Cпомощью графеновой пленки ученым удалось значительно ускорить расшифровку ДНК.

Графенявляется достаточно удивительным материалом, обладающим целым рядом необычных свойств. Около месяца назад мы рассказывали, как с помощью листов углерода одноатомной толщиныудалось получить самые сильные магнитные поля,как антисептические свойства графена позволяют использовать его в качествеперевязочного материала,и многое другое. Ученые Гарвардского университета и Массачусетского технологического института добавили еще один пункт в список практического использования свойств графена, на основе которого была разработана технология быстрой расшифровки последовательности ДНК.

Ученые"просверлили"в графеновой пленке отверстие размером всего в несколько нанометров. Графеновая пленка с такими отверстиями, называемыми нанопорами, был наложен на подложку из кремния и вставлен в качестве мембраны в специальный резервуар, разделив его на две части. Таким образом графеновая мембрана, толщиной меньше нанометра, явилась единственным разделителем, способным разделить жидкость в резервуаре и выдержать перепад давления, ведь известно, что графен является еще и наиболее прочным в мире материалом.

Поместив в два отделения резервуара электроды и подав на них напряжение, ученые инициировали прохождение электрического тока сквозь мембрану. При этом ионы, переносящие электрический заряд двигались через нанопоры. Когда сквозь нанопору начиналось движение длинной молекулы ДНК, которые были специально добавлены в один из резервуаров, они перекрывали путь потоку ионов, что, в свою очередь, вызывало изменения в значении силы тока, текущего от одного электрода к другому. Применив высокоточные измерительные приборы и математическую обработку полученных сигналов, удалось не только определить длину молекулы ДНК, но и идентифицировать последовательности молекулярных пар, составляющих последовательность ДНК.

Для практического применения нового метода еще предстоит решить ряд проблем, основной из которых является обеспечение постоянной скорости движения молекулы ДНК через нанопору. Но, как только эти проблемы будут разрешены, а это, по заверениям ученых произойдет в ближайшее время, появятся новые устройства, применение которых может ускорить и снизить стоимость полного анализа генома человека, который, как известно, является в настоящее время весьма дорогостоящим мероприятием.

Источник

Наножидкость - новое высокоэффективное средство для охлаждения горячих серверных процессоров.

В большинстве современных датацентров и помещений, где установлены многопроцессорные суперкомпьютеры, используются централизованные системы охлаждения, отводящие тепло от горячих электронных устройств. Большинство из таких систем в качестве теплоносителя использует обычную, хоть и специально подготовленную воду, немногореже используются специальные жидкости, имеющие более высокую, чем вода теплоемкость. Ученые из шведского Технологического института (Sweden's Institute of Technology) разработали на основе нанотехнологий новое решение, наножидкость, которая по своим теплотехническим характеристикам значительно превосходит воду и другие охлаждающие составы.

Наножидкость представляет собой воду с некоторым, достаточно небольшим количеством находящихся в ней наночастиц. Наночастицы рассеяны в общей массе воды таким образом, что это совершенно не сказывается на физических свойствах, таких как текучесть и вязкость. Зато теплоемкость такой наножидкости оказывается значительно выше, что означает, что эта жидкость в состоянии более эффективно, на 30-40%, отводить тепло от горячей электроники.

Исследователи, возглавляемые Мэмун Мухаммедом (Mamoun Muhammed), провели сотни экспериментов, в которых использовали наночастицы различных размеров и изготовленных из разных материалов. Как оказалось самый большой эффект увеличения теплоемкости вызывали наночастицы из окисей металлов, цинка и меди. В самом ближайшем времени ученые планируют испытать наножидкости, изготовленные на основе углеродных нанотрубок.

"Благодаря нашей технологии, компании, имеющие собственные суперкомпьютеры или датаценты, смогут существенно экономить средства, затрачиваемые на охлаждение, во-вторых, электронные устройства будут функционировать устойчивей и надежней при более низких температурах, что, вдобавок, положительно скажется на сроке их службы. Ив-третьих, эта технология внесет свой вклад в мировую экологию, позволяя сэкономить некоторое количество энергии"-рассказывает Mamoun Muhammed. -"Нам предстоит решить еще ряд задач, в частности подобрать оптимальную концентрацию наночастиц, содержащихся в жидкости. Когда это произойдет, а это может произойтив течение следующих 3-7 лет, охлаждающие системы на основе наножидкостей могут найти применение, как и в мощных суперкомпьютерах, так и в обычных настольных системах".

Источник

Исследователи создали первый опытный образец искусственной почки, пригодный для имплантации.

