Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Миниатюрный генератор терагерцового излучения позволит наблюдать за самыми далекими объектами Вселенной
Группа российских ученых из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ разработала новый тип генератора терагерцового излучения, который станет «сердцем» сверхчувствительных приемников для космических и наземных телескопов. Устройство способно создавать эталонный сигнал высочайшей чистоты. Это достижение решает одну из главных проблем современной астрофизики — создание компактных и надежных источников излучения для наблюдения за самыми холодными и далекими объектами Вселенной.
Чтобы оценить масштаб проблемы, можно представить себе задачу астрономов, пытающихся разглядеть рождение звезд или тень черной дыры. Сигналы от этих объектов приходят на Землю в терагерцовом диапазоне, это «сумеречная зона» между радиоволнами и инфракрасным светом, в которой как оптические так и радиоволновые принципы генерации становятся существенно менее эффективными.
Чтобы уловить столь слабое излучение, ученые используют гетеродинные приемники. Они работают по принципу радиоприемника в автомобиле: слабый космический сигнал смешивается с мощным эталонным сигналом от генератора гетеродина, что позволяет перенести информацию на более низкую, доступную для электроники частоту. Качество всей системы напрямую зависит от этого генератора: если частота генерации нестабильна и помимо сигнала в спектре присутствует избыточный шум, то уникальные данные из глубин космоса будут безвозвратно потеряны.
Традиционные источники терагерцового излучения часто бывают громоздкими, энергозатратными или сложными в настройке. Физики обратились к технологиям сверхпроводимости, в которых электрический ток течет без сопротивления, а квантовые эффекты проявляются в макроскопическом масштабе. Ключевым элементом их генератора стали два сверхпроводника, разделенные тонким слоем изолятора, через который могут туннелировать электроны. Если к такому контакту приложить напряжение, он начинает генерировать высокочастотное излучение. Однако мощность одного контакта ничтожно мала.
Исследователи пошли путем объединения усилий. Вместо того чтобы пытаться выжать максимум из одного элемента, они создали цепочки (массивы) из сотен джозефсоновских переходов. Такая геометрия позволила добиться эффективной самосинхронизации: излучение одного контакта помогало подстроиться соседям, вовлекая в общий ритм весь массив. Результаты исследования опубликованы в Beilstein Journal of Nanotechnology.
Федор Хан, научный сотрудник ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН и ассистент кафедры общей физики МФТИ, прокомментировал успех эксперимента: «Нам удалось заставить синхронизировать до 600 джозефсоновских контактов. Мы продемонстрировали, что во многом благодаря предложенной топологии такая система может перестраиваться в широком диапазоне частот — от 100 до 700 гигагерц, что перекрывает несколько окон прозрачности атмосферы для астрономических наблюдений. Более того, мы, насколько нам известно, впервые реализовали режим фазовой синхронизации для массива джозефсоновских переходов. Наш генератор жестко привязывается к эталонному источнику, обеспечивая спектральную чистоту сигнала с эффективностью выше 90%».
В ходе экспериментов, проводившихся при температурах, близких к абсолютному нулю (около четырех кельвинов), ученые обнаружили интересную зависимость. Оказалось, что для достижения самых высоких частот критически важна плотность тока, протекающего через контакты. Увеличив этот параметр, исследователи смогли преодолеть барьер 500 гигагерц, с которым сталкивались ранее. При этом использование хорошо отлаженной при производстве сверхпроводниковой электроники ниобиевой технологии делает производство таких чипов надежным и воспроизводимым, в отличие от более экзотических материалов.
Уникальность предложенной конструкции заключается в ее гибкости и интеграции. Генератор расположен на том же чипе, что и смеситель (самый чувствительный элемент приемника), что существенно снижает потери сигнала при передаче. Авторы также решили проблему стоячих волн, которые могли бы нарушить работу устройства, добавив специальную согласованную нагрузку, поглощающую лишнюю энергию. Это обеспечило плавную перестройку частоты без «мертвых зон», в которых генерация срывается.
Практическое применение этой разработки трудно переоценить. Подобные генераторы необходимы для таких проектов, как «Миллиметрон» — российской космической обсерватории будущего, которая будет исследовать структуру Вселенной с беспрецедентной точностью. Также они востребованы в наземных массивах телескопов типа ALMA и Event Horizon Telescope, прославившегося первым в истории снимком черной дыры. Кроме астрофизики, компактные источники терагерцового излучения нужны для систем безопасности (сканеры в аэропортах), медицинской диагностики и экологического мониторинга атмосферы.
В ближайшем будущем научный коллектив планирует усовершенствовать топологию схем, чтобы еще больше повысить рабочую частоту и мощность излучения. Следующим шагом станет создание полнофункционального интегрального приемника, в котором новый генератор будет работать в паре с детектором, открывая новые возможности для изучения тайн космоса.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Квантовые эффекты помогают ученым во множестве сфер, но работать с ними не просто — степень определенности квантового мира концептуально отличается от того, что существует в классической физике. Чтобы подтвердить, что они работают с нужными квантовыми состояниями, физикам приходится постараться.
Морские биологи впервые детально задокументировали процесс родов у диких кашалотов. Анализ видеозаписей и акустических сигналов показал, что самки из разных родственных линий временно объединяются, чтобы по очереди выталкивать новорожденного на поверхность для дыхания. Это первое доказательство взаимопомощи при родах между неродственными особями у видов, не относящихся к приматам.
Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова более десяти лет изучают уникальные свойства кефирных зерен — природных симбиотических сообществ микроорганизмов, собранных в высокогорных районах Кавказа. Исследования показывают, они могут стать основой для новых методов лечения кишечных заболеваний, восстановления иммунитета и даже создания космического питания.
Во время нейроанатомического исследования тканей полового члена ученые выявили высокую плотность нервных окончаний в области, которую анатомы и хирурги долгое время оставляли без должного внимания. Авторы научной работы предположили, что эта зона может играть важную роль в формировании сексуальных ощущений, и допустили, что именно там у мужчин находится аналог так называемой «точки G».
В парках некоторых стран все чаще можно заметить странную картину: синицы и воробьи вместо пуха и веточек приносят в клювах сигаретные окурки. Орнитологи из Польши решили выяснить, зачем птицы выстилают гнезда мусором, пропитанным никотином. Оказалось, пернатые нашли способ использовать вредную человеческую привычку для защиты своего потомства. Но, как это часто бывает в природе, у медали есть обратная сторона.
Марсоход «Персеверанс» обнаружил в камнях на кромке кратера Езеро спектральные признаки минерала корунда, из которого на Земле образуются рубины и сапфиры. Такие спектры на Красной планете зарегистрировали впервые. Теперь ученые пытаются понять, при каких процессах он мог там сформироваться, ведь условия на Марсе заметно отличаются от тех, в которых корунд обычно образуется на Земле.
За 10 лет лежания в почве сигаретные фильтры не растворились, а лишь замаскировались под грязь. Их пластиковые волокна распались на микрочастицы, намертво склеились с минералами и превратились во вторичный микропластик. Более того, на пятом году гниения мусор начал отравлять землю с новой силой.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно