Содержание
Ученые ИТМО предложили модель системы с необычным взаимодействием фотонов и механическим движением атомов
Исследователи смогли показать, что в такой системе происходят необычные фазовые переходы, присутствует нестандартная симметрия и ее спонтанное нарушение в режиме сильного оптомеханического взаимодействия. В теории это может помочь в создании чипов памяти для будущих квантовых компьютеров.
Взаимодействие света и материи может приобретать очень интересные формы. При определенных условиях частицы света, фотоны, могут влиять на перемещение атомов материи, ведь процесс излучения и поглощения фотонов сопровождается отдачей. Изучением такого рода взаимодействий занимается специальный подраздел физики: квантовая оптомеханика.
Исследование того, как и при каких условиях частицы материи взаимодействуют со светом, имеет большое количество практических применений. А в будущем этих применений может стать даже больше ― с учетом того, что человечество движется в сторону создания вычислительных приборов, построенных на взаимодействии фотонов, а не электронов, к примеру, оптических компьютеров.
«Представим себе цепочку атомов, которые помещены в окрестность оптического волновода, по которому могут распространяться фотоны. Каждый атом представляет собой двухуровневую систему, то есть у него есть два состояния, основное и возбужденное. Атом может переходить из одного состояния в другое за счет поглощения фотона или его излучения. Такие системы могут найти свое применение в активно развивающейся области квантовых вычислений», ― рассказывает студент Нового физтеха Университета ИТМО Денис Седов.
Денис Седов. Фото из личного архива
Однако, чтобы использовать подобные модели в создании реальных прототипов устройств, необходимо решить целый ряд фундаментальный проблем, в частности проблему сравнительно слабого взаимодействия света и атомов, которое не всегда позволяет эффективно управлять состоянием атомов с помощью световых частиц.
Пытаясь решить эту проблему, группа ученых Университета ИТМО создала теоретическую модель такой системы, в которой возможен режим сильной связи.
«Мы в своей работе представили оптомеханическую систему, в которой взаимодействие может быть сильным, ― объясняет Денис Седов, который является соавтором работы. ― Она представляет собой кольцевой волновод, в котором фотоны могут распространяться только по часовой стрелке. Над волноводом в оптических ловушках находятся атомы, которые не только взаимодействуют друг с другом посредством фотонов, но и совершают колебательные движения относительно их положений равновесия».
Подобные системы изучались и в прошлом, однако такая кольцевая однонаправленная геометрия волновода и полноценный квантовый учёт колебаний атомов был рассмотрен впервые, что позволило получить новые и необычные результаты.
Иллюстрация из статьи. Источник: journals.aps.org
В случае, когда над полностью киральным, или, проще говоря, однонаправленным волноводом расположены два атома, оказалось, что рассмотренная модель эквивалента известной и активно исследуемой в экспериментах квантовой модели Раби, которая описывает взаимодействие двухуровневой системы, помещенной в оптический резонатор (пара зеркал), с электромагнитным полем резонатора.
В этой модели имеется специальная Z2-симметрия: описывающие систему состояния могут быть разделены на два лагеря. Одни характеризуются четным числом возбуждений, другие — нечетным. Интересно, что данная симметрия математически аналогична поворотам фигуры на 180 градусов: пара подряд выполненных поворотов эквивалентна отсутствию вращения. В случае отсутствия киральности у волновода многие полученные свойства системы сохраняются, однако некиральность приводит к новым неизученным моделям, которые еще предстоит исследовать в будущем.
Другим важным результатом стало наличие Z3-симметрии в системе с тремя атомами.
«В простом случае Z3-симметрию можно представить как симметрию относительно поворотов на 120, 240 и 360 градусов: при таких вращениях система переходит сама в себя. В нашем случае симметрия имеет более сложную природу и описание, однако эффективно принцип тот же», ― рассказывает Денис Седов.
Иллюстрация из статьи.
Источник: journals.aps.org
Также в системе наблюдается квантовый фазовый переход. Фазовый переход ― это своеобразное «превращение», при котором резко изменяются некоторые свойства системы, например, скачкообразное изменение плотности при таянии льда. Отличие квантового фазового перехода от классического в том, что первый происходит при температуре абсолютного нуля.
В рассмотренной модели, когда оптомеханическая связь, описывающая взаимодействие между фотонами и механическим движением атомов, достигает критического значения, происходит квантовый фазовый переход, сопровождаемый процессом самоорганизации атомов над волноводом. Этот процесс характеризуется тем, что из-за общения друг с другом с помощью фотонов у каждого из атомов появляется выделенное направление движения.
«В режиме сильной оптомеханической связи основным состоянием рассматриваемой системы является многокомпонентный “кот Шрёдингера”, т.е. суперпозиция (наложение) разных классических состояний движения атомов, — рассказывает сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Валерий Козин.
— Такого рода “коты” могут использоваться для устойчивых к ошибкам протоколам хранения и обработки квантовой информации».
— Такого рода “коты” могут использоваться для устойчивых к ошибкам протоколам хранения и обработки квантовой информации».Источник: shutterstock.com
Одной из основных проблем на пути создания устройств, способных хранить и обрабатывать квантовую информацию (квантовых компьютеров), является то, что квантовые состояния чрезвычайно хрупки и требуют изоляции от окружения, поэтому для практической реализации квантовых вычислений необходимо уметь хранить квантовую информацию так, чтобы она была устойчива к ошибкам. Именно для реализации устойчивых к ошибкам квантовых вычислений могут быть использованы многокомпонентные «коты Шрёдингера», возникающие естественным образом в предложенных системах.
Статья ученых опубликована в журнале Physical Review Letters.
Статья: D. D. Sedov, V. K. Kozin, and I. V. Iorsh. Chiral Waveguide Optomechanics: First Order Quantum Phase Transitions with Z3 Symmetry Breaking. Physical Review Letters, 2020/10.1103/PhysRevLett.
125.263606
К началу
Удивительные и завораживающие фотографии с вихрями и кристаллами из мира химии / Хабр
Именно строение кристаллов дало учёным возможность впервые заглянуть в мир атомов в 1910-х годах. Тогда Уильям и Лоуренс Брэгг, отец и сын, разработали рентгеновскую кристаллографию. Пропуская рентгеновский луч через кристалл (пользуясь тем, что длина волны рентгеновского излучения мала – сравнима с расстоянием между слоями атомов) Брэгги смогли увидеть внутреннюю структуру алмаза.
На фото: кристалл сульфата меди, снятый на макрообъектив.
Чтобы получить изображения для своей коллекции из 300 фотографий, изданных в виде книги The Beauty of Chemistry [«Красота химии»], Вэньтин Чжу и Янь Лян использовали инфракрасную фотографию, высокоскоростные фотоаппараты и технику микрофотографии. И всё это – с целью погрузить читателей в микроскопический мир молекул и потрясающих реакций, происходящих между ними.
Автор научно-популярных текстов Филипп Болл комментирует происходящее на фотографиях, проводя тур по окружающей нас недооценённой красоте. Он описывает как принципы, создающие уникальную симметрию снежинок, так и механизмы, объединяющие очень похожие на живые усики силикатных солей с происхождением самой жизни.
Вероятно, самой простой и удивительной из этих концепций служит водородная связь, скрепляющая элементы такой жизненно важной субстанции, как вода. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода, соединённых с атомом кислорода, но у кислорода на внешней оболочке расположено шесть электронов. Для формирования химической связи с водородом требуется всего два электрона, поэтому четыре электрона с отрицательным зарядом, группирующиеся по два, висят там в своём микропространстве, надеясь как-то сбалансировать свой заряд. Эти пары оказывают слабое воздействие на атомы водорода, присутствующие в соседних молекулах воды, формируя длящиеся всего одну триллионную долю секунды кратковременные связи, а потом снова отрываются от них и связываются с другим атомом водорода.
Этот непрекращающийся танец порождает химическое движения, делающее возможным жизнь, Болл называет «молекулярным диалогом» между порядком и хаосом.