Уровень развития нанотехнологий, микроэлектроники и других технологий в последнее время поднялся настолько, что стала возможной реализация идей, которые ранее считались фантастическими. К этому разряду можно отнести и создание искусственных органов, которые с успехом могут заменить органы человеческого организма. Уже былисозданы искусственное сердце, печень и даже искусственные клетки головного мозга. На прошедшей неделе группа ученых из различных научных учреждений, возглавляемая профессором Шуво Роем (Shuvo Roy) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, объявили о создании первой в мире искусственной почки, которая в ближайшем будущемможет стать имплантируемым устройством.

Конечно, первый опытный образец этой искусственной почки, приводимый в действие электромеханической циркуляционной системой, имеет достаточно большие размеры для того, что бы стать имплантируемым устройством. Но такое устройство пока предназначено для клинического применения в случаях особо тяжелых заболеваний. Но разработчики этой искусственной почки считают, что применив технологии производства кремниевых электронных чипов, им удастся сократить размеры устройства для размера маленькой кофейной чашки, что уже сопоставимо с размерами обычной человеческой почки. Новый имплант будет использовать для фильтрации кровяное давление пациента, ане внешнюю циркуляционную систему, как это реализовано в опытном образце. Такой небольшой имплант может избавить тысячи людей с некоторыми заболеваниями почек отнеобходимости использования метода диализа во время ожидания донорской почки или вообще заменить вышедшую из строя почку.

Новая искусственная почка представляет собой двухступенчатую систему, первым очистительным этапом является"Биокатридж"(BioCartridge),состоящий из сотен тысяч наноразмерных фильтров, которые удаляют токсины из состава крови. Биореактор"HemoCartridge",имеющий трубчатую структуру, подражающую структуре почечных тканей, удаляет отходы метаболизма и выполняет балансирующую функцию, подобно настоящей живой почке человеческого организма.

По словам Шуво Роя, решение задачи создания искусственной почки, которая не была решена успешно до последнего момента, стало возможным только благодаря последним достижениям в области нанотехнологий, биотехнологий и других областей науки и техники.

Источник

Сетки из нанотрубок могут скрыть подводные лодки от гидроакустиков и сонаров противника.

Еще два года назад китайские ученые, покрыв одну сторону ткани тонким слоем нанотрубок, заставили эту ткань воспроизводить звуковые волны. Это была демонстрация технологии, позволяющей создавать звук на основе термоакустического эффекта, когда электрические импульсы, проходящие через нанотрубки, заставляли их нагреваться инагревать окружающий их воздух, что, в свою очередь создавало акустические волны. Американские ученые, взяв за основу эту идею, применили ее под водой, неожиданно получив технологию, с помощью которой подводники смогут обнаруживать другие подводные объекты, оставаясь при этом незамеченными.

Исследователь Али Алиев (Ali Aliev) и его коллеги из Техасского университета в Далласе, используя низкочастотные сигналы, созданные листами из нанотрубок, разработалиновую гидролокационную систему, с помощью которой можно определить местоположение, глубину и скорость подводных объектов. Так же эти листы из нанотрубок могут генерировать звуковые волны, которые будут подавлять шумы, вырабатываемые собственно подводной лодкой.

Основным препятствием, с которым пришлось столкнуться ученым, это то, что вода, в особенности морская, окисляет и разрушает нанотрубки, которые, вдобавок, могут бытьпросто порваны потоком воды при движении подводной лодки. Для предотвращения непосредственного контакта с водой ученые поместили листы из нанотрубок в капсулы изакустически прозрачного материала, которые выступили в качестве резонаторов, усиливающих звуковые колебания в 10 раз.

Так же ученые экспериментировали и с многослойными структурами. Как оказалось, наибольшей эффективностью обладает структура из двух слоев, электрические импульсына которые подаются поочередно с небольшой задержкой.

Результаты этих исследований были опубликованы в последнем выпуске журнала Nano Letters.

Источник

Использование плазмонных нанорезонаторов позволило создать дисплей с самой высокой на сегодняшний день разрешающей способностью.

Согласно информации, опубликованной исследователями из Мичиганского университета, тончайшие полоски металла, использованные в качестве плазмонных нанорезонаторов, позволили им создать крошечный дисплей, имеющий самую высокую на сегодняшний момент разрешающую способность. В качестве доказательства этого факта они вывелина этот дисплей логотип Мичиганского университета высотой всего 9 микрон, который можно увидеть на предоставленном снимке.

Каждый пиксел этого плазмонного нанорезонаторного дисплея имеет размер на порядок меньший, чем пикселы обычных дисплеев, так же пиксел нового дисплея в восемь разменьше пиксела одного из наиболее качественных современных дисплеев, дисплея мобильного телефона iPhone 4.

