Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Protonowy tranzystor zapowiada epokę bioelektroniki
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Czy neutrinowe oczy ludzkości, obserwatoria takie jak IceCube na Antarktydzie, naprawdę widzą neutrina napływające z głębi kosmosu? Odpowiedź zaczynają przynosić między innymi eksperymenty przy akceleratorze LHC, gdzie bada się wewnętrzną strukturę protonów. Zgodnie z najnowszym modelem, opracowanym przez fizyków z IFJ PAN, struktura ta wydaje się być bogatsza o cząstki powabne w stopniu, który ziemskim obserwatorom neutrin może utrudnić interpretację tego, co widzą.
Wbrew popularnym wyobrażeniom, proton może się składać nie z trzech, ale nawet z pięciu kwarków. Dodatkową parę tworzą wtedy kwark i antykwark powstałe w interakcjach gluonów we wnętrzu protonu. Od dawna przypuszczano, że te „nadmiarowe” pary mogą niekiedy być zbudowane nawet z tak masywnych kwarków i antykwarków jak powabne. Teraz się okazuje, że uwzględnienie wewnętrznego powabu protonów pozwala dokładniej opisać przebieg zjawisk zarejestrowanych niedawno w jednym z niskoenergetycznych eksperymentów w detektorze LHCb przy Wielkim Zderzaczu Hadronów. Stosowny model teoretyczny zaprezentowali fizycy z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie na łamach czasopisma „Physical Review D”.
Szkolne podręczniki malują obraz protonu jako cząstki będącej prostym zlepkiem trzech kwarków: dwóch górnych oraz jednego dolnego, sklejonych oddziaływaniami silnymi przenoszonymi przez gluony. W fizyce tak uproszczony model nie zrobił długiej kariery. Już w końcu lat 80. ubiegłego wieku okazało się, że aby wytłumaczyć obserwowane zjawiska trzeba uwzględnić lekkie kwarki pochodzące z chmury mezonowej w nukleonie (są to tzw. wyższe stany Flocka). Co zaskakujące, efekt wcale nie jest marginalny: może stanowić nawet poprawkę na poziomie 30% w stosunku do prostego modelu trzykwarkowego. Niestety, dotychczas nie potrafiono określić, jak duży jest analogiczny wkład kwarków powabnych.
Nasze wcześniejsze modele powstawania powabu wielokrotnie wykazywały się zgodnością z eksperymentami. Przy dużych energiach zderzeń protonów, gdy w LHC wzajemnym oddziaływaniom poddawano ich dwie przeciwbieżne wiązki, potrafiliśmy całkiem dobrze opisać produkcję par z udziałem kwarków i antykwarków powabnych. Rzecz jednak w tym, że choć tworzyły się one w trakcie zderzeń protonów, nie pochodziły z ich wnętrz. Powstawały wskutek fuzji gluonów nieco wcześniej wyemitowanych przez protony, mówi prof. dr hab. Antoni Szczurek (IFJ PAN).
Nadzieję na postęp w tropieniu powabu wewnątrz samych protonów przyniosły niedawne pomiary zrealizowane w detektorze LHCb z użyciem pojedynczej wiązki protonów, wycelowanej w nieruchomą, gazową tarczę z helu bądź argonu.
Gdy w LHC dochodzi do zderzeń przy największych energiach, spora część cząstek będących produktami kolizji protonów porusza się w kierunku 'do przodu', wzdłuż wiązek protonów. W rezultacie trafiają w obszar, gdzie z przyczyn technicznych nie ma detektorów. Tymczasem zderzenia protonów z jądrami helu, które właśnie poddaliśmy analizie, zachodziły przy energiach nawet kilkadziesiąt razy mniejszych od maksymalnych osiąganych przez LHC. Produkty zderzeń rozbiegały się pod większymi kątami, bardziej na boki, w konsekwencji były rejestrowane w detektorach i mogliśmy się im przyjrzeć, wyjaśnia dr Rafał Maciuła (IFJ PAN).
Do opisu danych z eksperymentu w detektorze LHCb krakowscy fizycy użyli modelu rozbudowanego o możliwość wybicia z wnętrza protonu kwarku lub antykwarku powabnego. Wyliczenie prawdopodobieństwa takiego procesu z zasad pierwszych nie było możliwe. Badacze postanowili więc sprawdzić, przy jakich wartościach prawdopodobieństwa zgodność przewidywań modelu z zarejestrowanymi danymi będzie największa. Otrzymany wynik sugerował, że wkład par powabnych we wnętrzu protonu nie jest większy niż około 1%.