Гидроксид хрома (III)
Этот гидроксид хрома осаждается в процессе отверждения, одновременно завихряясь и растворяясь в своём контейнере. Такая реакция происходит при соединении двух жидких веществ, содержащих одновременно положительно и отрицательно заряженные ионы. Они начинают молекулярные завихрения, обмениваясь партнёрами. В данном случае ионами обмениваются хлорид хрома и гидроксид натрия. Положительно заряженные молекулы хрома и отрицательно заряженные молекулы гидроксида притягиваются друг к другу, поскольку так появляется энергетический баланс. Они формируют прочные связи, удерживающие молекулы на месте, и создающие твёрдый побочный продукт, в который все эти молекулы воды просто не умещаются. Также во время реакции появляется хлорид натрия, то есть столовая соль, прекрасно растворяющаяся в воде.
Кристалл сульфата меди
Кристаллы – величайшее достижение атомной эффективности.
Их структура растёт из крохотной группки очень организованно расположенных атомов, когда окружающие их молекулы начинают регулярно повторять один и тот же узор, выстраиваясь друг за другом. Кристаллы сульфата меди, как на фото выше, легко получить даже дома – достаточно небольшого набора ингредиентов и немного терпения.
Фрактальные кристаллы никотиновой кислоты
Древовидно растущие кристаллы формируют ветвящиеся структуры вместо единого кристаллического блока. На фото выше — кристаллы никотиновой кислоты (они же – ниацин, витамин B3), формирующие похожие на одуванчики структуры, если перенасыщенный раствор этой кислоты быстро охладить. Физический процесс формирования этих древовидных структур по сути такой же, как и кристаллизация – просто он ускоряется резким изменением температуры или химического состава.
Дихромат калия
На фото – раствор дихромата калия, кристаллизирующийся во время быстрого испарения воды. Узоры получаются из-за неоднородности раствора.
Это пример нестабильности роста – в некоторых местах частиц собирается больше, из-за чего они быстрее кристаллизуются, образуя сложные фрактальные узоры.
Кольца Лизеганга
Названные в честь первооткрывателя явления — немецкого химика и предпринимателя Рафаэля Лизеганга, нашедшего их в 1986 году, эти странные кольца – результат выпадения осадка в геле. В чашку Петри, содержащую дихромат калия, добавляется нитрат серебра. В тех местах, где эти вещества встречаются, они обмениваются ионами и образуют хромат серебра. Пока существует несколько конкурирующих теорий, объясняющих появление этих колец. Многие учёные считают, что изначальное отложение хромата серебра становится перенасыщенным и благодаря диффузии проникает через гель, создавая новую химическую зону накопления, в которой опять достигает насыщения, и формирует таким образом концентрические окружности.
Восстановление перманганата калия сахарозой
Перманганат калия, он же «минеральный хамелеон» — положительно заряженное вещество, окислитель.
Сам кислород любит забирать электроны у окружающих атомов. В растворе сахара кислород в перманганате калия забирает электроны у молекул сахаров, что приводит к «восстановительной» реакции. Получая электроны и приближаясь к химическому равновесию, перманганат меняет цвет с фиолетового через зелёный, голубой и красновато-коричневый.
Сульфат аммония-железа (соль Мора)
Эта полая веточка сульфата аммония-железа подвешена в химическом саду – силикатном растворе, содержащем соли железа, выпадающие в осадок. Поскольку ионы силикатов склонны к формированию длинных цепочек и листов, они превращают обычное выпадение в осадок в процесс, порождающий неорганический сад со множеством угловатых «ветвей» и выразительных «цветков». Обмениваясь с окружающим раствором ионами, соли железа отверждаются и формируют тонкие полые мембраны, заполненные водой, плотность которых меньше окружающей их жидкости. С повышением внутри этих трубок давления они ветвятся и растут непредсказуемым образом.
Единичный атом превратили в транзистор » 24Gadget.Ru :: Гаджеты и технологии
Clone Robotics опубликовала видео с улучшенной роботизированной рукой максимально схожей с человеческой (видео)
Компания Clone Robotics приложила немало усилий, чтобы убедиться, что у ее интеллектуальных андроидов будут одни из самых человекоподобных рук.
Читать дальше
Российские хакеры взломали крупнейший американский банк
В Сети появилась информация об одной из самых масштабных атак последнего времени, совершённых российскими хакерами.
Читать дальше
Экран из 40 клавиатур с подсветкой (видео)
Энтузиаст из США придумал сенсорный экран, состоящий из 40 клавиатур с RGB-подсветкой. Он поместил клавиатуру на панель и смог с помощью подсветки выводить на устройство любое изображение и видео.
Об этом рассказал Telegram-канал VGTimes.Читать дальше
Хакеры украли и выложили в открытый доступ исходный код процессоров Intel Alder Lake
В Сети появился исходный код процессоров Intel Alder Lake. Данные записаны в файл размером 2,8 Гб.
Читать дальше
В России планируют запустить спутниковый лазерный интернет
Группа исследователей из МФТИ работает над крайне амбициозным проектом — спутниковым лазерным Интернетом. По словам кандидата физико-математических наук, старшего преподавателя МФТИ Ивана Завьялова, в случае успеха, их разработка сможет моментально передавать в Москву изображение, сделанное спутником над Вашингтоном.
Читать дальше
Об этом рассказал Telegram-канал VGTimes. Вконтакте
Одноклассники
Базовый элемент материи — атом — в уже не столь отдаленном будущем может стать вычислительной единицей.
Ученым впервые в истории удалось разместить всего один атом фосфора на кремниевой подложке и заставить его работать подобно транзистору. Брюс Кейн, физик из Университета штата Мэриленд в США, говорит, что использование атома в качестве транзистора не является фундаментально новым подходом, так как ученые уже достаточно давно работают в этом направлении, однако новшеством является то, что на практике удалось совершенно точно «посадить» атом на кремниевый лист и точно «включать» и «выключать» его, что значительно ближе к практической реализации атомарных процессоров, чем все, что было раньше. «Это совершенно фантастический подход», — говорит он. «Развитие производственных методов рано или поздно приведет к тому, что мы будем создавать электронные решения из мельчайших элементов материи. Такие чипы будущего полностью перевернут вычислительные концепции. Сейчас у человечества нет прямой потребности в создании столь миниатюрных вычислительных решений, но в будущем она появится. В этом нет никаких сомнений».
В современных процессорах транзисторы выполняют роль индивидуальных простейших вычислительных единиц, работающих с единицами бинарной информации. Чем меньше по своим размерам будут транзисторы, тем больше таких вычислительных блоков можно будет разместить на чипе и тем больше производительность будет у итогового процессора. Однако в случае с атомами мало просто разместить их хаотично на кремниевой подложке. А это очень сложно, учитывая размеры атомов.
Мишель Симмонс, инженер из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии, говорит, что им удалось при помощи игл туннельного микроскопа точно позиционировать атомы фосфора. По словам Симмонс, изначально кремниевая подложка в лабораторных условиях была покрыта тончайшим слоем водорода. После этого при помощи магнитного воздействия ученые смогли «выдергивать» атомы водорода, размещая на их месте «транзисторы» — атомы фосфора. Как отмечают ученые, особая сложность при размещении «транзисторов» заключалась именно в том, чтобы попасть атомов в образовавшуюся дырку.
Чтобы повысить точность попадания ученые «сажали» на иглу туннельного микроскопа по шесть атомов фосфора, размещая их в водородной прослойке. Один из шести атомов попадал в «дырку», тогда как остальные пять — нет.
Инженеры отмечают, что нынешняя техника производства пока очень далека от промышленной. Сами атомы фосфора при помощи газа фосфина разогревались, тогда как рабочая поверхность охлаждалась до минус 272 градусов по Цельсию, чтобы зафиксировать молекулы на ней в неподвижном состоянии. Кроме того, размещать атомы пока удается не вплотную друг к другу, а на расстоянии в сотни раз превышающем сам размер атомов, то есть преимущества от плотного размещения сверхмалых транзисторов уже не так очевидны.
И тем не менее, ученые говорят, что пока их разработка — это лишь концепция и важно уже хотя бы то, что удалось на практике создать работающий атом-транзистор.
Источник: cybersecurity
В Вашем браузере отключен JavaScript.
Для корректной работы сайта настоятельно рекомендуется его включить.
Невероятный микроскоп
видит атомы с рекордным разрешением
21 мая 2021 г.
