0
9232
Газета Наука Печатная версия

07.02.2023 17:45:00

Как уловить фемтомгновения

От нейроморфных полупроводников до межатомных волн

Игорь Лалаянц

Об авторе: Игорь Лалаянц- кандидат биологических наук

Тэги: физика, биофизика, технологии


физика, биофизика, технологии Голограммы, подаваемые одновременно по восьми каналам.

На протяжении жизни одного поколения масштабы измерений перешли от микронов (10–6 м) к нанометрам (10–9 м), а лазерщики приучили нас к фемто- (10–15 с) и аттосекундам (10–18 с). Между нано- и фемто- располагается пикомасштаб (10–12) нарождающейся фотоники. Еще не так давно считавшееся революционным оптоволокно уже не обладает необходимой пропускной способностью. К тому же вся современная электроника оперирует всего двумя степенями свободы: «0» и «1». И эти степени свободы не обладают свойством суперпозиции (когерентности). Этот недостаток обещают устранить в будущих квантовых компьютерах. Но до этого еще очень далеко и очень дорого (первые ноутбуки толщиной 5 см стоили 5000 долл.).

Оптоволокно, в отличие от медных проводов, «оперирует» фотонами, а не электронами, создающими электрическое поле. Австралийский эндемик утконос слеп и глух в воде, тем не менее охотится под водой, ориентируясь на улавливаемыми им электрические поля, генерируемые мышцами потенциальных жертв. Дело в том, что в мышечных волокнах получение энергии сопряжено с переносом генерирующих поле электронов по цепи железосодержащих протеинов. Свет, согласно Джеймсу Максвеллу, – это единство взаимно перпендикулярных магнитного и электрического полей.

Но помимо утконоса есть и электрические рыбы, а птицы и бактерии ориентируются по магнитному полю Земли. Одна из таких бактерий имеет несколько изогнутую вдоль продольной оси форму, за что получила название магнитоспириллюм (Magnitospirillum). У нее имеется цепочка длиной до полумикрона из 50 железосодержащих частиц магнетита – магнитосом – из белка актина. С помощью этой цепочки спирилла и плавает вдоль силовых линий магнитного поля.

2-15-3480.jpg
Миниатюризация позволяет получать
одноатомные контакты.
Ученые в Физическом институте провинции г. Хефея в Нанкине создали аналог магнитосом в виде мягких ферромагнитных наночастиц. Благодаря этому стала возможна адресная доставка лекарств непосредственно, например, к опухолевым клеткам. А их коллеги из Пекинского университета разработали оптоэлектронный аналог живого синапса, соединяющего две нервные клетки. На «нейроморфную» колонку из полупроводникового селенида индия (In2Se3) подается напряжение и параллельно ему – лазерный вход (input). Это позволяет имитировать синаптическую передачу нервных импульсов.

Можно напомнить, что естественный синапс похож на транзистор, что технически сравнимо с мемристорами, сочетающими в себе резистор и ячейку памяти. В Институте метрологии в Турине создали полупроводниковое устройство квантового проведения (conductance), обладающее нейроморфными свойствами.

В последние годы много внимания уделяется метаматериалам, свойства которых обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. В данном случае на поверхность наносились разной формы наноструктуры, и это позволяет генерировать различные изображения.

2-15-4480.jpg
Аномальные волны, проходящие
между атомами кремния в его кристалле.
Иллюстрации Physorg
В Технологическом института Харбина создали поляризующую терагерцовые колебания метаповерхность. Авторы указывают на то, что поляризация позволяет передавать значительно больший объем информации благодаря созданию множественных состояний. Метаповерхности позволяют уже сегодня манипулировать волновыми фронтами света. Для управления терагерцовыми волнами харбинцы создали метаповерхность из трех металлических слоев, меняющих угол поляризации. Благодаря этому стало возможным получение восьми голограмм, передаваемых по восьми каналам. Но речь идет об одноцветных голограммах.

Многоцветности таких изображений удалось достичь в Южном университете науки и технологии Шенчженя. Некогда Исаак Ньютон поразил современников тем, что разложил белый свет на составляющие его цвета с помощью трехгранной стеклянной призмы. Сегодня это делают с помощью хорошо освоенной цветной печати пиксельных полостей. Проблема, однако, в том, что такая печать оперирует миллиметровыми масштабами, что сегодня уже никого не удовлетворяет. В Шенчжене наладили печать сантиметрового масштаба, что, например, позволило получить яркую картинку многоцветного попугая.

В сообщении из Университета Пурдью в г. Лафайет (США) речь идет о пикофотонике, позволившей увидеть аномальные волны, проходящие между атомами кремния в его кристалле. Авторы работы пишут, что о фотонной дисперсии хорошо знают применительно к диэлектрикам, фотонным кристаллам и метаматериалам. Однако на атомном уровне о ней мало известно. Физики соединили описание материи, данное Максвеллом, и квантовую теорию атомной поляризации, получив взаимодействие материала (кремния) с фотонным полем.


Читайте также


Квантовую механику обожал как женщину

Квантовую механику обожал как женщину

Ольга Рычкова

Писатель, лауреат премии «НГ» «Нонконформизм» Андрей Бычков о воображении, иллюзиях и странных частицах

0
1384
Константин Ремчуков. США ввели запрет на инвестиции в высокотехнологичные сектора Китая по мотивам нацбезопасности

Константин Ремчуков. США ввели запрет на инвестиции в высокотехнологичные сектора Китая по мотивам нацбезопасности

Константин Ремчуков

Мониторинг ситуации в КНР по состоянию на 05.11.24

0
1612
Константин Ремчуков. Китай собирается отправлять в космос туристов уже в 2027 году

Константин Ремчуков. Китай собирается отправлять в космос туристов уже в 2027 году

Константин Ремчуков

Мониторинг ситуации в КНР по состоянию на 28.10.24

0
6734
Локальная нехватка электрогенерации в России и мире может запутать нейросети

Локальная нехватка электрогенерации в России и мире может запутать нейросети

Анастасия Башкатова

Искусственному интеллекту предстоит побороться с майнерами за источники энергии

0
3010

Другие новости