КУБИТЫ В КВАНТОВЫХ ТОЧКАХ

Квантовая корреляция (перепутывание) состояний квантовой системы, в частности, состоящей из двух элементарных частиц [такая система называется кубитом, т.е. квантовым битом. – Ред.], позволяет получить больше информации, чем может дать классическая информационная система. В такой паре, зная состояние одного фотона, можно легко вычислить состояние второго [на этом основано явление квантовой телепортации, уже реализованное в наши дни, – см., например, «Физику» № 2, 4, 6, 8, 10/06. – Ред.]. Например, если один фотон в системе поляризован горизонтально, то второй будет обязательно поляризован вертикально, даже если он находится на огромнейшем расстоянии от первого. [Помимо этого, перепутывание состояний (появление кубита) квантовой системы, происходящее в так называемых квантовых точках, искусственно создаваемых человеком на кремниевых подложках с помощью полупроводниковых технологий, позволяет этой системе находиться не только в двух состояниях, соответствующих фиксированным классическим «0» и «1», но одновременно и во всех промежуточных состояниях, т.е. поляризоваться в других направлениях. – Ред.]. Учёные Кембриджского университета (Великобритания) и фирмы Toshiba (Япония) сумели создать такой кубит, используя 12-нм кристаллики арсенида индия в матрице арсенида галлия-алюминия. При возбуждении лазером квантовые точки поглощают два электрона и две дырки, формируя биэкситонное состояние. Электроны, по очереди рекомбинируя с дырками, испускают два перепутанных фотона, поляризация которых зависит от промежуточного экситонного состояния. При этом вследствие такой рекомбинации получаются симметричные пары с одинаково направленным спином. Учёным удалось достигнуть эффективности 70%, тогда как раньше она никогда не была выше 49%.

Новости Компьютерры. 14.03.2006

ШАРОВЫЕ МОЛНИИ В МИКРОВОЛНОВКЕ

Появление шаровой молнии, как правило, связано с грозовой деятельностью в атмосфере. При дожде или снеге в облаке накапливается избыток электронов, т.е. увеличивается отрицательный заряд. На поверх-ности же земли имеет место недостаток электронов, т.е. увеличение положительного заряда. Через какое-то время наступает пробой, формируется канал молнии, и происходит нейтрализация накопленных зарядов. Иногда при пробое образуется область, в которой достаточно долгое время существуют два противоположных связанных заряда: один сосредоточен в ионизированном воздухе, другой – в земле. В этом случае разряд молнии происходит между отрицательно и положительно заряженными областями, а поток электронов движется вниз до тех пор, пока отрицательный заряд Земли не начнёт его отталкивать. При рекомбинации происходит выделение энергии с образованием плазмы, которая в значительной степени экранирует электрическое поле. Эти процессы в конечном счёте определяют время устойчивого существования структуры зарядов, которая называется шаровой молнией. Двум израильским физикам Эли Йерби и Владимиру Дихтярю из Тель-Авивского университета удаётся стабильно получать шаровые молнии в лабораторных условиях путём «вытягивания» их из расплавленного вещества внутри «микроволновой печи». Этот процесс назван микроволновым сверлением. В резонатор, внутри которого генерируется мощное микроволновое поле, помещается образец из твёрдого материала (стекла, кремния, германия, оксидов алюминия). Непосредственно к образцу подносится стержень, который как бы собирает микроволновое излучение, фокусируя его на остриё. Электрическое поле вблизи острия столь велико, что нагревает и локально расплавляет образец, создавая ярко светящееся облачко полурасплавленного-полуиспарившегося вещества. Медленно отодвигая стержень, экспериментаторы буквально вытягивают это облачко: вначале оно идёт за остриём, превращается в светящийся столб, а потом собирается под потолком в виде небольшого светящегося шарика. Надо заметить, что по ряду признаков искусственные молнии отличаются от природных. В природе они значительно больше (до 1 м), существуют довольно долго и способны быстро перемещаться в пространстве, проходить сквозь стекло, «притягиваться» к металлическим предметам, разделяться и принимать различные формы. Генератор, подобный «микроволновому сверлу», в природе также найти непросто. Тем не менее новая технология может найти применение в промышленности, например, для обработки материалов, освещении, для удержания плазмы, и даже для нанесения сверхтонких плёнок.

