Сайт учителя физики

Ученые создали облако из атомов, не имеющих традиционных физических свойств

Tory — Sat, 07 May 2016 05:18:09 GMT

Объекты, находящиеся в реальном физическом мире, окружающем нас с вами, обладают свойствами независимо друг от друга и вне зависимости от того, наблюдаемы мы за этими объектами или нет. Как-то Альберт Эйнштейн спросил, существует ли Луна даже тогда, когда на нее никто не смотрит? И ответ на этот вопрос весьма очевиден - да. Однако, такая очевидная уверенность является ошибочной в призрачном мире маленьких элементарных частиц, поведение которых описывается законами квантовой механики. Местоположение, скорость, магнитный момент и момент вращения частицы могут быть совершенно неопределенными, более того, эти характеристики могут проявляться только в момент их измерений или зависеть от квантового состояния других частиц.

Если принять во внимание недостоверное предположение о том, что атомы обладают некими параметрами независимо от измерений этих параметров и не зависят друг от друга, то можно вывести так называемое неравенство Белла (теорему Белла). Однако, эти уравнения описывают то, что свойства атомов, находящихся в определенном квантовом состоянии взаимосвязаны и это называется корреляцией Белла. Теорема Белла также определяет, что свойства атома проявляются лишь в момент измерения этого свойства, в любое другие время они не только неизвестны, их даже не существует как класса.

Группа исследователей из университета Базеля (University of Basel), возглавляемая профессорами Николасом Сэнгоуардом (Nicolas Sangouard) и Филиппом Треутлейном (Philipp Treutlein), работая совместно с коллегами из Сингапура, впервые наблюдала явление корреляции Белла в большой квантовой системе, состоящей из 480 атомов конденсата Бозе-Эйнштейна. Подобные наблюдения проводились и ранее, но в них было задействовано очень малое количество квантовых частиц, четыре фотона света в одном случае и 14 атомов во втором случае. А в данном случае результаты экспериментов указывают на то, что специфичные квантовые эффекты проявляются должным образом и в больших квантовых системах.

Для наблюдения эффекта корреляции Белла в большой квантовой системе ученым потребовалось сначала разработать новый метод, который не требует измерений свойств какой-либо отдельно взятой частицы, такое попросту невозможно на нынешнем уровне развития науки и техники. В этом деле ученым помогло еще одно уравнение из серии неравенств Белла, которое было открыто не так давно. Ученые создали облако из атомов, которые были охлаждены при помощи лазерного света до температуры, на несколько тысячных долей градуса превышающей температуру абсолютного нуля.

Атомы в таком облаке постоянно сталкиваются и между их магнитными моментами возникает явление квантовой запутанности. Когда количество запутанных атомов достигает определенной величины, то можно обнаружить эффекты влияния корреляции Белла. "Можно предположить, что случайные столкновения атомов только увеличивают количество хаоса в системе" - рассказывает Роман Шмид (Roman Schmied), ведущий исследователь, - "Однако, квантово-механические свойства этих атомов становятся запутанными настолько, что это нарушает классическую статистику".

В созданном учеными конденсате Бозе-Эйнштейна каждый из атомов переведен в состояние квантовой суперпозиции. Такие атомы запутываются путем столкновений, в результате чего ученые имеют возможность рассчитать, сколько из атомов продолжают оставаться в состоянии суперпозиции. Отношение атомов, сохранивших и утерявших свое изначальное состояние, изменяется неопределенным образом от эксперимента к эксперименту. А когда отношение падает ниже некоего предела, становится ясным то, что атомы будто бы предварительно "согласовались" с результатами измерений их параметров, и такое "согласование" достаточно точно описывается корреляцией Белла.

