Новый двумерный материал может отодвинуть графен на задний план


Новый материал, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину, был найден учеными из университета Кентукки, США, университета Даймлера, Германия, и Института электронных структур и лазеров (IESL), Греция. Этот материал, состоящий из атомов кремния, бора и азота, может, в отличие от графена, иметь проводящие или полупроводниковые свойства. И эта особенность позволит новому материалу отодвинуть графен на задний план в области разработки новых цифровых электронных технологий.

Согласно имеющимся данным, новый материал Si2BN существует пока только в теории в виде математических моделей, образцы такого материала еще ни разу не были получены даже в лабораторных условиях. "Тем не менее, в составе материала присутствуют только недорогие и очень распространенные химические элементы, а сам материал должен обладать высокой стабильностью" - рассказывает Мэдху Менона (Madhu Menon), доктор философии в области физики из университета Кентукки, - "И этом материал имеет перспективу стать одной из самых сильных альтернатив графену, который сейчас пытаются использовать в качестве замены кремнию в электронике".

Исследования, направленные на поиски двумерных полупроводниковых материалов, привели ученых к новому классу материалов, состоящих из трех слоев химических элементов, имеющих название переходных металлических дихалькогенидов (transition-metal dichalcogenide, TMDC). В большинстве случаев TMDC-материалы являются полупроводниками и, благодаря этому, их можно использовать в качестве материала для элементов структуры мощных микропроцессоров, работающих с более высокой эффективностью, нежели процессоры на основе кремния. Однако, существующие TMDC-материалы имеют большую толщину, нежели графен, и состоят из элементов, которые достаточно редки и, поэтому, дороги.

Ученые создали еще целый ряд материалов, в чем-то подобных графену, однако, все из них имеют свои собственные недостатки. Силицен, к примеру, не имеет абсолютно плоской поверхности, на нанометровом уровне его уже нельзя рассматривать как абсолютно плоский материал. А некоторые другие материалы отличаются слабой стабильностью, они могут существовать в своем исходном виде самое большее в течение нескольких часов.

Новый материал Si2BN имеет металлическую природу, но путем добавки атомов других элементов ширина его запрещенной зоны может быть изменена так, что материал может стать или проводником или полупроводником. Графен также можно превратить в полупроводник путем воздействия на него механическим усилием или внешним магнитным полем, но такой подход абсолютно неприемлем при создании полупроводниковых устройств, солнечных батарей и т.п.

Присутствие большого количества кремния в новом материале предполагает возможность его использования в существующих технологиях производства полупроводниковых приборов. И это является весьма значительным преимуществом, которое позволит полупроводниковой промышленности перейти на новый материал без кардинальной перестройки и огромных дополнительных капиталовложений.

Теперь дело остается лишь за малым. Ученым потребуется разработать технологию синтеза материала Si2BN и проверить соответствие его расчетных характеристик характеристикам, полученным экспериментальным путем. Только на практическую реализацию этого "малого" может уйти от нескольких месяцев до нескольких десятков лет.


Источник

Создана самая подробная и высококачественная модель магнитной деятельности на поверхности Солнца


Известно, что Солнце имеет 11-летний цикл своей активности, в течение этого периода происходит постепенное увеличение интенсивности происходящих на поверхности процессов. Солнце становится более ярким, на его поверхности появляется больше пятен и там происходят сильнейшие "шторма", извергающие в пространство огромное количество заряженных частиц. Эти частицы при неблагоприятном раскладе являются угрозой не только для космической техники, находящейся на околоземной орбите, но и для всей электроники и электрических сетей на поверхности Земли.

