Текст книги "Журнал "Компьютерра" №722"
Автор книги: Компьютерра Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 9 страниц)
Ряд научных групп уже заявлял, что им впервые удалось изготовить нанорадио, но на самом деле все ограничивалось лишь частью из вышеперечисленных устройств.
Но теперь ученым удалось найти эффективный способ объединения тысяч нанотрубок в один транзистор. Для этого обычный метод выращивания нанотрубок путем химического осаждения паров усовершенствовали, добавив специальную кварцевую подложку с наночастичками металла-катализатора. Параметры процесса были подобраны так, что благодаря взаимодействию с атомами кварца все углеродные нанотрубки росли в одном направлении вдоль одной из осей кристалла на его поверхности. Нанотрубки вырастали идеально прямыми и лежали строго параллельно друг другу. После этого нанести на них электроды истока и стока, слой диэлектрика и затвор, чтобы получился транзистор, уже не составило труда. Поскольку в одном транзисторе так объединялись тысячи параллельно работающих нанотрубок, он был способен пропускать большой ток, а разброс параметров был невелик за счет статистического усреднения по большому числу нанотрубок.
В новой технологии все нанотрубки выращиваются за один раз, а получаемые при этом транзисторы нетрудно объединить в интегральную схему. Сейчас ученые работают над новой схемой средних размеров, состоящей из сотни транзисторов. В ней будет улучшено качество радиоприема и снижено энергопотребление. А там и до адаптации технологии к массовому производству недалеко. ГА
Энергичная музыка дождя
Неординарная идея использовать энергию ударов дождевых капель пришла в голову ученым из Гренобльского института Французской комиссии по атомной энергии.
Новаторы подошли к вопросу по всем правилам современной науки. Сначала в бой вступила теория. И хотя процесс взаимодействия падающей капли с поверхностью весьма сложен, даже на простых моделях удалось многое выяснить. Оказалось, что поставленным целям лучше всего отвечают пьезоэлектрические преобразователи из поливинилиденфторидовой пленки в виде тонкой полосы шириной примерно 2/3 диаметра капли. От удара капли такая "струна" начинает вибрировать и преобразовывать энергию механических колебаний непосредственно в электричество. Параметры струны были оптимизированы так, чтобы она эффективно поглощала энергию больших и маленьких капель. У моросящего дождя диаметр капель не превышает 1 мм, но может достигать 5 мм у ливня. Скорость падения капель тоже заметно меняется – в пределах нескольких метров в секунду.
Получаемая от одной капли энергия сильно зависит от ее размеров и колеблется от наноджоуля для мороси до двух десятков микроджоулей для капель ливня. Мгновенная мощность при этом меняется от микроватта до дюжины милливатт. Любопытно, что от слишком быстро летящих капель мало проку, поскольку они разбрызгиваются при ударе и с брызгами уносят львиную долю своей энергии.
Прямого сравнения эффективности своего устройства с другими альтернативными источниками энергии вроде солнечных элементов экспериментаторы благоразумно не делают. А она, очевидно, намного хуже. Даже в дождливую погоду пробившийся сквозь облака слабый рассеянный свет способен давать электричество. Но новое устройство сможет работать и в полной темноте. И кто знает, быть может, оно все-таки найдет применение для подзарядки аккумуляторов удаленных датчиков в дождливой местности или возле моря, где нет недостатка в брызгах от набегающих волн. ГА
8 миллиметров устойчивости
Новую технологию для быстрой печати удивительно тонких линий разработали химики из Принстонского университета. Теперь можно печатать линии в десять раз тоньше и на несколько порядков быстрее, чем обычно, что должно дать толчок развитию гибкой электроники и произвести революцию в технологии производства дисплеев.
В основе метода лежит очень старая, известная с 1917 года техника электродинамических струй, при которой жидкость из сопла вытягивается сильным электрическим полем. Главной особенностью таких струй является их неустойчивость, из-за которой струя либо быстро разбивается на мелкие капельки, либо начинает извиваться – бить в разные стороны как кнут. Эти неустойчивости давно используются в различных технологических процессах, например, чтобы свивать волокна или наносить ровный слой краски. Однако природа асимметричной неустойчивости или "неустойчивости биения" до сих пор оставалась неясной.
