Компьютерра, 2008 № 35 (751) - [8]
Пока новые экзотические состояния света изучены мало. Поэтому не очень ясно, как их можно использовать, хотя уже очевидно, что приложения завязанного в узел света могут быть самыми разными. Им можно удерживать и передвигать атомы, ионы и наночастицы, возбуждать экзотические состояния в плазме и нелинейных средах. А за научными приложениями, быть может, последуют и коммерческие. ГА
Физики из Университета Умео в Швеции при поддержке коллег из Мэрилендского университета обнаружили новый досадный механизм разрушения информации в плазмонных устройствах. Этот механизм начинает работать на наномасштабах и ставит предел миниатюризации плазмонных устройств.
Как известно, сегодня в качестве носителя информации в основном используют электроны, хотя для ее передачи гораздо предпочтительнее фотоны. Но фотоны невозможно втиснуть в волноводы существенно меньше длины волны, а электроны накладно посылать на большие расстояния.
Обойти эти естественные ограничения в электронике будущего ученые собирались, "скрестив" электроны с фотонами и получив поверхностные плазмоны, плазмоны-поляритоны и другие квазичастицы, которые эффективно распространяются вдоль границ проводников и диэлектриков, представляя собой коллективные колебания электромагнитного поля и электронов вещества. У поверхностных плазмонов длина волны существенно меньше, чем у фотонов с той же частотой, и их легче втиснуть в замкнутый объем чипа.
Это направление активно исследуется в последние годы на основе классических представлений. Но когда размеры устройств достигли наномасштабов, стал проявляться двойственный квантово-волновой характер электронов, и ученым пришлось перейти к более сложной квантовой теории. И тут выяснилось, что помимо обычного механизма затухания плазмонов в результате их столкновений и рассеяния на различных неоднородностях, появляется еще один квантовый механизм разрушения переносимой плазмонами информации. Из-за квантовой неопределенности в положении и движении электронов плазмоны быстро затухают. Это порождает фундаментальные ограничения на минимальные размеры плазмонных устройств, а с ним и достижимые пределы миниатюризации чипов.
Однако ученые не унывают. Поверхностные плазмоны-поляритоны - довольно сложные квазичастицы, а значит, есть шанс найти лазейку, которая позволит обойти ограничения квантовой диссипации. Удастся ли это сделать, покажут дальнейшие исследования. ГА
Удивительный эффект обнаружили физики из Политехнического университета Валенсии. Оказывается дырки, просверленные в листе металла, способны не только не пропускать, а, наоборот, эффективно подавлять звук определенных частот.
Свои эксперименты ученые проводили с листами из латуни и алюминия толщиной 2–3 мм, погруженными в воду. Выбор этой среды продиктован тем, что жидкость позволяет проводить опыты в компактной емкости на столе, а для экспериментов на воздухе потребовалась бы большая камера. С одной стороны листа ставили излучатель ультразвука с длиной волны 4,5–8,8 мм, а с другой - приемник, фиксировавший прохождение звука сквозь экран.
Для сплошных листов, как и предсказывает теория, наблюдался "закон масс", гласящий, что удвоение массы единицы площади экрана примерно вдвое снижает громкость прошедшего звука. Но когда в листе просверлили отверстия диаметром несколько миллиметров с шагом, сопоставимым с длиной звуковой волны, то оказалось, что на некоторых частотах такой экран заглушает звук в 3–6 раз сильнее сплошного листа. Поглощение наблюдается и при регулярном, и при случайном расположении дырок. Разумеется, чудес не бывает, и в сумме по частотам перфорированный экран пропускает больше. Но и очень сильного подавления на отдельных частотах хватило, чтобы заставить специалистов задуматься. Согласно предложенной экспериментаторами теории, такое аномально сильное подавление звука возникает из-за того, что падающая звуковая волна возбуждает в экране поверхностные звуковые волны, которые начинают интерферировать между собой и с прошедшей волной и тем самым тушат друг друга.
Перфорированный лист или кожух будет прекрасным экраном для механизмов, шумящих в основном на какой-то одной частоте, что нередко встречается на практике. Заодно дырки обеспечат циркуляцию воздуха для охлаждения устройства. Это особенно полезно, поскольку звукоизоляция, как правило, удерживает и тепло. ГА
Любопытные результаты получили физики из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, осуществив компьютерное моделирование течения воды в углеродной нанотрубке методом молекулярной динамики. Оказывается, если молекулы воды предварительно ориентировать электрическим полем, то скорость течения можно значительно увеличить и даже использовать нанотрубку как водяную помпу.
Течение воды по углеродным нанотрубкам уже несколько лет интригует ученых. Редкое сочетание гладкости стенок и их гидрофобности приводит к тому, что жидкость по такой трубке течет на несколько порядков быстрее, чем по обычной трубе, если бы ее удалось уменьшить до того же диаметра. Именно нанотрубки лучше всего подойдут для создания различных мембран для опреснения, дистилляции, доставки лекарств и других приложений. Ученые решили посмотреть, что получится, если перед длинной трубкой все молекулы воды ориентировать в одном направлении вдоль трубки. Это можно сделать внешним электрическим полем или присоединив к концам нанотрубки специальные поляризующие молекулярные группы. Оказалось, что сориентированная вода течет по трубке лишь в одном направлении. Причем молекулы выстраиваются строго друг за другом и вращаются во время движения. Чтобы изменить направление течения, достаточно сменить ориентацию поля на противоположную.