На этом изображении показана электронно-психографическая реконструкция кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенная в 100 миллионов раз. Предоставлено: Корнельский университет
. В 2018 году исследователи из Корнелла создали мощный детектор, который в сочетании с управляемым алгоритмом процессом, называемым птихографией, установил мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа.
Каким бы успешным ни был этот подход, у него был недостаток. Он работал только с ультратонкими образцами толщиной в несколько атомов. Все, что толще, заставит электроны рассеиваться таким образом, что их нельзя будет распутать.
Теперь команда, снова возглавляемая Дэвидом Мюллером, профессором инженерии имени Сэмюэля Б. Эккерта, в два раза побила собственный рекорд с помощью пиксельного матричного детектора электронного микроскопа (EMPAD), который включает в себя еще более сложные алгоритмы трехмерной реконструкции.
Разрешение настолько точно настроено, что единственное оставшееся размытие — это тепловое колебание самих атомов.
Статья группы «Электронная птихография достигает пределов атомарного разрешения, установленных решетчатыми колебаниями», опубликованная 20 мая в журнале Science. Ведущим автором статьи является докторант Чжэнь Чен.
«Это не просто новый рекорд, — сказал Мюллер. «Он достиг режима, который фактически станет окончательным пределом для разрешения. По сути, теперь мы можем выяснить, где находятся атомы, очень простым способом. Это открывает множество новых возможностей измерения вещей, которые мы хотели сделать в течение очень долгого времени. Это также решает давнюю проблему — устранение многократного рассеяния луча в образце, которое Ганс Бете изложил в 1928 — это мешало нам делать это в прошлом».
Птихография работает путем сканирования перекрывающихся узоров рассеяния на образце материала и поиска изменений в области перекрытия.
«Мы гонимся за крапинками, которые очень похожи на те узоры лазерной указки, которыми одинаково восхищаются кошки», — сказал Мюллер.
«Видя, как меняется узор, мы можем вычислить форму объекта, вызвавшего узор».
Детектор слегка расфокусирован, что приводит к размытию луча, чтобы захватить максимально широкий диапазон данных. Затем эти данные реконструируются с помощью сложных алгоритмов, в результате чего получается сверхточное изображение с точностью до пикометра (одна триллионная метра).
«С помощью этих новых алгоритмов мы теперь можем скорректировать все размытие нашего микроскопа до такой степени, что самый большой фактор размытия, который у нас остался, — это тот факт, что сами атомы колеблются, потому что это то, что происходит с атомами в конечная температура», — сказал Мюллер. «Когда мы говорим о температуре, то, что мы на самом деле измеряем, — это средняя скорость, с которой колеблются атомы».
Исследователи могли бы снова побить свой рекорд, используя материал, состоящий из более тяжелых атомов, которые меньше колеблются, или охладив образец. Но даже при нулевой температуре атомы по-прежнему имеют квантовые флуктуации, так что улучшение будет не очень большим.
Эта новейшая форма электронной птихографии позволит ученым обнаруживать отдельные атомы во всех трех измерениях, когда они могли бы быть скрыты с помощью других методов визуализации. Исследователи также смогут находить примесные атомы в необычных конфигурациях и отображать их и их вибрации по одному. Это может быть особенно полезно при визуализации полупроводников, катализаторов и квантовых материалов, в том числе используемых в квантовых вычислениях
Выполнение вычислений с использованием квантово-механических явлений, таких как суперпозиция и запутанность.
» data-gt-translate-attributes='[{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>квантовые вычисления — а также для анализа атомов на границах соединения материалов
Метод визуализации можно также применять к толстым биологическим клеткам или тканям или даже к синапсным соединениям в мозге — то, что Мюллер называет «коннектомикой по требованию».
Хотя этот метод требует больших затрат времени и вычислительных ресурсов, его можно сделать более эффективным с помощью более мощных компьютеров в сочетании с машинным обучением и более быстрыми детекторами9.
0003
«Мы хотим применять это ко всему, что мы делаем», — сказал Мюллер, который является соруководителем Института Кавли в Корнелле по нанонауке и сопредседателем Целевой группы по нанонауке и микросистемной инженерии (NEXT Nano), входящей в Корнеллскую радикальную группу. Инициатива сотрудничества. «До сих пор мы все носили очень плохие очки. И теперь у нас на самом деле есть действительно хорошая пара. Почему бы тебе не снять старые очки, надеть новые и пользоваться ими постоянно?»
Ссылка: «Электронная птихография достигает пределов атомного разрешения, установленных колебаниями решетки» Чжэня Хена, Йи Цзяна, Ю-Цун Шао, Меган Э. Хольц, Михала Одстрсила, Мануэля Гуизар-Сикайроса, Изабель Ханке, Штеффена Ганшоу, Даррелла Г. , Шлом и Дэвид А. Малл, 21 мая 2021 г., стр. 9.0041 Наука .
DOI: 10.1126/science.abg2533
Среди соавторов Даррелл Шлом, профессор промышленной химии имени Герберта Фиска Джонсона; И Цзян, доктор философии. ’18, а сейчас специалист по обработке данных в Аргоннской национальной лаборатории; постдокторские исследователи Ю-Цун Шао и Меган Хольц, доктор философии.
17 г.; и исследователи из Института Пауля Шеррера и Института роста кристаллов Лейбница.
Исследование было поддержано Национальным научным фондом через Корнеллскую платформу для ускоренной реализации, анализа и обнаружения материалов интерфейса (PARADIM). Исследователи также воспользовались Центром исследования материалов Корнелла, который поддерживается программой Центра исследования материалов и инженерии NSF.
Потрясающее изображение одиночного атома стронция получило британскую премию в области фотографии
Лазер освещает захваченный атом стронция, и по мере того, как он поглощает и излучает энергию, мы можем видеть свечение, не видя на самом деле самого атома
Автор статья:
Джозеф Брин
Дата публикации:
14 февраля 2018 г. • 14 февраля 2018 г. • 3 минуты чтения •
Присоединяйтесь к беседе Изображение одного положительно заряженного атома стронция получило главный приз в национальной науке фотоконкурс, организованный Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC).
Фото Дэвида Надлингера / Оксфордский университет
Содержание статьи
Одна из самых странных особенностей великолепной фотографии атома, которая только что получила британскую премию в области научной фотографии, заключается в том, что вы не можете сфотографировать атом. Это просто невозможно.
Объявление 2
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание статьи
И вот он, атом стронция, как круглая точка, сияющая как божий день. Изображение называется «Один атом в ионной ловушке».
Приносим свои извинения, но это видео не удалось загрузить.
Попробуйте обновить браузер или
нажмите здесь, чтобы посмотреть другие видео от нашей команды.
Потрясающее изображение одиночного атома стронция получило британскую премию в области фотографии Вернуться к видео
«Идея увидеть один атом невооруженным глазом показалась мне удивительно прямым и интуитивным мостом между крохотным квантовым миром и нашим миром. макроскопической реальности», — заявил физик из Оксфордского университета Дэвид Надлингер Исследовательскому совету по инженерным и физическим наукам Великобритании, который присуждает премию.
NP Опубликовано
Подпишитесь, чтобы получать ежедневные главные новости от National Post, подразделения Postmedia Network Inc. Inc. Вы можете отказаться от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в нижней части наших электронных писем. Постмедиа Сеть Inc. | 365 Bloor Street East, Торонто, Онтарио, M4W 3L4 | 416-383-2300
Содержание статьи
Надлингер, студент доктора философии, придумал эту идею в своей работе над квантовыми вычислениями.
«Грубый подсчет показал, что цифры на моей стороне, и когда я отправился в лабораторию с камерой и штативами в один тихий воскресный день, я был вознагражден именно этим изображением маленького, бледного синяя точка, — сказал он.
Объявление 3
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание статьи
Результат, полученный в августе прошлого года, представляет собой изображение. Но это не фото. Разница в том, как делается картинка.
Длина волны видимого света варьируется от самого короткого фиолетового до самого длинного красного, но составляет около 500 нанометров, плюс-минус.
Средний атом в сотни, даже тысячи раз меньше этого.
