Журнал «Компьютерра» № 17 от 09 мая 2006 года
Шрифт:
В Англии разработан водородный топливный элемент, который не нуждается в электродах, содержащих дорогие металлы платиновой группы. В обычных топливных элементах они катализируют реакцию окисления водорода, иначе говоря – процесс расщепления его атомов на протоны и электроны. Водород и кислород поступают из отдельных резервуаров к аноду и катоду, между которыми находится электролит, обеспечивающий пространственное разделение процессов окисления и восстановления. Высвобожденные электроны уходят в электрическую цепь и возвращаются к катоду, где вместе с протонами соединяются с кислородом и образуют воду.
Химики из Оксфордского университета нашли
Экспериментальный образец, построенный под руководством профессора Фрейзера Армстронга (Fraser Armstrong), чрезвычайно прост. Это закрытый стеклянный контейнер, содержащий обычный воздух, обогащенный водородом. Внутри контейнера находятся покрытые ферментами электроды, замкнутые на внешнюю нагрузку. Опытная установка дает напряжение 0,7 вольта, которого достаточно для питания часов с цифровым дисплеем. – А.Л.
Многообещающую технологию интеграции лазеров в кремниевые чипы удалось разработать ученым из Университета Торонто. Излучающая пленка из полупроводниковых нанокристаллов может быть нанесена практически на любую подложку простым высушиванием взвеси наночастиц.
Как известно, проблема передачи информации внутри кремниевых чипов и между различными микросхемами в компьютере является одним из узких мест, препятствующих дальнейшему прогрессу микроэлектроники. Медные проводники близки к исчерпанию своих возможностей – они сильно нагреваются и вносят большие задержки. Но заменить их на оптические волокна для фотонов или на волноводы для поверхностных плазмонов пока мешает, в частности, отсутствие лазеров, которые можно было бы эффективно встраивать в кремниевые чипы.
Кремний плохо приспособлен для излучения света, и несмотря на значительные усилия по созданию кремниевого лазера и даже некоторый прогресс в этой области, тут пока все еще слишком далеко от практических приложений. А обычные лазеры из других полупроводников вроде арсенида галлия трудно встроить в кремниевый чип из-за различий в свойствах кристаллической решетки полупроводников.
Не исключено, что новая разработка поможет решить эту проблемы. Ученые изготовили суспензию из наночастиц сульфида свинца в гексане. Такие наночастицы размером несколько нанометров можно сделать практически одинаковыми. Их размер во многом и будет определять длину волны излучаемого света. Наночастицы играют роль квантовых точек, возбуждаясь и излучая подобно отдельным атомам. При диаметре частицы сульфида свинца 4,5 нм лазер излучает на привычной для телекоммуникаций длине волны в 1,5 мкм.
Суспензию наносят на любую подложку – кристаллическую или аморфную, гладкую или шершавую, а затем высушивают, получая пленку толщиной около микрона, которая и становится лазером. Несмотря на первоначальные опасения, потери на рассеяние и поглощение в пленке оказались малы, и пленочный лазер вышел достаточно эффективным. Лазеры удалось изготовить не только в виде плоского волновода, но даже выращивая на внутренней поверхности капилляра. Эксперименты показали, что длина волны излучения таких лазеров очень слабо зависит от температуры
К сожалению, в первых экспериментах пленку пришлось охлаждать; генерации излучения при температуре выше минус 23 градусов Цельсия пока получить не удалось. Кроме того, для накачки пленочного лазера использовался другой лазер с длиной волны 0,8 мкм. Но канадские ученые надеются, что вскоре эти трудности будут преодолены и подобные «рисованные» лазеры станут встраиваться в обычные кремниевые чипы. – Г.А.
Физикам из Пенсильванского университета впервые удалось получить одномерный газ, который никогда не приходит в состояние равновесия.
Время, как известно, бежит только в одну сторону. Молекулы капельки чернил в стакане воды разбредаются по всему стакану, но не могут опять собраться в каплю. Два газа в баллоне с перегородкой перемешиваются, если перегородку убрать, но не способны снова разделиться. Тем не менее лежащие в основе всех этих процессов законы механики классической или квантовой обратимы во времени. И это противоречие между поведением больших систем, всегда эволюционирующих в одном направлении, стремясь к состоянию так называемого термодинамического равновесия, и обратимыми законами микромира ученые не могут разрешить уже почти полтора века. А от решения этой проблемы зависит, например, возможность создания квантовых компьютеров. Необратимые процессы разрушают нежные квантовые вычисления – и тем быстрее, чем больше атомов участвует в этих процессах. И вот теперь удалось создать достаточно большую квантовую систему из нескольких десятков и даже сотен атомов газа рубидия, которая удивительно долго не стремится к состоянию равновесия.
Существование таких систем в одном измерении теория предсказывала давно. Исследователи охладили газ почти до абсолютного нуля, заставив атомы собраться в так называемый квантовый конденсат Бозе-Эйнштейна. Газовое облако захватили в оптическую ловушку из лазерных лучей, интерферирующих друг с другом так, чтобы ловушка имела форму тысяч параллельных трубок. В них атомы колеблются только в одном измерении – вдоль трубы, сталкиваясь лишь со своими соседями. Это очень похоже на известную игрушку – маятник Ньютона, состоящий из нескольких подвешенных в ряд на нитках металлических шариков, которые могут сталкиваться друг с другом. Великий английский физик придумал ее для демонстрации закона сохранения импульса, передающегося от шарика к шарику при столкновениях. И так же, как в маятнике Ньютона, если атомы рубидия «толкнуть» лазером, они очень долго будут колебаться и сталкиваться, не приходя в состояние термодинамического равновесия с одинаковым для всех атомов распределением скоростей. Атомы в эксперименте могли сталкиваться несколько тысяч раз, тогда как в обычной ситуации уже нескольких столкновений вполне достаточно, чтобы достичь равновесия.
Теперь ученым предстоит понять, как происходит переход к хаосу и равновесию, если систему из одномерной постепенно делать двух– и трехмерной (для этого достаточно ослабить лазерные лучи, позволив атомам туннелировать между соседними трубками).
Эксперименты имеют и важное практическое значение. Такие конфигурации из сотен атомов могут стать сверхточными детекторами силы и прекрасными атомными интерферометрами. Сейчас трудно загадывать, но вполне возможно, что на основе похожих экспериментов могут быть реализованы и квантовые вычисления. – Г.А.