сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 14 страниц)
Магнитные головки современных винчестеров работают на открытом в 1988 году так называемом гигантском магниторезистивном эффекте — сильной зависимости электрического сопротивления специальной тонкопленочной структуры от внешнего магнитного поля. Новый квантовый эффект, предсказанный теоретиками из того же университета в 2005 году, обещает магнитным устройствам хранения информации качественный скачок. Авторы окрестили его «баллистической анизотропной магниторезистивностью». Анизотропной она названа из-за зависимости эффекта от взаимной ориентации направлений магнитного поля и электрического тока в проводнике.
Баллистическим называют движение электронов, которые летят в проводнике по прямой, как пуля в стволе, не рассеиваясь. Поскольку с точки зрения квантовой теории электрон, как и любая частица, одновременно еще и волна, баллистический режим возникает, если размеры проводника уменьшаются до длины волны электронов проводимости. Такой тонкий проводник из ферромагнитного кобальта удалось вырастить на кремниевой подложке между парой заточенных, как стрелы, золотых контактов с зазором 100 нм. Проводимость (или сопротивление) проводника диаметром в несколько атомов становится дискретной — пропорциональной числу баллистических электронов с допустимой энергией. А это число, в свою очередь, зависит от внешнего магнитного поля, которое в ферромагнитных материалах сдвигает энергетические зоны.
В результате электрическое сопротивление кобальтового нановолокна начинает меняться скачками, то есть квантуется, при плавном изменении внешнего магнитного поля или его направления. В экспериментах, в полном соответствии с теорией, наблюдалось изменение числа проводящих электронов, например, с двух до четырех или с шести до семи в зависимости от геометрии конструкции.
Такая квантовая система идеально подходит для считывания информации с магнитных носителей. При этом размеры состоящей из единственного нановолокна «считывающей головки» и соответственно области намагниченности могут, по крайней мере в принципе, составлять лишь несколько атомных диаметров. А поскольку подобная система работает почти так же, как и современные головки — изменяя свое сопротивление, проблем с внедрением тоже вроде бы не предвидится. Разумеется, все это дело отдаленного будущего. Чтобы считать информацию с нескольких атомов, нужно и само устройство изготовить с атомной точностью, что массовому производству пока не под силу. ГА
«Эффективное» переизлучение
Двум группам ученых удалось экспериментально подтвердить существование эффекта Ярковского-О’Кифи-Радзиевского-Паддака. Это явление названо так не в честь вычурного аристократа, что, впрочем, ясно любому, кто хоть раз слышал про жену Бойля-Мариотта.
Очень часто, говоря об эффекте, его название сокращают до первой фамилии. Иван Ярковский работал над теорией светового эфира и гравитации в конце позапрошлого века, и хотя его работы известны меньше, чем посвященные той же теме труды Эйнштейна, Ярковскому первому довелось предсказать один из световых эффектов, который теперь и подтвердили сверхточными наблюдениями. Эффект, в двух словах, состоит в следующем. Представим небольшое тело, вращающееся вокруг Солнца и вокруг своей оси. Оно нагревается с той стороны, которая обращена к Солнцу. Из-за осевого вращения нагретая часть со временем оказывается в области терминатора и начинает излучать запасенную энергию в космос. Тепло уходит от тела в виде инфракрасных лучей, а предсказанный Ярковским эффект заключается в том, что это излучение создает микроскопическую тягу, которая, действуя как слабый двигатель, медленно меняет орбиту тела и скорость его осевого вращения.
На пределе возможностей современной наблюдательной техники эффект был подтвержден на примере сразу двух космических тел. Астероид Апполон, входящий в названную его именем группу потенциально опасных для Земли объектов, давно взят учеными на карандаш (а открыт еще при жизни Ярковского). Полученные в разные годы детальные снимки этого небесного обломка, а также его трехмерная компьютерная модель помогли установить непреложный факт: скорость вращения Апполона постепенно возрастает. По земным меркам, астероид раскручивается неспешно, каждые сорок лет делая всего один лишний поворот. Однако с точки зрения эволюции планетной системы это довольно резво.
Вторым «свидетелем» стал мало кому известный до последнего времени астероид 2000 PH5, открытый, как ясно из его обозначения, в 2000 году. Группа американских и европейских ученых на протяжении четырех лет следила за скоростью его вращения. Чтобы поймать разницу в одну миллисекунду за год, астрономам пришлось использовать самые совершенные наземные оптические и радиотелескопы.
В обоих случаях расчеты, учитывающие эффект Ярковского, хорошо соотносились с наблюдениями, поэтому можно говорить о довольно надежном подтверждении теории. Конечно, обнаруженные изменения малы, да и уверенно говорить об эволюции орбит астероидов вследствие эффекта Ярковского пока не представляется возможным, принципиально подтверждена возможность управления движением тела путем искусственного подогрева тех или иных участков его поверхности. Управление же небесными камнями — очень злободневная тема в связи с выросшим как на дрожжах интересом к астероидной угрозе. Некоторые астрономы полагают, что искусно и вовремя раскрасив черным или белым цветом опасный объект, можно увести его в сторону от Земли. Учитывая слабость эффекта, думается, ключевым фактором здесь является именно своевременность принятия подобных мер. АБ
Рис с человеческим геномом…
…точнее, с небольшой его частью, ответственной за производство некоторых иммунных белков, планируется выращивать в Соединенных Штатах. Базирующаяся в Калифорнии биотехнологическая фирма Ventria Bioscience впервые в истории США получила разрешение Министерства сельского хозяйства засеять более тысячи гектаров земли в Канзасе рисом, в геном которого внесены человеческие гены.
Специалисты Ventria Bioscience разработали процесс получения из генетически модифицированного риса белков лактоферрина и лизоцина, обладающих мощными иммуномодулирующими и противовоспалительными свойствами (используются в лекарствах и косметике). Дело это очень выгодное, поскольку требования к очистке лекарственных препаратов из растительного сырья на порядок ниже, чем из животного (до сих пор подобные вещества получали из яичного белка).
Ventria уже пыталась посадить свой рис в штате Миссури. Было заключено многообещающее соглашение с университетом штата, но вмешалась пивная компания Anheuser-Busch, пригрозившая отказаться от закупок риса во всем штате, если там появятся посадки с генетически модифицированными растениями. Пивовары из Anheuser-Busch — крупнейшие покупатели риса в США, — и с их желаниями пришлось считаться даже властям штата. Не помогло и обещание посадить рис в специальной карантинной зоне, чтобы семена случайно не долетели до других полей, так что биотехнологам пришлось свернуть свою деятельность в Миссури.
В Канзасе рис не выращивают, и к угрозам прекратить его закупки отнеслись равнодушно. Но кое-какие опасения распространение генетически модифицированных растений все же вызывает. Как раз в день объявления решения американского Минсельхоза (оно, кстати, открыто для публичного обсуждения до конца марта, а уж после того станет окончательным) в штате Арканзас вроде бы обнаружили, что гены модифицированного риса, не одобренного к употреблению, обнаружены и в обычном рисе, — вероятно, причина тут в вульгарном скрещивании. Озабоченные параноики пугают США «генетическим Чернобылем».
Меж тем Ventria Bioscience добивается согласия Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) на добавление своих белков в йогурт. ИП
Королевство ребристых зеркал
Казалось бы, что может быть проще зеркала. Взять кусок хорошо полированного чистого металла или металлической пленки, и зеркало готово. Однако самое лучшее серебряное зеркало поглощает около двух процентов света. А если металл нужно нанести на поверхность полупроводника, например, в лазерном светодиоде, то дела обстоят еще хуже, не говоря уже о проблемах с совместимостью атомных решеток.
Поэтому самые лучшие зеркала, способные отражать три (99,9%), а то и пять-шесть «девяток» падающего излучения, изготавливают из нескольких чередующихся тонких слоев материалов с разным показателем преломления. Толщину слоев, порядка четверти длины волны излучения, подбирают так, чтобы падающие электромагнитные волны, частично отражаясь от границ раздела материалов и интерферируя, гасили друг друга. Чтобы добиться хороших результатов в нужной области спектра и для заданного диапазона углов падения, слоев нужно много (до сотни). В результате зеркало получается толстым и сложным в изготовлении.
Если в большинстве приложений с толщиной зеркала можно смириться, то в современных полупроводниковых технологиях каждый лишний микрон в геометрии устройства или дополнительная технологическая операция выливаются в значительные расходы. А без зеркал не обойтись в оптических резонаторах лазерных диодов, работающих сегодня везде — от оптических мышей, DVD-плееров и лазерных принтеров до сетей передачи данных.
Решение этой проблемы недавно отыскали в Калифорнийском университете в Беркли. Там удалось придумать замену обычному многослойному пятимикронному зеркалу для лазерных диодов из арсенида алюминия галлия, чередующегося с арсенидом галлия. Теперь вместо него 99,9% света отражает единственная пара слоев, один из которых — тот же арсенид алюминия галлия, а роль второго играет воздух. Эта пара в двадцать раз тоньше и гораздо дешевле при производстве. Хитрость в том, что поверхность арсенида алюминия галлия уже не гладкая, а испещрена параллельными бороздками глубиной 230 нм. Хорошему отражению способствует большая разница в показателях преломления воздуха (1,0) и арсенида алюминия галлия (3,0). Впрочем, при необходимости воздух нетрудно заменить любым другим материалом со сравнительно небольшим показателем преломления, вроде диоксида кремния. Размеры бороздок в новом устройстве гораздо меньше длины волны и не мешают гасящей интерференции. В то же время бороздки «размывают» границу, обеспечивая нужный диапазон отражения.
Новые зеркала значительно удешевят производство полупроводниковых лазеров, особенно поверхностно-излучающих с вертикальным резонатором (VCSEL). Авторы надеются, что благодаря малому весу новые зеркала будут востребованы в быстродействующих микромеханических оптических переключателях и других устройствах бурно растущей фотоники. А поскольку подобные зеркала нетрудно напечатать почти на любой поверхности, их применения можно ожидать и в гибких органических дисплеях и в массе других устройств бытовой электроники. ГА
Кольцо без Властелина
«Видала я котов без улыбки, но улыбки без кота…» — говаривала в подобных случаях Алиса. Впрочем, в наш век небольшой уголок Страны Чудес может себе нарисовать любой желающий, овладевший простыми навыками работы в графическом редакторе. Не чуждо это, порой, и вполне серьезным людям, занимающимся наукой, чему доказательством послужит представленная недавно публике фотография Сатурна.
