Фотон оказался "двуликим" явлением

Получение водорода: внизу красным показан катод, дающий электроны.

Сотрудники Базельского университета сумели расположить 20 атомов брома в виде правильного креста при комнатной температуре. О своем успехе они сообщили на страницах журнала Nature Communications. До сих пор ученые делали это с помощью сканирующего туннельного микроскопа, но только при низкой температуре. Это существенно ограничивало подвижность манипулируемых атомов. К тому же швейцарцы и их коллеги из Финляндии и Японии составили крест на изолирующей подложке из обычной поваренной соли NaCl. Хлор, кстати, помог исследователям укрепить атомы брома в нужных точках на площади всего лишь 5,6 кв. нанометров. Технологические преимущества новой нанотехнологии трудно даже оценить и представить.

Другое издание, журнал Physic Review Letters, представило результаты экспериментов, проведенных в Токийском университете. Японские исследователи в первый раз экспериментально подтвердили, что одиночный фотон действительно частица-волна. Сами авторы пишут, что квантовые состояния представляют собой неразрывную континуальную дополнительность свойств реальности, похожую одновременно на частицу и волну. «Объединение» свойств было достигнуто с помощью 12-метрового оптоволокна.

Швейцарский крест из 20 атомов брома на подложке из поваренной соли (NaCl).

Овладение континуумом очень важно для создания квантового компьютера, в котором одиночные фотоны будут служить битами квантовой информации, пребывающими в суперпозиции, легко нарушаемой в обычных условиях. Если такой компьютер станет реальностью, то можно будет говорить об измерении квантовой информации без ее разрушения (о чем столь часто и много говорили отцы-основатели квантовой физики). Новая работа открывает также путь к опытной проверке знаменитого мысленного эксперимента Эрвина Шредингера с кошкой в ящике, который мыслился как доказательство «связи» свойств частиц и волн.

Одновременно с сообщениями из Базеля и Токио мир облетела новость из Научного института в израильском Реховоте. Там создан одноатомный «рутер» одиночного фотона. Чуть ранее был создан одноатомный переключатель, который и был использован в рутере, направление движения фотона в котором управлялось другим одиночным фотоном. Это уникальное достижение также открывает широкие перспективы как в области фотонной электроники, так и создании оптического компьютера. А ведь еще совсем недавно считалось большим достижением само получение одиночных фотонов.

Новые открытия и нанотехнологии стимулируют дальнейшее развитие и углубление исследований – углубление до атомного уровня. Журнал J. Chemicak Physics поместил статью исследователей из Чикагского университета, которые впервые «увидели» одиночную водородную связь. Традиционно водородная связь определяется как связь малой энергии между атомами водорода. Мириады подобных связей удерживают молекулы нуклеиновых кислот и протеинов в биологически активной форме. Нарушение водородных связей при денатурации биополимеров ведет к утере их свойств и функций. Замыкание связи приводит к тому, что два водорода начинают вибрировать в унисон. Это достижение поможет не только химикам и биоорганикам, но также и молекулярным фармакологам в деле создания новых лекарств.

Однофотонный рутер. Иллюстрации Physorg

Говоря о водороде, нельзя обойти вниманием вопрос его получения из воды за счет энергии солнца. Вся проблема – в дороговизне получения экологически чистого газа, что сдерживает развитие водородной энергетики. В Рутгеровском университете штата Нью-Джерси, сотрудники которого работали вместе с китайскими и чешскими учеными, предложили использовать для этой цели углеродные нанотрубки, стенки которых обогащены кобальтом и азотом. Эти дешевые материалы работают в тончайшей моноатомной стенке трубки чуть-чуть менее эффективно, чем дорогостоящий платиновый катализатор.

Статья ученых была опубликована в Angewandte Chemie 22 апреля, а в июне журнал поместил статью китайских и арабских ученых (последние из университета города Джидды в Саудовской Аравии), которые использовали в качестве катализатора получения водорода из воды удобный в производстве кобальт с фосфором. Может получиться и так, что одна страна «слезет с нефтяной иглы», а другая получит возможность отказаться от импорта углеводородов намного раньше, чем ожидается.