`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Оптический суперрезонатор для компактного и эффективного лазера

Бубакар Канте (Boubacar Kanté) и его коллеги из Калифорнийского университета, Сан-Диего, США, создали новый тип компактного и высокоэффективного лазера, совместимого с оптическими системами связи. Перестраиваемое устройство, использующее волновое явление, впервые предложенное более 80 лет назад, может излучать свет с различными профилями луча. По словам Канте, лазер может когда-нибудь быть использован в широком спектре приложений, включая спектроскопию и захват света.

Волновой феномен, используемый в устройстве, впервые был предложен в 1929 году Джоном фон Нейманом и Евгением Вигнером, которые вычислили, что некоторые квантовые системы могут иметь связанные состояния выше порога континуума. Открытие этих «связанных состояний в континууме» (bound states in the continuum, BIC), было удивительным, поскольку этот порог обычно является энергией, необходимой для разрушения квантовой системы – например, ионизации атома.

Никто не обращал внимания на результат до 1970-х годов, когда физики предположили, что BIC могут существовать в обычных решетках полупроводниковых материалов. Совсем недавно было осознано, что BIC являются общим свойством всех волн и могут встречаться в классических системах, основанных на свете, звуке и микроволнах.

BIC может также функционировать как очень качественный оптический «суперрезонатор», который может ограничивать свет областями размером всего в несколько микрон. В противоположность этому изготовление высококачественных, но небольших по размеру резонаторов в обычных лазерах затруднено тем, что они должны быть сформированы из двух противоположных зеркал, которые отражают свет взад-вперед в среде генерации. Сжатие полостей сложно, поэтому создание крошечных лазеров, которые очень эффективны при генерации высококачественного света, является сложной задачей.

Теперь же Канте и его коллеги сделали крошечные лазеры, основанные на BIC, созданных в полупроводниковых структурах размером всего 10 мкм. Структуры представляют собой квадратные решетки из крошечных цилиндров из фосфида индия-галлия. Обычно BIC возникают в системах, в которых решетка бесконечно повторяется хотя бы в одном направлении. Канте и его коллеги обошли это ограничение, создав полость, которая поддерживает несколько стоячих волн, а затем отрегулировав структуру, чтобы она наилучшим образом походила на BIC.

Исследователи сделали несколько различных решеток, содержащих от 8 × 8 до 20 × 20 элементов на основе цилиндров с радиусами в диапазоне 500—550 нм. Они смогли создать лазеры со всеми этими решетками.

Канте сказал, что использование сверхкомпактных BIC позволяет устройствам эффективно генерировать высококачественный лазерный пучок – даже когда решетка является крошечной. Кроме того, свет излучается вертикально к поверхности решетки, что дает преимущества во время производственного процесса. Еще один плюс для лазера заключается в том, что он работает при комнатной температуре. И поскольку лазер основан на простой полупроводниковой матрице, его общий размер можно легко изменить – при больших решетках получается больше света.

Канте также указывает, что цвет лазерного света можно точно настроить, регулируя размер полупроводниковых цилиндров в массиве. Это означает, что он может быть полезен для создания компактных спектроскопических приборов, таких как перестраиваемый лазерный спектрометр, который используется в исследовательском аппарате NASA Curiosity для изучения химического состава марсианской атмосферы.

Другой аспект нового лазера состоит в том, что он может создавать «векторные» пучки света, которые имеют определенные профили, такие как распределение Гаусса или тороид. Такой свет может использоваться для захвата, манипулирования и исследования крошечных объектов, таких как бактерии и эритроциты. Векторные лучи могут также нести орбитальный момент, и этот «закрученный свет» имеет ряд приложений, включая увеличение емкости данных в оптических сетях связи.

Оптический суперрезонатор для компактного и эффективного лазера

Суперрезонатор: иллюстрация BIC-лазера на основе массива 10 × 10. Зеленым показан луч накачки, красным – излучаемый свет

Решена загадка отрицательного дифференциального сопротивления

Легендарная история отрицательного дифференциального сопротивления (NDR), которая включает более полувека исследований, Нобелевскую премию и многочисленные попытки практического применения, читается как научный детективный роман, как загадка, которую физикам из Университета Альберта, наконец, удалось разгадать.

