#электроны

Молекулярные машины преобразуют энергию в движение, как и обычные, но состоят из небольшого количества молекул. Они рассматриваются учеными как следующий шаг в миниатюризации — там, где обычные шестерни и трубки начинают работать со значительными ограничениями из-за сил трения и капиллярного эффекта, приходится менять парадигму.

Топологические изоляторы проводят ток только по поверхности и поэтому рассматриваются как перспективные материалы для будущей электроники и квантовых технологий. Особый интерес представляет их контакт со сверхпроводниками. Физики из НИУ ВШЭ показали, что недавний эксперимент, в котором в такой гибридной структуре якобы наблюдалось объединение электронных пар на рекордном расстоянии 1,5 мкм, допускает более прозаичное объяснение. По их мнению, тот же сигнал может быть обусловлен обычным прохождением электронов через сверхпроводник. Дискуссия исследователей развернулась на страницах Nature Physics.

Физики впервые обнаружили, что один из самых классических типов сверхпроводников — соединение YbSb₂ — способен нарушать общепринятое правило физики об «обратимости времени». Раньше ученые считали, что подобным странным свойством обладают только редкие и сложные материалы. Это открытие показывает, что необычные квантовые явления могут скрываться и в гораздо более простых сверхпроводящих соединениях.

На ускорителях частиц проводят не только их столкновения, имитирующие первые секунды жизни Вселенной. Эти сложные устройства еще работают фабрикой экзотических частиц, которые почти не встречаются в природе. Сложнее создания редкой частицы — только задача удержать ее на месте, чтобы исследователи смогли провести измерения.

Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.

Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН показали, как с помощью электронного пучка управлять плазмой, в которой присутствуют пылевые частицы. Такой пучок вводится прямо в плазменный объем, изменяя при этом не только траектории движения частиц, но и свойства самой плазмы. Такой подход актуален для систем газоочистки и плазмохимических реакторов.

Физики из Объединенного института высоких температур РАН и МФТИ научились проводить более устойчивые и «физически корректные» компьютерные эксперименты со слабо вырожденной водородной плазмой в области низких температур.

Исследователи впервые получили неопровержимые доказательства квантового феномена, который оставался лишь теоретическим предсказанием почти столетие. Это открытие дало науке принципиально новый инструмент для охоты за частицами темной материи, невидимой для обычных детекторов.

Физики нашли способ использовать собственные электроны радия для считывания информации о ядре атома. Соединение радиоактивного элемента с фтором позволило электронам ненадолго проникать в ядро.

Ученые из МФТИ и Курчатовского института теоретически предсказали существование новых типов хиральных эффектов, возникающих при взаимодействии света с веществом. Им удалось показать, что если в процессе фотоэффекта выбивать из молекул закрученные фотоэлектроны, то это позволяет наблюдать ранее недоступные проявления асимметрии, или хиральности. В будущем новые методы, основанные на взаимодействии с вихревыми электронами, могут привести к созданию нового поколения приборов для высокоточного анализа хиральных соединений, что найдет применение в фармацевтике для контроля чистоты лекарств, в астрохимии для поиска внеземной жизни.

Проследить в сверхвысоком разрешении за динамикой электронного микромира, играющего ключевую роль в химических реакциях, до сих пор не удавалось ни химикам, ни физикам. Электроны в возбужденном состоянии движутся с невероятной скоростью и прежде оставались размытыми или невидимыми при изучении. Международная группа ученых добилась беспрецедентной детализации и разрешения электронных процессов, применив инновационный подход к рентгеновской спектроскопии.

Физик из МФТИ рассчитал скорость трехчастичного присоединения электрона к молекуле кислорода в газовых смесях с большим содержанием паров воды. Эти результаты перспективны как для плазменных технологий, в том числе в быстро развивающейся плазменной медицине, так и при описании электрических явлений в атмосфере.

Эксперименты на ускорителях частиц, коллайдерах, дороги и сложны в организации. Команда ученых выяснила, что использование огромных установок и миллионов частиц необязательно — можно обойтись тремя электронами.

В 1905 году Альберт Эйнштейн объяснил фотоэффект, показав, что свет состоит из квантов — фотонов, которые выбивают электроны из вещества. Это открытие заложило основы квантовой механики. Спустя 100 лет физики Петр Казинский, Владислав Рякин и Марк Мокринский из ТГУ предложили новую главу в этой истории. Они исследовали, как закрученные фотоны — световые волны, несущие орбитальный угловой момент, — могут генерировать закрученные электроны.

