Нанотехнологии идут на службу автомобилистов. Манипулированию атомами и молекулами оказалось подвластно дорожное покрытие. Наноасфальт менее подвержен перепадам температур, на нем не образуются трещины и ямы, а тормозной путь автомобилей сокращается. Хотя стоимость одного километра такой дороги вырастает, специалисты утверждают, что качество нанопокрытия позволит реже его ремонтировать

На одном из участков Кутузовского проспекта уложили наноасфальт. От обычного он отличается даже цветом – оттенок более насыщенный, он выдает происхождение полотна: в состав этой дороги входит резина старых автопокрышек.

Каучуковой добавки в этом асфальте всего полпроцента, но свойства дорожного покрытия она заметно меняет. Прежде модификатор использовали лишь для пробы, теперь же его полезность констатировала экспертиза. Замеры показали, что на магистралях, построенных с добавлением резины, становится тише, а тормозной путь там на 15 процентов короче. Свои свойства материал сохраняет даже спустя пять лет после укладки.

Заместитель генерального директора НИИ Транспортно-строительного комплекса Владимир Мартинсон рассказал об особенностях нового дорожного покрытия: «Трещинообразование отсутствует – всего две-три трещины на километр. Колейность также практически отсутствует».

На производство, где создают этот модификатор, старые шины поставляют уже в измельченном виде. Приставку «нано» порошок получает на выходе из термокамеры, в которой материал нагревается до 120 градусов и приобретает новые свойства. Поручаемая резиновая крошка при сжатии слипается. Резина, измельченная другими способами, рассыпется как песок – ее частицы имеют форму битого стекла. Структура же материала, полученного по новой технологии, напоминает коралл.

Это и есть главная новация. Каждый лепесток частицы активен и способен устанавливать с плохо совместимым битумом крепкие и долговечные связи в асфальтовой смеси. Главный технолог Николай Волков пояснил: «Если в битум сыпать обычный резиновый порошок, то дорога долго не продержится – один год масимум.Мы туда добавляем еще дополнительные вещества. По большей части, это поликонденсационные смолы».

Производители уверяют: связи настолько прочные, что дороге будет нипочем даже 70-градусная жара и 30-градусный мороз. Заведующая лабораторией Татьяна Данилова иллюстрирует слова экспериментом:

"Вот два бруска – асфальт с модификатором и без. Оба после воздействия высокой температуры проходят испытание прочности – бруски сдавливает сила почти в 3000 ньютонов. С добавкой показатель – 1, 3, без добавки – 0,7. Следовательно, у бруска с модификатором показатели почти в два раза лучше".

Это значит, что ремонтировать покрытие придется реже. Производители подсчитали, что при использовании модификатора содержание дорог будет обходиться на 20 процентов дешевле, чем сейчас. В масштабах всей страны это миллиарды сэкономленных рублей.

Источники:

Внедрение светодиодов – полупроводниковых приборов, способных излучать искусственный свет при прохождении электрического тока – могло бы сократить потребление электроэнергии и выбросы парниковых газов. Однако для того, чтобы эта технология, помимо использования в светофорах, лазерных указках и цветовых индикаторах, могла применяться для освещения, необходимы устройства, способные излучать яркий белый свет.

Органические светодиоды (OLED), в основу которых положены органические и/или полимерные полупроводники – наиболее многообещающие кандидаты на замену традиционным светильникам. И все же основная проблема связана именно с попытками создать материал, излучающий сразу белый свет. Можно использовать три материала, излучающие свет трех цветов – красного, зеленого и синего; при смешении они дадут белый цвет. Тем не менее из-за возникающих связей между светоизлучающими молекулами разных типов система постепенно начинает сбоить и перестает давать чистый белый свет.

Ученым из нанотехнологического центра Molecular Foundry, входящего в состав Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли удалось создать тонкопленочный OLED, используя молекулы на основе гостевых молекул иридия, излучающие белый свет.

Белый свет органических светодиодов можно будет сделать «теплым» и «холодным», создавая в первую очередь светильники для жилых домов и офисов.

Журнал "Российские нанотехнологии" № 5-6 2010 год.

Физики из Университета Женевы (Швейцария) реализовали «хранение» квантового состояния одного фотона из запутанной пары частиц с помощью примесных ионов неодима в кристалле.

Величина задержки для разных значений времени хранения, которые указаны справа (иллюстрация авторов работы).

Пары запутанных фотонов были получены по известной и многократно описанной методике спонтанного параметрического рассеяния. Источником излучения служил лазер, работавший на длине волны в 532 нм. «Сцепленные» фотоны имели длину волны в 883 и 1338 нм; последнее значение, отметим, практически идеально подходит для передачи по оптоволокну.

В качестве запоминающей среды учёные использовали ~10⁹ ионов Nd³⁺ в сантиметровом кристалле силиката иттербия Y₂SiO₅, охлаждённом до 3 К. Фотон с длиной волны 883 нм направлялся на кристалл, поглощался и через некоторое заданное время излучался повторно, а затем его регистрировал детектор на основе кремниевого лавинного фотодиода. Вторая (1 338-нанометровая) частица уходила по 50-метровому отрезку оптоволокна в отдельную лабораторию, где её ждал однофотонный сверхпроводящий детектор.

В эксперименте определялась величина задержки, разделяющей моменты регистрации фотонов. Собранная по результатам длительных измерений статистика совпадений показала, что задержка чаще всего соответствует заданному времени хранения; это, очевидно, служит свидетельством исправного функционирования схемы. Эффективность работы квантовой памяти, определяемая как отношение числа поглощённых и испущенных фотонов к общему числу падающих на кристалл фотонов, оказалась довольно высокой: при времени хранения в 100 нс она составляла 12%, а при 25 нс — поднималась до 21%.

Для того чтобы доказать, что состояние запутанности в опыте не теряется, необходимо было провести стандартный тест — продемонстрировать нарушение неравенства Белла. Эта задача была решена для неравенства в форме Клаузера — Хорна — Шимони — Хольта.

Результаты опыта должны заинтересовать тех, кто занимается разработкой квантовых повторителей (устройств, которые могут решить проблему потерь в оптоволокне), сдерживающих развитие систем квантовой криптографии. На практике физикам, конечно, понадобятся более высокие значения эффективности и времени хранения, а также возможность считывания информации по запросу. В настоящее время проводятся эксперименты с кристаллами Y₂SiO₅ с добавками празеодима и европия, демонстрирующими нужные свойства.

В Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) в сотрудничестве с Московским инженерно-физическим институтом (МИФИ) созданы новые наноструктуры, которые позволяют реализовать энергонезависимую магниторезистивную память. Об этом сообщает «ФИАН-информ».

Стремительный процесс миниатюризации полупроводниковых приборов требует новых материалов. В обычной полупроводниковой электронике в качестве носителя информации используется электрический заряд электрона. В так называемой спинтронике в качестве носителя информации предполагается использовать спиновое состояние электрона. Управлять этим состоянием можно с помощью магнитного поля. Представляем только что завершенную работу, в которой получены и исследованы наноструктуры ферромагнетик-изолятор-ферромагнетик на основе FeSix и FeOy. ФИАН и МИФИ давно и плодотворно сотрудничают по ряду направлений. Несколько десятков лет работает Высшая школа физиков ФИАН-МИФИ. Подобная интеграция ведущих исследовательских институтов и вузов является одним из наиболее эффективных путей достижения научных результатов, в ходе которых осуществляется подготовка научных кадров высшей квалификации. Целью работы, выполненной молодым ученым Александром Юрьевичем Гойхманом под руководством кандидата физ.-мат. наук Андрея Владимировича Зенкевича и доктора физ.-мат. наук, профессора, заместителя директора Физического института им. П. Н. Лебедева РАН Владимира Николаевича Неволина, была разработка оптимальных условий формирования и функционирования таких наноструктур.

«Среди возможных материалов электрода в элементах магнитной памяти особый интерес представляет использование полуметаллов, которые потенциально могут давать значения спиновой поляризации электронов, близкие к 100%. Однако достижение такого предельного теоретического значения в объемном материале невозможно. А вот свойства предельно тонких слоев совершенно иные, именно в них и возможна реализация максимальных значений спиновой поляризации. При этом критически важна как комбинация материалов ферромагнитных электродов и туннельного изолятора, так и гладкость межслойных границ, да и другие факторы влияют на результат. Например, существенно даже, какая именно атомная плоскость является терминальной (граничной) в слое», — рассказывает Александр Гойхман.

Весьма важен подбор пары соседних электродов, разделенных тончайшим (1—2 нм) слоем диэлектрика. Каждый из этих электродов (слоев) обладает ферромагнитными свойствами, однако важно такое сочетание их свойств, чтобы одно и то же внешнее магнитное поле меняло ориентацию намагниченности в одном из электродов и одновременно оставляло неизменной ориентацию намагниченности в соседнем электроде.

