Науки о космосе

Поисками источников даровой энергии занялись инженеры Массачусетского университета в Амхерсте. Они представили новую конструкцию генератора чистой энергии, который построен на очевидных физических принципах и способен непрерывно вырабатывать электроэнергию из влажного воздуха. Работа базируется на эффекте, открытом в 2020 году, а физику процессов описывает модель конденсатора с утечкой тока. Инженеры уверены, что их генераторы смогут достичь киловаттной мощности, достаточной для большинства бытовых целей.

Черные дыры выбрасывают в окружающее пространство релятивистские струи плазмы, которые дают сильное радиоизлучение, а также эмитируют рентгеновское излучение. Американские астрофизики проанализировали архивные данные космической обсерватории Чандра и собрали статистику всех джетов, которые обсерватория наблюдала несколько раз. Обработка данных однозначно показала, что рентгеновское излучение от 30 до 100% джетов переменно и неоднородно вдоль длины джета. Ученые обсуждают две главные и принципиально разные модели явления, но не могут сделать однозначный выбор.

Физики Университета Констанца создали прибор, позволяющий увидеть экстремально быстрые процессы в оптоэлектронных приборах, лазерах, светодиодах, солнечных батареях и пр. Ученые модифицировали просвечивающий электронный микроскоп так, что он с аттосекундным разрешением фиксирует взаимодействие между светом и веществом в метаматериалах и материалах для нанофотоники. Физики провели эксперименты на наноостриях, диэлектрических резонаторах и наноантеннах, а об электромагнитных процессах в волноводных материалах сняли целый фильм. Приложения нового микроскопа широки и не ограничены фундаментальными исследованиями.

Пористый монтмориллонит Na_x(Al, Mg)_2-3Si₄O₁₀(OH)₂∙nH₂O способен сильно увеличивать свой объем и поглощать органические и неорганические соединения. Эту глину можно применять для доставки лекарств, очищения крови и желудочно-кишечного тракта от вредных веществ, выведения аллергенов, бактерий и вирусов из организма, поглощения тяжелых металлов и пр. Ученые из Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова РАН выяснили, как изменяются свойства синтетических монтмориллонитов в зависимости от условий их получения. Оказалось, их токсичность можно значительно снизить, если оптимизировать условия синтеза и правильно подобрать исходные вещества. Уже такие синтетические глины можно использовать в медицине.

Ученые МИФИ давно изучают гиперкубан (C₄₀H₂₄), которая имеет две оболочки, вложенные одна в другую. Форма молекулы похожа на проекцию четырехмерного куба на трехмерное пространство. Физики решили теоретически проверить, сможет ли молекула гиперкубана образовать кристаллы. Они провели квантово-механическое моделирование, построили структурные модели кристаллов и рассчитали их оптические свойства. Результаты превзошли все ожидания — две формы молекулы оказались полупроводниками, третья — проводником. Сейчас авторы работы оценивают возможности применения гиперкубанов в литий-ионных аккумуляторах.

Пекинские физики научились покрывать листовые материалы жидкими легкоплавкими соединения галлия, индия, висмута и олова. Избранный ими способ оказался неожиданно простым. Проводящая электрический ток бумага сохраняет механические свойства и легко складывается в разные объемные фигуры. Она имеет память формы, поэтому из нее можно изготовить разные электронные приборы, например приемные и передающие антенны. Сейчас инженеры заняты разработкой оборудования для массового производства.

С оксидом кремния дела на Земле обстоят неплохо — больше половины земной коры именно из него. И применяется он тоже весьма широко — в любом компьютере, в любом радиоприемнике и радиопередатчике, а в новом веке — в детекторах гравитационных волн. За какие заслуги и благодаря каким свойствам?

Обычная ультразвуковая диагностика не видит разницы между изначально жестким и механически напряженным объектом. Английские ученые придали УЗИ новое качество. Они создали метод определения напряжений в мягких объектах, в том числе во внутренних органах человека. Для этого передатчик посылает две поперечные звуковые волны в перпендикулярных направлениях, а датчики измеряют их скорости с помощью продольной волны, распространяющейся на три порядка быстрее. Метод облегчит диагностику внутренних органов, так как механические напряжения являются индикатором функциональных нарушений в них.

Американский химик и космолог выполнили и опубликовали в журнале Physical Review X пионерскую работу по применению в астрофизике галактик методов статистической механики сплошных сред. Для характеристики широкого диапазона микроструктур эта теория предлагает большой набор математических подходов, расчетных схем и вычислительных методов. В работе авторы вводят новые величины, характеризующие разномасштабное строение галактик. Статистика Вселенной дает коррелированный беспорядок, определенно не случайную структуру. Работа ставит новые вопросы и сужает требования к теории образования галактик.

Фосфорен, открытый девять лет назад, это голубой слой черного фосфора, толщиной в несколько атомных слоев. Немецкие физики построили теорию и разработали принципиально новый полевой транзистор на фосфорене, полупроводниковый монослой которого действует как токовый канал. Он помещен между двойными слоями металлического фосфорена, работающими как исток и сток. Характеристики транзистора превосходят приборы на других двумерных материалах, например монослое дисульфида молибдена.

Увеличить скорость получения изображений в оптическом микроскопе удалось китайским ученым. Их новейший метод представляет собой комбинацию двух ранее известных. Это микроскопия временного сжатия, которая позволяет повышать скорость записи изображений, и восстановление картинки с улучшенным пространственным разрешением с помощью искусственного интеллекта. При скорости съемки 1200 кадров в секунду физики достигали разрешения в 100 нанометров. Объектами служили флуоресцирующие капли размером в 100 мкм, взвешенные в дистиллированной воде.

Ученые давно научились захватывать мельчайшие частички вещества оптическим пинцетом. Недавно корейским физикам впервые удалось с его помощью кинуть и поймать отдельный атом рубидия. Со скоростью в десятки сантиметров в секунду он пролетал микронные расстояния, на порядки превышающие его собственные размеры. Экспериментаторы даже научились выстраивать атомы в ряды. При этом они достигали успеха в 94 случаях из 100. Исследование стало частью большого проекта, посвященного разработке кубитов для квантовых компьютеров.

В «Химии и жизни» было опубликовано несколько статей о проблеме перспективных школьных учебников по различным предметам. В части этих статей высказывалась мысль, что учебных курсов должно быть два — для всех, обязательный, и для интересующихся, курс по выбору.  Понятно желание включить в обязательный курс кусочек курса для интересующихся. Однако как это сделать? Как отворить калитку и показать немного науки? Речь пойдет о школьной физике. Но этот подход можно расширить на химию и биологию.

В Швейцарии впервые испытан лазерный навигатор для молнии.

Световые волны атомов стронция или иттербия позволяют точнее отмерять временные интервалы, чем микроволновое излучение цезия, которое пока служит стандартом для измерения времени. К 2030 году при переходе на световой стандарт времени человечеству придется найти способы синхронизировать часы по всей Земле и в ближайшем космосе. Очередной шаг к дальней сверке часов сделали китайские физики. С помощью переданного по воздуху лазерного излучения они смогли синхронизировать двое часов на расстоянии в 113 километров, что в семь раз больше предыдущего рекорда.

Вопрос о том, почему медведи непринужденно передвигаются по заснеженному льду, решила прояснить мультидисциплинарная команда исследователей. В сканирующем электронном микроскопе они изучали медвежьи лапы и их реплики. На подушечках лап есть кожные выросты в форме сосков размерами от миллиметра до его долей. Ученые построили характеристики шероховатости кожи в интервале от долей микрона до миллиметров. У белых медведей по сравнению с близкими родственниками соски в 1,2–1,5 раза длиннее. Модели подушечек с разной шероховатостью отпечатали на полимерах и протестировали их сцепление с заснеженным льдом.