В основе всех происходящих на поверхности Солнца процессов лежат воздействия циркулирующих там магнитных полей, и понимание этих процессов позволит более точно предсказывать космическую "погоду", которая оказывает влияние и на происходящее на Земле. В течение нескольких десятилетий ученые пытались создать математические модели всего происходящего на Солнце, но эта задача является весьма сложной и была неподъемна для компьютеров предыдущих поколений. Созданные крупномасштабные модели, имеющие невысокую разрешающую способность, вроде достаточно неплохо описывают всю солнечную "деятельность", а модели, имеющие высокую разрешающую способность, охватывали лишь небольшие участки поверхности и, как следствие, не отражали всей картины полностью.

Теперь, используя ресурсы сразу нескольких суперкомпьютеров, ученые создали новую модель, которая охватывает как уровень малого, так и крупного масштаба, позволяя изучить все происходящие процессы с рекордно высоким значением разрешающей способности. "Практически во всех предыдущих моделях подразумевалось, что материя на поверхности Солнца имеет вязкость, подобную вязкости меда" - рассказывает Мэттиас Ремпель (Matthias Rempel), ученый из Национального центра атмосферных исследований (National Center for Atmospheric Research), - "Наша же модель рассматривает поверхность Солнца как большое количество материи, имеющей вязкость, сопоставимую с вязкостью воды. И только большая разрешающая способность нашей модели позволяет нам получить картину создаваемых движением материи магнитных полей, которая имеет хот какой-нибудь смысл".


Увеличение разрешающей способности модели позволили определить, что возникающие магнитные поля заставляют менее вязкую материю вести себя подобно более вязкой. "Ближайшей аналогией этому является морская вода, наполненная водорослями, которые затрудняют движение в этой среде" - рассказывает Мэттиас Ремпель, - "И когда мы учли все это в модели, то увидели формирование сильных магнитных полей, подобных тем, которые наблюдаются на поверхности Солнца".

"Эти тонкости оправдывают несовершенство моделей, созданных в предыдущие времена" - рассказывает Мэттиас Ремпель, - "И это указывает на то, что если мы хотим получить точную модель Солнца, то мы должны рассматривать процессы формирования магнитных полей на всех уровнях, ведь происходящее на самом маленьком уровне, в конце концов, играет весьма важную роль в происходящем в более больших масштабах".

И даже с учетом всего вышесказанного новая модель Солнца еще очень далека от действительности. В ней еще нет даже намеков на причины возникновения 11-летнего цикла солнечной активности. "Но в любом случае, новая модель является шагом вперед" - рассказывает Мэттиас Ремпель, - "И в будущем мы продолжим совершенствование модели до уровня, когда она будет хоть приблизительно соответствовать действительности".


Источник

Гибридный наземно-космический радиотелескоп позволил провести наблюдения с максимальной на сегодняшний день разрешающей способностью


Ученые-астрономы, использующие орбитальный радиотелескоп, работающий совместно с четырьмя наземными радиотелескопами, произвели наблюдения с самой высокой на сегодняшний день разрешающей способностью, что позволило различить достаточно мелкие детали далекого астрономического объекта. И данное достижение сразу же принесло пару весьма неожиданных результатов, которые способны изменить понимание природы и процессов, происходящих возле квазаров и массивных черных дыр, находящихся в центрах галактик.

Ученые объединили российский космический аппарат "Радиоастрон" (Спектр-Р) с несколькими наземными телескопами, Green Bank Telescope в Вирджинии, Very Large Array в Нью-Мексико, Effelsberg Telescope в Германии и Arecibo Observatory в Пуэрто-Рико, получив "виртуальный" радиотелескоп, размером более 160 тысяч километров. Данные от космического телескопа принимались антенной телескопа Green Bank Telescope и передавались через Интернет в Россию, где они совмещались с данными от наземных радиотелескопов и производился синтез окончательно изображения.

После проверки и калибровки системы ученые навели ее фокус на квазар 3C 273, располагающийся на удалении 2 миллиардов световых лет от Земли. Квазары типа, к которому относится и квазар 3C 273, извергают в пространство потоки материи, джеты, разогнанные почти до скорости света. И эти джеты являются достаточно мощными источниками радиоволн.

Ранее ученые считали, что излучение радиоволн джетами ограничено некоторыми физическими процессами. Температура материи, из которой состоят эти джеты, составляет порядка 100 миллиардов градусов. Однако, ученые были крайне удивлены, когда наземно-космический телескоп дал им данные, указывающие на то, что температура материи превышает отметку в 10 триллионов градусов.


"Только возможности гибридного радиотелескопа позволили нам достаточно точно измерить температуру материи. И теперь перед нами стоит задача выяснить, за счет чего эта материя нагрелась до столь высокой температуры" - рассказывает Юрий Ковалев, сотрудник Астрокосмического центра Физического института имени Лебедева (ФИАН), - "Полученные результаты наших наблюдений идут вразрез с некоторыми из существующих теорий, которые, по всей видимости, нуждаются в корректировке".

Помимо необычно горячей среды в районе квазара 3C 273, наблюдения показали наличие искажения радиоволн, рассеиваемых незначительным количеством межзвездной материи в галактике Млечного Пути. "Это походит на взгляд сквозь поток бурного горячего воздуха выше пламени свечи" - рассказывает Майкл Джонсон (Michael Johnson), ученый из Центра астрофизики Гарварда-Смитсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA), - "Ранее мы не имели возможности увидеть такие искажения радиоволн, излучаемых далеким космическим объектом".

"Сверхвысокое разрешение гибридного телескопа дает в наши руки чрезвычайно мощный инструмент, позволяющий нам изучить не только физику пространства вблизи высокоэнергетических объектов, таких, как квазары и черные дыры, но и изучить разреженную материю, которая наполняет нашу и другие галактики" - рассказывает Майкл Джонсон.

Источник

Создана самая большая карта нейронных связей, объем данных которой составляет 100 терабайт


Международная группа исследователей из Института мозга Аллена (Allen Institute for Brain Science), Медицинской школы Гарвардского университета и Института нейро-электронных исследований Фландерса (Neuro-Electronics Research Flanders, NERF), Бельгия, создала крупнейшую на сегодняшний день карту связей между нейронами участка коры головного мозга. В процессе создания этой карты исследователи разработали ряд новых инструментов, которые могут быть использованы в исследованиях по "реверс-инжинирингу мозга" для обнаружения соответствий между структурой нейронных связей и функциями, выполняемыми этим участком нейронной сети.

Создание карты нейронных связей является результатом реализации научной программы, начатой почти десять лет назад, целью которое является объединение в единое целое некоторых не связанных до этого областей нейробиологии.

Создание карты было начато с идентификации отдельных нейронов зрительного участка коры головного мозга подопытного животного-грызуна, который был подвержен определенной визуальной стимуляции. Во время этого ученые получили миллионы изображений нервных клеток и синапсов, сделали огромное количество "тонких двумерных срезов", которые были объединены в единое трехмерное изображение. Каждый нейрон занимает в этом изображении определенное положение и, проследив пути от одного нейрона к другому, ученые определили местоположения основных нейронных связей.

Последующий анализ набора данных, объем которого составляет около 100 терабайт, уже дал некоторые результаты. В частности, были получены доказательства существования в мозге структур, своего рода магистралей, которые соединяют между собой нейроны, которые используются при выполнении схожих задач.

Разработанные учеными новые исследовательские инструменты будут использованы при реализации одной из программ проекта Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS). В рамках этого проекта на основе данных, полученных из изучения мозга, будут воссозданы алгоритмы и механизмы обучения, самообучения и других функций нейронных сетей. А конечной целью данной программы является создание полностью функционирующей цифровой реконструкции одного кубического миллиметра нервной ткани со всеми нейронами и синапсами. Эта реконструкция, которая по размерам будет сопоставима с крупицей сахара, станет самым большим участком мозга, досконально изученным подобным образом в настоящее время.

Источник