Po wybiciu z wnętrza protonu powabna para kwark-antykwark szybko się zmienia w krótkożyjące mezony i antymezony D0, te zaś produkują kolejne cząstki, w tym neutrina. Fakt ten zainspirował fizyków z IFJ PAN do skonfrontowania nowego modelu z danymi zarejestrowanymi przez obserwatorium neutrinowe IceCube na Antarktydzie.
Obecnie dzięki stosowanym technikom naukowcy z IceCube mają pewność, że jeśli rejestrują neutrino o ogromnej energii (rzędu setek teraelektronowoltów), to oznacza, że cząstka pochodziła z głębi kosmosu. Przyjmuje się ponadto, że neutrina o nieco niższych, ale wciąż rzadko spotykanych dużych energiach, również mają naturę kosmogeniczną. Jeśli jednak z wnętrza protonu można wybić powabną parę kwark-antykwark, rozpadającą się w kaskadzie zawierającej wysokoenergetyczne neutrina, ta interpretacja może zostać podważona. Neutrina w pewnym zakresie energetycznym, rejestrowane obecnie, mogą bowiem pochodzić nie z kosmosu, ale właśnie z kaskad inicjowanych zderzeniami cząstek pierwotnego promieniowania kosmicznego z jądrami gazów atmosferycznych. Artykuł analizujący taką możliwość trafił do druku w czasopiśmie „European Physical Journal C”.
Przy analizie danych z obserwatorium IceCube przyjęliśmy następującą taktykę. Przyjmijmy, że praktycznie wszystkie obecnie rejestrowane neutrina w badanym przez nas zakresie energetycznym pochodzą z atmosfery. Jaki musiałby być wkład powabnych par kwark-antykwark we wnętrzu protonu, abyśmy za pomocą naszego modelu uzyskali zgodność z dotychczasowymi pomiarami? Proszę sobie wyobrazić, że otrzymaliśmy wartość rzędu jednego procenta, praktycznie identyczną z wartością z modelu opisującego zderzenia proton-hel w detektorze LHCb!, mówi dr Maciuła.
Zbieżność oszacowań dla obu omówionych przypadków nakazuje zachować dużą ostrożność w określaniu źródeł neutrin rejestrowanych przez współczesne obserwatoria. Krakowscy badacze podkreślają jednak, że ich wyniki nakładają tylko górne ograniczenie na wkład kwarków i antykwarków powabnych w strukturę protonu. Jeśli okaże się on mniejszy, przynajmniej część obecnie wykrywanych neutrin o wielkich energiach zachowa swoją kosmiczną naturę. Jeśli jednak górna granica będzie oszacowaniem poprawnym, nasza interpretacja źródeł ich pochodzenia będzie musiała ulec istotnej zmianie, a IceCube okaże się nie tylko obserwatorium astronomicznym, ale również... atmosferycznym.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Od dekad tranzystory są mniejsze i mniejsze. Dzięki temu w procesorze możemy upakować ich więcej. To zaś najłatwiejszy sposób na zwiększenie wydajności procesora. Powoli zbliżamy się do momentu, w którym nie będziemy już w stanie zmniejszać długości bramki tranzystora. Niewykluczone, że Chińczycy właśnie dotarli do tej granicy.
Prąd w tranzystorze przepływa pomiędzy źródłem a drenem. Przepływ ten kontrolowany jest przez bramkę, która przełącza się pod wpływem napięcia. Długość bramki to kluczowy czynnik decydujący o rozmiarach tranzystora.
W ostatnich latach naukowcy zaczęli eksperymentować z nowymi materiałami, z których chcą budować elektronikę przyszłości. W obszarze ich zainteresowań jest na przykład grafen – dwuwymiarowy materiał składający się z pojedynczej warstwy atomów węgla – czy disiarczek molibdenu, czyli warstwa atomów molibdenu zamknięta między dwiema warstwami siarki.
Teraz specjaliści z Chin wykorzystali te materiały do zbudowania rekordowo małego tranzystora. Długość jego bramki wynosi zaledwie 0,34 nanometra. To tyle, co średnica atomu węgla.