Ученые обратили внимание на то, что при возникновении асимметричной неустойчивости ток по струе заметно меньше полного тока в цепи. Это заставило предположить, что газ вокруг струи ионизируется и дополнительный ток течет по окружающей струю плазме, влияя на плотность распределения зарядов на поверхности струи и заставляя ее извиваться. Эта гипотеза позволила развить теорию асимметричной неустойчивости электродинамических струй и найти параметры, при которых струи должны быть устойчивы. Недавно ученые опубликовали свои выкладки в журнале Physical Review Letters.
Теория блестяще подтвердилась практикой. В ходе эксперимента удалось получить струи толщиной в сто нанометров, длиной до 8 миллиметров из сопла диаметром в полмиллиметра (то есть в пять тысяч раз толще струи). Длинная струя и широкое сопло позволяют избежать засоров и довести скорость печати линий до нескольких метров в минуту. Раньше линии такой толщины можно было получать только травлением или электронным пучком и не быстрее чем примерно микрон в минуту.
Все области приложения новой технологии сейчас даже трудно представить. Печать проводящими полимерами позволит создавать большие электронные схемы на гибкой основе, крупные дисплеи и сенсоры, напечатанные, например, прямо на крыле самолета. Печать быстро сохнущими полимерами даст нам трехмерные решетки для фотонных кристаллов, быстро останавливающие кровь тампоны и повязки и многое другое.
Ученые уже запатентовали свою технологию и лицензировали ее химической компании Vorbeck Materials, так что можно надеяться, что коммерческие продукты на ее основе не заставят себя ждать. ГА
В черной-черной комнате…
Новый «рекорд черноты» установили физики из Университета Райса. Разработанное ими покрытие из редко расположенных углеродных нанотрубок отражает лишь 45 тысячных процента падающего света.
Природа не любит ничего идеального. Самая лучшая зеркальная поверхность из серебра поглощает около двух процентов падающего света, а самая черная сажа отражает более четырех процентов. И чтобы приблизиться к идеалу, ученым приходится идти на всевозможные ухищрения. Черные покрытия нужны, например, для повышения эффективности солнечных коллекторов и различных фотоприемников. Без них трудно создать хороший телескоп или любой другой оптический прибор из-за рассеянного оптикой излучения, которое нужно собрать зачерненными стенками, чтобы оно не мешало.
Предыдущий рекорд черноты пять лет удерживали исследователи из Лондонской национальной физической лаборатории. Их покрытие из сплава никеля и фосфора, испещренное специальными кратерами, отражало 0,16% падающего излучения. Новое покрытие, почти вчетверо превысившее прежний рекорд, в сто раз "чернее" самой черной краски. Оно представляет собой редкий лес из углеродных нанотрубок диаметром 8–10 нм и длиной до миллиметра, которые расположены на расстоянии порядка 50 нм друг от друга. Длина трубок выбрана так, чтобы поверхность обладала определенной шероховатостью. Такое покрытие получается очень пористым и лишь на 3–5% состоит из углерода – в остальном это пустоты. Поэтому световая волна проникает в него почти не встречая препятствий на границе, а затем поглощается углеродом.
Механизм поглощения света в новом покрытии качественно иной, чем во всех существующих, и до конца еще не понятен. Он позволяет добиться малого отражения в широком диапазоне длин волн, при любой поляризации и почти любых углах падения излучения. К сожалению, механическая прочность агрегата невелика, хотя материал и выдерживает нагрев до полутора тысяч градусов.
Ученые намерены продолжить исследования, измерив свойства покрытия в инфракрасной и микроволновой области спектра. Кроме того, физики собираются разработать полноценную теорию материалов такого типа и даже вычислить "абсолютный минимум" их возможного отражения. ГА
Дикая, но…
Группа ученых под руководством доктора Хоуп Ишии (Hope Ishii), изучавших космическую пыль, доставленную зондом Stardust, опубликовала резюме своих исследований в журнале Science. Есть две новости: хорошая и плохая.
Плохая состоит в том, что пылинки, добытые с таким трудом, вовсе не являются образчиком того вещества, из которого когда-то формировалась Солнечная система.