Что это значит? Это дает возможность объединить знания с существующими технологиями для создания более быстрых, дешевых и компактных электронных устройств – благом для продолжающегося бума цифровой эры.

NDR – странный эффект. Мы можем вообразить это, думая о воде, которая проталкивается через шланг. Чем больше давление, тем быстрее поток. Электроны в проводнике ведут себя аналогично, за исключением того, что вместо давления прикладывается напряжение. В случае с водой повышение давления приводит к увеличению потока, но с электричеством в особых случаях иногда происходит обратный и интуитивно непонятный эффект, когда поток электронов замедляется: это отрицательное дифференциальное сопротивление.

Первая попытка практического применения NDR – диод Эсаки, названного в честь японского физика-изобретателя Лео Эсаки (Leo Esaki), был получен в 1950-х годах с большим волнением, некоторые даже провозгласили его более важным, чем транзистор. Работа была удостоена Нобелевской премии. Вскоре после того, как стало ясно, что массовое производство будет слишком сложным, объявленное устройство было отнесено к нишевым приложениям.

Репликация эффекта NDR способом, который может быть широко развернут, оставалась заманчивой целью. Были найдены альтернативы диоду Эсаки, но они также были трудны для массового производства. Появление сканирующих туннельных микроскопов в 80-х годах и доступ, который они обеспечивают к свойствам на наномасштабной шкале, привело к появлению интереса к сигнатурам NDR от структурных неоднородностей атомного масштаба в кремнии. Волнение вновь возродилось, но адекватное понимание и технологичность оставались неуловимыми.

Теперь команда физиков во главе с Робертом Волковым из Университета Альберта нашла точную атомную структуру, которая порождает NDR. Более того, учитывая конкретные правила, которые квантовая механика накладывает на поток электронов через один атом, коллеге Волкова, физику-теоретику Джозефу Масейко удалось объяснить казавшееся вначале озадачивающим уменьшение тока с увеличением напряжения. Эти результаты указывают путь к практичным и рентабельным приложениям в повседневной электронике, такой как телефоны и компьютеры.
«Оказывается, если вы можете легко увидеть, как аккуратно и дешево инкорпорировать этот эффект NDR в существующие электронные транзисторы, вы можете сделать меньшие, более быстрые и дешевые устройства, - говорит д-р Волков. - Значение гибридного транзистора/цепи NDR известно уже несколько десятилетий, но никто не смог сделать их эффективно или достаточно дешево, чтобы это стало привлекательным. На протяжении многих лет люди публикуют статьи о вариантах одного и того же эффекта масштаба атома. К сожалению, загадка его структуры и свойств так и не была решена. Но теперь мы точно знаем, почему это происходит, мы точно знаем, какие составляющие должны быть для того, чтобы эффект был управляемым. Мы определили точную структуру атома, которая порождает NDR, и, к счастью, это легко сделать. Кроме того, мы, наконец, выяснили механизм игры, или я должен сказать работы».

Д-р Волков объясняет, что теперь есть реальная возможность объединить это явление NDR с повседневной электроникой практичным и доступным способом, который потенциально может стоить миллиарды для технологической индустрии.

Решена загадка отрицательного дифференциального сопротивления

Д-р Роберт Волков в лаборатории

Германий превосходит кремний в энергоэффективных транзисторах

Группа ученых из Лаборатории наноэлектронных материалов (NaMLab) и Кластера передовых исследований по электронике (cfaed) в Дрезденском технологическом университете продемонстрировала первый в мире транзистор на основе германия, который может переключаться между электронной (n) и дырочной (p) проводимостью. Транзисторы на основе германия могут работать при низком напряжении питания и пониженном потреблении энергии из-за меньшей энергетической щели по сравнению с кремнием. Кроме того, реализованные транзисторы на основе германия могут быть переконфигурированы между электронной и дырочной проводимостью с помощью напряжения, приложенного к одному из электродов затвора. Это позволяет реализовать схемы с меньшим количеством транзисторов по сравнению с современными КМОП-технологиями.

