Используя специальные кристаллы, исследователи сделали невидимой … скрепку для бумаг.

Исследователи уже достаточно долго бьются над решением проблемы создания невидимости, с помощью которой можно будет оптически скрыть объекты в широком диапазонедлин волн света. Использование покрытий из различных материалов, различных сложных форм и сложных композитных материалов, так называемых метаматериалов, давало некоторые положительные результаты, но в подавляющем большинстве случаев невидимость проявлялось только в пределах микроскопических размеров и очень узкой части спектра, порой очень далекой от спектра видимого света. Ученые двух независимых лабораторий, одной в Бирмингемском университете в Великобритании, другой в Массачусетском технологическом институте, успешно использовали кристаллы кальцита естественного происхождения для сокрытия достаточно больших объектов, видимых невооруженным взглядом, во всем спектре видимого света.

Кальцит это кристаллическая форма карбоната кальция, широко распространенная в природе. У этого материала есть ряд уникальных оптических свойств в области преломления лучей света и поляризации. В экспериментах обоих лабораторий ученые использовали сложную согласованную оптическую систему, изготовленную из склеенных кристаллов кальцита, имеющих противоположные направления оптической оси кристалла. Окруженные такими кристаллами объекты, металлическая дробинка, размером с горошинку черного перца, и скрепка для бумаги, стали полностью невидимыми. Кристаллы отразили и преломили проходящий свет таким образом, что объект, находящийся на пути света, полностью скрывался.

Сами исследователи признают, что данная технология получения невидимости является в настоящее время весьма ограниченной, с ее помощью можно скрыть только те предметы, которые умещаются внутрь кристалла. Но ученые из Массачусетского технологического института утверждают, что у них есть идеи, как с помощью кристаллов кальцитаможно будет скрыть объекты любых размеров. Вполне вероятно, что именно кальцит естественного или искусственного происхождения может стать основой для создания новых метаматериалов, с помощью которых удастся реализовать полноценную невидимость.

Источник

У электричества появился родственник -"магнетричество".

Команде ученых-физиков удалось в объеме небольшого кристалла, длиной около одного сантиметра, создать раздельные магнитные"заряды",северные и южные магнитные полюса, и заставить их течь в нужном направлении. Эти движущиеся магнитные заряды ведут себя почти таким же образом, как и электрическиезаряды, переносимые электронами, текущие по проводникам и элементам электронных схем. Сделанное открытие, вероятно, может быть использовано для развития области"магнетроники",смежной с областью электроники, но использующей для своей работы движение магнитных зарядов.

Известно, что обычные магниты всегда имеют два полюса - южный и северный. Даже если разделить магнит на несколько частей, каждая из этих частей будет иметь два разных полюса. Но магнитные молекулы материала, называемогоспиновым льдом(spin ice),имеют форму нескольких соединенным между собой треугольных пирамид, которая не позволяет им упорядочиваться таким образом, что бы стать классическим магнитом с двумя разными полюсами. В большинстве случаев молекула спинового льда представляет собой два магнита, обращенные внутрь одноименными полюсами.

Еще в 2009 году Стивен Брэмвелл (Steven Bramwell), ученый-физик из Университетского колледжа Лондона (University College of London), обнаружил, что иногда молекулы спинового льда разрушаются."Дипольная молекула раскалывается, образуя две молекулы, обладающие свойствами монополя"-рассказывает он. Эти две монопольные части молекулы могут перемещаться от одной молекулы к другой, вызывая цепную реакцию разрушения.

Некоторые из ученых подвергли сомнению правомерность использования понятия"монополь".Это понятие, введенное в 1931 году в область теоретической физики Полом Дирэком, традиционно связывают с космическими монополями, которые, как считается, были созданы во время Большого Взрыва."Реальный монополь является обособленным магнитным зарядом, способным существовать только в вакууме"-утверждает Михаэль Бониц (Michael Bonitz), физик из Института Теоретической Физики и Астрофизики в Киле, Германия. -"А то, что получили эти ученые, является всего лишь сложной системой конденсированного вещества".

Тем не менее, в пределах кристалла спинового льда эти блуждающие магнитные полюса ведут себя в точности как монополи, перенося магнитные заряды. Поведение и взаимодействие этих зарядов вполне предсказуемо, оно полностью подчиняется физическому закону, который описывает взаимодействие электрических зарядов, закону Кулона. Используя короткие импульсы магнитного поля, Брэмвелл и его команда нашли способ создания и управления упорядоченными потоками магнитных зарядов - так называемого"магнетричества".Эти потоки, циркулирующие внутри кристалла в течение длительного времени, ведущие себя подобно электрическому току, могут стать основой для создания совершенно нового типа приборов, устройств и породить совершенно новую область - магнетронику. Конечно, это произойдет не сегодня и даже не завтра с учетом того, что сейчас все эти процессы проявляются только внутри кристаллов и при температурах, близких к температуре абсолютного нуля.