Глядя на изображение, обмануться можно как минимум трижды. Начать хотя бы с того, что на фото не очень-то разглядишь саму планету. Астрономы посчитали, что «кот», в данном случае, не уместен, и сосредоточили внимание зрителя на «улыбке». От планеты-гиганта осталась только тень, делающая невидимой часть кольца. Надо сказать, дорисовывать кольцо на Земле не стали именно потому, что это был бы чистой воды вымысел: одно дело укрыть, то, что есть, и совсем другое — выдавать отсутствующее за реальность.
Также заблуждением было бы считать, что зонд Cassini видел хотя бы одной из своих камер Сатурн в таком ракурсе. Планета для этого слишком велика, а потому аппарату потребовалось отдельно снять девять частей мозаики, чтобы потом ученым можно было воссоздать общий вид. Точнее, снимков было 27, и связано это с третьим ложным впечатлением. Изображение представлено в естественных цветах, в которых, на самом деле, не видит ни один космический аппарат. Cassini не является исключением, и его широкоугольной камере пришлось сделать по три снимка каждого из девяти фрагментов через красный, зеленый и синий фильтры, а уж создание полноцветной картинки после этого стало делом техники.
На всю съемку ушло примерно 45 минут, и теперь мы можем представить, как выглядела бы кольцевая система Сатурна без самой планеты с расстояния в 1,6 млн. километров. Во время этой фотосессии Cassini достиг максимальной за всю миссию широты, ненадолго зависнув над 60-м градусом планеты. Разрешение изображения составляет 90 км на пиксель, что позволяет увидеть на полноразмерном варианте в виде точек даже три малых спутника Сатурна. Чтобы не печатать фотографию на весь разворот, этими деталями мы решили пожертвовать, внеся и свою лепту в обман читателя. АБ
В ожидании неприятностей
Одним из стратегических запасов любой цивилизации является семенной фонд. Например, успехи советской генетики и селекции в 1930-е годы были в большой мере связаны с уникальной коллекцией семян культурных растений, собранных под руководством Н. И. Вавилова. Классическим примером научного героизма стали судьбы селекционеров, умиравших во время блокады Ленинграда возле запасов зерна.
Как бы там ни было, семенные коллекции нуждаются в постоянной заботе. Насколько безопасно они хранятся сегодня? По всему миру разбросано несколько сот хранилищ семян, существенно отличающихся по условиям своей работы. Всемирный фонд разнообразия сельскохозяйственных культур решил, что уровень безопасности в сохранении таких запасов недостаточен. Чтобы его повысить, на острове Шпицберген, расположенном менее чем в тысяче километров от Северного полюса, строится уникальное хранилище. Тоннель длиной 120 м ведет к закромам, скрытым в толще вечной мерзлоты. Несмотря на глобальное потепление, лет на двести хранилище застраховано от размораживания, даже если электропитание его холодильных установок будет прекращено. Расположен уникальный объект достаточно высоко над уровнем моря, и даже таяние всех ледовых запасов планеты не будет угрожать ему затоплением. Наконец, защиту семян, которые поместят в это чудо инженерной мысли, будут обеспечивать не только стены из армированного бетона, системы видеонаблюдения и сверхкрепкие ворота, но и многочисленные на Шпицбергене белые медведи. Впрочем, с последними не очень понятно: они ведь должны угрожать не только гипотетическим грабителям, но и вполне реальным строителям? Наверное, медведи — более «страшилка», чем реальная защита…
От чего же должно защищать суперхранилище (уже прозванное «банком Армагеддона»)? От ядерной войны. От столкновения с астероидом. От плохой организации сельского хозяйства. Как вы думаете, как соотносятся эти опасности?
Увы, никакая вечная мерзлота не обеспечит сохранность семян на протяжении веков. Некоторые виды сельхозкультур нуждаются в обязательном пересевании каждые 10—20 лет, иначе семена утратят всхожесть. Увы, даже те, которые не ухудшают свои качества в силу физиологических причин, не могут храниться вечно: предел их жизнеспособности положит хотя бы радиационный фон. Естественное облучение, десятилетиями действующее на покоящиеся семена, эквивалентно по своему эффекту серьезной однократной дозе облучения. Не помешает ли ядерная война, столкновение с астероидом и бездарная организация сельского хозяйства пересеванию семян, без которого теряют смысл уникальные капиталовложения? Время покажет. ДШ
Новости подготовили
Галактион Андреев
Тимофей Бахвалов
Александр Бумагин
Кирилл Галушков
Артем Захаров
Денис Зенкин
Евгений Золотов
Денис Коновальчик
Игорь Куксов
Алексей Левин
Иван Прохоров
Дмитрий Шабанов
Виктор Шепелев
Илья Щуров
Микрофишки
