`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Что для вас является метрикой простоя серверной инфраструктуры?

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

 

Ученым удалось продемонстрировать квантовые свойства макроскопического объекта

На квантовом уровне атомы, из которых состоит материя, и фотоны, образующие свет, ведут себя трудно представимым образом. Частицы могут одновременно существовать более чем в одном состоянии (пока мы не захотим его определить), материя может находиться в «зацеплении», когда состояние одной частицы влияет на другую безотносительно от расстояния между ним (Эйнштейн называл это «сверхъестественным действием на расстоянии»).

Ранее ученые успешно обнаружили зацепление и суперпозицию для фотонов и набора из нескольких атомов. Но физики удивились, если бы большое число атомов, образующих объекты размерами близкими к тем, что встречаются в повседневной жизни, также проявило бы квантовое поведение.

«Было бы странно думать, что обычные объекты проявят квантовые свойства, но ничто этому не противоречит», - сказал Кит Шваб (Keith Schwab), адъюнкт-профессор прикладной физики Калифорнийского технологического института (Калтех).

Трудность, однако, заключается в том, чтобы разработать эксперимент, который мог бы обнаружить квантовое поведение обычных объектов без интерференционных эффектов или даже разрушения самого эксперимента.

Теперь группа ученых из Калтеха разработали новый инструмент, который удовлетворяет столь противоречивым требованиям и может быть использован для демонстрации квантовых эффектов обычными объектами.

В своем эксперименте ученые использовали технику микроизготовления и создали чрезвычайно малую наноэлектромеханическую систему (NEMS) – резонатор из нитрида кремния длиной 2 мкм и шириной 0,2 мкм, который может колебаться с высокой частотой при приложении к нему напряжения.

Ученым удалось продемонстрировать квантовые свойства макроскопического объекта

На расстоянии 300 нм от резонатора ученые поместили второе нанометровое устройство, известное как ящик с одной куперовской парой (single-Cooper-pair box), или сверхпроводящий кубит (квантовой бит).

Сверхпроводящий кубит по существу представляет собой остров, образованный между двумя изолирующими барьерами, сквозь которые могут проходить куперовские пары. В эксперименте кубит имел только два энергетических состояния: основное и возбужденное. Этими состояниями можно было управлять с помощью микроволнового излучения.

Поскольку резонатор и кубит располагались очень близко, их поведение было сильно связано. Это позволило использовать резонатор в качестве зонда для определения энергетических состояний кубита. Оказалось, что резонатор колеблется с более высокой частотой, когда кубит находится в возбужденном состоянии.

«Шапка-невидимка» успешно прячет помещенные под ней объекты

Известный писатель-фантаст Артур Кларк очень точно подметил сходство высоких технологий с магией. Команда, возглавляемая главным исследователем департамента материаловедения Лабораторий Беркли Сян Чжан (Xiang Zhang), создала своего рода накидку из наноструктурированного кремния, которая скрывает присутствие объектов, помещенных под ней. Хотя сама накидка может быть видима, выпуклость, создаваемая объектом не видна. Падающий на выпуклость яркий пучок света отражается как от плоской поверхности.

«Шапка-невидимка» успешно прячет помещенные под ней объекты

Сян Чжан отмечает, что они пришли к новому решению проблемы невидимости, основанному на использовании диэлектрических материалов. Он также полагает, что разработка представляет важный шаг навстречу трансформационной оптике, открывая дверь для манипуляции светом и создании новых мощных микроскопов и более быстрых компьютеров.

Предыдущие разработки Сян Чжан и его группы в этой области включали сложные метаматериалы – композиты металлов и диэлектриков, чьи экстраординарные оптические свойства обусловливались скорее их уникальной структурой, а не составом. Они сконструировали один материал из чередующихся слоев серебра и магния фторида, а другой из серебряных нанопроволок, выращенных внутри пористого окисла алюминия. На этих металлических метаматериалах было продемонстрировано, что луч света может быть изогнут в обратную сторону – явление, не встречающееся в природе.

Хотя металлические метаматериалы успешно используются для создания эффекта невидимости в микроволновом диапазоне, попытки достичь этого в оптическом диапазоне были безуспешными, поскольку металлические элементы поглощают слишком много света. Новое устройство сделано исключительно из диэлектрических материалов, которые зачастую прозрачны в оптическом диапазоне.

Накидка была продемонстрирована в прямоугольной пластине кремния (толщиной 250 нм), служащей оптическим волноводом, в котором свет ограничивался в вертикальном направлении, но свободно распространялся в двух других. В кремнии была проперфорирована тщательно разработанная структура отверстий (каждое 110 нм в диаметре), превративших пластинку в метаматериал, который принуждал свет изгибаться подобно воде, огибающей камень. В экспериментах, описанных в журнале Nature Materials, накидка была использована для покрытия площади размером 3,8 мкм х 400 нм. Свойство невидимости было продемонстрировано при разных углах падения света.

В настоящий момент эффект наблюдается для длин волн в диапазоне 1,4—1,8 нм, который близок к инфракрасной части спектра, лишь немного длиннее света, который мы можем видеть.

Отслаивающиеся наклейки могут указать путь к «растягивающейся» электронике

Исследователи из МТИ считают, что изучение наклеек и афиш, отслаивающихся от окон и витрин, могут указать путь к управляемому изготовлению растягивающейся электроники.

Растягивающаяся электроника, которая позволит электронным устройствам встраиваться в одежду, хирургические перчатки, электронную бумагу и другие гибкие материалы, трудна в изготовлении, поскольку электрические провода повреждаются при кручении и изгибах материала.

Работа, опубликованная в онлайновом издании Proceedings of the National Academy of Science 15 июня, предлагает новый подход к конструированию подобных схем.

В начале исследований ученые не задавались целью разработать растягивающуюся электронику – проект был запущен для анализа складок и отслаивания наклеек. Небольшой пузырек, появляющийся в наклейке, помещенной на стекло автомобиля, является таким примером.

Отслаивание является результатом разной скорости расширения при нагревании тонкой пленки и поверхности, на которую она наклеена.

Альтернативно, сжатие поверхности также приводит к отслаиванию. По мере сжатия поверхности пленка искривляется до тех пор пока не будет достигнут определенный энергетический порог, при котором она отслаивается от поверхности, образуя небольшие пузырьки.

Исследователи провели ряд экспериментов по сжатию и растяжению поверхностей с наклеенными на них тонкими пленками и измерили получающиеся пузырьки. По результатам экспериментов ученые разработали теорию, которая объясняет образование, размер и развитие пузырьков.

                       Отслаивающиеся наклейки могут указать путь к «растягивающейся» электронике

Они обнаружили, что размер пузырька зависит от эластичности пленки и поверхности и силы слипания между ними. Модель позволяет предсказать размер пузырьков, образующихся при специфических условиях.

Хотя расслаивание обычно рассматривается как отрицательное явление, ученые поняли, что искусственно создавая расслаивающиеся поверхности, можно разработать устройства, которые позволяют проводникам, прикрепленным к поверхности, повторять движение материала без обрыва.

Используя предложенную модель, расслоением можно управлять с большой точностью посредством изменения силы адгезии и эластичных свойств пленки и проводов.

Работы в области растягивающейся электроники уже выполняются на протяжении последнего десятилетия, и технология используется в таких приложениях, как электронная бумага и гибкие дисплей.

Новый подход наводит на мысль, что ультратонкие гибкие, но прочные материалы, такие как графен, являются идеальными кандидатами для растягивающейся электроники.

За границами фотоэлектрического эффекта

Рассматривая классический фотоэффект, Эйнштейн доказал в 1905 г., что свет имеет корпускулярные свойства. Однако при крайне высоких интенсивностях в этом процессе были обнаружены замечательные вещи. Их открыли ученые из Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) на FLASH, первом лазере на свободных электронах, излучающем в мягком рентгеновском диапазоне.

Современные модели, базирующиеся на эйнштейновской идее, в упрощенном виде описываются следующим образом: фотон выбивает внешний электрон атома, если его энергия превышает энергию связи электрона.

Однако при длине волны 13 нм и интенсивности излучения в несколько петаватт на кв. см случается нечто еще, по крайней мере, для некоторых атомов. Создается впечатление, что в случае ксенона целый волновой пакет выбивает огромное количество внутренних электронов. Эффект сильно зависит от материала, а не только от характеристик возбуждающего излучения, как считалось прежде.

На самом деле ученые стремились создать методы для радиометрической классификации рентгеновских лазеров. Они облучали различные газы, чтобы определить «силу» лазера по ионизационному эффекту. Классификация лазеров была бы полезной при тестировании литографических зеркал в крайней ультрафиолетовой области спектра, поскольку использование света с длиной волны 13 нм рассматривалось как перспективная технология для производства все меньших компьютерных чипов. Однако при экспериментах на FLASH в Гамбурге они неожиданно открыли эффекты, которые относятся к области фундаментальной физики.

В картине классического фотоэффекта один фотон с достаточно высокой энергией взаимодействует с одним электроном атома. С энергетических позиций процесс описывается уравнением Эйнштейна и демонстрирует квантовую структуру света. Только в крайних случаях высокоинтенсивных ультракоротких световых импульсов, излучаемых длинноволновым фемтосекундным лазером, встречается многофотонная ионизация, процесс, который снова описывается волновыми свойствами света. Тем не менее, как показали эксперименты в Гамбурге,в которых впервые был достигнут уровень нескольких петаватт на км. см, в случае коротковолнового рентгеновского излучения подходящая теоретическая модель отсутствует.

Сравнительное количественное изучение показало, что степень взаимодействия свет-материя и, таким образом, природа рентгеновских лучей в сильной степени определяется структурой атома и корреляцией на внутренних электронных оболочках. В крайнем случае (ксенон) складывается впечатление, что целый волновой пакет фотонов приводит к одновременной эмиссии нескольких внутренних электронов.

Самоорганизующиеся нанопроволоки могут сделать чипы меньше и быстрее

Исследователи из Университета Иллинойса нашли новый способ изготовления более быстрых и меньших транзисторов. Техника использует самоорганизующиеся и самовыстраивающиеся бездефектные нанопроволочные каналы из арсенида галлия.

В статье, опубликованной в журнале Electron Device Letters, издаваемом IEEE, профессор Сюлин Ли (Xiuling Li) и ассистент Сет Фортуна (Seth Fortuna) описали первый металл-полупроводниковый полевой транзистор, изготовленный из самоорганизующихся планарных нанопроволочных каналов из арсенида галлия.

Нанопроволоки являются привлекательными строительными блоками как в электронике, так и в фотонике. Компаундные полупроводниковые нанопроволоки, такие как арсенид галлия особенно перспективны вследствие их хороших транспортных свойств и разнообразных гетеропереходов. Однако их широкому использованию препятствует ряд проблем, включая трудную интеграцию с существующей микроэлектроникой.

Новый процесс планарного роста, который готов для коммерческой реализации, создает самоорганизующиеся бездефектные арсенид-галлиевые нанопроволоки. Это не литографический процесс, который позволяет точно управлять размером и ориентацией нанопроволоки и в то же время все еще совместимый с существующим проектированием схем и технологией их изготовления.

Арсенид-галлиевые нанопроволочные каналы, для демонстрации транзистора, были выращены посредством металл-органического химического осаждения из паровой фазы с использованием золота в качестве катализатора. Остальная часть транзистора была изготовлена посредством обычной техники.

Хотя в продемонстрированном образце диаметр нанопроволочного канала был приблизительно 200 нм, исследователи сообщают, что с помощью техники роста с золотом в качестве катализатора можно изготовить нанопроволоки диаметром 5 нм. Операция самовыстраивания нанопроволок определяется кристаллической структурой субстрата и параметрами роста.

Новый 167-процессорный чип бьет рекорды производительности и энергоэффективности

Чип, названный AsAP и предназначенный для цифровой обработки сигналов, был разработан группой из Калифорнийского университета Дэвиса. Хотя это не основной тип процессора, который используется в настольных компьютерах, он может найти применение в многочисленном семействе специализированных и популярных устройств, таких как сотовые телефоны, МР3-плееры, видеооборудование, ультразвуковое оборудование и визуализаторы магниторезонансных исследований.

Максимальная тактовая частота чипа составляет 1,2 ГГц, а на более низких частотах он показывает очень высокую энергоэффективность. Двенадцать чипов, работающих вместе, могут выполнять более чем полтриллиона операций в секунду (0,5 TOpS), потребляя при этом менее 7 Вт. По словам профессора Бивена Бааса (Bevan Baas), при питании от батареи он будет работать при аналогичной нагрузке от нескольких вплоть до 75 раз дольше, чем некоторые коммерчески доступные сигнальные процессоры. При этом на целевых приложениях он будет в ряде случаев в 10 раз производительнее.

Чип изготовлен по стандартной индустриальной технологии и включает ряд архитектурных и схемных инноваций. При разработке чипа постоянное внимание уделялось производительности и энергоэффективности.

Группа Бааса написала ряд приложений для чипа, который был произведен STMicrotronics. В их числе передатчик и приемник Wi-Fi и несколько сложных компонент кодировщика для видео стандарта Н.264. После того как чип был протестирован, все работало без проблем.

Инженеры из NIST открыли фундаментальную ошибку в понимании причин шума в транзисторах

По мнению инженеров из NIST (National Institute of Standards and Technology), проблема, которую они обнаружили, если не будет решена, может стать препятствием на пути создания более эффективных, маломощных устройств, подобных сотовым телефонам или сердечным стимуляторам.

Во время изучения поведения транзисторов команда обнаружила, что широко принятая модель, объясняющая ошибки, вызванные электронным шумом в транзисторных ключах, не соответствует фактам. Считалось, что транзисторы должны изготавливаться из высоко чистых материалов, поскольку дефекты, подобно камням в потоке, могут изменять поток электронов и вызывать сбои в функционировании устройства. В течение десятилетий инженерное сообщество принимало теоретическую модель, которая идентифицирует дефекты и дает возможность ослабить их влияние.

«Эти дни позади», - считает Джейсон Кемпбел (Jason Campbell), который изучал флуктуации между состояниями включен-выключен в последовательно уменьшающихся в размерах транзисторах. Теория, известная как модель эластичного туннелирования, предсказывает, что по мере уменьшения транзисторов, частота флуктуаций должна соответственно возрастать.

Однако группа Кемпбела показала, что даже в нанометровых транзисторах частота флуктуаций остается без изменений. «Из этого следует, что теория, ранее объясняющая этот эффект, неверна, - сказал Кемпбел. – Модель была хороша при больших размерах транзисторов, но наши наблюдения ясно указывают, что она некорректна при нанометровых устройствах, к которым стремится индустрия».

Открытие особо важно для маломощных транзисторов, спрос на которые велик в высокотехнологичных потребительских устройствах, таких как ноутбуки. Такие транзисторы крайне желательны, поскольку построенные на них микросхемы будут потреблять меньше энергии. Это, в свою очередь, позволит мобильному телефону неделю работать без подзарядки, а сердечному стимулятору – десять лет не менять батарею.

Но Кемпбел говорит, что флуктуации, которые обнаружила его группа, растут более явно при уменьшении мощности. «Это настоящий барьер для разработок маломощных транзисторов, - говорит он. – Но прежде чем решить проблему, ее нужно понять – и, к сожалению, мы не знаем, что произойдет в действительности».

«Пятимерный» диск емкостью 2000 DVD

Создание футуристского диска емкостью в 2000 раз большей, чем современные DVD, может оказаться не за горами благодаря исследованиям, проводимым в Swinburne University of Technology в Австралии.

Впервые исследователи из университетского Центра микрофотоники под руководством Петера Зийлстра (Peter Zijlstra), д-ра Джеймса Чон (James Chon) и профессора Мин Гу (Min Gu) продемонстрировали, как нанотехнология может помочь в создании «пятимерных» дисков с огромной емкостью.

Исследователи смогли показать, как использование наноскопических частиц экспоненциально увеличивает количество данных, которое может вместить один диск без увеличения его размеров. Современные диски трехмерны, но использование наночастиц способно добавить спектральную (цветовую) размерность, а также поляризационную. Эти дополнительные размерности являются ключом для создания ультраемких дисков.