Долго считалось, что один материал не может проявлять одновременно сверхпроводящие и магнитные свойства. Недавно физики нашли такой сверхпроводник — ромбоэдрический графен.

Ученые из МФТИ и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» разработали теорию, позволяющую с беспрецедентной точностью описывать поведение сложных многоатомных молекул в сверхсильных электрических полях. Их работа дает возможность создания новых методов для изучения структуры молекул, включая биомолекулы, и даже для различения их «зеркальных» форм, что критически важно для фармацевтики.

Российские ученые впервые показали, что нейтрино может излучать спиновый свет, проходя через вещество. Это открытие имеет весомое значение для развития «новой» теории фундаментальных взаимодействии.

Специалисты ИФХЭ РАН с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева, ИСПМ РАН и ИНЭОС РАН исследовали валентную таутомерию в монослоях бис-фталоцианиновых комплексных соединений европия и самария на границе раздела воздух-вода. Впервые с помощью одновременной регистрации оптических спектров поглощения и XANES-спектров были доказаны перенос электрона с лиганда на центральный атом металла при формировании монослоя и обратный перенос электрона с центрального атома на лиганд — при сжатии монослоя. Также впервые выявлена и стимулирующая роль рентгеновского излучения в таких процессах. Технология может стать основой для «молекулярных компьютеров» и адаптивных покрытий, реагирующих на излучение.

В мире квантовой физики каждый день происходят удивительные открытия, которые меняют наше понимание фундаментальных законов природы. Недавнее исследование, проведенное на физическом факультете ТГУ, раскрыло новые свойства электронов, которые могут иметь важные последствия для квантовой электродинамики и технологий будущего. Ученые обнаружили, что волновая функция одного электрона может поддерживать особые квазичастицы — плазмон-поляритоны.

Ученые создали органический полупроводник, обеспечивающий электронам движение по спирали. Это открытие повысит эффективность OLED-дисплеев в телевизорах и смартфонах и найдет применение в спинтронике и квантовых вычислениях.

Квантовые взаимодействия электронов внутри материалов могут привести к возникновению необычных феноменов. Например, 16 лет назад физики предсказали существование так называемых полудираковских фермионов — квазичастиц, изменяющих свою массу в зависимости от направления движения. Однако обнаружить их в слоистом материале удалось только сейчас, причем случайно. Это может привести к созданию новых материалов с уникальными оптическими свойствами.

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

Ученые определили, что способ кодирования радиосигналов AltBOC, с недавних пор используемый в европейской системе навигации Galileo и китайской BeiDou, позволяет в 10 раз точнее, чем раньше, определять концентрацию электронов в ионосфере Земли при использовании одночастотных навигационных приемников. Наблюдения за ионосферой важны, поскольку содержащиеся в ней заряженные частицы влияют на качество работы спутниковых радиосистем. Таким образом, кодирование AltBOC может использоваться и для совершенствования отечественной системы ГЛОНАСС в задачах мониторинга ионосферы.

Динамику возникновения таких загадочных явлений, как квантовая запутанность, можно вычислить и потенциально измерить в будущем экспериментальным путем на аттосекундных масштабах времени (одна аттосекунда равна миллиардной части миллиардной доли секунды). К этому выводу пришла международная команда физиков, разработавшая теоретические модели и применившая методы компьютерного моделирования.

Ученые из Массачусетского технологического института впервые зафиксировали пограничное состояние ультрахолодных атомов натрия, которые ведут себя как электроны в магнитном поле, то есть движутся свободно, без трения. Результаты нового исследования прокладывают путь к сверхэффективной передаче данных и энергии без потерь. 

Группа ученых из NASA впервые обнаружила и измерила глобальное электрическое поле нашей планеты, существование которого предсказывали физики почти 60 лет назад. Согласно заявлениям специалистов, именно это поле вызывает утечку газа в космос в полярных широтах, а также ответственно за ряд других эффектов, в которых еще предстоит разобраться. Авторы нового исследования считают, что их работа не только раскроет загадки истории Земли, но и позволит проникнуть в тайны других планет и понять, какие из этих миров могут быть пригодны для жизни.

В Международный день света, 16 мая, ученые Пермского Политеха рассказали, почему глаза у человека на фото становятся красными, а у кошек — зелеными, что случилось с фоторецепторами дальтоников, зачем животным «третий» глаз, откуда у света масса и способность «давить», можно ли звук превратить в свечение и существуют ли частицы, которые двигаются быстрее скорости света.

