Текст книги "Журнал «Компьютерра» № 34 от 18 сентября 2007 года"

Автор книги: Компьютерра Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц) [доступный отрывок для чтения: 4 страниц]

Оказалось, что при имплантации в кремний атомы мышьяка начинают взаимодействовать с дислокациями и «захватываются» ими, группируясь вокруг дефектов кристаллической решетки. Причем обычный отжиг, который за счет высокой температуры должен снизить количество дефектов и равномерно распределить атомы примеси по образцу, тут не помогает. Захват примесей дислокациями создает большие пространственные флуктуации электронных свойств материала. А это значит, что, например, транзистор должен быть больше размеров этих неоднородностей – иначе его свойства будут непредсказуемы.

Как можно бороться с этой напастью, пока неясно. Стало быть, у технологов, стремящихся впихнуть побольше транзисторов в один и тот же объем, хлопот только прибавится. И тут им, разумеется, не обойтись без микроскопов фирмы Imago. ГА

Капля на камне

Высочайшей точности струйной печати удалось достичь команде исследователей из Иллинойского университета в Урбана-Шампейн. Их новый электродинамический струйный принтер (e-jet) уже позволяет печатать линии толщиной 700 и точки диаметром 250 нанометров.

В последние годы научные журналы просто пестрят статьями о новых технологиях массового производства гибких электронных схем, дисплеев и других устройств с помощью струйной печати. Напечатать можно все, от проводника или изолятора до транзистора и светодиода, и эта технология обещает быть более удобной и дешевой, чем традиционная фотолитография. Однако точности обычных методов струйной печати, в которых капельки жидкости выбрасываются из сопел за счет вскипания или механического давления пьезопоршня, тут уже не хватает. Диаметр капельки трудно сделать меньше 10—20 мкм, как и трудно довести точность попадания до значений, меньших диаметра капли. Всяческие ухищрения позволяют немного улучшить ситуацию, но обычная точность современной фотолитографии в десятки нанометров кажется недостижимой.

По всей видимости, изменить ситуацию поможет электродинамический метод печати, при котором капельку жидкости отрывают и переносят на подложку за счет действия электростатических сил. Этой идее уже не один десяток лет, но только совместные усилия большой команды специалистов из разных областей физики и химии позволили довести ее до ума.

Ученые использовали специальные сопла с внутренним диаметром от 0,3 до 30 мкм, поверхность которых для облегчения течения жидкости была покрыта слоем скользкого, похожего на тефлон полимера на золотой подложке. Управляемый компьютером координатный стол перемещал подложку в плоскости печати и обеспечивал постоянное расстояние до сопла около 100 мкм. Чтобы получить капельку, между соплом и подложкой пропускали импульсы амплитудой от 110 до 900 вольт. Хитрость в том, что диаметр капельки в этом методе уже не ограничивается диаметром сопла. Действие электрического поля приводит к тому, что сферический мениск жидкости на кончике сопла приобретает форму острого конуса – и маленькая капля, диаметр которой может быть меньше, чем у сопла, отрывается с самого кончика конуса. Меняя форму и частоту следования импульсов, а также скорость подачи жидкости, размерами капли можно управлять в широких пределах. С помощью скоростной камеры ученым удалось детально проследить за процессом формирования и отрыва капель.

В качестве чернил для электродинамической печати можно использовать широкий набор органических и неорганических жидкостей, включая суспензии твердых объектов вроде нанотрубок или частиц кремния. Для демонстрации возможностей e-jet ученые напечатали на гибкой пластиковой подложке тонкопленочный транзистор, у которого в качестве полупроводника канала использовался ориентированный массив однослойных углеродных нанотрубок. Размеры транзистора не превысили микрона, а его электрические характеристики оказались сравнимы с параметрами транзисторов, полученных с помощью обычной фотолитографии.

