0
2050
Газета Печатная версия

22.12.2020 18:55:00

Хитросплетения светового луча

Напряжение на клеточной мембране может достигать нескольких вольт

Тэги: биология, физика, свет, магнитное поле


биология, физика, свет, магнитное поле Тонкие розовые столбики с нанизанными на них моноатомными слоями.

Споры о природе света – что это: волна или поток корпускул, частиц – квантовая физика решила просто: свет – это одновременно и волны, и поток частиц («волновой пакет»). Несколько десятилетий все такого рода определения были занятием для досужих умов.

Но вот в последние годы развитие нанотехнологии дало экспериментаторам двумерные пленки моноатомной толщины, в которых квантовые эффекты проявляются особенно наглядно. Одним из последних достижений стали колонки высотой 120 нанометров (0,12 микрона), покрытые несколькими моноатомными слоями различных соединений – диселенида вольфрама (WSe2), трийод-хрома (CrI3) и гексанитрида бора (hBN). По мнению сотрудников Университета в г. Рочестер (США), им удалось наблюдать контролируемые экситоны, которые можно использовать как квантовое устройство для передачи информации с помощью света. Отчет об этой работе помещен в журнале Nature.

По ходу распространения светового луча электрическое и магнитное поля колеблются в перпендикулярных плоскостях. Одним из важнейших свойств электронов и атомных ядер считается их спин, или ось вращения вокруг собственной оси. Суточный «спин» Земли почти не зависит от ее вращения вокруг Солнца, а вот ядерные спины давно используются в магниторезонансной томографии. В аппаратах МРТ используется мощное магнитное поле, выстраивающее спины протонов (ядер водорода), исходно «смотрящие» вверх или вниз, в одном направлении.

18-12-4480.jpg
Топологический инсулятор и распространение
светового импульса в нем.
Реакцию спинов на магнитное поле ученые пытаются использовать для создания так называемой спинтроники. Устройства спинтроники могут, например, мгновенно включать компьютеры. Так, исследователи из Базельского университета сообщали об успешном применении с этой целью дителлурида вольфрама (WTe2). Ученые смогли выстроить спины ядер переходного металла (W) по порядку, назвав это 1D-состоянием.

Полвека назад была сформулирована теория топологических изоляторов-инсуляторов, которые могут проводить ток в тонкой пленке на поверхности. В ноябре 2020 года в университете польского Ростока предложили новый изолятор подобного рода, включаемый нелинейно. Для этого пришлось синтезировать новый фотонный материал из переплетенных друг с другом волноводов. Это позволило защитить свет от внешних пертурбаций.

Это важно, потому что квантовые эффекты весьма сильно зависят от температуры: при удалении от абсолютного нуля температур нарушается когерентность квантовых состояний. Ученые надеются, что их материал найдет применение в квантовой оптике и фотонных изоляторах, а также поможет в создании полностью оптических процессоров (не греющихся вследствие отсутствия сопротивления) и самосовершенствующиеся нейронные сети.

18-12-3480.jpg
Спины выстраиваются под действием
магнитного поля.  Иллюстрация Physorg
Но это в будущем. А пока в университете Чикаго создали вольтметр для измерения заряда клеточных органелл – лизосом и протеасом, мембранных каналов и вакуолей – с помощью… синтетической ДНК. Статья исследователей опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

ДНК в норме пребывает в двуцепочном состоянии. Это и использовали авторы, подцепив к одной из цепей флюоресцентный краситель RVF (диметиламинобензол), реагирующий на изменение вольтажа. Преимущество использования ДНК – она легко проникает в клетки, что в природе наблюдается при трансфекции (обмене между клетками фрагментами их генетического материала). Новый сенсор получил название Volt-air, и с его помощью было показано, что мембранный заряд может достигать 6 В.

Изменяя ионный состав, варьируя уровень кислородных радикалов, авторы смогли картировать внутриклеточный ландшафт, который меняется со старением клеток и их органелл. Флюоресцентная подсветка тем ярче, чем «здоровее» их составляющие. Этот эффект позволит использовать вольт-картирование для быстрой оценки веществ, воздействующих на клетки и их органеллы. 


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


Всплывшая Атлантида

Всплывшая Атлантида

Ксения Нагайцева

Клуб метафизиков атаковал Дом кино

0
209
Неподкупное небо окопное

Неподкупное небо окопное

Дмитрий Квон

Физика «Стихов о неизвестном солдате»

0
501
Когда сблизятся цены на традиционные и зеленые энергоресурсы

Когда сблизятся цены на традиционные и зеленые энергоресурсы

Борис Николаев

Отечественный бизнес получает потребительский опыт использования солнечных станций

0
2241
Новейший взгляд из прошлого

Новейший взгляд из прошлого

Алексей Касмынин

Круглый стол, посвященный журналу «Отечественные записки»

0
309

Другие новости

Загрузка...