Ученые НИЯУ МИФИ предложили новый тип решетки, взаимодействуя с которой электрон будет излучать в сто раз больше энергии, чем обычно.

По оценкам ученых, на отработанное тепло, которое попадает в окружающую среду и не используется, приходится более 70 процентов потерь глобального потребления энергии. С помощью термоэлектрических материалов — особых полупроводников — рассеиваемое тепло можно преобразовывать в электроэнергию. Это позволяет использовать тепло, выделяемое при сгорании топлива, для генерации электричества. Одна из главных задач современного материаловедения — поиск таких материалов. Коллектив ученых из Сколтеха, Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН, а также других ведущих научных организаций России и Израиля изучил, как добавление примесей в термоэлектрический материал теллурид свинца может повлиять на их механические свойства и продлить срок службы термоэлектрического генератора.

Исследователи из Швейцарии экспериментально обнаружили, что новый материал приобретает магнитные свойства с помощью механизма, который ранее не наблюдался.

В этом году наградой отметили Пьера Агостини (США), Ференца Крауза (Германия) и Анн Л'Юлье (Швеция).

Ученые МФТИ совместно с коллегами из Англии, Швейцарии и Китая изучили свойства тонкослойной гетероструктуры «платина — ниобий». Проведенные ими эксперименты и теоретические расчеты подтвердили, что при контакте со сверхпроводником в платине возникает спин, который можно использовать как носитель информации. Платина не обладает собственным магнитным моментом, что в перспективе дает возможность создавать на базе новой структуры еще более миниатюрные чипы, чем в «традиционной» спинтронике.

Ученые из Сколтеха, Педагогического университета Цзянсу и других исследовательских институтов предсказали существование неожиданных соединений лития и цезия, которые образуются под высоким давлением. Для этих новых веществ характерны нетрадиционные химические свойства, невиданные кристаллические структуры и сверхпроводимость: при температуре ниже 223–213 градусов Цельсия они проводят ток без сопротивления.

Ученые ТПУ разработали универсальный программный комплекс для исследований спектров молекул. Он умеет определять положение линий спектра и их абсолютные интенсивности даже в молекулах типа ассиметричного волчка в несинглетных электронных состояниях — одного из наиболее сложных, с точки зрения математического описания, объектов. Полученные с помощью комплекса данные в несколько раз больше и в сотни раз точнее по сравнению с доступными сейчас. Такой подход заполнит «белые пятна» в знаниях о том, что происходит в молекулах.

Электронно-лучевая сварка представляет собой воздействие на металл направленным потоком энергии. Качество получаемых сварных швов зависит от качества используемого «инструмента» - электронного луча. Характеристиками луча являются распределение плотности мощности, фокусировки и геометрических размеров. Однако при настройке процесса электронно-лучевой сварки эти параметры никогда в явном виде не контролируются, что приводит к низкой воспроизводимости качества сварных соединений. При этом электронно-лучевая сварка зачастую является финишной операцией при изготовлении дорогостоящих изделий, когда стоимость ошибки может приводить к потерям, превышающим десятки миллионов рублей. Учеными Пермского Политеха было разработано устройство, которое позволяет получать реальные пространственные и энергетические характеристики электронного пучка. Благодаря этому результат сварки становится более прогнозируемым, а сварные швы – более качественными и надежными.

Исследователи из Сколтеха, Университета Тромсе — Арктического университета Норвегии, Института химии твердого тела и механохимии СО РАН и их коллеги выполнили теоретический анализ свойств сверхтонких алмазных пленок и определили, какие из них наиболее пригодны для дисплеев с автоэлектронной эмиссией. Эту разновидность плоских экранов первоначально разрабатывали наравне с господствующими сейчас жидкокристаллическими дисплеями. И, возможно, альтернативную технологию рано списывать со счетов. Потенциальные преимущества — низкое энергопотребление, широкий угол обзора и безынерционность: пиксели меняют цвет быстро.

Ученые из Центра технологий материалов Сколтеха продемонстрировали работоспособность нейросетевого метода для создания точного обменно-корреляционного функционала, который является центральным компонентом в теории функционала плотности — основном численном методе физики конденсированного состояния и квантовой химии. С его помощью рассчитывают базовые свойства материалов и молекул, например, при поиске новых материалов и лекарств. В числе таких свойств реакционная способность соединений, прочность, зонная структура и другие.