Авторы метода считают, что полученное разрешение далеко не предел, и сейчас иллинойская команда продолжает работать над уменьшением объема капель. К сожалению, у электродинамической печати есть ряд существенных недостатков – в частности, капельки жидкости неизбежно оказываются электрически заряжены. Этот заряд в некоторых ситуациях может оказывать медвежью услугу, осложняя взаимодействие капли с подложкой или даже приводя к разрушению уже напечатанной части электронной схемы. Второй трудностью является то, что скорость печати падает при увеличении разрешения и уменьшении диаметра сопел. Но эту проблему можно преодолеть, увеличивая количество одновременно работающих сопел, как в головке обычного струйного принтера. ГА

Мы выбираем, нас выбирают…

Выбор спутника жизни непростое и волнующее занятие как для мужчин, так и для женщин. Кто-то думает, что знает, кого ищет, кто-то надеется на случайную встречу или любовь «с первого взгляда». Пролить свет на то, как мы действительно выбираем себе партнера, решила группа психологов под руководством Петера Тодда (Peter Todd) из университета штата Индиана.

Они провели простое и вместе с тем изящное исследование. Была набрана группа добровольцев из 46 человек. Вначале всем участникам предложили заполнить анкету, в которой нужно было оценить себя и желаемого партнера по ряду важных параметров: внешняя привлекательность, финансовое положение (имеющееся и предполагаемое в будущем), состояние здоровья, а также родительские качества и способность воспитывать детей. После этого каждый испытуемый имел возможность встретиться по очереди с каждым участником группы противоположного пола и в течение 3-5 минут пообщаться с ним. По окончании встречи нужно было указать в специальной карточке, есть ли желание встретиться с этим человеком еще раз. Вот и все нехитрое задание. Что же выяснилось?

Нетрудно догадаться, что на вопросы анкеты испытуемые давали социально желательные ответы. Они утверждали, что хотят найти кого-то, кто имел бы такие же представления о жизни и интересах, как и у них. Естественно, что социальный статус и материальное положение тоже не должны были сильно отличаться. Однако реальный выбор, который продемонстрировали участники исследования, говорил о другом. Мужчины несмотря ни на что отдавали предпочтение женщинам привлекательным, а женщины, в свою очередь, благоволили к более богатым и стабильным в социальном плане мужчинам. Таким образом, выяснилось, что подлинные мотивы выбора партнера существенно отличаются от заявленных.

Комментируя эти данные, Петер Тодд указывает на то, что результаты, полученные его группой, очень хорошо согласуются с выводами других исследователей, которые изучали поведение… млекопитающих и, в частности, приматов. Согласно эволюционной теории, разработанной в психологии, для выживания вида его представители стараются выбирать половых партнеров исходя из их жизнеспособности. О ней прежде всего говорит внешняя привлекательность самок, свидетельствующая об их физическом здоровье и способности произвести на свет здоровое потомство, а у самцов – высокий статус в группе сородичей, говорящий об их возможностях это потомство сохранить. Получается, что, несмотря на ту пропасть, которая отделяет человека от его далеких предков, он бессознательно продолжает использовать те же алгоритмы выживания вида. И хотя Тодд и его коллеги отмечают, что при более близком знакомстве у людей на первый план все же выходят общность интересов и ценностей, особенности характера и другие чисто человеческие факторы, тем не менее первое впечатление зачастую определяет, есть ли будущее у этих отношений или они окончатся после первого же свидания. АК

Хвост кота Шредингера

С любопытным предложением выступили физики-теоретики из Тель-Авивского университета. Согласно их расчетам, уже в ближайшие годы с помощью наномеханического осциллятора можно будет экспериментально проследить за загадочным переходом между квантовым и классическим миром.

Еще отцы-основатели квантовой механики понимали, что далеко не все гладко в самых основах их теоретических построений, которые вот уже скоро сто лет как успешно описывают все технически реализуемые эксперименты с микрообъектами. Эти проблемы еще в те времена были сформулированы в форме парадоксов, самый известных из которых, пожалуй, парадокс о коте Шредингера. Никто не наблюдал котов, находящихся в состоянии квантовой суперпозиции состояний ни жив ни мертв, хотя с точки зрения квантовой теории такое возможно. И с тех пор эти темные места квантовой теории не стали яснее. То есть количество различных точек зрения и хитроумных теоретических построений, разумеется, значительно увеличилось, но от этого легче не стало. Так толком и не ясно, каким образом по мере увеличения своей массы или числа частиц объект перестает вести себя по квантовым законам и начинает подчиняться классической теории.

Многие физики считают, что за переход от квантового к классическому поведению ответственно неизбежное и постоянное взаимодействие объектов со своим окружением, что приводит к так называемому коллапсу волновых функций, то есть к разладу тонких квантовых взаимосвязей внутри объекта. Именно это пока плохо описываемое взаимодействие и мешает практически реализовать квантовый компьютер разумных размеров. Другие специалисты утверждают, что за переход к классике ответственно хоть и относительно слабое, но все же существенное гравитационное взаимодействие. Благо квантовой теории гравитации до сих пор не создано, и поэтому опровергнуть эту гипотезу трудно. Есть и другие точки зрения.

А что же его величество эксперимент, который позволил бы выбрать из разных теорий верную? К сожалению, тут, несмотря на быстрый прогресс технологий, дела обстоят неважно. Слишком трудно подобрать для подобных экспериментов достаточно простую для теоретического анализа систему, реализовать ее технически и надежно исключить все мешающие взаимодействия. Но, возможно, скоро ситуация изменится.

Израильские ученые предложили поработать с осциллятором Дуффинга. Этот простейший осциллятор (то есть грузик на пружинке) с трением и кубической нелинейностью в возвращающей силе колеблется благодаря гармонической вынуждающей силе.

Осциллятор Дуффинга хорошо изучен и, несмотря на свою простоту, может демонстрировать весьма замысловатое поведение. Его колебания могут быть, например, хаотическими. В определенных условиях классический осциллятор Дуффинга имеет два устойчивых режима колебаний, между которыми он не может переключиться. Однако в тех же условиях его квантовый аналог способен мигрировать между режимами и колебаться в промежуточных состояниях. Это резкое различие в колебаниях осциллятора поможет уверенно различать квантовое и классическое поведение объекта и проследить за переходом между ними.

Оценки показывают, что подобный осциллятор можно реализовать, закрепив концы нановолокна весом 10—21 кг и вынуждая его колебаться – например, поместив волокно между обкладками конденсатора с периодически меняющимся на них напряжением. Такое волокно, охлажденное до 10 миллиградусов выше абсолютного нуля, должно демонстрировать квантовое поведение. Тогда, меняя температуру или другие параметры системы, можно будет детально проследить за таинственным переходом между ее классическим и квантовым поведением. Теперь остается надеяться, что найдется группа опытных экспериментаторов, которая возьмется за эту вроде бы вполне разрешимую, но весьма непростую задачу. Их измерения, возможно, прольют свет на одну из самых загадочных и важных проблем современной физики. ГА

Черная дыра? Дайте две!

Ученые из Смитсоновской астрофизической обсерватории в Кембридже предположили, что у черной дыры, которая верховодит в ядре нашей Галактики, еще недавно был спутник – другая черная дыра меньших размеров.

К таким выводам астрономы пришли, изучив десяток звезд, у которых обнаружилась сверхвысокая скорость движения относительно центра Галактики. У некоторых из них скорость достигает четырех тысяч километров в секунду – так разогнать далеко не мелкие светила под силу только сверхмассивной черной дыре. Все десять звезд наверняка покинут нашу Галактику, так как теперь их полету ничто не помешает.

По сути, исследуемые звезды совершили возле ядра Млечного пути тот же маневр, который используется нами в Солнечной системе: дабы придать межпланетным зондам нужную скорость, их траекторию прокладывают так, чтобы аппараты сближались с планетами и разгонялись за счет их гравитационного поля. Проследив направление движения звезд и расстояние до галактического ядра, астрономы провели расчеты и подготовили сценарии случившегося для каждой звезды.

По одной из версий обнаруженные «торопыги» когда-то входили в двойные системы. Когда пара светил приближалась на очень малое расстояние к черной дыре, двойная система разрывалась, при этом одна из звезд пропадала за горизонтом событий, а вторая приобретала гигантский импульс и улетала прочь.