Понять разочарование астрономов можно. Запущенный в 1999 году зонд Stardust, по замыслу авторов проекта, должен был посетить комету Вильда 2 (Wild 2), которая лишь в конце двадцатого века под влиянием Юпитера изменила свою орбиту и стала наведываться в центральную часть нашей планетной системы. До той поры (и это подтверждают расчеты) путь кометы пролегал вдали от Солнца, в областях, "не тронутых высокими температурами". Там, по соседству с планетами-гигантами и дальше, вплоть до существующего в теории облака Оорта, должны были образовываться кометы из того самого первоначального вещества, которое так мечтали заполучить ученые. Однако исследования ясно дали понять, что Вильда 2 родом не оттуда.
Вторая новость заключается в том, что вещество, из которого состоит Вильда 2, подвергалось сильному нагреву. Следовательно, давным-давно комета образовалась вблизи от Солнца, а уже потом была выброшена во внешние области. Этот факт хорош тем, что астрономов ткнули носом в их ошибочные теории. Астероиды и кометы до сих пор делили на два разных класса небесных тел, имеющих разный состав и происхождение. И вот оказалось, что Вильда 2 своим составом больше напоминает астероид. Деление на "черное" и "белое" совершенно себя не оправдало, и, по-видимому, в космосе полно тел, занимающих промежуточное положение. Не все кометы образовались вдали от Солнца, а существующие на этот счет теории придется если не переписывать, то изрядно подправлять.
Кроме того, ученым, поймавшим за хвост "не ту" комету, снова придется искать способ добраться до первоначального вещества. Как знать, может быть, в обозримом будущем за ним отправится второй зонд-пылесборник. АБ
Японский водопровод
Ученые из Национального института передовых промышленных исследований и технологий в Цукубе научились резать и сваривать углеродные нанотрубки не хуже обычных водопроводных труб.
Углеродные нанотрубки уже нашли массу приложений – от бронежилетов и водяных фильтров до электроники. Но работать с ними, как с обычными трубами, толком пока никто не умеет. Какая нанотрубка получилась, та и идет в дело. А если она слишком коротка или, наоборот, длинновата? Или нужно посередине сделать отвод, чтобы получился, например, транзистор? Решить такие задачи удалось японским специалистам.
Проще всего оказалось нанотрубки резать. Для этого рядом с местом будущего разреза к трубке присоединяют два электрода и пропускают по ним относительно большой ток (для однослойной нанотрубки достаточно десяти миллиампер). Под действием тока трубка, становясь все тоньше и тоньше, разделяется на две, с закрытыми идеальными углеродными "шапочками" концами.
Сварить две одинаковые нанотрубки тоже оказалось на удивление просто. Два конца соединяют "заглушками" и снова пропускают электрический ток. Когда ток достигает определенного порога (около шести миллиампер), нанотрубки срастаются, причем так быстро, что ученые пока не могут понять, как именно это происходит. Резка и сварка получаются просто идеально. Исследователям удалось разрезать, а затем снова сварить одну и ту же нанотрубку семь раз подряд без заметного ухудшения ее свойств.
Но если взять две нанотрубки разного диаметра, то сварить их уже не так-то просто. При достижении порогового значения тока нанотрубки вроде бы соединяются, но потом соединение быстро разрушается. Многочисленные попытки никак не приводили к успеху. Оказалось, что проблема связана с различиями в структуре соединений атомов углерода. У нанотрубок разного диаметра структура, как правило, разная. Поэтому без значительной перестройки связей соседних атомов углерода прочного соединения не получается.
Чтобы решить эту проблему, ученые использовали частички вольфрама. Вольфрам, будучи хорошим катализатором для углерода, помогает атомам найти оптимальные взаимосвязи и выстроить прочную структуру. С вольфрамовым катализатором за счет отжига удается получить плавное бесшовное соединение нанотрубок практически любого диаметра.
Разумеется, такая резка и сварка нанотрубок "вручную" под наблюдением электронного микроскопа хороша лишь для научных лабораторий, но как только она будет отработана, можно будет задуматься и о промышленном варианте. ГА
В тени экскаватора
«Атака коварных хакеров» с подбором паролей и захватом суперкомпьютера давно стала неотъемлемой частью боевиков. Но жизнь и проще, и интереснее. Backhoe fade (англ. «эффект экскаватора»), как шутливо называют на Западе механическое повреждение кабельных линий связи, пока остается самой страшной напастью ИТ-инфраструктуры. Словно в анекдоте, герои которого наслаждаются скоростным Интернетом через плавающий в ведре маршрутизатор, доисторическим китом, удерживающим на своей могучей спине глобальную компьютерную сеть, и поныне выступают протянутые между континентами подводные кабели. Зацепите парочку из них якорем корабля – и десятки стран окажутся на грани паники. Примерно так все и происходило в конце января в районе Средиземного моря.
Началась эта почти детективная история утром 30 января, с обрыва на участке оптоволоконной системы связи SEA-ME-WE 4 (SMW4) близ Александрии. Соединяющая Западную Европу с Азией и Ближним Востоком, SMW4 имеет общую протяженность почти в 20 тысяч километров, находясь преимущественно под водой. В тот же день примерно в том же районе был поврежден и другой кабель, FLAG Europe-Asia, входящий в состав еще более крупной системы, протянувшейся от Северной Америки до Японии. 1 февраля у побережья Омана был перебит третий кабель (FALCON, принадлежит той же индийской Flag Telecom, что и предыдущий). А 3 февраля вышел из строя еще один подводный канал связи, между Катаром и Объединенными Арабскими Эмиратами. Как выяснилось впоследствии, четвертый инцидент был вызван не механическим повреждением, а проблемами с электропитанием, но участникам драмы от этого легче не стало.
Список стран, вовлеченных в информационный катаклизм, впечатляет. Египет, Саудовская Аравия, Индия, Объединенные Арабские Эмираты, Катар, Кувейт, Бахрейн, Пакистан, Бангладеш, Шри-Ланка, Израиль, Ливия, Иран и Ирак. Для большинства этих государств оборванные кабели выступали не только фундаментом регионального интернет-бэкбона, но и главными информационными магистралями, связывавшими их с остальным миром. По ним проходила львиная доля трафика между Европой и Ближним Востоком, удовлетворявшего весь спектр коммуникационных услуг, от банального веб-серфинга, интернет-телефонии и международных телефонных связей до видеоконференций и прочих широкополосных сервисов. Отсюда и широчайший спектр проблем, которыми аукнулись обрывы. Египетские провайдеры фактически прервали работу, лишившись 70% интернет-мощностей. В Каире трейдеры на фондовой бирже позже признавались, что какое-то время торговали "вслепую", не зная о происходящем за пределами страны. В Индии, мировом лидере ИТ-аутсорсинга, внезапно лишившейся половины внешней пропускной способности, под ударом оказались тысячи компаний, предоставлявших услуги call-центров и техподдержки. В ОАЭ было нарушено телевизионное вещание и телефонная связь. Очевидцы рассказывали: продлись неразбериха еще несколько дней, и не миновать массовых волнений (египетские пользователи уже начали подозревать правительство в попытке установить тотальную цензуру в Сети). По предварительным оценкам, непосредственно ощутили последствия обрывов до ста миллионов человек; сколько было задето косвенно, можно только гадать.
Трансконтинентальные кабели рвутся часто. "Старший брат" SMW4, SEA-ME-WE 3 за последние восемь лет рвался как минимум дважды, в 2000 году отрезав Австралию (см. "КТ" #373), а пару лет назад – Пакистан. И похоже, единственное радикальное средство от обрывов заключается в наращивании числа независимых связей с внешним миром. К слову, именно так поступили пакистанские власти – и в этот раз Пакистан стал едва ли не единственным государством, которому удалось избежать ощутимых последствий. Аналогичным образом выбралась из передряги Индия, перебросившая значительную часть трафика на Сингапур по кабельной системе i2i. Странам, альтернативные каналы которых не могли удовлетворить внутренние потребности, повезло меньше. Убытки только начинают подсчитывать, затронутыми могут оказаться операции многих крупных компаний (в частности, IBM и Intel). Те же, кто уже провел калькуляцию потерь, исчисляют их миллионами долларов (как в случае с египетским провайдером Batelco).
Сложившаяся ситуация позволила оценить качество работы массовых коммуникаций в условиях, лишь слегка отличающихся от штатных. Хотя большинство стран, вовлеченных в инцидент, в течение считанных часов перенаправило информационные потоки по альтернативным каналам (в частности, по длинному пути через Тихий океан), миллионы пользователей и неделю спустя остаются без нормального доступа в Интернет. Разгадку этого секрета подсказали исследователи из Стэнфордского университета, наблюдавшие за происходящим в Сети. Согласно их выводам, достаточно незначительного увеличения задержки или доли потерянных пакетов (неизбежных в случае масштабных изменений маршрутов), чтобы превратить множество веб-приложений в бесполезные игрушки.
Не менее интересным было и поведение СМИ. В течение почти недели после первого обрыва легкая на подъем сетевая пресса даже не пыталась предлагать объяснений. Среди официальных причин первых двух инцидентов назывались обрыв якорем корабля (позже опровергнуто египетскими властями), штормовая погода и подводное землетрясение. Но лишь через пару дней после обрыва третьего и отключения четвертого кабеля наконец очнулись сторонники теорий заговора – предположив, что так США и Израиль готовятся к войне с Ираном.
Впрочем, оставим шпионские страсти на долю Бёрда Киви. Предстоит ремонт трансконтинентальных линий, осложненный плохой погодой. К починке первого кабеля приступили лишь неделю спустя после инцидента, и займет он еще неделю, растянув даунтайм, таким образом, почти на полмесяца! Надежду на улучшение ситуации вселяют планы ввода сразу нескольких аналогичных линий связи в ближайшие годы (TE North, MENA, IMEWE и др.). Эксперты считают, что в условиях многократного резервирования потеря одного-двух каналов уже не будет так ощутима. Но не стоит забывать и о растущих аппетитах сетян. На днях египетское министерство по коммуникациям обратилось к гражданам с просьбой на время отказаться от скачивания музыки и фильмов, высвободив мощности для корпоративных пользователей. ЕЗ
Пролетая над графеном
Многообещающие результаты получила международная команда ученых из Университета Манчестера и Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов Российской академии наук при поддержке коллег из Нидерландов и США. По их оценкам подвижность электронов в графене (слое углерода толщиною в один или два атома) бьет все мыслимые рекорды и делает этот материал главным претендентом на роль основы будущих высокочастотных электронных устройств.
Подвижность определяет скорость движения электронов в материале под действием электрического поля. Чем она больше, тем быстрее можно переключать полупроводниковое устройство и тем компактнее его можно сделать.
Ученые измеряли температурную зависимость переноса электронов в графене и обнаружили необыкновенно низкое рассеяние электронов из-за их столкновений с фононами – квантами колебаний кристаллической решетки. Это основной механизм, ограничивающий подвижность электронов в материалах при комнатной температуре. Измерения свидетельствуют, что электроны в графене способны пролетать при комнатной температуре необыкновенно далеко – сразу мимо нескольких тысяч атомов, не отклоняясь от своей траектории из-за рассеяния. Это тем более удивительно, потому что листы графена не остаются плоскими, а морщинятся и становятся слегка волнистыми. Чем выше температура, тем больше амплитуда этих волн, но оказалось, что они снижают подвижность электронов только при более высоких температурах.
Опираясь на свои измерения, ученые вычислили, что если удастся удалить из графена все примеси, то подвижность электронов в нем побьет все рекорды. Она будет в сто раз больше чем в кремнии, в двадцать раз больше чем в арсениде галлия (GaAs) и даже больше чем в абсолютном рекордсмене среди всех полупроводников – антимониде индия (InSb). А это значит, что из графена можно будет делать быстрые процессоры и другую высокочастотную электронику, работающую даже в терагерцовом диапазоне частот. Эта малодоступная пока область электромагнитных волн таит в себе еще много открытий и важных практических приложений.
К сожалению, все это пока только расчеты, хотя и основанные на тонких экспериментах. Их еще предстоит подтвердить прямыми измерениями на очищенных от всех примесей листах графена. ГА
Новости подготовили
Галактион Андреев
Александр Бумагин
Егор Васильев
Владимир Головин
Евгений Гордеев
Артем Захаров
Евгений Золотов
Сергей Кириенко
Денис Коновальчик
Игорь Куксов
Павел Протасов
Иван Прохоров
Дмитрий Шабанов