Комментирует Владимир Николаевич Неволин: «В принципе такое направление, как спинтроника, прямо относится к разряду нанотехнологических вещей. Надо контролировать направление спинов, т. е. намагниченность среды и уметь „переворачивать“, менять относительную ориентацию спинов в соседних, отстоящих друг от друга буквально на пару нанометров областях. Ясно, что без привлечения широкого спектра прецизионных аналитических методов, „на коленке“, решать эту проблему бессмысленно. Применяемый нами метод импульсного лазерного осаждения в сверхвысоком вакууме именно и позволяет одновременно и осуществлять формирование наноструктур, и анализировать процесс on-line, контролируя толщину и гладкость получающегося слоя с точностью до одной десятой доли (!) атомной плоскости. С точки зрения отработки начальных этапов создания таких новых материалов с заданными свойствами нужен именно лазер как самая простая в управлении и в то же время весьма идеально вписывающаяся в любой свервысоковакуумный объем система.».

Таким образом, предложена новая комбинация материалов и разработан способ формирования структур FeOy/MgO/FeSix, обладающих независимым переключением намагниченностей в ферромагнитных слоях при сверхтонком изолирующем слое. Эта ячейка может стать базовой для всех будущих приборов, использующих эффект «гигантского» магнитосопротивления.

Одна из самых больших нерешенных проблем в объяснении происхождения жизни на Земле – парадокс курицы и яйца: как могли основные биохимические вещества – такие как аминокислоты и нуклеотиды – появиться до появления биологических катализаторов (белков и рибозимов), необходимых для их образования?

Цитрат железа – структура, образованная из переходного железа и цитрата, соединения, синтезируемого растениями, водорослями и многими бактериями. Мировитц и его коллеги предполагают, что подобные структуры могли катализировать образование молекулярных строительных блоков, ведущих в конечном итоге к образованию сложных молекул, необходимых для зарождения жизни. (Credit: Harold Morowitz, George Mason University)

В статье в журнале The Biological Bulletin ученые выдвигают предположение, что к возникновению метаболизма и самой жизни мог привести третий тип катализатора, образовавшийся в глубине гидротермальных океанических источников.

Согласно модели ученых, которая может быть проверена экспериментально, молекулярные структуры с участием переходных металлов (железа, меди, никеля и др.) и лигандов (небольших органических молекул) могли стать катализаторами синтеза основных биохимических веществ (мономеров), выступающих в качестве строительных блоков более сложных молекул, что, к конечном итоге, привело к зарождению жизни. Модель предложена Гарольдом Моровитцем (Harold Morowitz) из Университета Джорджа Мейсона (of George Mason University – GMU), Виджейасарати Шринивасаном (Vijayasarathy Srinivasan) из GMU и Эриком Смитом (Eric Smith) из Института Санта-Фэ (Santa Fe Institute).

Атом переходного металла может служить центром металло-лигандного комплекса, в котором он связан и окружен другими лигандами. Моровитц и его коллеги предполагают, что простые металло-лигандные комплексы в гидротермальных океанических источниках катализировали реакции, давшие начало более сложным молекулам. Затем эти все более сложные молекулы становились лигандами во все более эффективных катализаторах из металлов-лигандных комплексов. Постепенно произошло накопление молекулярных компонентов метаболизма, и они смогли самоорганизоваться в сети химических реакций, заложивших основу жизни.

«Мы привыкли думать, что если бы мы смогли понять, какова была роль углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы, мы сразу же смогли бы понять всю биологию», – говорит Моровитц, перечисляя элементы, составляющие большую часть биомассы Земли. «Но теперь, когда мы обнаруживаем, что и эти другие довольно редкие элементы, переходные металлы, необходимы для биологии, мы спрашиваем, какова была их роль в происхождении жизни?».

Гипотеза предполагает, что образование живых форм является естественным следствием уникальных свойств переходных металлов и вытекает из теории поля лигандов, описывающей лигандные комплексы.

«Идея возникла из изучения периодической системы. Мы твердо убеждены, что, если вы не способны увидеть, как жизнь возникла каким-либо формальным химическим способом, вы, в действительности, не собираетесь решать проблему»,  – утверждает Моровитц.