Новости Компьюленты. 13.02.06

НАНОТРУБКИ ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Солнечные батареи на диоксид-титановых нанотрубках и натуральных красителях могут сделать солнечную энергию более доступной. Пока что солнечные батареи изготавливаются на кремниевых пластинах, процесс этот весьма энергоёмкий, и солнечные батареи получаются дорогими. Значительно более дешёвыми оказались батареи на различных фоточувствительных красителях с наночастицами. Учёные из Института материалов (США) предложили использовать диоксид-титановые нанотрубки вместо наночастиц. Им удалось добиться 3%-ной эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, а в ближайшем будущем не исключается и 15%-ная (для батарей на кремниевых подложках эффективность составляет 12–17%). Производство таких батарей более дешёвое и менее энергоёмкое, к тому же отпадает необходимость использовать кремний. Стеклянную подложку покрывают оксидом олова, легированного фтором, а сверху напыляют слой титана толщиной около 500 нм. Затем эту структуру анодируют: помещают в кислотную ванну и пропускают небольшой электрический ток. На подложке растёт массив нанотрубок из диоксида титана (конечная толщина 360 нм). Структуру отжигают в кислороде, в результате чего покрытие кристаллизуется и становится прозрачным. Эта заготовка служит отрицательным электродом в батарее. В роли положительного электрода выступает ячейка с йодированным электролитом. Солнечный свет, пройдя через стекло, попадает на светочувствительный слой и выбивает из него электроны. Часть электронов через нанотрубки проходит к катоду, и по цепи идёт электрический ток. Остальные свободные электроны рекомбинируют. Сейчас усилия разработчиков направлены на увеличение эффективности преобразования энергии за счёт увеличения толщины слоя нанотрубок и толщины ячейки. Пока оба слоя разделены упрочняющей прокладкой толщиной 25 мкм. Задача – сделать более тонкую, но прочную прокладку, т.е. сократить путь электрона и тем самым увеличить вероятность того, что он достигнет противоположного электрода.

Новости Компьюленты. 13.02.06

ПОРТАТИВНЫЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

В политехническом институте Ренсселаера (США, г. Трой) разработан портативный ускоритель, обеспечивающий прохождение ядерного синтеза при комнатной температуре. Устройство генерирует около 800 нейтронов в секунду. Синтез гелия-3 и нейтронов из двух ядер дейтерия регулируется пироэлектрическими кристаллами, создающими сильное электрическое поле вблизи себя при изменении температуры. В результате газообразный дейтерий ионизуется, ионы сталкиваются с мишенью, содержащей твёрдые соединения дейтерия, и происходит ядерный синтез. Пока устройство не обладает достаточной для практического применения мощностью: за один цикл синтеза выделяется очень небольшая энергия, в 1010 раз меньше той, которая требуется, чтобы вскипятить стакан воды. Простой, но небезопасный способ существенно увеличить мощность заключается в замене холодной воды, при погружении в которую начинается синтез, на жидкий азот, а также дейтерия на тритий – значительно менее стабильный изотоп водорода. Представленное устройство, как утверждают учёные, станет прототипом портативных приборов на пироэлектрических кристаллах. Таких, например, как портативная медицинская рентгеновская установка, которая будет намного эффективнее существующих. Многие считают прибор серьёзной заявкой на ядерные бытовые устройства.

Новости Компьюленты.16.02.06

О Л.Е.ТЕРМЕНЕ

15 августа 2006 г. исполняется 110 лет со дня рождения Льва Сергеевича Термена – изобретателя электромузыкального инструмента терменвокса. Мне посчастливилось в июне 1980 г. побывать в его лаборатории в МГУ. Это была небольшая комната, полностью заставленная приборами и всевозможной аппаратурой. Первый вопрос, который он задал мне, – помню ли я своих дедушек, бабушек, прадедушек, прабабушек , прапра… прапрапра… Как же мне было стыдно, ведь я помнил, и то смутно, дедушек и бабушек, а пра… и тем более прапра… не знал вообще. Вот мы такие, Иваны, не помнящие родства. Лев Сергеевич показал книгу – генеалогию рода Терменов, которая велась с 1525 г. и периодически обновлялась. И на одной из страниц мы увидели запись по-французски: Leon Serg Termen, проживает в СССР, в Москве на Ленинском пр., дом, квартира, телефон...

Это был удар ниже пояса… Род Терменов – старинный французский род. После знаменитой Варфоломеевской ночи, спасаясь от резни, Термены рассеялись по Европе. И вот в 1896 г. в Петербурге родился мальчик Леон Серж (Лев Сергеевич, на русский лад). Учась в гимназии, Лёва буквально пропадал в физическом кабинете. После её окончания он поступил на физфак Петербургского университета и одновременно учился в консерватории по классу виолончели. Октябрьскую революцию встретил с восторгом. Вступил в Красную армию и служил под Петербургом в радиороте.

В это время А.Ф.Иоффе по указанию В.И.Ленина создавал Рентгеновский институт (сейчас это ФТИ, которым руководит лауреат Нобелевской премии Ж.Алфёров). Термену поручили исследовать зависимость диэлектрической проницаемости газов от скорости их движения. Рассказывает Термен: «Я собрал два генератора высокой частоты. У одного частота была постоянная, а у другого – изменялась при продувании газа между обкладками конденсатора. С выходов генераторов подал сигналы на смеситель. На выходе смесителя возникали биения с частотой, равной разности частот ВЧ-генераторов. Затем сигнал биений усиливался и измерялся вольтметром. Вскоре в голову пришла оригинальная мысль: а что, если вместо вольтметра подключить громкоговоритель? Ведь частота биений находилась в звуковом диапазоне! Подключил. В громкоговорителе раздался звук. При поднесении руки к конденсатору частота колебаний изменялась. Так как я играл на виолончели, то быстро сыграл несложную мелодию. С этого всё и началось. В коридоре услышали, и по институту распространился слух: Термен играет на вольтметре». Шёл 1919 г. Время было голодное, и Иоффе решил подкормить сотрудников. В институте периодически стали печь пироги с капустой, и по окончании рабочего дня все собирались и ели пироги. Естественно, раздавались шутки, сыпались анекдоты. Кто-то читал стихи, кто-то пел. Как-то попросили Термена сыграть на своём «вольтметре». Он согласился, и с тех пор играл на всех капуст-никах. Инструмент получил название «терменвокс» (голос Термена).

Лев Васильевич Пигалицын со Львом Сергеевичем Терменом в 1980 г. в лаборатории МГУ

В 1920 г. В.И.Ленин пригласил в Москву Иоффе. Профессор взял с собой Л.С.Термена. Сначала Термен показал Ленину охранную сигнализацию. Потом стал играть на терменвоксе «Жаворонка» Глинки. Аккомпанировала ему Фотиева, секретарь Ленина. В конце произведения Ленин подошел к Термену и с его помощью довёл мелодию до конца. Ленину понравилась электромузыка, и он предложил Термену поездить с концертами по городам России, пропагандируя возможности электричества. Изобретателю выписали бесплатный железнодорожный билет, и он объездил много городов. В каждом его ожидал успех.

Прервав рассказ, Лев Сергеевич подошёл к своему первому терменвоксу (каким чудом он сохранился?) и стал играть «Подмосковные вечера». Я не удержался, подошёл и попытался доиграть мелодию (ситуация почти, как на встрече с Лениным!).

Л.В.ПИГАЛИЦЫН, МОУ СОШ № 2,
г. Дзержинск, Нижегородская обл.
levp@rambler.ru, www.levpi.narod.ru

Продолжение в № 13