Проделанная учеными работа имеет пока больше всего чисто теоретическое значение, но в будущем она может открыть новые возможности для реализации множества квантовых технологий, к примеру, для генерации случайных чисел, безопасных квантовых коммуникаций и квантовых вычислений. "Корреляции Белла в системах, состоящих из большого числа квантовых частиц - это пока еще совершенно неизведанная область, в которой имеется масса нерешенных вопросов" - рассказывает Роман Шмид, - "Проводя наши эксперименты, мы входим в область обширного "белого пятна" на карте знаний о физике окружающего нас мира".

dailytechinfo.org

Ученым удалось синтезировать первые образцы карбина - самого прочного и твердого материала на сегодняшний день

Tory — Wed, 27 Apr 2016 08:21:09 GMT

Несколько лет назад ученые путем расчетов сложных математических моделей определили свойства экзотической формы углерода, получившей название карбин (Carbyne), и выяснили, что прочность и твердость этого материала должна превосходить аналогичные свойства всех других известных материалов, включая графен и углеродные нанотрубки. И лишь недавно ученым из Венского университета (University of Vienna), Австрия, удалось получить в своей лаборатории первые стабильные образцы этого нового материала.

Следует отметить, что попытки синтеза образцов карбина уже предпринимались в прошлом, но они закончились безуспешно из-за некоторых особенностей строения кристаллической решетки материала. Карбин - это длинная одномерная цепочка атомов углерода, в которой один атом связан лишь с двумя соседними, и такая структура делает материал достаточно реактивным, сразу после синтеза этот материал быстро разрушается.

Австралийские исследователи нашли способ избежать спонтанного разрушения карбина. Они взяли два графеновых "листа", положили их друг на друга и "свернули" это все, получив нантрубку с двойными стенами. Эта нанотрубка представляет собой нечто вроде графенового "термоса" для процесса синтеза карбина. Процесс синтеза нового материала, проведенный внутри такой графеновой защиты, дал желаемые результаты и нить карбина осталась в стабильном состоянии.

Во время первых попыток синтеза карбина ученым удавалось связать в цепочку 100 атомов углерода. Но по мере совершенствования навыков и технологий это количество увеличилось, последние синтезированные цепочки состояли уже из 6400 атомов и ученые утверждают, что использование графенового "термоса-реактора" позволяет им синтезировать карбиновые цепочки сколь угодно большой длины.

В настоящее время ученым еще неизвестно сколь полезным во всех отношениях является экзотический материал, который должен постоянно находиться в защитной графеновой оболочке. Но ученые из других групп уже проявили интерес к новому материала и скоро начнется процесс изучения свойств карбина, который имеет большую твердость, нежели графен или алмаз, и большую прочность, нежели любой другой из известных материалов.

dailytechinfo.org

Графеновое покрытие позволит извлечь энергию из дождевых капель

Tory — Sun, 24 Apr 2016 07:41:05 GMT

Благодаря специальному покрытию на основе графена солнечные батареи смогут вырабатывать электрическую энергию не только во время ясной солнечной погоды, но и во время дождя. Дождь вообще является полезным явлением для солнечных батарей, он смывает накапливающуюся на их поверхности пыль и грязь, блокирующие лучи солнечного света, что увеличивает эффективность солнечных электростанций. Тем не менее, количество энергии, вырабатываемое этими электростанциями, напрямую зависит от количества падающего на батареи света и в дождливый или облачный день такие электростанции вырабатывают совсем незначительное количество энергии.

Китайские исследователи задались вопросом создания "всепогодных" солнечных батарей. "Мы хотели разработать батарею, которая вырабатывает энергию и во время солнечного дня, и во время дождя" - рассказывает Кунвей Тань (Qunwei Tang), ученый-материаловед из китайского Океанического университета (Ocean University of China) в Циндао.

Каким же образом можно получить энергию из дождевых капель? Оказывается, дождевая вода далеко не чиста, в ней содержатся растворенные соли, которые разделяются на отрицательные и положительные ионы. И для того, чтобы использовать эту химию в своих интересах китайские ученые обратились к графену, форме углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину. Электроны в графене могут притянуть положительно заряженные ионы натрия, кальция, аммония и другие. В результате этого образуются раздельные насыщенные положительными и отрицательными ионами слои, которые действуют как обкладки конденсатора, в котором уже содержится какой-то электрический заряд.

Испытания такого графенового покрытия ученые провели на тонкопленочной батарее, на которой помимо основных элементов были напечатаны дополнительные элементы из "графеновой" краски и проводников из оксида олова-индия. В результате этого, такая солнечная батарея смога продемонстрировать эффективность преобразования света в электричество на уровне 6.53 процента, что ненамного хуже эффективности такой батареи без дополнительного покрытия. Однако, эта батарея оказалась способна произвести потенциал в несколько сотен микровольт под воздействием чуть солоноватой воды, которая по составу приближалась к обычной дождевой воде.

"Солнечные батареи будущего поколения будут способны вырабатывать энергию при любой погоде" - заявил Кунвей Тань, - "А в ближайшем будущем мы займемся исследованиями, направленными на то, чтобы можно было в своих целях использовать энергию и более тяжелых ионов, находящихся в дождевой воде. И это позволит в несколько раз увеличить количество энергии, получаемой батареями во время дождя, ведь концентрация таких ионов в дождевой воде достаточно велика".

dailytechinfo.org

Установлен новый рекорд скорости движения на магнитной подушке

Tory — Sat, 23 Apr 2016 14:30:38 GMT

846-й Испытательный Эскадрон (846th Test Squadron) ВВС США установил новый мировой рекорд по скорости движения транспортного средства на магнитной подушке (MagLev). Во время последних испытаний, которые проводились в прошлом месяце на полигоне базы ВВС США Холломан (Holloman Air Force Base) в Нью-Мексико, тележка с установленными на ней реактивными двигателями развила скорость в 825.6 километра в час (513 миль в час) во время первого заезда, а в ходе очередного заезда, который был проведен спустя несколько дней, ей удалось набрать рекордную скорость в 1018.7 километра в час (633 мили в час).

Тележка, вес которой составляет 907 килограмм (2000 фунтов) двигалась по треку, длиной 640 метров. Для того, чтобы набрать рекордную скорость на таком коротком участке, ей приходилось развивать ускорение 282.85 метра за секунду в квадрате. Следует отметить, что обладателем предыдущего рекорда, который составлял 820.7 километров в час (510 миль в час) и который был установлен несколько лет назад, является все тоже самое подразделение ВВС США.

"Сегодня мы развили самую большую скорость транспортного средства на магнитной подушке" - рассказывает подполковник Шон Моргенштерн (Lt. Col. Shawn Morgenstern), командир 846-го Эскадрона, - "В среду нам удалось разогнать его до 513 миль в час, а сегодня мы разогнали его до 633 миль в час. И в обоих случаях мы побили собственный рекорд в 510 миль в час, который был установлен еще в 2013 году".

Процедуры подготовки к рекордным запускам проводились военными в течение шести месяцев. Особо тщательное внимание было уделено ориентации и взаимному расположению электромагнитов трека, обмотки которых были охлаждены до температуры в 4 градуса Кельвина при помощи жидкого гелия.

Следует отметить, что проведение таких скоростных запусков делается военными далеко не ради развлечения или установления новых рекордов. Во время этих запусков проводятся испытания различных систем военного назначения в условиях, очень близких к условиям их реального применения.

"Система на магнитной подушке позволяет выполнить испытания систем не подвергая их воздействию сильной вибрации, которая так или иначе возникнет при движении со столь большим ускорением и скоростью даже по самой гладкой поверхности" - рассказывает подполковник Моргенштерн, - "Испытываемые нами системы являются чувствительными к внешним воздействиям компонентами различных видов вооружения, и у нас они подвергаются воздействиям, очень близким к тем, которые они будут испытывать при реальном применении".

В недалеком будущем инженеры 846-го Эскадрона планируют усовершенствовать конструкцию тележки, использовав в ней более легкие материалы. И это позволит "обновленной" тележке на магнитной подушке развить еще большую скорость и установить очередной мировой рекорд.

Ученые обнаружили новое состояние материи, проявляющееся в двумерных материалах

Tory — Mon, 18 Apr 2016 18:57:23 GMT

Международная группа исследователей, в состав которой входили исследователи из Кембриджского университета, обнаружила доказательства существования необычного и загадочного состояния материи, проявляющегося в материале одноатомной толщины. Это состояние, известное под названием квантовой спиновой жидкости, было предсказано в теории в 1973 году, а первые проявления материи, находящейся в этом состоянии внутри обычных неплоских материалов были получены экспериментальным путем в 2012 году. Появление квантовой спиновой жидкости обуславливается "жидким" поведением спинов (моментов вращения) частиц, и ученые считают, что в материи, находящееся в таком состоянии, электроны, считавшиеся ранее неделимыми частицами, расщепляются на меньшие части.