Nowy tranzystor można porównać do dwóch schodów. Na górnym znajduje się źródło, na dolnym zaś dren. Oba zbudowane są z tytanu i palladu. Powierzchnia schodów działa jak łączący je kanał. Jest ona zbudowana w pojedynczej warstwy disiarczku molibdenu, pod którą znajduje się izolująca warstwa ditlenku hafnu. Wyższy stopień zbudowany jest z wielu warstw. Na samy dole znajduje sie warstwa grafenu, nad nią zaś aluminium pokryte tlenkiem aluminium. Jego zadaniem jest oddzielenie grafenu i disiarczku molibdenu. Jedynym miejscem ich połączenia jest widoczna na grafice niewielka szczelina w wyższym stopniu.
Gdy bramka zostaje ustawiona w pozycji „on” jej długość wynosi zaledwie 0,34 nm. Autorzy nowego tranzystora twierdzą, że nie uda się tej odległości już bardziej zmniejszyć. Na pewno zaś próba zbudowania jeszcze mniejszych tranzystorów będzie wymagała nowatorskiego podejścia do materiałów dwuwymiarowych.
Ze szczegółami pracy zespołu z Tsinghua University można zapoznać się na łamach Nature.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy opracowali nanocząstki z chitozanem, które zwalczają zarówno pałeczki okrężnicy (Escherichia coli), jak i gronkowce Staphylococcus saprophyticus. Niewykluczone więc, że wejdą one w skład materiałów do opatrywania ran, które będą wspomagać leczenie i chronić przed zakażeniami oportunistycznymi.
Nanocząstki z chiotozanem uzyskano za pomocą żelacji jonowej tripolifosforanem sodu (TPFS). TPFS odpowiada za tworzenie wiązań między łańcuchami biopolimeru. Nanocząstki można też uzyskiwać w obecności jonów miedzi i srebra, a jak wiadomo, mają one działanie bakteriobójcze. Ponieważ stymulując wzrost komórek, kompozyt działał też regenerująco na skórę - ustalono to podczas laboratoryjnych testów na keratynocytach i fibroblastach - warto pomyśleć o zastosowaniach w materiałach opatrunkowych i kosmetykach przeciwstarzeniowych.
Pracami zespołu kierowała Mihaela Leonida z Fairleigh Dickinson University. Artykuł z wynikami badań ukazał się w International Journal of Nano and Biomaterials.
Chitozan jest polisacharydem, pochodną chityny. Charakteryzuje się biozgodnością i nietoksycznością. Nie wywołuje reakcji alergicznych. Enzymy tkankowe rozkładają go do w pełni absorbowanych przez organizm aminosacharydów. Biopolimer polikationowy wykorzystuje się w stomatologii do walki z próchnicą (pod koniec lat 90. prowadzono np. badania nad zastosowaniem chitozanu jako składnika optymalizującego cechy systemów łączących kompozyty z zębiną, polisacharyd wchodzi też w skład past do zębów) oraz w opakowaniach w przemyśle spożywczym (w przeszłości ustalono, że folie z chitozanu z dodatkiem olejku czosnkowego działają bakteriobójczo na szczepy Staphylococcus aureus, L. monocytogenes, E. coli czy Salmonella enteritidis). Warto też dodać, że testowano tkaniny przeciwbakteryjne z dodatkiem chitozanu, z których byłyby szyte uniformy dla pracowników służby zdrowia.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wynikiem współpracy uczonych z Purdue University, University of New South Wales i University of Melbourne jest najmniejszy tranzystor na świecie. Urządzenie zbudowane jest z pojedynczego atomu fosforu. Tranzystor nie tyle udoskonali współczesną technologię, co pozwoli na zbudowanie zupełnie nowych urządzeń.
To piękny przykład kontrolowania materii w skali atomowej i zbudowania dzięki temu urządzenia. Pięćdziesiąt lat temu gdy powstał pierwszy tranzystor nikt nie mógł przewidzieć, jaką rolę odegrają komputery. Teraz przeszliśmy do skali atomowej i rozwijamy nowy paradygmat, który pozwoli na zaprzęgnięcie praw mechaniki kwantowej do dokonania podobnego jak wówczas technologicznego przełomu - mówi Michelle Simmons z University of New South Wales, która kierowała pracami zespołu badawczego.