Группа исследователей из МФТИ и Стокгольмского университета разработала миниатюрное устройство, способное контролируемо изменять фазу сверхпроводящей волновой функции. Поскольку сверхпроводниковая электроника имеет дело именно с такой функцией, это устройство может стать одним из ее базовых элементов — как транзистор для полупроводниковой техники. Переключением фазы ученые управляли, передвигая вихри Абрикосова между специально созданными «ловушками» вблизи джозефсоновского контакта. Эти переключения могут быть использованы для реализации памяти, работающей при очень низких температурах.

Ученые из МФТИ, университетов Регенсбурга (Германия) и Канзаса, а также Массачусетского технологического института (США) обнаружили аномально сильное поглощение света в намагниченном графене. Эффект возникает из-за превращения обычных электромагнитных волн в сверхмедленные поверхностные волны, бегущие по графену. Явление может помочь в разработке новых приемников сигналов связи, размеры которых будут гораздо меньше существующих при схожей эффективности поглощения.

Ученые Научно-исследовательского радиофизического института (НИРФИ) ННГУ имени Н. И. Лобачевского разработали новый способ определения концентрации электронов в Е-слое ионосферы Земли. Это один из основных параметров, определяющих процесс распространения радиоволн. Сведения об электронной концентрации позволяют прогнозировать условия распространения радиоволн, анализировать эффекты воздействия мощного радиоизлучения на ионосферу Земли и изучать ее характеристики в динамике.

Ученые из МФТИ совместно с коллегами из ВШЭ и Института прикладной физики РАН теоретически исследовали лавинное распространение быстрых электронов в грозовых облаках. Авторы построили аналитическую и вычислительную модели развития наземных гамма-вспышек, порождаемых быстрыми электронами. Описание условий, при которых происходит развитие вспышки, с помощью нового подхода оказалось более реалистичным, чем предыдущие.

Физики Томского государственного университета Рашид Валиев и Глеб Барышников впервые разработали модель, по которой можно вычислить эффективность переноса энергии и заряда в наноматериалах из первых принципов. Она позволяет рассчитать, как будет осуществляться этот перенос, до синтеза материалов — это позволит сэкономить на экспериментах и быстрее разработать эффективное наноустройство.

Ученые Сколтеха исследовали электронные свойства арсенида индия (InAs). Сегодня этот полупроводник не только широко используется в фотодиодах ИК-диапазона, но и рассматривается в качестве «строительного блока» для альтернативных инфракрасных лазеров и терагерцовых генераторов.

Ученые НИТУ «МИСиС» в составе международного исследовательского коллектива впервые продемонстрировали существование в антиферромагнетиках так называемого зеемановского спин-орбитального взаимодействия. Открытие может лечь в основу действия электронных приборов нового поколения.

Российский физик совместно с зарубежными коллегами изучил квантовые контакты между проводниками во внешнем осциллирующем поле и пришел к выводу, что для определенных видов контактов с увеличением частоты осцилляций ток становится равен нулю. Этот механизм может найти применение при создании элементной базы наноэлектроники.

При помощи лазерной обработки российские ученые вместе с европейскими коллегами изготовили высокочувствительные детекторы фотонов. В основе технологии лежит управление свойствами углеродных нанотрубок. Новые детекторы помогут в разработке квантовых компьютеров, камер с высоким разрешением, более эффективных интегральных микросхем и других устройств.

Исследователи из Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха и Саутгемптонского, а также Ланкастерского университетов продемонстрировали новый оптический метод, позволяющий синтезировать искусственные твердотельные кристаллические структуры для экситон-поляритонов в микрорезонаторе, используя лишь лазерное излучение. Полученные результаты могут стать основой для реализации программируемых схем на базе поляритонов, разработки новых стратегий создания управляемого оптического излучения, а также методов создания надежных пространственно-локализованных когерентных источников света.

Ученые ДВФУ совместно с коллегами из России, Южной Кореи и Австралии предложили инновационный метод управления спин-электронными свойствами и функциональностью тонкопленочных магнитных наносистем. Открытие важно для создания нового поколения миниатюрной электроники (спин-орбитроники) и сверхбыстрой высокоемкой компьютерной памяти.

Также редуктивный стресс, вызывающий перераспределение электронов, влияет на риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Коллектив ученых, в основу которого вошли сотрудники Университета ИТМО, создал планарную систему, где фотоны связываются с другими частицами и за счет этого могут взаимодействовать. Принцип, представленный в ходе эксперимента, может стать платформой для создания оптического транзистора, который, в свою очередь, станет основой оптического компьютера.