Моровитц и его коллеги готовят эксперименты для проверки каталитических свойств металло-лигандных комплексов с различными типами лигандов. Лиганды, известные своей способностью прочно связываться с переходными металлами, включают в себя молекулы, синтезируемые в процессе восстановительного цикла лимонной кислоты, ряда биохимических реакций, необходимых для многих микроорганизмов.

«Мы думаем, жизнь началась с восстановительного цикла лимонной кислоты, и есть доказательства того, что в условиях гидротермальных источников образовались некоторые из интермедиатов этого цикла», – говорит Моровитц. «Мы собираемся начать с этих молекул, смешать их с различными переходными металлами, некоторое время «поварить» их при различных температурах и посмотреть, какие катализаторы мы получим».

Такие эксперименты могут выявить, какие виды каталитических реакций могли привести к зарождению основ жизни. Гипотеза также допускает возможность того, что жизнь могла возникнуть не однажды.

«Жизнь могла возникнуть не один раз, и, если мы найдем ее где-нибудь еще во Вселенной, она может оказаться очень похожей на жизнь, которую мы знаем здесь, потому что будет основана на тех же переходных металлах и лигандах», – говорит Моровитц. «На данный момент это только предположение, но оно может стать формальным научным ядром для понимания возникновения жизни».

Аннотация к статье: Morowitz, H. J., Srinivasan, V., Smith, E. Ligand Field Theory and the Origin of Life as an Emergent Feature of the Periodic Table of Elements

Источники:

При изготовлении нового варианта графенового транзистора учёным из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе удалось довести граничную частоту, на которой коэффициент усиления по току снижается до единицы, до 300 ГГц.

Схема транзистора. С — сток, З — затвор, И — исток.

Такие характеристики демонстрирует устройство с длиной канала (расстоянием от стока до истока) в 140 нм. Транзисторы на основе дорогих полупроводниковых материалов — фосфида индия или арсенида галлия — имеют аналогичные характеристики, а лучшие образцы кремниевых полевых МОП-транзисторов сравнимых размеров по граничной частоте уступают графеновому конкуренту примерно в два раза.

Современные высококачественные МОП-транзисторы выполняются по технологии «самосовмещённого затвора». Её суть: затвор используется в качестве маски при формировании стока и истока, вследствие чего точность позиционирования элементов готового устройства увеличивается. При работе с графеном по такой методике в его структуре появляются дефекты, резко ухудшающие характеристики транзистора.

Слева показаны нанопровода из силицида кобальта; масштабная полоска — 3 мкм. Справа — готовая структура с изолирующей оболочкой из аморфного оксида алюминия; масштабная полоска — 50 нм.

Авторы модифицировали технологию, сформировав затвор с помощью нанопровода из силицида кобальта Co₂Si с тонкой изолирующей оболочкой из оксида алюминия. Эта структура помещалась на графеновый лист, после чего часть оксидного слоя снималась, чтобы обеспечить контакт между проводящей сердцевиной и тонкими слоями золота и титана, которые покрывали один конец провода. Слева и справа размещались сток и исток, также выполненные из золота и титана. Всё это покрывалось слоем платины толщиной в 10 нм, который естественным образом разрывался у краёв нанопровода.

Полученный результат вполне соответствует тому, что достигается применением «обычной» технологии с самосовмещённым затвором: электроды позиционируются автоматически, а наложения и зазоры отсутствуют.

Длина канала такого транзистора определяется диаметром нанопровода, величина которого изменялась в диапазоне 100–300 нм. В будущем исследователи надеются снизить диаметр приблизительно до 50 нм. «Это должно позволить нам выйти на терагерцевые частоты», — утверждает один из авторов Сянфэн Дуань (Xiangfeng Duan). Стоит заметить, что измеренное в эксперименте значение удельной крутизны нового транзистора — 1,27 мСм/мкм — также стало рекордным для графеновых устройств.

В начале этого года «КЛ» рассказывала о созданном специалистами Исследовательского центра им. Томаса Уотсона компании IBM графеновом транзисторе с граничной частотой в 100 ГГц. Авторы предыдущего рекорда поздравляют своих коллег с успехом, но не упускают случая напомнить о том, что более скоростное устройство не подходит для промышленного изготовления, поскольку графен сотрудники Калифорнийского университета получали простым отщеплением слоёв графита. «Мы же выращивали графен на подложках из карбида кремния и пользовались проверенными литографическими методиками, формируя целые массивы транзисторов», — отмечают руководители группы из IBM Федон Авурис (Phaedon Avouris) и Юй-Мин Линь (Yu-Ming Lin).

Источники: