Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Pokaż mi ząb, a powiem ci, co jesz
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczeni z amerykańskiego Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) znaleźli sposób na znaczące udoskonalenie transmisyjnych elektroskopów elektronowych. Tego typu mikroskop rejestruje elektrony przechodzące przez próbkę. Ta z kolei musi mieć grubość mniejszą niż 0,1 mikrometra, co bardzo ogranicza zastosowanie mikroskopu.
Eksperci z NIST przepuścili elektrony przez nanometrowej wielkości kratownicę. To spowodowało, że fale elektronowe przybrały kształt korkociągów i utrzymywały go w wolnej przestrzeni.
Zjawisko takie pozwala mieć nadzieję na zbudowanie w niedalekiej przyszłości transmisyjnego mikroskopu elektronowego o rozdzielczości lepszej od mikroskopów optycznych, który ponadto będzie pracował z większą liczbą materiałów niż dotychczas. Spiralny kształt i moment kątowy elektronów pozwoli nam na pracę z różnymi materiałami, które dotychczas były niedostępne dla użytkowników transmisyjnych mikroskopów elektronowych. Wyposażenie mikroskopu w nanokratownicę podobną do tej, jakiej użyliśmy w naszym eksperymencie, pozwala na dramatyczne zwiększenie możliwości urządzenia tanim kosztem - mówi Ben McMorran, jeden z autorów badań.
Eksperyment NIST nie jest pierwszym doświadczeniem tego typu, ale dał on najlepsze rezultaty. Kratownica jest znacznie mniejsza niż inne używane urządzenia, znacznie lepiej rozdziela fale elektronowe i nadaje elektronom 100-krotnie większy moment.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Od dekad to krzem pozostaje głównym materiałem konstrukcyjnym elektroniki, mimo że jest to coraz trudniejsze, producenci coraz bardziej zwiększają gęstość upakowania krzemowych elementów, zachowując prawo Moore'a. Ale już niedługo zdolność krzemowej technologii do rozwoju skończy się nieodwracalnie: negatywne zjawiska towarzyszące miniaturyzacji zastopują ją najdalej za dziesięć lat, być może nawet wcześniej - z powodu wykładniczo rosnących kosztów wdrażania coraz precyzyjniejszych technologii.
Materiałem, w którym od lat upatruje się kandydata na następcę krzemu jest grafen. Niestety, ze względu na całkowicie odmienne właściwości (nie do końca przy tym poznane) nie da się go tak po prostu użyć w miejsce krzemu, konieczne jest opracowanie technologii dosłownie od zera. Chociaż więc po grafenie oczekuje się, że pozwoli na tworzenie układów scalonych mniejszych i szybszych, na razie gra toczy się nie o to, żeby zrobić lepiej, ale żeby w ogóle zrobić cokolwiek.
Od laboratorium do fabryki - daleka droga
Przez długie lata większość badań koncentrowała się na tzw. grafenie eksfoliowanym. Pierwsze płatki grafenu uzyskano odrywając z grafitu pojedynczą warstwę atomów przy pomocy taśmy klejącej. To co wystarcza naukowcom dla producentów jest jednak niczym - im potrzeba materiału łatwego w wytwarzaniu i obróbce, pewnego, zachowującego się przewidywalnie i skalowalnego.
Materiałem, w którym również upatrywano kandydata były węglowe nanorurki - rurki złożone z pojedynczej warstwy atomów węgla. Mimo zadziwiających właściwości ich praktyczne zastosowanie pozostaje żadne: trudno je wytwarzać w pożądany i przewidywalny sposób. Zajmujący się nanorurkami naukowiec Georgia Tech, Walt de Heer, uznał, że nigdy nie nadadzą się one do zastosowań przemysłowych, przynajmniej w dziedzinie elektroniki. Zauważył jednak, że skoro ich właściwości elektryczne wynikają głównie z istnienia pojedynczej warstwy atomów, praktyczniej będzie taką rurkę rozwinąć i rozpłaszczyć, czyli wyhodować na płaskiej powierzchni. Stąd wziął się pomysł, a potem technologia produkcji grafenu epitaksjalnego, czyli hodowanego na odpowiednio przygotowanej powierzchni. Technika ta pozwala na przeniesienie charakterystyki warstwy bazowej na strukturę atomową tworzonej warstwy epitaksjalnej. Materiałem bazowym jest powszechnie stosowany węglik krzemu, do którego można stosować znane już technologie wytwarzania elektroniki. Przez umiejętne podgrzewanie powoduje się migrację atomów krzemu, pozostawiając sam węgiel - czyli uzyskuje się precyzyjnie kontrolowaną warstwę grafenu. Tą metodą udało się wyprodukować siatkę składającą się z 10 tysięcy grafenowych tranzystorów na powierzchni 0,24 cm2 - to rekord, którym szczyci się Georgia Tech.
Warstwy grafenu, jakie wytwarzane są w laboratoriach, poddawane są skrupulatnym badaniom. Epitaksjalny grafen dra de Heera zachowuje się niemal doskonale tak, jak wynika z teoretycznych symulacji, pozwalając zaobserwować oczekiwane właściwości, na przykład występowanie kwantowego efektu Halla.
Obok prac nad skalowalnością procesu, równie ważne są prace nad tworzeniem struktur wielowarstwowych. Niedawno udało się wykazać, że dodawanie nowych warstw nie zakłóca właściwości warstw już istniejących. Ciekawostką jest to, że taki wielowarstwowy grafen jest czymś innym od grafitu: w graficie kolejne warstwy atomów obrócone są o 60º. W wielowarstwowym grafenie zaś o 30º - czyli jest to całkowicie nowy materiał.
Epitaksjalne wytwarzanie grafenowych warstw pozwoliło ominąć jeszcze jedną technologiczną trudność. Podczas wykorzystywania innych technologii problemem były nierówne krawędzie nanoelementów. Ponieważ właściwości grafenu mocno zależą od jego kształtu (potrafi on nawet być raz przewodnikiem a raz półprzewodnikiem), jeśli krawędzie grafenowych elementów nie były idealnie gładkie, pojawiały się niepożądane opory w przepływie prądu, upływy itp. Technologia epitaksji pozwala zachować idealne krawędzie.
Do ciekawostek należą odnalezione we współpracy z NIST (National Institute of Standards and Technology) właściwości grafenu pozwalające wpływać na jego właściwości przy pomocy precyzyjnie aplikowanych pól magnetycznych.
Grafen - Concorde elektroniki
Czy zatem grafen zastąpi krzem? Według zajmujących się nim naukowców po pierwsze nie tak szybko, po drugie nie do końca. Niekompatybilność właściwości starego i nowego materiału nie pozwoli tak po prostu przesiąść się na nowe technologie, które początkowo będą drogie. De Heer uważa, że przez długi czas krzem i grafen będą koegzystować - krzem w roli elektroniki popularnej i niedrogiej, grafen - do bezkompromisowych zastosowań, jak choćby bardzo zminiaturyzowane i szybkie układy, nie do osiągnięcia na bazie krzemu.
Posługując się analogią sądzi on, że wchodzenie nowej technologii podobne będzie do rywalizacji lotnictwa z transportem morskim i kolejowym. Rozwijające się lotnictwo pasażerskie, pomimo wysokich cen, miało chętnych, dla których była ważniejsza szybkość. Do dziś jednak, mimo spadku cen i coraz większej masowości, stare metody transportu nie zanikły i wciąż się rozwijają.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Co decyduje o doborze partnera? Atrakcyjność, zdolność do posiadania potomstwa, zdolność do wyżywienia rodziny - wymieni każdy. Odkrycie, że może o tym decydować żyjąca w organizmie bakteria nieco szokuje, ale to prawda. Co więcej, może ona sterować ewolucją organizmu gospodarza. Na szczęście nie dotyczy to człowieka, lecz muszki owocówki.
Ewolucję postrzegano dotychczas jako ewolucję osobników danego gatunku. W przypadku różnego rodzaju symbiozy, rozpatrywano rzecz jako niezależne ewolucje: na przykład ssaka i żyjącej w jego jelitach bakterii. Doświadczenie izraelskich naukowców z Wydziału Mikrobiologii Molekularnej i Biotechnologii na Tel Aviv University dowodzi, że przynajmniej w części wypadków ewolucję należy rozpatrywać jako zmianę całego środowiska, zwanego holobiontem. W tym przypadku zwierzę oraz bytujące wewnątrz udomowione bakterie ewoluują nie osobno, lecz razem.
Pierwsze doświadczenie, jakie przeprowadzili prof. Eugene Rosenberg, prof. Daniel Segel oraz doktorant Gil Sharon, było powtórzeniem eksperymentu, jaki już dwie dekady temu przeprowadzono na uniwersytecie w Yale. Populację muszek owocowych podzielono na dwie części: jedną karmiono cukrem słodowym, drugą skrobią. Z racji krótkiego życia muszki ewoluują dość szybko i rozdzielone populacje różnicują się szybko. Po roku eksperymentu, kiedy rozdzieloną populację połączono na nowo, zaobserwowano, że osobniki z dwóch subpopulacji nie chciały się ze sobą mieszać, na partnerów wybierając jedynie osobniki nawykłe do karmy tego samego rodzaju. Izraelscy naukowcy udowodnili ponadto, że na taką zmianę nie potrzeba aż roku, wystarczy nawet jedno lub dwa pokolenia.
Kto kim rządzi?
Drugi eksperyment miał na celu znalezienie - podejrzewanego już - mechanizmu tak szybkiej ewolucji. Podawanie muszkom razem z karmą zwykłego antybiotyku spowodowało, że wykształcenie odmiennych preferencji partnerskich w wyniku diety nie następowało. Aplikacja antybiotyku już po zróżnicowaniu populacji również znosiła podział. W kolejnych eksperymentach wyizolowano odpowiedzialną za taki stan rzeczy bakterię Lactobacillus plantarum - symbiotycznie żyjącą w układzie pokarmowym muszek. Ponowne zasiedlenie układu pokarmowego muszek bakteriami przywracało podział populacyjny.
Po dokładniejszych badaniach okazało się, że sprawa leży w poziomie wytwarzanych feromonów. Logicznym wnioskiem wysuniętym przez badaczy jest, że bakterie L. Plantarum potrafią regulować produkcję feromonów swoich gospodarzy, wpływając w ten sposób na ich preferencje seksualne, a pośrednio na przebieg ewolucji.
Bakterie mają krótszy cykl życiowy i ewoluują szybciej, niż większe organizmy. Wpływając na zachowanie gospodarza przyspieszają również jego ewolucję. To sprawia, że taki holobiont może ewoluować znacznie szybciej, niż wydawałoby się to możliwe.
Trudno na razie ocenić rozpowszechnienie takiego zjawiska, nie da się wszakże wykluczyć, że dotyczy ono również organizmów bardziej rozwiniętych niż muszki i może odgrywać istotną rolę w ewolucji. To stawia teorię ewolucji w nowym świetle i może oznaczać konieczność sformułowania jej nawet na nowo.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczonym z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) udało się, jako pierwszym w historii, zaprezentować metodę konwersji pojedynczego fotonu wyemitowanego z kwantowej kropki w paśmie 1300 nm (bliska podczerwień) w foton charakterystyczny dla emisji fali o długości 710 nm (światło bliskie widzialnemu). Możliwość zmiany koloru pojedynczego fotonu może być ważnym krokiem na drodze do stworzenia hybrydowych kwantowych systemów obliczeniowych i komunikacyjnych.
W przetwarzaniu kwantowej informacji bardzo ważna jest możliwość jej transportu w formie zakodowanej w fotonie oraz przechowywania. Specjaliści dążą do tego, by pojedyncze urządzenie było w stanie przechowywać i kodować kwantową informację. Problem jednak w tym, że dostępne obecnie systemy pamięci kwantowych są w stanie przechowywać fotony ze światła bliskiego światłu widzialnemu, a tymczasem najlepsze wyniki daje transport fotonów z podczerwieni, gdyż takie fale doświadczają najmniejszych strat w światłowodach.
To pokazuje, jak ważny jest wynalazek NIST. Pozwala on bowiem na skonstruowanie pojedynczego urządzenia, które będzie pracowało z różnymi fotonami.
Specjaliści z NIST dokonali tego łącząc źródło fotonu z wykrywaczem zdolnym do zmiany częstotliwości z niższej (długa fala) na wyższą (krótka fala).
Ważnym osiągnięciem jest wykorzystanie tutaj kropki kwantowej, gdyż pozwala ona na emisję pojedynczego fotonu o określonej długości fali (kolorze). Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać aż tak dużej kontroli nad fotonami. Dodatkową zaletą tej technologii jest konwersja fotonu z podczerwieni do światła niemal widzialnego. Pozwala to bowiem aż 25-krotnie zwiększyć wykrywalność fotonów, gdyż obecnie dostępne detektory dla światła bliskiego widzialnemu są znacznie doskonalsze niż te dla podczerwieni.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z amerykańskiego National Institute of Standards and Technology (NIST) i niemieckiego Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB) ocenili w warunkach bardzo zbliżonych do wymaganych podczas testów klinicznych przydatność atomowego czujnika magnetycznego do śledzenia pracy ludzkiego serca (Applied Physics Letters).
Dotąd czujnik badano głównie w laboratoriach. Najnowszy eksperyment miał miejsce w berlińskiej siedzibie PTB, w budynku z najlepszym na świecie ekranowaniem magnetycznym. Umożliwia ono zablokowanie pola magnetycznego Ziemi oraz innych zewnętrznych źródeł. Gwarantuje to uzyskanie wiarygodnych i precyzyjnych pomiarów.
Czujnik stworzony przez specjalistów z NIST to de facto niewielkie pudełko, w którym znajduje się ok. 100 mld atomów rubidu w stanie gazowym (laser podczerwieni małej mocy) oraz elementy optyczne. Urządzenie zmierzyło unikatową sygnaturę magnetyczną serca w pikoteslach. Podczas przełomowego badania naukowcy umieszczali czujnik 5 mm nad lewą częścią klatki piersiowej leżącej na plecach osoby. Sensor wychwycił słaby, ale regularny wzorzec cyklu pracy serca. Utrwalono go także dzięki nadprzewodnikowemu interferometrowi kwantowemu SQUID (ang. superconducting quantum interference device) i następnie porównano oba zapisy. Okazało się, że miniczujnik NIST poprawnie zmierzył cykl i zidentyfikował wiele typowych cech. Choć wygenerował więcej zakłóceń interferencyjnych, zdobywa przewagę dzięki temu, że może pracować w temperaturze pokojowej. SQUID potrzebuje zaś temperatury -296 °C i drogiej aparatury wspierającej.
Czujnik magnetyczny skonstruowano w 2004 r., jednak dopiero 3 lata temu dodano do niego światłowód, który wykrywa sygnały świetlne pozwalające wnioskować o natężeniu pola magnetycznego. W okresie tym udało się również zminiaturyzować układ kontrolny.
Najnowsze badania wskazują, że minisensory znajdą zastosowanie w magnetokardiografii, stanowiącej uzupełnienie bądź alternatywę dla tradycyjnego ekg. Zapewniają one stabilność pomiaru na czas dziesiątych części sekundy, co bez wątpienia przyda się w rozwijanej dopiero magnetorelaksometrii (ang. magnetorelaxometry, MRX), mierzącej odmagnesowanie magnetycznych nanocząstek. MRX jest wykorzystywana do lokalizowania, zliczania i obrazowania tego typu nanocząstek, które wprowadzono do tkanek w celach medycznych.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.