Исследовательская группа использовала двухмерный материал, структура которого напоминает структуру графена. И, при помощи некоторых уловок, в этом материале были зарегистрированы четкие подписи присутствия так называемых майорановских фермионов. Результаты этого эксперимента, объединенные с некоторыми основными квантовыми теориями, указывают на присутствие квантовой спиновой жидкости, соответствующей теоретической модели Китаева.

В среде обычного магнитного материала электроны ведут себя подобно крошечным магнитам. Когда такие материала охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, направления всех "электронных магнитов" упорядочиваются и указывают в одном направлении. В материале, содержащем квантовую спиновую жидкость, даже при охлаждении, направления магнитных моментов не выравниваются и это обуславливается влиянием квантовых колебаний.

В экспериментах, которые проводились при участии ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж, ученые использовали технологии рассеивания нейтронов для получения данных о фракционализации электронов в двухмерных кристаллах хлорида рутения (RuCl3). Этот метод заключается в исследовании магнитных свойств кристаллов путем их "освещения" потоком нейтронов и регистрации ряби, подобной интерференционной ряби, которую создают на поверхности датчика отклонившиеся от своего пути нейтроны.

Обычный магнитный материал оставил бы на поверхности датчика маленькое пятно от нейтронов с четкими границами. Однако, наличие квантовой спиновой жидкости и майорановских фермионов в материале приводит к рассеиванию нейтронного луча. Именно это зарегистрировали ученые и полученные ими результаты отлично вписываются в существующие теоретические модели, что можно считать достаточно убедительным доказательство факта существования квантовой спиновой жидкости в двумерных материалах.

Наблюдение весьма интригующего явления раскола электронов, называемого фракционализацией, в реальном двумерном материале может стать основой для технологий генерации и практического использования майорановских фермионов. Эти квазичастицы, состоящие из "обломков" электронов в данном случае, могут стать основой квантовых компьютеров, квантовых коммуникационных устройств и других технологий, которые невозможно реализовать другими путями.

"Это является важным шагом к пониманию нами природы квантовой материи" - пишут исследователи, - "И наблюдение за материей, находящейся в новом квантовом состоянии - это не просто забава, это дает нам в руки массу возможностей и массу новых технологий".

dailytechinfo.org

Российские ученые разработали безопасную квантовую коммуникационную систему дальнего действия

Tory — Sat, 16 Apr 2016 19:43:42 GMT

Область информационной безопасности становится все актуальней с каждым днем. Если немногим ранее этой области уделяли внимание только крупные компании, банки и государственные организации, то сейчас информационной безопасностью занимаются специалисты предприятий малого бизнеса и даже индивидуальные пользователи. Однако, используемые сейчас алгоритмы шифрования несовершенны, независимо от сложности и запутанности алгоритма, его взлом является лишь делом времени в случае успешного перехвата зашифрованных данных.

Кроме стандартных алгоритмов шифрования на свете существуют квантовые алгоритмы, которые защищают передаваемую информацию при помощи причудливых законов квантовой механики. Именно эти законы делают передачу данных неуязвимой для внешнего перехвата. Квантовая информация переносится при помощи отдельных фотонов света, она искажается и теряется безвозвратно в случае любой попытки ее перехвата. Поэтому обе передающие и принимающие стороны моментально будут поставлены в известность при попытке перехвата даже единственного бита информации.

Исследователи из Центра квантовой информатики Международного института фотоники и оптических информационных технологий Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики (ИТМО), работавшие совместно с учеными из университета Хериот-Уотта (Heriot-Watt University) в Эдинбурге, разработали новый принцип эффективного получения и распределения квантовых битов, битов, несущих квантовую информацию. Созданная ими на основе этого коммуникационная система является первой российской системой, способной конкурировать с наилучшими зарубежными аналогами, ведь она позволяет передавать квантовую информацию по оптоволокну на расстояние до 250 километров.

"Для передачи квантовой информации мы используем так называемые боковые полосы частот" - рассказывает Артур Глейм, глава Квантового информационного центра ИТМО, - "Данный уникальный подход дает нам множество преимуществ, таких, как упрощение архитектуры аппаратных средств и большая пропускная способность квантового коммуникационного канала. С точки зрения скорости и дальности передачи наша система сопоставима с абсолютными рекордсменами среди имеющихся подобных зарубежных систем".

Для того, чтобы закодировать квантовую информацию, лазерный свет направляется в устройство, называемое электрооптическим фазовым модулятором. В этом модуляторе основная несущая частота, частота испускаемого лазером света, расщепляется на несколько различных фиксированных частот. Фотоны с отдельными частотами проходят через этапы квантовой обработки, и все это снова собирается в один луч, передаваемый по оптическому волокну. Практически такая же самая обработка выполняется и на втором конце оптического кабеля, только по относительному смещению фаз волн света с различными частотами производится декодирование содержащейся в свете квантовой информации, которая сейчас используется для передачи квантового ключа шифрования.

Созданные российскими учеными аппаратные средства квантовой коммуникационной системы обеспечивают высокую стабильность относительных фаз передаваемых оптических сигналов. "Все оптические сигналы, проходящие через волокно, подвергаются случайным искажениям" - рассказывает Олег Банник, один из исследователей, - "Но эти искажения всегда идентичны, их нетрудно выявить и компенсировать аппаратно на уровне демодулятора приемника".

Следует отметить, что аппаратные части новой системы обеспечивают одновременную передачу нескольких квантовых каналов по одному оптическому волокну, обеспечивают одновременную передачу в пределах одного волокна как квантовых каналов, так и обычных каналов. Более того, оборудование новой квантовой системы полностью совместимо с существующим коммуникационным оборудованием и для практического внедрения безопасных квантовых коммуникаций не потребуется прокладки новых оптических линий и других элементов инфраструктуры, тянущих за собой большие капиталовложения.

В настоящее время российские ученые перешли к реализации более масштабной идеи, к созданию квантовой коммуникационной системы, способной производить и распределять не только квантовые ключи шифрования, но и передавать в квантовом виде полезную информацию.

dailytechinfo.org

Звезды - источник происхождения золота и других тяжелых элементов во Вселенной

Tory — Fri, 15 Apr 2016 15:52:55 GMT

Если вы считаете, что источником происхождения золота, из которого сделано ваше кольцо или часы, является шахта в одном из уголков Земного шара, то вы заблуждаетесь. В данном случае надо глядеть гораздо дальше и не только по расстоянию, но назад во времени. Исследователи из Мичиганского университета и их коллеги из Технического университета Дармштадта, Германия, создали математическую модель, дающую подсказки касательно происхождения всех тяжелых элементов, из которых состоит все видимое нам в доступной части Вселенной.

В настоящее время существуют две теории, описывающие процессы образования тяжелых элементов. Первая - это сверхновая звезда, массивная звезда, которая подошла к концу цикла своей жизни и взорвалась, разрушив себя своей же гравитацией. Вторым источником тяжелых элементов могут стать столкновения нейтронных звезд, когда две маленькие и невероятно плотные звезды сталкиваются, извергая в окружающее пространство огромное количество энергии и материи.

"В настоящее время никто не знает точного ответа на данный вопрос" - рассказывает Витольд Назаревич (Witold Nazarewicz), профессор из Мичиганского университета, - "Разработанная нами математическая модель позволяет свести воедино результаты некоторых практических наблюдений и теорию, давая подсказки относительно происхождения тяжелых элементов".

Используя множество данных, собранных практическим путем и рассчитанных, согласно имеющимся теориям, ученые смогли смоделировать процессы формирования тяжелых элементов в обоих указанных выше случаях, при взрывах сверхновых и во время столкновений нейтронных звезд. К сожалению, результаты расчетов этой модели так и не позволили ученым сделать окончательный выбор в пользу одного из двух вариантов.