Интересен, однако, и альтернативный сценарий, который подходит для половины из рассмотренных объектов. Все они были выброшены из ядра Галактики примерно в одно время, сто двадцать миллионов лет назад. Как полагает группа кембриджских ученых под руководством Уоррена Брауна (Warren Brown), несколько десятков звезд, включая пять обнаруженных, могли быть выброшены из ядра в ходе поглощения центральной черной дырой своего спутника, черной дыры средних размеров.

Эта гипотеза о некогда существовавшей в центре Галактики двойной системе черных дыр будет, конечно, не раз проверяться. Для этого, в частности, нужно найти еще несколько «быстрых» звезд, получивших импульс те же самые 120 млн. лет назад. АБ

Новости подготовили

Галактион Андреев

Александр Бумагин

Евгений Гордеев

Артем Захаров

Евгений Золотов

Алексей Капицын

Сергей Кириенко

Денис Коновальчик

Игорь Куксов

Алексей Левин

Алексей Носов

Иван Прохоров

Алексей Раевский

Дмитрий Шабанов

Молекулы, которые изменили мир

Автор: Евгений Гордеев

Американский химик Рэй Гигер (Ray Giguere) и музейщик Джон Вебер (John Weber) организовали в колледже Скидмора (штат Нью-Йорк) выставку, посвященную десяти органическим молекулам, оказавшим наибольшее влияние на материальную культуру и образ жизни человечества. Для наглядности каждую молекулу связали с определенным десятилетием XX столетия.

Первой в хронологическом списке стоит молекула аспирина. Ацетилсалициловую кислоту впервые получил страсбургский химик Чарльз Герхард в 1853 году. Но прошло еще сорок четыре года, прежде чем Феликс Хоффман, сотрудник фармацевтической компании Bayer, сделал аспирин обезболивающим средством, пригодным для медицинского применения. В 1899 году Bayer начала производство этого препарата, а в 1950-м аспирин был внесен в Книгу рекордов Гиннеса как самое распространенное обезболивающее средство в мире. И лишь в 1982 году английский фармаколог Джон Вейн получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытия в области простагландинов и родственных им биологически активных веществ».

Простагландины – это биологически активные липиды, усиливающие воспалительную реакцию. В своей работе Вейн объяснил механизмы влияния ацетилсалициловой кислоты на образование простагландинов в организме человека и причины противовоспалительного действия аспирина.

Герой следующего десятилетия – изооктан, предельный углеводород, использующийся в качестве антидетонационной присадки к бензину. Именно для изооктана так называемое октановое число принимают равным сотне. Увеличение октанового числа улучшает эксплуатационные качества бензина: повышает срок службы двигателя и препятствует снижению его мощности. Изооктан стал важным компонентом топлива на заре автомобилестроения, остается он таковым и сейчас.

Звездой 1920-х скидморские ученые признали пенициллин, первый лактамный антибиотик, который «случайно» в 1928 году открыл английский микробиолог Александр Флеминг. История гласит, что как-то раз Флеминг заметил в давно не мытых лабораторных чашках с колониями стафилококков загрязнения плесневыми грибками Penicillium, причем вокруг пятен плесени бактерии не размножались. Позже выяснилось, что «бульон», сделанный из этих грибков, тоже обладает антибактериальной активностью. Первоначально «бульон» и назывался пенициллином. Спустя несколько лет благодаря усилиям соотечественников Флеминга – биохимика Эрнста Чейна и патолога Хауарда Флори – пенициллин удалось выделить в чистом виде и внедрить в клиническую практику. Пенициллин нарушает процесс формирования бактериальных клеточных стенок, что приводит к разрушению болезнетворных микроорганизмов. В 1945 году Флеминг, Флори и Чейн были удостоены Нобелевской премии "за открытие пенициллина и его терапевтического действия при инфекционных болезнях".