Этот дисплей состоит из двух листов металла, между которыми находится тончайший слой диэлектрика. В этой многослойной структуре с помощью лазера сделаны очень точные разрезы, которые действуют как резонаторы. Свет с любой длиной волны, попадающий в эти резонаторы, преобразуется в свет со строго определенной длиной волны. Длина волны преобразованного резонатором света напрямую зависит от толщины разреза, разрез толщиной в 360 нанометров будет излучать красный свет, а толщиной 270 нанометров, соответственно, зеленый свет. Это устраняет необходимость использования поляризаторов, цветных фильтров, стекла и жидких кристаллов, которые являются основойлюбого жидкокристаллического дисплея.

Новая технология является наиболее подходящей технологией для создания проекционных экранов, миниатюрных экранов для различной электронной техники и микроминиатюрных гибких экранов, которые без труда можно будет встраивать даже прямо в глаз человека.

Я думаю, что не стоит и упоминать о том, что самыми первыми в разработке таких устройств заинтересованы военные. В подтверждение вышесказанного следует сообщить о том, что данные исследования выполнялись учеными под совместным финансированием Управления научных исследований ВВС США (Air Force Office of Scientific Research) и Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA.

Источник

Новая технология производства позволяет придать нанотрубкам практически любую форму.

Углеродные нанотрубки, несмотря на все технические достижения, сделанные с их помощью, выглядят достаточно уныло и однообразно, рассматривая их под микроскопом можно увидеть только темные трубы различной длины. Ученые Мичиганского университета, разработали новый процесс выращивания нанотрубок, названный"капиллярным формированием",используя который можно вырастить углеродные нанотрубки различной формы, напоминающие закрученные шпили, концентрические кольца и изогнутые лепестки. И дело здесь заключается совсем не в эстетике, хотя формы таких нанотрубок выглядят немного фантастически, все дело состоит в том, что нанотрубки, имеющие сложную трехмерную форму могут стать огромным прорывом в области разработки микроустройств и наноматериалов.

"Достаточно просто получать прямые углеродные трубки, это делается весьма простым способом"-рассказывает профессор Мичиганского университета А. Джон Харт (Prof. A. John Hart). -"Ранее было совершенно невозможно придать им произвольную, более сложную, форму. Но ведь создание сложных пространственных структур является одной из главных целейнанотехнологий и нанопроизводства. Метод капиллярного формирования может быть применен к производству различных типов нанотрубок и нанопроводников, не только углеродных, но и из других материалов. А его относительная простота и масштабируемость делает его вполне приемлемым для промышленного производства".

Процесс капиллярного формирования нанотрубок начинается с нанесения на кремниевую подложку рисунка из тонкой металлической пленки, который служит шаблоном и катализатором для выращивания нанотрубки. Форма этого рисунка и определяет форму нанотрубок, которые вырастут на его основании. Затем положка с нанесенным рисунком нагревается в специальной печи до высокой температуры, атмосфера в этой печи представляет собой смесь различных углеводородных соединений. Газообразные углеводороды, под воздействием высокой температуры и каталитического действия металла, распадаются на составные части. Высвобождающийся углерод осаждается на поверхностькатализатора, начиная процесс формирования новой нанотрубки, которая продолжает расти вверх от подложки.

По завершению выращивания нанотрубок до необходимой длины, положка вместе с нанотрубками помещается в среду кипящего ацетона, который под воздействием капиллярных сил проникает внутрь созданных структур, заставляя их сгибаться и скручиваться в сложные трехмерные формы."Мы обнаружили, что изначальная форма шаблона влияет не только на форму выращиваемых нанотрубок, она влияет также на то, каким образом капиллярные силы будут воздействовать на нанотрубки. Одна форма вызовет изгиб, другая форма вызовет скручивание и т.д. А комбинируя формы шаблонов, мы можем создавать очень сложные формы нанотрубок"-поясняет Джон Харт.

Используя новый метод производства можно получать большие партии нанотрубок заданной формы за один раз. Ученые считают, что это позволит сильно двинуть вперед область нанотехнологий и обеспечит появление новых микроустройств, метаматериалов и легких конструкционных материалов для самолетов и космических кораблей будущего.

Подробные результаты этих исследований были опубликованы в последнем выпуске журнала Advanced Materials.

Источник

Ученые разработали метод, с помощью которого можно определить то, как нанотехнологии будут влиять на человеческий организм.

Быстрое развитие области нанотехнологий заставляет задуматься некоторых ученых, в частности медиков, так ли безвредны нанотехнологии для человеческого организма? Ведь наночастицы, нанотрубки и нанопленки с химической точки зрения ведут себя совершенно иначе, чем частицы обычных размеров из того же самого материала. Именнопоэтому достаточно сложно предугадать, что именно может вызвать, и какие последствия будет иметь попадание наноматериалов внутрь биологических систем, включая и организма человека. Решение этой задачи позволит поднять уровень экологической безопасности при производстве и обработке наноматериалов, а так же при использовании наноматериалов в медицинских целях.