"Наша работа является работой из той области, где математические модели неплохо указывают направление для проведения дальнейших исследований" - рассказывает профессор Назаревич, - "А практическая сторона наших исследований будет выполнена при помощи нового средства FRIB (Facility for Rare Isotope Beams), на котором мы будем искать критические области, области с подходящим набором параметров окружающей среды при которых идут процессы синтеза тяжелых элементов. И полученные нами экспериментальные данные позволят компенсировать неточности математических моделей".

Установка FRIB, которая сейчас создается усилиями ученых и инженеров Мичиганского университета, будет способна производить и сталкивать лучи, состоящие из разогнанных до высоких энергий ядер атомов редких изотопов. Экзотические ядерные реакции и реакции распада позволят ученым открыть массу новых неизвестных свойств редких изотопов и лучше понять некоторые процессы из области ядерной физики, ядерной астрофизики. А некоторые из полученных результатов могут найти практическое применение в медицинских технологиях, в промышленности и в системах безопасности.

dailytechinfo.org

Физики нарушили законы природы

Tory — Tue, 12 Apr 2016 10:28:21 GMT

Физики из Хьюстонского университета обнаружили отклонения от общепринятой теории критических состояний, которая описывает, как сверхпроводники «ловят» и удерживают в себе магнитные поля. Такие проводники сами приобретают свойства магнитов. Результаты исследования опубликованы в Journal of Applied Physics.

Как правило, производительность устройства, основанного на магнитах, улучшается с увеличением силы магнита. Если, например, магнит в 25 раз сильнее, то производительность может повысится до 25-625 раз. Очень многообещающими являются сверхпроводники, которые способны вести себя, как магниты, однако их использование сдерживается проблемой генерации в них магнитного поля.

После того, как сверхпроводник охлаждается до крайне низких температур, его помещают в импульсное электромагнитное поле, после чего он сам приобретает свойства магнита. Для того, чтобы сверхпроводник «поймал» столько поля, сколько возможно, последнее должно быть более чем в 3 раза сильнее, чем результирующее поле сверхпроводника. Так, по крайней мере, предсказывает теория критических состояний.

По словам ученых, это существенно ограничивает применимость сверхпроводящих магнитов. Так как трудно и дорого производить поля более чем в 12 Тесла, то сила сверхпроводящих магнитов ограничится в этом случае 3,75 Тесла.

В своем исследовании физики обнаружили, что при определенных значениях электромагнитного импульса внешнего поля возникают отклонения от предсказаний теории. Это выражается в совершенно ином распределении силы электромагнитного поля сверхпроводника, иными словами, происходят ее скачки, а не устойчивый и медленный рост. Это позволяет создать сверхпроводящие магниты с силой в 12 Тесла.

Ученые полагают, что их открытие позволит заменить применяющиеся в рентгеновских аппаратах сверхпроводящие магниты стоимостью в тысячу долларов, их куда более дешевым аналогом в 300 долларов. Область применения таких магнитов очень широка: от сепаратора красных кровяных телец до автоматизированной системы стыковки космических аппаратов.

lenta.ru

Физики описали рождение облачных капель

Tory — Sat, 26 Mar 2016 19:06:06 GMT

Физики из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) обнаружили новый механизм, который объясняет рождение капель в облаках и может влиять на построение современных климатических моделей Земли. Ученые также прояснили роль органических аэрозолей в этом процессе. Исследование авторов опубликовано в журнале Science.

Водяные капли образуются при конденсации пара на аэрозольных частицах в условиях низкого давления (на больших высотах). Конденсаты формируют капли или кристаллы льда, совокупности которых впоследствии образуют облака. Аэрозоли выступают центрами конденсации пара, а динамика процесса определяется силами поверхностного натяжения.

Физики провели эксперимент, по итогам которого создали модель, описывающую рождение капель в облаках атмосферы. Опыты ученых включали в себя условия, которые имеют место в воздушной оболочке Земли при формировании капель и облаков (аэрозольные частицы, холодный воздух и солнечный свет).