Для созданий «цветовой размерности» ученые расположили на поверхности диска золотые наностержни. Так как реакция наночастиц на свет зависит от их формы, то это позволило исследователям записать данные с помощью волн разной длины (цвета) на те же физические локусы диска.

При направлении на диск светового пучка вектор напряженности электрического поля направлен по длине наностержней. Это позволяет осуществлять запись данных на разных уровнях, на которых стержни располагаются под разными углами.

«Пятимерный» диск емкостью 2000 DVD

Имеется, конечно, ряд нерешенных проблем, в частности, скорость записи, но ученые уверены, что коммерческие продукты появятся через 5—10 лет.

Нанометровые магниты станут легче перемагничиваться

Устройства, известные как спиновые клапаны, применяются сегодня для изготовления магнитной памяти (MRAM), но такая память для конкурентоспособности должна обладать большей плотностью ячеек. Это может быть достигнуто при использовании нанометровых магнитов, для «опрокидывания» которых применяется поляризованный ток (известный также как перемещение спинов). Однако проблема заключается в том, что необходимые токи остаются достаточно большими. Теперь исследователям из Франции и США удалось снизить его значение до 120 мкА при комнатной температуре для устройств размером 45 нм.

Спиновые клапаны являются спинтронными устройствами, в которых спин электронов используется наряду с их зарядами. Обычно они представляют собой сэндвичи, в которых слой металла располагается между двумя ферромагнитными электродами. Перенос спина приводит к нескольким важным и наблюдаемым эффектам.

Один из наиболее хорошо известных состоит в том, что спин-поляризованный ток, текущий в нанометровых магнитах, взаимодействует с магнитами, передавая им большой крутящий момент. Это позволяет локально воздействовать на магнитные материалы более эффективно, чем посредством магнитных полей, особенно, если размеры устройств становятся малыми. В случае MRAM эффект может также помочь значительно снизить энергопотребление.

Однако имеется загвоздка: плотность токов для изменения направления намагниченности до настоящего времени была слишком велика, что не обеспечивало надежность устройств. Кроме того, интеграция устройств на базе спиновых клапанов с технологией КМОП также требовала более низких токов.

Ученым удалось решить эту проблему, изготовив спиновые клапаны размером 45 нм на базе многослойных кобальто-никелевых элементов. Поскольку эти устройства обладают перпендикулярной анизотропией, они теплоустойчивы и требуют для «опрокидывания» силы тока всего 120 мкА без приложения внешнего магнитного поля.

Загадка сверхпроводящих светодиодов объяснена

Вплоть до недавнего времени было непонятно, почему сверхпроводящие светодиоды ярче других.

Интуитивно ясно, что если сверхпроводник может проводить ток с нулевым сопротивлением, то и сверхпроводящие светодиоды могут излучать более эффективно. Но эти устройства не просто яркие, но настолько, что этого никто не мог объяснить, даже принимая во внимание сверхпроводимость. Теперь команда японских теоретиков, кажется, имеет ключ к разгадке этого явления.

История началась в прошлом году, когда японские исследователи построили устройство, чтобы изучить, каким образом куперовские пары в сверхпроводящем ниобии излучают свет при рекомбинации с дырками, генерируемыми в pn-переходе. К своему удивлению они обнаружили, что их сверхпроводящие светодиоды не только очень яркие, но превышают их оценки на порядок.

Теперь Ясухиро Асано (Yasuhiro Asano) из Университета Хоккайдо и несколько его коллег говорят, что явление может быть объяснено двумя специфическими эффектами второго порядка, которые совместно происходят только в сверхпроводниках. Так называемая «гигантская сила осциллятора» и резонансный эффект вдвоем способствуют намного большему, чем ожидалось, количеству куперовских пар комбинировать с дырками и генерировать фотоны.

Это интересно не только потому, что сверхпроводящие светодиоды будут яркими, но и потому, что куперовские пары могут также генерировать пары зацепленных фотонов. Это увеличивает возможность создания интенсивного источника зацепленных пар, которым физики еще не владеют, а также может быть полезным в области квантовых коммуникаций (квантовой телепортации).

 
 
IDC
Реклама

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