Источник

Рентгеновский лазер высветил чудеса микромира.

Ученые, используя сверхкороткие импульсы рентгеновского излучения, полученные с помощью самого мощного на сегодняшний день электронного лазера (Free Electron Laser, FEL) LinacCoherent Light Source, получили снимки живых вирусов и составили трехмерные изображения некоторых видов белков, замороженных внутри наноразмерных кристаллов. Эта технология в подробностях описана в журнале Nature от 3 февраля 2011 года, а приведенные здесь изображения - это первые изображения живых биологических объектов, полученные с помощью рентгеновского лазера.

"Разработанная технология позволяет нам видеть вещи, которые были раньше невидимыми"-рассказывает Марвин Сеиберт (Marvin Seibert), физик их Стэнфордского университета, один из соавторов исследований. -"Самой важной частью этой технологии является то, что ученые будут в состоянии увидеть форму и строения молекул новых белков и других биологических соединений".

Для получения трехмерного изображения молекулы белка исследователи помещают молекулы в специально выращиваемый кристалл и помещают это потом под рентгеновский микроскоп."Выращивание подобных кристаллов само по себе уже тянет на Нобелевскую премию"-утверждает Сеиберт. До настоящего времени ученым удалось получить трехмерные изображения всего лишь шести видов белков, составляющих клеточную мембрану, это при учете того, что их общее количество превышает 30 тысяч.

Для получения изображений с помощью луча рентгеновского лазера, находящегося в лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory, исследователи распыляли кристаллы с замороженными вирусами и белками на пути луча мощнейшего луча рентгеновского излучения. Согласно имеющейся информации, использованный рентгеновский лазер по"яркости"превосходил в миллиард раз все созданные до этого такие лазеры. Импульс лазера длился одну квадрильоннную секунды ( десять в минус двадцать четвертой степени ), рассеиваясь от препятствия за то время пока само препятствие просто не испарялось.

С помощью специальной камеры делалась запись образцов отраженного рентгеновского излучения, на основании которых можно восстановить форму объекта. А комбинации тысяч таких снимков позволяют построить подробную трехмерную модель объектов сложнейших форм. К примеру, что бы сделать изображение белка, используемого в процессефотосинтеза, которое приведено на первом снимке, исследователи сделали около трех миллионов снимков, из которых были отобраны 10 тысяч наиболее качественных.

На втором снимке показан один из снимков, на основании которых ученые собираются построить модель самого большого из известных вирусов, мимивируса (Mimivirus), которыйявляется настолько большим, что может быть сам заражен другими, более мелкими вирусами.

Источник

Впервые ученым удалось непосредственно увидеть атом водорода.

Японские ученые объявили о том, что им, впервые в мире, удалось осуществить непосредственное наблюдение атомов водорода. Водород имеет атомное число 1, атом водорода имеет диаметр около 0.1 нм, что делает его самым маленьким атомом из всех элементов периодической системы Менделеева. Сделанное учеными достижение, как ожидается,позволит ускорить научные исследования в области технологий хранения водорода, изготовления полупроводниковых устройств из кремния и других материалов.

Для проведения таких наблюдений ученым пришлось сделать ряд улучшений в конструкции электронного микроскопа ARABF-STEM, который является достаточно новой разработкойи функционирует с 2009 года. Основной доработке подверглась фокусирующая линза микроскопа ARABF-STEM, ее угол отклонения был скорректирован таким образом, что бы обеспечить разрешающую способность в 0.1 ангстрема (1 ангстрем = 0.1 нм).

После доработок электронного микроскопа ученые поместили в его поле зрения кристалл гидрида ванадия (VH2). Ванадий является металлом, активно сорбирующим водород, атомы которого помещаются в пространстве между узлами кристаллической решетки ванадия. Благодаря высокой разрешающей способности усовершенствованного электронного микроскопа ARABF-STEM на полученных снимках можно было четко различить атомы ванадия (помечены на снимке зеленым цветом) и атомы водорода (помечены синим цветом).

В более ранних исследованиях, проведенных в мае 2010 года, ученые из Токийского университета и компании Toyota Motor Corp наблюдали в электронный микроскоп кристалл окиси сплава лития и кобальта LiCoO2, материала, выступающего в роли положительного электрода литий-ионных аккумуляторных батарей. Тогда ученым, хоть и с большим трудом, удалось различить на снимках атомы лития, имеющих атомное число 3, атомы кислорода и кобальта, конечно, удалось идентифицировать без труда.

Результаты исследований были опубликованы Обществом прикладной физики Японии (Japan Society of Applied Physics, JSAP) в онлайн-версии английского журнала"Applied Physics Express (APEX)"от 5 ноября 2010 года.

Источник