Niedawno ta sama grupa uczonych połączyła atomy fosforu i krzem w taki sposób, że powstał nanokabel o szerokości zaledwie czterech atomów, który przewodził prąd równie dobrze, jak miedź.
Gerhard Klimeck, który stał na czele grupy uczonych z Purdue prowadzących symulacje działania nowego tranzystora stwierdził, że jest to najmniejszy podzespół elektroniczny. Według mnie osiągnęliśmy granice działania Prawa Moore’a. Podzespołu nie można już zmniejszyć - powiedział.
Prawo Moore’a stwierdza, że liczba tranzystorów w procesorze zwiększa się dwukrotnie w ciągu 18 miesięcy. Najnowsze układy Intela wykorzystują 2,3 miliarda tranzystorów, które znajdują się w odległości 32 nanometrów od siebie. Atom fosforu ma średnicę 0,1 nanometra. Minie jeszcze wiele lat zanim powstaną procesory budowane w takiej skali. Tym bardziej, że tranzystor zbudowany z pojedynczego atomu ma bardzo poważną wadę - działa tylko w temperaturze -196 stopni Celsjusza. Atom znajduje się w studni czy też kanale. Żeby działał jak tranzystor konieczne jest, by elektrony pozostały w tym kanale. Wraz ze wzrostem temperatury elektrony stają się bardziej ruchliwe i wychodzą poza kanał - wyjaśnia Klimeck. Jeśli ktoś opracuje technikę pozwalającą na utrzymanie elektronów w wyznaczonym obszarze, będzie można zbudować komputer działający w temperaturze pokojowej. To podstawowy warunek praktycznego wykorzystania tej technologii - dodaje.
Pojedyncze atomy działające jak tranzystory uzyskiwano już wcześniej, jednak teraz po raz pierwszy udało się ściśle kontrolować ich budowę w skali atomowej. Unikatową rzeczą, jaką osiągnęliśmy, jest precyzyjne umieszczenie pojedynczego atomu tam, gdzie chcieliśmy - powiedział Martin Fuechsle z University of New South Wales.
Niektórzy naukowcy przypuszczają, że jeśli uda się kontrolować elektrony w kanale, to będzie można w ten sposób kontrolować kubity, zatem powstanie komputer kwantowy.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczeni z University of Manchester wpadli na pomysł, który przybliża moment praktycznego wykorzystania grafenu do budowy komputerów. Grafen jest bardzo obiecującym materiałem, ale sprawia on spory kłopot, gdy... przewodzi elektrony zbyt dobrze. To powoduje, że dochodzi do olbrzymich wycieków prądu z grafenowych urządzeń.
Co prawda specjaliści zaprezentowali już pojedyncze grafenowe tranzystory, które pracują z częstotliwością nawet do 300 GHz, ale wycieki prądu powodują, że tranzystory takie nie mogą być zbyt gęsto upakowane. Natychmiast uległyby bowiem stopieniu.
Naukowcy z Manchesteru zaproponowali interesujące rozwiązanie problemu. Ich zdaniem należy stworzyć grafenową diodę tunelującą. W diodzie takiej elektrony tunelują się pomiędzy metalicznymi warstwami za pośrednictwem rozdzielającego je dielektryka.
Doktor Leonid Ponomarenko, który stał na czele zespołu badawczego, mówi: Stworzyliśmy projekt nowej grafenowej elektroniki. Nasze tranzystory pracują dobrze. Myślę, że można je jeszcze udoskonalić, zminiaturyzować i przystosować do pracy z zegarami taktowanymi z częstotliwościami subterahercowymi.
Nowe podejście zakłada połączenie warstw grafenu, azotkuboru i disiarczku molidenu. Tranzystory układa się warstwa po warstwie.
Profesor Geim, jeden z wynalazców grafenu, mówi, że projekt takiego tranzystora to bardzo ważne wydarzenie, ale jeszcze ważniejsze jest prawdopodobnie wykazanie, iż można w skali atomowej układać warstwy. Drugi wynalazca grafenu, profesor Novoselov dodaje, iż tranzystor tunelowy to jeden z niewyczerpanej gamy urządzeń, które mogą powstać za pomocą układania warstwami.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.