В 1930-е отличился полиэтилен – материал, получаемый полимеризацией этилена. В настоящее время в зависимости от способа синтеза различают полиэтилен низкой плотности (впервые получен в Великобритании в 1932 году) и полиэтилен высокой плотности (получен в Германии в 1953 году). Перечислить все то, что сегодня делается из полиэтилена, наверное, не сможет ни один человек. Но нельзя не сказать об упаковке. В одной только небольшой Ирландии в начале 2000-х годов потреблялось больше миллиарда полиэтиленовых пакетов в год. В некоторых странах в целях экологической безопасности пришлось даже ввести ограничения на потребление полиэтиленовой тары.

За полиэтиленом следует нейлон – первое синтетическое волокно, полученное химиком американского концерна Du Pont Уоллесом Карозерсом в 1935 году. В 1939 году нейлон представлен на Всемирной выставке в Нью-Йорке, а массовое производство изделий из нейлона начинается после Второй мировой.

За 1950-е годы пальму первенства в списке Гигера-Вебера получила молекула ДНК. В 1962 году Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена биофизикам Фрэнсису Крику, Морису Уилкинсу (Великобритания) и биохимику Джеймсу Уотсону (США) "за установление структуры ДНК и ее роли в передаче наследственной информации". В 1953 году Уотсон и Крик предложили двухцепочечную модель ДНК на основании данных рентгено-дифракционного анализа, полученных Уилкинсом и его сотрудницей Розалиндой Франклин. Примечательно, что Уотсон и Крик сперва построили трехцепочечную модель ДНК, которая была отвергнута Франклин при их личной встрече и обсуждении этой модели. Правильная модель была построена только тогда, когда Уилкинс передал Уотсону и Крику рентгенограммы Франклин (причем без ведома последней). До вручения премии Франклин, к сожалению, не дожила: в 1958 году она скончалась от рака (возможно, спровоцированного многократным облучением) в возрасте 37 лет.

Эпоха «цветов жизни», по мнению ученых из Скидмора, прошла под знаменем синтетических прогестинов – гормональных противозачаточных средств, хорошо усваивающихся при пероральном приеме. Впервые синтетический прогестин получил в 1951 году мексиканский химик Луис Мирамонтес. В начале 1960-х «мексиканский» контрацептив распространяется в клинической практике, и мир получает еще одну «степень свободы».

Химической визитной карточкой 1970-х стал ДДТ – дихлордифенилтрихлорэтан – эффективный синтетический инсектицид, который в некоторых странах до сих пор применяется для уничтожения очагов малярии и сыпного тифа. ДДТ впервые получен в 1874 году немецким химиком Отмаром Цайдлером, а инсектицидные свойства препарата были открыты позже швейцарским химиком Паулем Мюллером, получившим за это Нобелевку в 1948 году. Недостатками ДДТ являются его устойчивость к биоразложению в природе, способность накапливаться в жировых тканях и мутагенные свойства. В 1970-х применение ДДТ было запрещено во многих странах, в том числе и в СССР.

В конце бурного XX века психическое здоровье человека, похоже, пошатнулось, и «самым-самым» в 1980-е признан антидепрессант прозак, механизм действия которого, возможно, основан на подавлении обратного захвата серотонина в мозге. В 1988 году препарат появился на прилавках США, и в настоящее время "синтетическое счастье" от компании Eli Lilly продается в девяноста странах. По статистике, каждый двадцатый житель США регулярно принимает прозак.

Замыкают список фуллерены и нанотрубки. Фуллерены – одна из форм существования углерода в виде сферических молекул состава C60 или C70 – обнаружены в 1985 году американцами Робертом Керлом, Ричардом Смоли и британцем Харольдом Крото (Нобелевская премия по химии в 1996 году). Кстати, в начале 1970-х возможность существования фуллеренов была теоретически предсказана российскими учеными. Углеродные же нанотрубки в 1991 году обнаружил японский химик Сумио Иджима, изучая осадок, полученный после распыления графита в электрической дуге. Триумфальное шествие фуллеренов и нанотрубок по планете нам, видимо, еще предстоит лицезреть.

Интересно, какую молекулу наши потомки назовут визитной карточкойй самого начала третьего тысячелетия?..