В современной цифровой электронике доминируют интегральные схемы, построенные на транзисторах. На протяжении более четырех десятилетий транзисторы были миниатюризированы для повышения вычислительной мощности и скорости. Недавние разработки направлены на то, чтобы сохранить эту тенденцию, используя материалы с более высокой подвижностью носителей в канале транзистора, чем кремний, такие как германий и индий-арсенид. Одним из ограничений в использовании этих материалов является более высокая потеря статической мощности в выключенном состоянии транзистора, также возникающая из-за их малой ширины щели. Команде ученых, руководимой Йенсом Троммером (Jens Trommer) и д-ром Вальтером Вебером (Walter Weber) из NaMLab в сотрудничестве с cfaed удалось решить эту проблему, придумав нанопроволочный германиевый транзистор с независимыми зонами затвора. Доктор Вебер, возглавляющий исследовательскую группу по нанопроводам в cfaed, отметил: «Впервые результаты демонстрируют сочетание низких рабочих напряжений с уменьшенной утечкой в нерабочем состоянии. Результаты являются ключевым фактором для создания новых энергосберегающих схем».

Германий превосходит кремний в энергоэффективных транзисторах

Показан энергосберегающий нанопроволочный германиевый транзистор с программируемой p- и n-проводимостью (изображение поперечного сечения, полученного с помощью просвечивающего электронного микроскопа)

ИК-лазеры могут заменить провода в ЦОД

Использование инфракрасных лазеров вместо волоконной оптики или радиосигналов улучшит связь в ЦОД, и это может помочь снизить затраты на электроэнергию.

Исключение сценария проводов «запутанных гирлянд новогодней елки» в ЦОД является настоятельным требованием и может быть достигнуто с помощью ИК-лазеров, считает команда академических сетевых инженеров.

Инфракрасные лазеры должны устанавливаться в верхней части стоек ЦОД и использоваться для передачи информации. Это было бы намного лучше и дешевле, чем волоконная оптика, и было бы лучше, чем пытаться использовать радиосигналы.

Радио не работает, говорит Мосен Каверад (Mohsen Kavehrad), профессор кафедры электротехники в штате Пенсильвания и один из разработчиков, в статье на веб-сайте школы.

Радио в миллиметровом спектре, являющееся альтернативой оптоволоконным кабелям, имеет проблему в том, что сигналы быстро становятся неуправляемыми. «Лучи становятся широкими уже на коротких расстояниях, что приводит к неадекватной пропускной способности», - говорит проф. Каверад.

Чтобы справиться с возрастающей сложностью в центрах обработки данных, необходимо упростить связь. И это можно сделать с помощью инфракрасного лазера в свободном пространстве, отметил проф. Каверад. Здания могут иметь длину в милю, но каждая стойка должна индивидуально взаимодействовать с другой.

Система, разработанная проф. Каверадом и его сотрудниками, называется Free-space optical Inter-Rack nEtwork with high FlexibilitY, или Firefly. Проф. Каверад говорит, что она работала в доказательстве концепции, используя дешевую линзу для получения узкого луча.

Этот луч не восприимчив к помехам подобно радиосигналам. Нет никаких ограничений на количество серверов и стоек, которые могут быть соединены. И он имеет высокую непрерываемую пропускную способность – луч не будет прерван людьми, ходящими вокруг, потому что он помещен наверху стоек.

Существующие стандартные волокна - это препятствие для гибких ЦОД, говорит команда. Это слишком громоздко.

Исследователи говорят, что оптоволоконный кабель с течением времени не только начинает напоминать запутанную елочную гирлянду, но и создает узкие места, которые замедляют всю систему.

Кроме того, команда отмечает, что большое количество серверов часто работают вхолостую во многих центрах данных, потому что ресурсы планируются для пикового трафика. Тем не менее, эти стойки и серверы все еще работают. Приходится платить не только за их питание, но и за охлаждение.
Исключение работающих на холостом ходу серверов в ЦОД может быть достигнуто за счет более эффективной организации связи между стойками, например, такой, которая обеспечивается лазерным лучом. Это может снизить энергопотребление. По оценкам проф. Каверада, обычно 30% серверов центра обработки данных включены, но работают вхолостую.