Исследователи из университета штата Северная Каролина (North Carolina State University), доктор Джим Ривир (Dr. Jim Riviere), доктор Нэнси Монтейро-Ривир (Dr. Nancy Monteiro-Riviere ) и доктор Ксин-Руй Ксиа (Dr. Xin-Rui Xia) начали разрабатывать метод, с помощью которого можно рассчитать биологические и химические характеристики различных наночастиц и других наноматериалов, инструмент, с помощью которого другие ученые смогут увидеть, как будут действовать различные наноматериалы в случае, если они попадут внутрь человеческогоорганизма.

Доктор Джим Ривир рассказывает:"Мы хотим создать универсальный метод, который достаточно точно с биологической точки зрения сможет определить, как наноматериалы будут влиять на клетки живых организмов. Когда наноматериал попадает внутрь организма, он немедленно связывается с различными белками и аминокислотами, что может привести к коренному изменению свойств наноматериала".Изменения свойств наноматериала могут идти в двух направлениях, уменьшая или увеличивая токсичность материала, положительно или отрицательно влияя на способности наночастиц доставлять лекарственные препараты к месту назначения.

Для создания новой методики исследователи использовали ряд различных химических препаратов для исследования свойств поверхности различных наночастиц, которые проводились по методам, разработанным доктором Ксин-Руй Ксиа. Размеры наночастиц и особенности их поверхности определяют ряд материалов, с которыми эти частицы способны образовать соединения. Как только эти данные стали известны ученые сформировали ряд шаблонов, с помощью которых уже можно достаточно точно сказать как эта наночастица будет взаимодействовать с различными биологическими объектами, включая клетки человеческого организма.

"Такой анализ позволит ученым, какие из наночастиц будут безвредными, и даже полезными, для человеческого организма, и какие из них могут быть опасными для людей и окружающей среды"-добавил доктор Ривир. -"Мы надеемся, что это позволит нам избежать в будущем непредвиденных и разрушительных проблем, связанных с нанотехнологиями".

Более подробно результаты этих исследований будут опубликованы в выпуске журнала Nature Nanotechnology, который увидит свет 23 августа 2010 года.

Источник

Новые литий-ионные аккумуляторы для микроустройств будут меньше кристаллика соли.

Разработка разнообразных электрических и электромеханических устройств микро- и наноуровня в последнее время благодаря использованию новейших технологий приобретает лавинообразных характер. Но, представьте себе миниатюрное устройство скрытого наблюдения, размером с муху, которое для функционирования требует наличия часовой аккумуляторной батареи, согласитесь, такое устройство имеет очень мало шансов на успешное будущее. Именно поэтому Управление перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA финансирует научно-исследовательский проект, конечной целью которого является разработка крошечной аккумуляторной батареи, имеющей существенную электрическую емкость и по размерам не превышающую крупицу мелкой соли.

Создание такого аккумулятора становится возможной благодаря разработке Джейн Чанга (Jane Chang), ученой и инженера из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая является новым типом электролита, физически текучего, благодаря чему он может использоваться в крошечных батареях."С новым электролитом мы пытаемся достигнуть таких же значений плотности энергии, какие присутствуют в современных литий-ионных аккумуляторах"-рассказала Джейн Чанг. Новые аккумуляторные батареи представляют собой упорядоченную структуру, состоящую из микростолбиков и нанопроводников, заполненную алюмосиликатом лития, который является электролитическим материалом. Структура материала рассчитана таким образом, кто получается максимальное отношение общей площади к объему аккумулятора. Токопроводящим основанием, соединяющим воедино все эти микростолбики, является слой лития, толщиной всего в несколько атомов, нанесенный на материал подложки диффузионным методом.

Можно сказать, что один этап процесса создания миниатюрных аккумуляторов уже пройден, создан подходящий для таких аккумуляторов электролит и разработана конструкция электродов аккумулятора. Но до создания первого функционирующего прототипа ученым еще предстоит решить ряд проблем, заключающихся в миниатюрности конструкции аккумулятора в целом.

Результаты этой работы были представлены на проходившем на прошлой неделе в Альбукерке международном научном симпозиуме AVS 57th International Symposium&Exhibition.

Источник

"Чайный пакетик",изготовленный на основе нанотехнологий - новое средство для очистки воды.

Проблема чистой воды известна многим людям, которым по долгу службы приходится работать в удаленных районах с дефицитом воды, к таким людям можно отнести ученых-геологов, археологов и многих других. Да и в некоторых районах земного шара чистая питьевая вода ценится буквально на вес золота. За все время уже было придумано множество различных методов очистки воды, начиная от химических методов и заканчивая механической фильтрацией, но все эти методы далеки от совершенства и наносят вред организму человека за счет активных химических веществ, попадающих в воду, или требуют достаточно громоздкого оборудования. Исследователи из университета Штелленбоша в Южной Африке создали уникальный очиститель воды, своеобразный"чайный пакетик",изготовленный на основе нанотехнологий, который может очистить воду от бактерий и загрязнителей, сделав ее пригодной для питья.

