0
1880
Газета Наука Печатная версия

12.03.2019 19:11:00

Созданы физические системы, где каждый атом может быть учтен отдельно

Двумерная вселенная нанопленок

Тэги: нанотехнологии, физика, химия, атом


Мир все более входит в эпоху бурного развития нанотехнологий, которые обещают резкое снижение энергопотребления и переход к квантовым компьютерам. Пленочные, или, по-другому, 2D-материалы на основе модификаций графена делают реальным, например, создание прочной керамики с регулируемой проводимостью.

В университете Райса в техасском Хьюстоне обнаружили, что так называемый белый графен, представляющий собой ячеистую структуру, атомы углерода в которой заменены на бор и азот (hBN – hexagonal boron-nitride), резко меняет свойства силиката кальция. Последний – основа тоберморита, использовавшийся еще римлянами в качестве цемента (mortar), откуда и название минерала: от того же корня и название смертоносной мортиры. Внедрение hBN между слоями силиката делает его в три раза прочнее и на 25% устойчивее к повороту вокруг оси.

Оказалось также, что hBN повышает устойчивость минерала к тепловым и радиационным нагрузкам. Добавка 2D-слоя делает материал предпочтительнее по сравнению с добавлением углеволокна и нанотрубок, а также других наполнителей. Связано это с тем, что две поверхности слоя резко увеличивают площадь и, следовательно, энергию взаимодействия с атомами кальция и кремния.

В феврале 2019 года та же группа исследователей сообщила о дальнейших успехах применения hBN в сочетании с графеном. Эти графеновые «присадки» повышают эластичность и устойчивость к механическим стрессам минерала. Известно, что при эластических нагрузках материалы ведут себя подобно резине, легко восстанавливая исходную форму. Однако при увеличении силы воздействия они начинают испытывать пластическое напряжение, что ведет к деформациям и нарушению кристаллической решетки. Совместное действие hBN и графена (GBN) снимает эти проблемы.

52-12-4.jpg
Нитрид бора (желто-голубые шарики)
с графеном (черные шарики) в силикате.
Вместе с коллегами из университетов Науки и Технологии в Тегеране и Монаш в Мельбурне ученые выяснили, что графен на одном «полюсе» ведет себя как металлический проводник, а на другом как изолятор. Смесь его с hBN делает материал полупроводником, управляемая проводимость которого тем выше, чем больше графена в 2D-добавке. Авторы проверили способность GBN увеличивать проводимость, зависящую от полосы пропускания – у тоберморита она составляет 4,5 электронвольт, что делает его изолятором. Смешение hBN с графеном в равных долях «роняет» эту величину до 0,62, особенно ярко это проявляется при воздействии на композит эластических нагрузок. Дальнейшее увеличение приводит к уменьшению проводимости, что делает материал надежным и дешевым переключателем, реагирующим на механические стрессы.

То же характерно и для других 2D-пленок, таких как дисульфид молибдена и диселенид ниобия (MoS2 и NbSe2). Такого рода переключатели найдут широкое применение в контроле прочности различных материалов и сооружений.

52-12-5.jpg
Холодные атомы, удерживаемые вокруг
оптоволокна. Иллюстрации Physorg
Появление кислорода в 2D-пленках делает понятным интерес к сообщению из дрезденского Технологического университета. Там создали пленочный материал с люминофорами, позволяющий многократно – до полусотни циклов – записывать и стирать информацию с помощью ультрафиолетового и инфракрасного света. Толщина пленки 50 мк делает ее прозрачной подобно роговице глаза. Запись информации осуществляется с помощью маски, на которую направляется ультрафиолет, возбуждающий люминесцентные молекулы, излучающие свет. Последующее действие инфракрасных лучей возбуждает кислород в пленке, который «крадет» фотоны люминофоров. Так происходит стирание информации.

Пленка, производство квадратного метра которой обходится в смешные 2 евро, может использоваться для штрих- и QR-кодов. Преимущество немецкой технологии с разрешением более 700 точек/дюйм связано с тем, что их светящиеся теги не требуют электроники для своего считывания.

Легко используемая в повседневной жизни пленка толщиной 50 мк, конечно же, неприменима в квантовой электродинамике. Там работают с характерными размерами не больше 0,5 мк. Ученые Сорбонны взяли обычное стекловолокно и уменьшили его диаметр до 400 нанометров (нм) на расстоянии 1 см. Это позволило создать световую – фотонную – ловушку, удерживающую в вакууме до 2000 холодных атомов на расстоянии 200 нм от поверхности оптоволокна. Запись информации осуществляется с помощью слабого импульса, генерирующего одиночный фотон в волокне. Он генерирует коллективное возбуждение всей атомной цепочки. Извлечение и считывание информации осуществляется с помощью внешнего импульса, посылаемого атомному ансамблю.

Французы полагают, что им удалось создать первую, пока примитивную, квантовую сеть, которую можно связать с квантовым узлом. Авторитетности публикации в журнале Nature придает то, что ранее та же группа сообщала об остановке света в оптоволокне и реализации надежной сохранности информации в квантовой памяти. 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Электроника, имитирующая нервные клетки, ведет борьбу с рассеянным склерозом

Электроника, имитирующая нервные клетки, ведет борьбу с рассеянным склерозом

Александр Спирин

Биовдохновленная  и нейроподобная

0
519
Физики не оставляют попыток преодолеть квантовые неопределенности

Физики не оставляют попыток преодолеть квантовые неопределенности

Иван Сапрыкин

«Виндсерфинг»  на лазерной волне

0
301
При помощи квазидвумерных материалов можно сделать даже мантию-невидимку

При помощи квазидвумерных материалов можно сделать даже мантию-невидимку

0
240
Атомная субмарина "Ясень-Пень"

Атомная субмарина "Ясень-Пень"

Андрей Рискин

На самой дорогой подводной лодке России внезапно выявлены конструктивные недочеты

0
2688

Другие новости

Загрузка...
24smi.org