В Firefly для обеспечения дуплексной связи используется ИК-излучение разной частоты. Исследователи говорят, что скорость передачи данных достигнет 10 Гбит/с. Их архитектура, которая использует мультиплексирование сигналов на разных частотах, включает миниатюрные, почти незаметные, движущиеся зеркала. Они используются для «быстрого позиционирования луча и реконфигурации».

В конечном итоге «мы хотели бы полностью избавиться от волоконной оптики», - говорит проф. Каверад.

ИК-лазеры могут заменить провода в ЦОД

Что может и чего не может делать сегодня ИИ

Искусственный интеллект был назван следующей большой вещью. На состоявшейся в конце марта посвященной ИИ конференции EmTech Digital в Сан-Франциско, эпицентре технологических инноваций, могли бы и не обращать внимания на скептиков, однако включение в список докладчиков проф. психологии Гери Маркуса (Gary Marcus) позволило уравнять позиции сторон. Его доклад о том, где работает и где не работает ИИ, добавил порцию здоровой критики этой несколько раздутой технологии. По его мнению, направление разработок в этой области не приведет к созданию ИИ общего назначения (Artificial General Intelligence, AGI). AGI является теоретическим машинным интеллектом, который равноценен по возможностям человеческому.

Гери Маркус, профессор нейрологии в Университете Нью-Йорке и ведущая фигура в области ИИ, имеет особый авторитет как критик, потому что он только что продал Uber свой двухлетний ИИ-стартап «Геометрический интеллект».

Проф. Маркус определил три вещи, которые может делать ИИ:
- распознавание речи;
- распознавание образов, когда количество объектов в образе ограничено;
- понимание естественного языка в узкой области;
и шесть вещей, которых он делать не может:
- диалоговые интерфейсы - спросите Siri что-то вне сценария, и она ломается;
- автоматизированное научное открытие;
- автоматизированная медицинская диагностика;
- автоматическое понимание сцены для слепых людей;
- домашние роботы;
- безопасные и надежные беспилотные автомобили.

Несколько тезисов проф. Маркуса являются спорными, поскольку использование распознавания образов для чтения рентгенограмм для радиологической диагностики заболевания или для чтения изображения сетчатки глаза для диагностики диабетической ретинопатии, достигли равенства, а в некоторых случаях превосходят точность человека-клинициста. Но считают, что в целом он прав. Он выбрал эти шесть областей, чтобы создать систему отсчета для сравнения: для использования в них ИИ, машины должны обучаться подобно тому, как ребенок учится языкам, а не теми методами, которыми машины обучаются сегодня.

За исключением нескольких примеров обучения с подкреплением, таких как Libratus pokerbot и Google AlphaGo-bot, в большинстве ИИ основан на машинном обучении, которое предсказывает результат с использованием нейронных сетей.

Хорошим примером этого является распознавание образов. Миллионы изображений показываются нейронной сети, которая разбивает их на категории для обучения компьютерной модели. Затем множество правильно классифицированных изображений показывается компьютерной модели, которая математически исправляет ошибки, сделанные нейронной сетью с использованием градиентного спуска, сложной формы усредненного уменьшения ошибок, чтобы улучшить точность модели правильно предсказывать объекты в изображении.

Сегодня точность прогнозирования с помощью машинного обучения составляет около 98%. Проф. Маркус сказал, что этот показатель хорош для таких систем, как система рекомендаций на базе машинного обучения Amazon, которая может рекомендовать какую-то из своих книг кому-то, кто купил одну из ее книг. Но он подвергает сомнению, что точность предсказания 98% достаточна для беспилотного автомобиля.
Однако от проф. Маркуса можно было услышать не только критические замечания. Он сказал, что настанет день, когда машинный интеллект сможет выполнять сложные задачи, такие как чтение научных статей, скажем, о такой болезни, как рак мочевого пузыря, и предложить новое лечение, но возможно, это случится не при его жизни.

    Что может и чего не может делать сегодня ИИ

Прежде чем AGI может быть создан, необходимо ответить на фундаментальные научные вопросы. Необходимые исследования могут занять десятилетие или два, прежде чем дадут результаты. Теоретики, занимающиеся фундаментальными исследованиями ИИ, ограничены в бюджете и вычислительных ресурсах. Исследование в частных компаниях слишком сосредоточено на технологиях, которые направлены на достижение более краткосрочных финансовых целей, что, по мнению проф. Маркуса, не приведет к созданию машин со здравым смыслом и AGI.

      

Wi-Fi 802.11ay обещает высокие скорости

По словам соучредителя Peraso Technologies, 802.11ay будет поддерживать широкий спектр беспроводных продуктов, и быть очень масштабируемой спецификацией.

Компания Peraso Technologies, один из первых игроков в сегменте гигабитных беспроводных сетей 802.11ad (WiGig), также готовится к выпуску усовершенствованной технологии Wi-Fi под названием 802.11ay. Она обещает более высокую скорость и больший охват.

Компания, базирующаяся в Торонто, чьи микросхемы позволяют смартфонам, планшетам и другим устройствам использовать нелицензируемую беспроводную технологию 60 ГГц, полна оптимизма в отношении 11ay, которая поддерживают более широкий спектр продуктов, чем 11ad.

По сравнению с 11ad, технология 11ay является большим шагом вперед в терминах производительности. В то время как 11ad имеет одну скорость передачи данных, которую поддерживает каждое устройство, [большинство 11ad-продуктов поддерживают режим 4,6 Гб/с], 11ay имеет гораздо больше настраиваемых параметров – объединение каналов, MIMO и функции на MAC-уровне.

Базовые скорости на PHY-уровне составляют от 20 до 30 Гб/с, а радиус – около 10 метров между любыми двумя 11ау-устройствами. Вариантом начального разворачивания 11ау может быть не просто наличие двух базовых устройств, а, возможно, точки доступа высокой производительности для офиса с радиусом действия до 30 м, чтобы охватить довольно большую площадь комнаты. Если для достижения скорости 30 Гб/с сейчас необходимо иметь однопользовательский MIMO [множественный вход, множественный выход], то с 11ау можно получить многопользовательский MIMO с одновременно работающими со скоростью 30 Гб/с двумя или четырьмя устройствами. Таким образом, даже если у вас есть однопользовательское устройство MIMO, оно все равно будет поддерживать многопользовательский режим MIMO peer-to-peer, что не всегда можно видеть сегодня при технологии 11ас.

Технологию 11ay можно рассматривать как расширение 11ad, которая будет являться подмножеством первой. Все основные принципы того, как формируется сеть, такие же, как и у ad. Что добавляется, так это намного большие скорости на PHY-уровне.

Каналы 11ay могут служить хорошим вариантом транзитного соединения в открытом пространстве. Есть примеры использования 11ad для разворачивания гигабитных каналов беспроводной связи по низкой стоимости. 11ay действительно может превзойти гигабитные скорости и снизить цену даже больше, потому что при скорости 30 Гб/с один узел может обслуживать до 30 пользователей с каналами 1 Гб/с.

Широкая полоса пропускания и низкие задержки технологии 11ау могут быть востребованы облачными приложениями. Много «легких» приложений уже перенесены в облако, и следующий шаг требует намного более высокой пропускной способности и меньшей латентности, и 11ау позволит людям делать больше.

Форма имеет значение, когда свет встречается с атомом

Изучение взаимодействия отдельного атома с одним фотоном может предоставить информацию о том, как конструировать квантовые устройства.

Вы когда-нибудь задумывались, как вы видите мир? Видение – это фотоны света, которые являются пакетами энергии, взаимодействующими с атомами или молекулами объекта, на который вы смотрите. Некоторые фотоны отражаются, достигая ваших глаз. Другие поглощаются. Главный решающий фактор того, что происходит, это энергия фотона – его цвет.

Но посмотрите внимательно на тот момент, когда свет встречает материю, и можно еще кое-что открыть. Ученые из Центра квантовых технологий (CQT) в Национальном университете Сингапура недавно показали, что форма фотона также влияет на то, как он поглощается одним атомом.

Мы не часто думаем о том, что фотоны распределены во времени и пространстве и, таким образом, имеют форму. Те, что использовались в этом эксперименте, имели длину около четырех метров. Кристиан Курцифер (Christian Kurtsiefer), главный исследователь CQT, и его команда научились очень точно формировать эти фотоны.

Для исследования, опубликованного в Nature Communications, команда работала с атомами рубидия и инфракрасными фотонами. Они излучали взаимодействие одного фотона с одним атомом.

«Наши эксперименты рассматривают самое фундаментальное взаимодействие между материей и светом», - говорит Виктор Леон (Victor Leong), для которого работа способствовала получению степени доктора философии.

Для четырехметрового фотона требуется около 13 наносекунд, чтобы пройти через атом. Каждый раз, когда фотон посылали в сторону атома, команда наблюдала, возбуждается ли атом и когда. Отмечая времена возбуждения и собирая их вместе, исследователи могли сопоставить вероятность поглощения атомом фотона как функцию времени.

Команда опробовала две разные формы фотонов – одну, увеличивающуюся по яркости, и другую - уменьшающуюся. Сотни миллионов измерений, проведенных за 1500 часов, показали, что общая вероятность того, что один атом рубидия поглотит один фотон любого типа, составляет чуть более 4%. Однако когда команда посмотрела на процесс на наномасштабных временных отрезках, она увидела, что вероятность поглощения в каждый момент зависит от формы фотона.

Исследователи установили, что если фотон начинается тусклым с точки зрения атома, а затем становится ярким, пиковая вероятность возбуждения была более чем на 50% выше, чем когда фотон прибывал ярким и имел длинный затухающий хвост.

Исследователи ожидали, что атомы могут предпочесть поглощать фотоны с нарастающей энергией, поскольку при излучении наблюдается противоположная картина. Представьте, что процесс выполняется в обратном направлении – уравнения говорят, что он должен выглядеть одинаково, - и фотон приходит с нарастающей яркостью. «Наш выбор формы фотонов был основан на временной симметрии квантовой механики», - говорит соавтор Маттиас Штайнер (Matthias Steiner).

Эта работа также способствует пониманию технологий, основанных на взаимодействии свет-вещество. Некоторые предложения для квантовых технологий, таких как сети связи, датчики и компьютеры, требуют, чтобы фотон записывал информацию в атом при его поглощении. Фотон переводит атом в возбужденное состояние. Чтобы создать надежные устройства, ученым необходимо будет контролировать взаимодействие. «Вы можете сконструировать только то, что можете понять», - сказал соавтор Алессандро Цере (Alessandro Cerè).

Форма имеет значение, когда свет встречается с атомом

Ученые из Центра квантовых технологий Национального университета Сингапура показали, что форма фотона влияет на то, как он поглощается одним атомом. Иллюстрация этого художника не в масштабе: в эксперименте фотоны имеют длину около 4 метров, а атом меньше нанометра

Intel размещает два кристалла в одном корпусе более эффективно

Intel сообщила, что нашла способ, как эффективно разместить два чипа в одном пакете, что снижает затраты и повышает общую производительность компьютера.

Марк Бор (Mark Bohr), представитель Intel, заявил на пресс-конференции в Сан-Франциско, что «гетерогенная интеграция» станет большей частью будущего крупнейшего в мире производителя микросхем.

Это означает, что Intel будет иметь два кремниевых чипа, каждый из которых известен как «кристалл», в одном корпусе, который включает в себя все электрические соединения с остальной частью компьютерной системы. Раньше с несколькими микросхемами в стандартном корпусе возникала проблема наличия слишком большого количества проводов для подключения всех соединений в кристалле к корпусу. Это также было неэффективно при соединении одного кристалла с другим кристаллом.

   Intel размещает два кристалла в одном корпусе более эффективно

       Решение Intel для соединения двух чипов в одном пакете

Одним из решений в прошлом было использование «кремниевого переходника», - сказал Бор. Это означает, что вы можете использовать третий чип под двумя основными чипами. Цель чипа заключалась в том, чтобы легче подключать устройства, но это стоило дороже.

Благодаря решению Intel – встроенному многокристальному соединительному мосту – компания выяснила, как сделать это более эффективно с помощью недорогих и улучшенных соединений между кристаллами и от кристаллов к корпусам.

Intel готовится к запуску 10-нм технологического процесса для своих новейших чипов в этом году. Компания считает, что она располагает самым передовым производством микросхем в мире и что это поколение опережает своих конкурентов.

