которое вызывает самоубийство раковых клеток.

«Мы знаем, что душица обладает антибактериальным и противовоспалительным свойствами, но её воздействие на раковые клетки действительно поднимает её до уровня супер-специи», — сказала доктор Бавадекар. Хотя данное исследование находится на ранней стадии, она считает, что эти начальные данные указывают на огромный потенциал в плане использования карвакрола в качестве противоракового средства. «Существенным преимуществом является то, что в США душица широко используется в пищевой промышленности и носит статус безопасного растения».

«Ранее, исследования показали, что у людей употребляющих в пищу пиццу, сокращается риск появления раковых заболеваний. Этот эффект объясняется ликопином — вещество, найденное в томатном соусе. Теперь мы считаем, что приправа с душицей также может играть главную роль», — заявила доктор Бавадекар. «Если исследование и далее будет снабжать положительными результатами, то эта супер-специя может представлять собой очень перспективную терапию для пациентов с раком простаты».

Результаты данного исследования были представлены на «Experimental Biology» 24-го апреля 2012-го года.

Исследователям из «CNRS» и Университета Страсбурга (Universite de Strasbourg), во главе с Nicolas Giuseppone и Бернард Дудин, удалось создать пластиковые волокна с высокой проводимостью, толщина которых составляет всего лишь несколько нанометров, сообщает «WordScience.org».

Эти нановолокна, на которые «CNRS» подала заявку для получения патентного права, «самособираются» при появлении резкой вспышки света. В отличие от углеродных нановолокон они недорогие, простые в обращении и сочетают в себе преимущества двух материалов проводящих электрический ток: металла и органических полимеров (пластик). Но, на самом деле их замечательные электрические свойства аналогичны металлам. Кроме того, они лёгкие и гибкие и открывают возможности для решения одной из важнейших задач электроники 21-го века: уменьшение компонентов вплоть до нанометрового масштаба.

Эта работа была опубликована 22-го апреля 2012-го года на сайте «Nature Chemistry». Следующим шагом будет демонстрация того, как эти волокна могут быть интегрированы в промышленно-электронные устройства, такие как «гибкие» мониторы, солнечные батареи и т. д.

В предыдущей работе, опубликованной в 2010-ом году, Giuseppone и его коллегам впервые удалось получить нановолокна. Для достижения этого подвига, они химически модифицировали триэтиламин, синтетические молекулы которого на протяжении десятилетий использовались промышленностью в процессах ксерокопирования «Xerox ®». Исследователи обнаружили, что при использовании специального раствора и света, их новые молекулы складываются спонтанно и формируют миниатюрные волокна. Размер этих волокон всего несколько сотен нанометров (1 нм = 10–9 м, то есть одна миллиардная метра). Они состоят из нескольких тысяч, так называемых «супрамолекулярных» молекул.

Затем, в сотрудничестве с командой Дудина исследователи в деталях изучали электрические свойства этих нановолокон. На сей раз, они разместили молекулы на электронную микросхему с золотыми электродами, которые расположены на расстоянии 100 нм друг от друга. После чего между этими электродами исследователи применили электрическое поле.

Их первый важный вывод заключался в том, что при создании вспышки света, волокна самостоятельно собирались только между электродами. Второй неожиданный результат, что эти лёгкие и гибкие структуры способны переносить очень большую плотность тока, выше 2.10^6 Ампер на квадратный сантиметр (A.cm-2), что сравнимо с медной проволокой. Кроме того, они имеют очень низкое сопротивление: 10000 раз ниже, чем у лучших органических полимеров.

Теперь исследователи надеются продемонстрировать, что их новые волокна могут быть использованы в промышленных миниатюрных электронных устройствах, таких как гибкие экраны, солнечные элементы, транзисторы, печатные наносхемы и т. д.

Используя лазеры, чтобы извлечь всего один атом из облака ультрахолодного газа рубидия, физики разработали новый, быстрый и эффективный способ по созданию одиночных фотонов, которые в дальнейшем могут быть использованы в квантово-оптической обработке информации, изучении динамики и разбора беспорядка в определённых физических системах, сообщает «WordScience.org».

Методика использует уникальные свойства атомов, которые имеют один или несколько электронов, возбуждённых почти до состояния ионизации, известное как ридберговское состояние. Атомы в этом очень возбуждённом состоянии (с главным квантовым числом более 70-ти) имеют преувеличенные электромагнитные свойства и сильно взаимодействуют друг с другом. Это позволяет ридберговским атомам блокировать образование дополнительных возбуждённых атомов в районе от 10 до 20 микрон.

Этот один ридберговский атом может быть преобразован в фотон, гарантируя, что в среднем только один фотон будет произведён из облака рубидия, содержащего сотни плотно упакованных атомов. Надёжное производство одного фотона с хорошо известными свойствами важно для нескольких областей исследования, в том числе систем квантовой информации.

Новый метод должен был быть представлен 19-го апреля 2012-го года в «Science Express», интернет-издание журнала «Science». Данная работа была выполнена при поддержке Национального научного фонда (National Science Foundation — NSF) и «Air Force Office of Scientific Research» (AFOSR).

«Мы в состоянии преобразовать возбуждённые атомы в одиночные фотоны с очень существенной эффективностью, что позволяет нам создать такое структуру, в которой мы нуждаемся», — пояснил Алексей Кузьмич, профессор из «School of Physics at the Georgia Institute of Technology». «Эта новая система предлагает плодородную область для расследования запутанных состояний атомов, спиновых волн и фотонов. Мы надеемся, что это первый шаг к выполнению гораздо больших возможностей в этой системе».

Кузьмич и соавтор Ярослав Дудин — научный сотрудник, изучали квантовые информационные системы, которые полагаются на отображение информации из атомов на запутанные пары фотонов. Но, техника комбинационного рассеяния, которую они использовали для создания фотонов оказалась неэффективной и не обеспечила таким количеством запутанных фотонов, которое необходимо для сложных систем.

«Этот новый источник фотонов примерно в тысячу раз быстрее, чем существующие системы», — сказал Дудин. «Для нашей первой экспериментальной реализации эти показатели невероятно хороши».

Для создания ридберговских атомов, исследователи использовали лазеры, чтобы осветить плотную группу из нескольких сотен атомов рубидия-87, которые были охлаждены лазером и заключены в оптической решётке. Освещение активизировало один атом из всего облака в состояние Ридберга. Атомы, возбуждённые до ридберговского состояния сильно взаимодействуют с другими ридберговскими атомами и при подходящих условиях изменяют уровень атомной энергии, тем самым препятствуя переходу в это состояние, более одного атома — явление, известное как блокада ридберговских атомов.

Ридберговские атомы показывают сильное взаимодействие в пределах от 10 до 20 микрон. Ограничивая группу атомов рубидия примерно на такое же расстояние, Кузьмич и Дудин смогли гарантировать, что будет сформирован не более, чем один атом.

«Ридберговские атомы нуждается в свободном пространстве вокруг себя и не позволяют другим ридберговским атомам находиться рядом», — объяснил Дудин. «Наша группа имеет ограниченный объём, поэтому мы не могли вместить в пространство более одного атома».

Кузьмич и Дудин уже используют ридберговские атомы с главным квантовым числом около 100. Эти атомы намного больше (на целых полтора микрона в диаметре), чем атомы рубидия со стандартным состоянием, которые имеют квантовое число 5 и диаметр в несколько ангстрем.

После того, как был создан сильно возбуждённый атом, исследователи использовали дополнительное лазерное поле для преобразования возбуждения в квантовой свет, который имеет те же статистические свойства, что и возбуждение. Так как поле было произведено из одного ридберговского атома, в нём содержится только один фотон, который может быть использован в различных протоколах.

Группа «Georgia Tech» задалась следующей целью по развитию квантовых ворот между световыми полями. Предложенное и проводимое многими исследовательскими группами квантовое стробирование фотонов, пока было безуспешным.

«Если это будет реализовано, квантовые ворота позволят нам детерминировано создавать сложные запутанные состояния атомов и света, который привносит ценные возможности в область квантовых сетей и вычислительной техники», — сказал Кузьмич.

Помимо систем квантовой информации, новая однофотонная система также может помочь учёным в исследовании других областей физики.

«Наши результаты также перспективны в исследованиях динамики и беспорядка в системах многих тел с изменчивым взаимодействием», — объяснил Кузьмич. «Нарушение поступательной симметрии, фазовые переходы и неравновесная физика многих тел могут быть исследованы в будущем с использованием сильно связанных, возбуждённых до ридберговского состояния атомов газа».

«Air Force Office of Scientific Research Multidisciplinary University Research Initiative» (MURI) недавно была присуждена консорциуму из семи университетов США, которые будут работать вместе, чтобы определить наилучший подход для создания квантовой памяти, основанной на взаимодействии между светом и веществом.

«Этой работой мы продемонстрировали новый, детерминированный источник одиночных фотонов», — сказал Кузьмич. «В своей экспериментальной реализации, она уже выигрывает у других видов одиночных фотонов, которые преследовали в течение последнего десятилетия. С дальнейшим повышением эффективности, скорости генерации и интеграции с долговечной квантовой памятью, такой однофотонный источник может сделать возможной квантово-оптическую обработку информации».