Физики определили область параметров, при которых начинается формирование капли, в частности, критическое значение количества водяного пара, необходимого для конденсации воды. Главный вывод ученых заключается в выяснении роли органических и неорганических аэрозолей в процессе формирования капель (в опыте — дикарбоновых кислот и сульфата аммония соответственно).

Ученые показали, что формирование крупных капель (отмечены красным цветом на рисунке) происходит, когда органические аэрозоли присутствуют на поверхности капли, а не растворяются внутри нее. В ходе экспериментов ученые наблюдали рождение капель, которые оказались на 50-60 процентов крупнее предсказываемых стандартными моделями.

Размер капель влияет на их яркость: большое число мелких капель сильнее отражает солнечный свет (и, следовательно, не дает Земле нагреться), чем такое же количество более крупных капель. В качестве органических аэрозолей выступают многие антропогенные соединения, в частности, продукты сжигания нефти. Исследование ученых необходимо для лучшего прогнозирования изменения климата на планете.

lenta.ru

Создано гибкое покрытие с элементами из жидкого металла, поглощающее радиоволны и скрывающее объекты от радаров

Tory — Fri, 25 Mar 2016 18:34:56 GMT

Инженеры из университета Айовы (Iowa State University) разработали новый тип гибкого и эластичного покрытия, структура которого содержит множество маленьких элементов, изготовленных из жидкого металлического сплава, которое с высокой эффективностью поглощает радиоволны определенного диапазона и скрывает объекты от "зоркого глаза" радаров. Название этого покрытия, "метакожа", является производным от термина метаматериалы, которые являются искусственными материалами, обладающими свойствами, которыми не обладает ни один из материалов естественного происхождения. Элементы нового метаматериала позволяют ему влиять на распространение радиоволн, а растяжение или сокращение эластичного покрытия позволяет изменить частоту, на которой покрытие демонстрирует максимальную эффективность поглощения.

"Мы считаем, что данная технология найдет применение не только в стелс-технологиях. При помощи подобного подхода можно будет создавать элементы радиоустройств, которые позволяют управлять распространением радиосигналов, фокусировать, рассеивать их и подавлять нежелательные сигналы" - написали исследователи.

Ключевым моментом нового покрытия является упорядоченная решетка кольцевых резонаторов, заключенных между слоями эластичного силикона. Элементы этих резонаторов состоят из галинстана (galinstan), металлического сплава, которой находится в жидком состоянии при комнатной температуре и который менее токсичен, нежели другие жидкие металлы, такие, как ртуть. Резонаторы представляют собой маленькие кольца с внешним радиусом в 2.5 миллиметра и толщиной около половины миллиметра. Они имеют миллиметровый промежуток, представляя собой изогнутый участок жидкометаллического проводника.

Кольца представляют собой катушки индуктивности, а промежутки - электрические конденсаторы. Вместе эти два элемента представляют собой колебательный контур, который поглощает с максимальной эффективностью радиоволны, частота которых совпадает с резонансной частотой контура. Растяжение материала приводит к изменению геометрических размеров элементов колебательного контура, что приводит к изменению его резонансной частоты.

Проведенные испытания показали, что уровень подавления сигнала радара таким покрытием составляет 75 процентов в диапазоне от 8 до 10 ГГц. Когда скрываемый объект обернут в покрытие из такой кожи, подавление осуществляется во всех направлениях и относительно всех углов падения радиоволн на поверхность объекта.

"Технология "метакожи" кардинально отличается от других стелс-технологий, которые работают за счет уменьшения эффективной отражающей площади. Новое покрытие попросту уменьшает количество энергии радиоволн, отраженных объектом обратно к радару".

"Нашей дальнейшей целью является сокращение размеров элементов резонансных контуров и покрытия в целом" - пишут исследователи, - "Кроме этого, уменьшение размеров будет означать перемещение зоны эффективной работы покрытия в более высокочастотную область и мы надеемся забраться в диапазоны видимого и инфракрасного света. Это может стать возможным благодаря применению самых последних достижений в области нанопроизводства и если нам удастся сделать все это, мы получим плащ-невидимку, работающий не только в радиодиапазоне, но и в оптическом диапазоне тоже".

dailytechinfo.org