Нанометр - это миллиардная часть метра, и на одном нанометре размещается всего четыре атома кремния в кристаллической решетке. В 10-нм процессе цепи отстоят только на 10 нм друг от друга. Бор сказал, что упаковка двух кристаллов в одном корпусе будет частью того, как Intel может продолжать продвигать технический прогресс вперед.

Intel размещает два кристалла в одном корпусе более эффективно

Три варианта упаковки двух кристаллов в одном корпусе. Intel поддерживает нижнее решение

Впервые получен оптический спектр антивещества

В статье, опубликованной в журнале Nature, сотрудничество ALPHA сообщило о первом в истории измерении оптического спектра атома антивещества. Это достижение характеризуется технологическими разработками, открывающими совершенно новую эру в высокоточных исследованиях антивещества. Это результат более чем 20-летней работы сообщества антиматерии ЦЕРН.

«Используя лазер для наблюдения за переходом в антиводороде и сравнения его с водородом, чтобы увидеть, подчиняются ли они одним и тем же законам физики, всегда было ключевой задачей исследования антивещества», - сказал Джеффри Хангст (said Jeffrey Hangst), пресс-секретарь сотрудничества ALPHA.

Атомы состоят из электронов, вращающихся вокруг ядер. Когда электроны переходят с одной орбиты на другую, они поглощают или излучают свет на определенных длинах волн, формируя спектр атома. Каждый элемент имеет уникальный спектр. В результате спектроскопия является широко используемым инструментом во многих областях физики, астрономии и химии. Она помогает характеризовать атомы и молекулы и их внутренние состояния. Например, в астрофизике анализ спектра света удаленных звезд позволяет ученым определить их состав.

Благодаря единственному протону и одиночному электрону водород является самым распространенным, простым и понятным атомом во Вселенной. Его спектр был измерен с очень высокой точностью. С другой стороны, атомы антиводорода плохо изучены. Поскольку Вселенная, как представляется, полностью состоит из материи, составляющие антиводорода – антипротоны и позитроны – должны быть созданы и собраны в атомы до того, как спектр антиводорода может быть измерен. Это кропотливый процесс, но он стоит усилий, поскольку любое измеримое различие между спектрами водорода и антиводорода нарушит основные принципы физики и, возможно, поможет понять загадку дисбаланса вещества-антивещества во Вселенной.

Сегодняшний результат ALPHA – это первое наблюдение спектральной линии в атоме антиводорода, позволяющее впервые сопоставить спектр света материи и антиматерии. В пределах эксперимента результат не отличается от эквивалентной спектральной линии в водороде. Это согласуется со Стандартной моделью физики частиц, теорией, которая наилучшим образом описывает частицы и действующие между ними силы, которая предсказывает, что водород и антиводород должны иметь одинаковые спектроскопические характеристики.

Сотрудничество ALPHA предполагает повысить точность измерений в будущем. Измерение спектра антиводорода с высокой точностью предлагает необычайно новый инструмент для проверки того, ведет ли вещество себя иначе, чем антивещество, и, следовательно, дальнейшее тестирование надежности Стандартной модели.

ALPHA – уникальный эксперимент на установке Антипротонного замедления в ЦЕРН, способный создавать атомы антиводорода и удерживать их в специально разработанной магнитной ловушке, манипулируя антиатомами короткое время. Захват атомов антиводорода позволяет исследовать их с помощью лазеров или других источников излучения.

«Перемещение и захват антипротонов или позитронов является легким, потому что они заряженные частицы, - сказал Хангст. - Но когда вы объединяете их, вы получаете нейтральный антиводород, который гораздо труднее захватить, поэтому мы разработали специальную магнитную ловушку, которая опирается на то, что атом антиводорода немного намагничен».

Антиводород производится путем смешивания плазмы из около 90 000 антипротонов из Антипротонного замедлителя с позитронами, что приводит к получению приблизительно 25 000 атомов антиводорода за одну попытку. Атомы антиводорода могут быть захвачены, если они движутся достаточно медленно, когда они создаются. Используя новую технику, в которой сотрудничество стекирует антиатомы, возникающие в результате двух последовательных циклов смешивания, можно захватить в среднем 14 антиатомов в каждом испытании, по сравнению с 1,2 с помощью более ранних методов. Освещая захваченные атомы лазерным лучом с точно настроенной частотой, ученые могут наблюдать взаимодействие пучка с внутренними состояниями антиводорода. Измерение проводилось наблюдением так называемого перехода 1S-2S. Состояние 2S в атомарном водороде является долгоживущим, что приводит к узкой естественной ширине линии, поэтому она особенно подходит для точного измерения.

Нынешний результат, наряду с последними ограничениями на отношение массы антипротон-электрон, установленными в сотрудничестве ASACUSA, и отношением заряда к массе антипротонов, определенным сотрудничеством BASE, показывают, что тесты фундаментальных симметрий с антивеществом в CERN быстро становятся надежными.

Батарея на основе бактерий на одном листе бумаги

Вместо того чтобы заказывать батареи в блоке, мы можем получить их в будущем в виде пачки бумаги. Исследователи из Университета Бингемтона и из Государственного университета Нью-Йорка создали батарею на основе бактерий на одном листе бумаги, которая может работать с одноразовой электроникой. Технология производства сокращает время изготовления и стоимость, и конструкция может революционизировать использование биобатарей в качестве источника энергии в отдаленных, опасных и ограниченных ресурсами районах.

«Пейпертроника (papertronics) недавно появилась в качестве простого и недорогостоящего способа питания для одноразовых диагностических датчиков», - говорит ассистент-профессор Сокхун «Шон» Чой (Seokheun "Sean" Choi), который работает в отделе электротехники и компьютерной инженерии в Школе инженерных и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона. Он также является директором лаборатории биоэлектроники и микросистем в Бингемтоне.

«Автономные и самоподдерживающиеся основанные на бумаге устройства в пунктах оказания помощи необходимы для обеспечения эффективных и безопасных процедур в условиях ограниченных ресурсов», - продолжил Чой.

На одной половине куска хроматографической бумаги Чой и аспирант Ян Гао (Yang Gao), являющийся соавтором статьи, поместили ленту из нитрата серебра под тонкий слой воска для создания катода. Затем они изготовили резервуар из проводящего полимера на другой половине бумаги, который действовал как анод. После правильной складки и добавления нескольких капель жидкости, наполненной бактериями, клеточное дыхание микробов активирует батарею.

«Устройство требует, чтобы слои включали компоненты, такие как анод, катод и PEM (мембрана протонного обмена), - сказал Чой. - Окончательная батарея требует ручной сборки, и есть потенциальные проблемы, такие как несоосность слоев бумаги и вертикальный разрыв между слоями, что в конечном счете уменьшает выработку электроэнергии».

Различные методы складывания и укладки могут значительно улучшить выходную мощность и ток. Ученые смогли получить 31,51 мкВт на 125,53 мкА с шестью батареями в трех параллельных сериях и 44,85 мкВт на 105,89 мкА в конфигурации 6х6.

Для питания обычной 40-ваттной лампочки потребуются миллионы бумажных батарей, но на поле боя или в условиях бедствия первостепенное значение имеет удобство и портативность. Кроме того, имеется достаточно энергии для запуска биодатчиков, которые контролируют уровни глюкозы у пациентов с диабетом, обнаруживают патогены в организме или выполняют другие спасательные функции.

«Среди множества гибких и интегрированных бумажных батарей с большим потенциалом, основанная на бумаге технология микробных топливных элементов, пожалуй, самая слаборазвитая, - сказал Чой. – Это нас стимулирует, потому что микроорганизмы могут собирать электроэнергию из любого типа биодеградируемого источника, такого как сточные воды, который легко доступен. Я считаю, что этот тип бумажной биобатареи может стать будущим источником питания для пейпертроники».

Эта инновация - самое последнее достижение в разработке аккумуляторных батарей. Команда Чоя разработала свой первый бумажный прототип в 2015 году, который был складывающейся батареей и очень напоминал спичечный коробок.

Текущая работа доступна в Интернете в журнале Advanced Materials Technologies и представлена на конференции IEEE MEMS 2017 в Лас-Вегасе, штат Невада, 22-26 января.

Батарея на основе бактерий на одном листе бумаги

Исследователи из Университета Бингемтона и Государственного университета Нью-Йорка создали батарейку с питанием от бактерий на одном листе бумаги, которая может работать с одноразовой электроникой

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT