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 Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Вопрос формирования первых континентов на Земле до сих пор вызывает научные дискуссии. Исследование состава древнейших известных минералов, сохранившихся в архейских магматических горных породах Австралии, стало новым подтверждением того, что континенты появились в результате субдукции 3,5 миллиарда лет назад.
Хотя сам факт наличия непонятных объектов на снимках, которые американские астронавты сделали на Луне, известен давно, десятилетиями их списывали на химические дефекты светочувствительной эмульсии фотопленки или блики света в линзах камер. Новая публикация на сайте Пентагона признает их реально существующими объектами, хотя и не делает выводов о их природе.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Крупные травоядные утконосые майазавры известны своим развитым социальным поведением. Они жили семьями и строили гнезда для своих детенышей. Даже название вида переводится с греческого языка как «ящер — хорошая мать». Исследование окаменелых зубов майазавров показало, что они выращивали детенышей совсем не так, как это считалось типичным для животных глубокой древности.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
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