В качестве оболочки этого пакетика используется такой же материал, как и в обычных пакетах для заваривания чая. Но начинка пакетика-фильтра совершенно иная, пакетик начинен смесью ультратонких углеродных волокон и нанотрубок с крошечными углеродными гранулами. Углеродные нанотрубки и волокна,обладающие ярко выраженными антисептическими свойствами,убивают болезнетворные бактерии и другие микроорганизмы, находящиеся в воде, а угольные гранулы выполняют роль фильтра, сорбирующего механические и химические примеси, растворенные в воде.

Все, что должен сделать человек - просто поместить пакетик в бутылку с водой, закупорив им горлышко бутылки, создав таким образом своеобразный фильтр, сквозь который будет проходить вода. Один такой пакетик, стоимостью в половину американского цента, может качественно отфильтровать около одного литра воды. Так что, будем надеяться, что нанотехнологии, которые все шире внедряются в нашу жизнь, помогут облегчить участь миллионов людей на земном шаре, снабдив их безопасной питьевой водой.

Источник

Самокалибрующиеся электромеханические устройства - основа для создания сверхточных датчиков прямо на электронном чипе.

Микроэлектромеханические системы и устройства (Micro Electromechanical Systems, MEMS) являются очень перспективным направлением, которое сможет преобразить некоторые области высоких технологий будущего. Но, MEMS имеют один существенный недостаток, в настоящее время являющийся основным тормозом применения этой технологии. Этим недостатком MEMS является их невысокая точность, вытекающая из того, что в настоящее время еще нет технологий, с помощью которых можно производить микроскопические объекты однойи той же формы, сохраняя при этом заданные размеры. Так же невысокой точности датчиков на основе MEMS способствует тот факт, что сейчас еще не найдены или не реализованы методы измерения микроскопических значений, таких как сила, расстояние, скорость, что влечет за собой отсутствие единых стандартов. Теперь же, благодаря работе группы исследователей из университета Пурду, эта ситуация может измениться. Ученым удалось разработать и изготовить первые образцы MEMS, которые обладают функцией самокалибровки. Такая уникальная функция позволит этим MEMS стать основой для создания широкого спектра различных сверточных датчиков, которые найдут применение в самых различных областях, от медицинских до военных разработок.

Погрешность и точность MEMS определяется их миниатюрными размерами и точностью технологий, с помощью которых они были изготовлены. В таких микроскопических масштабах, размеры MEMS обычно равны нескольким миллиардным частям метра, при производстве невозможно гарантировать, что все экземпляры MEMS имеют одинаковую форму и размеры. Таким образом, измерительные устройства, в качестве датчиков которых выступают различные MEMS, должны использовать функцию калибровки, с помощью чего будет производиться компенсация измеряемого значения в зависимости от особенностей каждого экземпляра MEMS. Но, как уже упоминалось ранее, в настоящее время еще нет стандартов иметодик, с помощью которых можно оказать на MEMS воздействие заданной величины и измерить получаемый результат.

Первым шагом технологии, называемой микроэлектро метрологией (electro micro metrology, EMM), стала методика, разработанная учеными университета Пурду, с помощью которой можно очень точно измерить значение силы, прикладываемой к MEMS, что в свою очередь, позволяет выполнять калибровку измерительного устройства. В состав EMM так же будут входить методики измерения электрических характеристик MEMS, времени хранения электрического заряда и другие механические и электрические свойства MEMS. При этом, такие измерительные и калибровочные устройства могут располагаться прямо на электронном чипе в непосредственной близости от MEMS для того, что бы постоянно выполнять калибровку датчика MEMS, характеристики которого могут изменяться в течение времени под влиянием факторов окружающей среды, среди которых такие факторы, как температура,давление, освещенность и другие.

Такой симбиоз MEMS и системы калибровки станет основой для создания дешевых датчиков прямо на кристалле чипа, которые будут обладать сверхвысокой точностью. Такие датчики станут основой для создания различного рода химических и биологических детекторов, мощных научных лабораторных инструментов, с помощью которых такие области как биотехнологии и нанотехнологии станут развиваться более быстрыми темпами.

Источник

С помощью углеродных трубок удалось создать водяную систему охлаждения для компьютеров, не использующую насос или помпу.

Проблема нагрева компьютерных чипов известна практически всем, так же известно, что при повышении тактовых частот уровень тепловыделения значительно растет и дляохлаждения таких чипов уже используют системы водяного охлаждения, которые имеют большую эффективность, чем воздушные системы. Исследователи университета Пурду(Purdue University) разработали систему водяного охлаждения горячей электроники, основой которой являются углеродные нанотрубки. Благодаря использованию нанотрубок, представляющих собой микроскопические капилляры, по которым движется вода, новая система охлаждения не нуждается в насосе или помпе, которые заставляют циркулироватьводу в традиционных системах водяного охлаждения.

В разработанной конструкции охладителя вода играет роль хладагента, подобно фреону в холодильных установках. Из-за малого диаметра капилляров, около 50 нм, в роли которых выступают углеродные нанотрубки, вода, проходящая сквозь них, полностью испаряется, снимая с чипа, таким образом, большее количество тепла. Избыточное давление получившегося пара, который затем конденсируется в холодильнике, и является той движущей силой, которая заставляет циркулировать воду по всей системе охлаждения.

Эта система охлаждения является уже не первой системой, разработанной учеными университета Пурду для охлаждения горячей электроники. Некоторое время назад уже была разработана система воздушного охлаждения, поверхность радиаторов которого представляла собой"лес"из углеродных нанотрубок. Благодаря этому эффективная площадь радиаторов увеличивалась в несколько сотен раз, позволяя системе сбрасывать в воздух большое количество тепла и повышая тем самым ее эффективность.

Ученые из университета Пурду проводят вышеуказанные исследования по заказу и под финансированием Управления перспективных исследовательских программ ПентагонаDARPA. Вместе с учеными над созданием высокоэффективных систем охлаждения работают специалисты известных оборонных компаний, таких как Raytheon, Thermacore Inc. и Georgia Tech

Источник

Напряжения в графеновой пленке позволят создать магнитные поля, более сильные чем созданные когда-либо ранее.

Ученые, изучающие свойства экзотического материала, графена, в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, сделали открытие, которое проливает новый свет на явление электромагнетизма, не говоря уже о новых неизвестных ранее свойствах графена. Согласно данным, опубликованным в последнем издании журнала Science, механические напряжения, искусственно создаваемые в структуре графена, приводят к появлению локальных сильнейших магнитных полей, напряженность которых во много раз превышает напряженность магнитных полей, получаемых когда-либо ранее в лабораторных условиях.

Когда графеновая пленка подвергается растяжению таким образом, что в ее структуре формируются крошечные вздутия наноразмера, электроны в этих областях ведут себятаким образом, будто они находятся под воздействием сильнейшего магнитного поля. Майкл Кромми (Michael Crommie), старший научный сотрудник подразделения материаловедения Национальной лаборатории Лоуренса и преподаватель физики в Калифорнийском университете в Беркли, утверждает, что обнаруженный ими эффект является совершенно новым физическим явлением, не имеющим аналога при использовании других плотных материалов.

Магнитные поля изучаются учеными уже более ста лет, рекорд напряженности искусственно созданного магнитного поля в настоящий момент составляет 85Тесла(единица измерения напряженности магнитного поля, названная в честь ученого Николы Теслы), полученных в течении всего нескольких тысячных долей секунды.

В новых исследования, проводимых под руководством Майкла Кромми, электроны в графене вели себя таким образом, будто бы на них воздействовало магнитное поле напряженностью в 300 Тесла. Полученный эффект настолько силен, что он наблюдается даже при комнатной температуре. На сайте лаборатории Лоуренса можно ознакомиться сболее подробным описанием сделанного открытия.

Ученые, сделавшие это открытие считают, что оно может привести к появлению совершенно новых видов электронных и магнитных устройств, использующих механические напряжения в графене для управления движением электронов и прохождения электрического тока.

Источник

Квантовый торнадо будет крутить колеса наномеханизмов и наноустройств.

Охотникам за ураганами, ищущим следующий объект для изучения, торнадо, вероятно, придется покинуть долину Tornado Alley и выдвинуться в направлении ближайшего электронного микроскопа. Ведь команде ученых из Антверпенского университета (University of Antwerpen) и Венского технического университета (TU Vienna) удалось получить миниатюрный квантовый торнадо, заставив вращаться луч электронов, подобный лучу, используемому в электронных микроскопах. Подробные результаты этих исследований были опубликованыв последнем выпуске журнала Nature.

До последнего времени еще никому не удавалось создать"вихревые"лучи света или другого излучения, несмотря на то, что исследования в этой области проводились различными группами ученых. Для чего же это нужно? Ответ прост - вращающийся поток, подобно вращающемуся потоку воздуха торнадо, может использоваться для того, что бы привести в движение наночастицы или крутить крошечные колеса микроскопических двигателей наномеханизмов.

Команда ученых, возглавляемая профессором Петером Шатчнайдером (Peter Schattschneider), создала квантовый торнадо, пропуская плоский электронный луч сквозь платиновый экран специальной формы, размером всего в несколько миллионных долей милиметра. Когда луч проходил сквозь решетку он распадался, дифрагировал, на три луча, один из которых вращался направо, второй - налево, а третий не вращался совсем. После этого, сложив снова эти три луча, ученым удалось получить вихрящийся электронный луч. Изменяя форму и шаг дифракционной решетки, ученым удалось добиться того, что можно было управлять интенсивностью каждого из трех результирующих лучей, делая его сильнее,чем остальные два.

Источник

Новый тип энергонезависимой памяти - гибкие мемристоры на основе графена.

Согласно информации, опубликованной в онлайн-издании Nano Letters, южнокорейские ученые из научно-исследовательского института электроники и телекоммуникаций в Тэджоне, создали новый вид энергонезависимой памяти на основе мемристоров, при этом процесс изготовления и структура элементов таких мемристоров позволяю наносить их нагибкую подложку. Только, в отличие отпредыдущих подобных образцов гибкой памяти на основе мемристоров,мемристоры новой памяти изготовлены не из оксида титана, а из пленки оксида графена. Использование мемристоров в качестве ячеек хранения информации позволит разработать новые устройства хранения информации, с большей плотностью записи, более дешевые и потребляющее незначительное количество энергии, а гибкость новых устройств позволит использовать их в составе электронных устройств, являющихся частью бытовых предметов или одежды.

Мемристор представляет собой электронный элемент, который меняет свое сопротивление при прохождении через него электрического тока определенной величины. Свойство мемристоров сохранять значение сопротивления после того, как подача тока прекращена, делает его идеальным элементом для хранения дискретной информации. Впервые идея мемристоров была предложена еще в 1971 году, но только два года назад компания Hewlett Packard воплотила эту идею в жизнь, изготовив первый образец энергонезависимойпамяти на их основе. Компания Hewlett Packard планирует доработать свою технологию и выпустить первые коммерческие образцы мемристорной памяти через три года.

Конструкция памяти на основе мемристоров компании Hewlett Packard представляет собой решетку их тонких проводников. Пересечения этой решетки, заполненные оксидом титана, и являются собственно мемристорами. Корейская память имеет подобную структуру, только с одним отличием, окись титана заменена на тончайшие пленки из окиси графена, зажатые между алюминиевыми проводниками шириной 50 микрометров. Опытный образец, продемонстрированный учеными содержал 25 мемристоров, расположенных в пересечениях решетки, составленной из 5 вертикальных и 5 горизонтальных проводников.

Несмотря на то, что размеры мемристоров, разработанных корейцами, превышают размеры мемристоров компании Hewlett Packard приблизительно в 1000 раз, они более просты в производстве, которое, к тому же, использует доступные и дешевые материалы. Поэтому новые мемристоры вряд ли будут использоваться для создания устройств энергонезависимой памяти с высокой плотность записти, их намного практичней будет использовать в составе недорогих и простых гибких электронных устройств, которые в ближайшем времени станут неотъемлемой частью многих бытовых предметов и одежды.

Источник

С помощью лазера и крошечных графеновых пластин был установлен рекорд скорости вращения - 60 миллионов оборотов в минуту.

Ученым из Университета Мэриленда в Колледж-Парке (University of Maryland at College Park) с помощью лазера удалось заставить вращаться плавающие в вакууме крошечные частицы графена. При этом, измеренная скорость вращения составила невероятное значение - 60 миллионов оборотов в минуту, это самая быстрая скорость вращения макроскопических объектов, когда-либо измеренная учеными. Принимая во внимание высокую прочность графена, ученые рассчитали, что достигнутая скорость вращения составляет всего тысячнуючасть от максимальной скорости, с которой можно заставить вращаться графеновые частицы, не разрушив их при этом центробежными силами.

Графен является углеродом, имеющим кристаллическую структуру толщиной всего в один атом. Немного повторяясь, напомню, что графен обладает рядом уникальных электрических, химических и физических свойств. Он проводит электричество гораздо лучше некоторых металлов при комнатной температуре и обладает потрясающей физической прочностью. К примеру, для того, что бы пробить графеновую пленку толщиной с лист бумаги потребуется усилие в 2.5 тонны. Графену уже пророчат использование в качествеантибактериального материала, в аккумуляторных батареях, способных заряжаться за несколько секунд, в инновационных осветительных приборах и во многих других областях.

Для установления рекорда скорости вращения ученый Брюс Кэйн (Bruce Kane) использовал графеновые частицы по форме приближенные к диску, размером около одного микрометра. Эти частицы были подвешены в пространстве под воздействием электрического поля внутри вакуумной камеры. После этого на них было оказано воздействие модулированным и поляризованным лучом лазерного света, который выполнял роль двигателя, раскручивающего эти частицы. Измеряя частоту биений между частотой модуляции лазерного света и частотой отраженного от частиц света, ученым удалось достаточно точно определить скорость вращения частиц графена в вакууме, которая и составила рекордное на настоящий момент значение.

Конечно, пока еще совершенно не ясно, какое же может быть практическое применение у результатов данных исследований. Но, принимая во внимание тот факт, что практическое использование графена как материала только начинается, подобные исследования и их результаты могут натолкнуть ученых на изобретение чего-нибудь более практичного.

Источник

Micronium -музыка целого оркестра на микроскопическом уровне.

Microniumявляется самым миниатюрным музыкальным инструментом в настоящее время, его размеры настолько малы, что лилипуты из"Путешествия Гулливера"тоже не смогли бы взять этот инструмент в свои крошечные руки. Этот музыкальный инструмент состоит из микроскопических струн, которые, активизируясь специальнымигребнями, могут воспроизвести звук слышимого диапазона. Один мини-чип содержит шесть звуковых систем, способных воспроизводить определенную тональность, а сотни таких мини-чипов, объединенные на одном кремниевом кристалле, могут воспроизводить звук в диапазоне, воспроизводимом целым оркестром музыкальных инструментов.

Microniumпредставляет собой сложную микроэлектромеханическую систему (Micro-Electromechanical Systems, MEMS), его создателями является группа студентов из Института нанотехнологий MESA+ университета Твенте (MESA+ Institute for Nanotechnology at the University of Twente). Травление крошечных струн, диаметром в десятки раз тоньше человеческого волоса, и дальнейшее изготовление этих устройств производилось внутри"чистой комнаты",там же собранное устройство было помещено внутрь вакуумного сосуда для того, что бы никакие пылинки или частицы, находящиеся в воздухе, не могли повлиять на качество воспроизводимого звука.

Колебания струн устройства, имеющих различную длину, составляют всего порядка нескольких микрометров. Для дальнейшего воспроизведения снимаемые сигналы усиливаются в несколько тысяч раз, превращаясь в звук, который уже можно услышать через обычные динамики. Собранное устройство подключается к компьютеру через стандартныйинтерфейс MIDI, таким образом, используя компьютер и клавиатуру синтезатора можно запрограммировать и заставить это устройство воспроизвести музыку любого уровнясложности, от простейших мелодий, до сложнейших классических композиций в исполнении симфонического оркестра.

Впервые этот миниатюрный музыкальный инструмент, Micronium, был продемонстрирован на конференции по микромеханике, проходившей две недели назад в Энсхеде (conference on micromechanics in the Atak music venue in Enschede). Никто из разработчиков системы не рискнул похвастаться своими музыкальными навыками перед публикой. Зато, под управлением компьютера с помощью Micronium было исполнено музыкальное произведение"Impromptu No. 1 for Micronium",написанное одним из студентов-музыкантов.

Источник

Нано-гироскопы позволят работать мобильным программам навигации под землей и в закрытых помещениях.

Израильские ученые создали миниатюрные оптические гироскопы, которые по размеру являются самыми маленькими из гироскопов, когда-либо создаваемых людьми. Помимо того, что размер этих устройств сопоставим с размерами песчинки, их точность в сотни раз выше, чем точность твердотельных полупроводниковых гироскопов, установленных в некоторых моделях мобильных телефонов, в частности iPhone. Оптические гироскопы - понятие не новое, они уже достаточно широко используются в навигации судов, самолетов и космических аппаратов. Благодаря использованию принципа инерционной навигации, измеряя вращение, скорость и линейное ускорение движущегося объекта с помощью оптического гироскопа, системы инерционной навигации способны очень точно определить текущее положение объекта независимо от наличия внешних точек привязки,таких как спутники GPS. Но, современные оптические гироскопы достаточно громоздки, весят порядка 1-1.5 кг. и потребляют относительно большое количество энергии.

"Создание миниатюрных оптических гироскопов стало возможным благодаря изобретению полупроводниковых лазеров, имеющих размеры в несколько микрометров"-рассказывает Коби Шеуер (Koby Scheuer), преподаватель из Тель-авивского университета и один из разработчиков. -"Новые гироскопы настолько компактны, что их без всякого труда можно интегрировать внутрь любых мобильных устройств и даже в кристаллы электронных чипов. Использование гироскопов позволит работать навигационной системе даже в том случае, если вы находитесь под землей, в закрытом помещении, везде, где невозможен прием сигналов спутников GPS. А это, согласитесь, гораздо проще и дешевле, чем отслеживать удары молний и по ним определять свое местоположение, как этособираются делать американские военные".

Означает ли появление таких устройств реализацию мечты руководства американских ВВС, которые собираются полностью отказаться от использования GPS? Конечно, нет, одним из недостатков принципа инерционной навигации является необходимость определения точного местоположения начальной точки, точки, от которой начинается расчетпути с помощью гироскопов. Но, появление таких гироскопов в смартфонах и навигаторах, которые не заменяют, а дополняют систему GPS, позволят существенно улучшить функции навигационных систем.

Источник