В результате вы не можете отразить свет от атома, как вы можете отразить свет от человека или кошки, чтобы запечатлеть их изображение.
Одиночный атом в ионной ловушке. Фото Дэвида Надлингера / Университет Оксфорда
На изображении Надлингера показан один атом стронция, положительно заряженный, удерживаемый на месте в вакууме электромагнитным полем, создаваемым двумя металлическими электродами, находящимися друг от друга всего в двух миллиметрах.
Это устройство называется ионной ловушкой и является ключевой частью исследований в области разработки квантовых компьютеров и работы атомных часов.
В обоих случаях ловушка полезна, поскольку позволяет физикам измерять и манипулировать очень регулярным поведением атомов в наименьшем масштабе.
Объявление 4
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание статьи
На субатомном уровне, на уровне электронов и протонов, проблема наблюдения еще глубже.
Электроны, например, никогда не бывают точно здесь или там. Они существуют в различных потенциалах повсюду. Если бы вы точно измерили, где находится отдельный электрон в данный момент времени, волновая функция, описывающая его поведение, рухнула бы. Другими словами, вы бы не увидели электрон во всей его квантовой неопределенности.
Что вы можете сделать, так это заставить атом светиться, как элемент печи на высоте.
В этом случае лазер освещает атом стронция, и по мере того, как он поглощает и излучает энергию, мы можем видеть свечение, не видя на самом деле самого атома.
Объявление 5
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Содержание статьи
Любопытно, что на этом изображении атом стронция показан в виде грубого круга в двух измерениях, как если бы он был сферой в реальной жизни.
Это была первоначальная концепция атома в философии, восходящая к древним грекам. Слово буквально означает «неразделимый», потому что атомы считались неделимыми строительными блоками материи.
С тех пор наука обнаружила, что они, конечно, не такие. Любой старшеклассник знает, что у атомов есть собственные компоненты: ядро из протонов и нейтронов, с электронами, вращающимися на определенных энергетических уровнях.
Однако в большинстве случаев атом — это пустое пространство. Таким образом, световые волны не только слишком велики, чтобы от них отражаться, но даже если бы они были меньше, отражаться почти не от чего.
Решения этой проблемы были гениальными.
В 2008 году американские физики использовали электронный микроскоп, чтобы получить изображение одного атома водорода, самого маленького и легкого атома из всех.
Другие варианты включают квантовый микроскоп, который также использовался для получения изображений атома водорода.
IBM также использовала «атомно-силовой микроскоп» для получения изображений одиночных молекул, состоящих из множества атомов, расположенных в жестком порядке.
• Электронная почта: [email protected] | Twitter: josephbrean
Поделитесь этой статьей в своей социальной сети
Реклама
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Очиститель воздуха Dyson Hot+Cool с формальдегидом обзор
Круглогодичный очиститель воздуха, который нагревает зимой и охлаждает летом вперед за «грязную» промышленность
Крупные и малые бренды развиваются, чтобы предлагать переработанные, перепрофилированные предложения.
1 день назад Мода и красота
Объявление 1
История продолжается ниже
Это объявление еще не загружено, но ваша статья продолжается ниже.
Бьюти-бар: Paco Rabanne Fame Eau de Parfum
Новая парфюмированная вода от бренда Paco Rabanne, заявленная как «игривая, чувственная и энергичная».
1 день назад Life
The It List: B.C. Масло для груди бренда возвращает здоровье женщин в Месяц распространения информации о раке груди
В рамках Месяца распространения информации о раке груди ванкуверский бренд Nala пожертвует часть продаж Британской Колумбии. Женское здоровье.
1 день назад Мода и красота
Лучшие костюмы на Хэллоуин своими руками, которые можно быстро заказать на Amazon
Героический или ужасный? Наши любимые костюмы для всего, что вам нравится
3 дня назад Развлечения и хобби
В тренде
ad__container» data-hide-on-overlap-component=»»>Шон Уотли: Врачи молчат о гендерной дисфории. That’s not good for patients
André Pratte: Dark clouds looming in Quebec for Legault’s CAQ
Conrad Black: Trump-haters gonna hate
Subscriber only
Raymond J. de Souza: Вечная проблема хоккея с сексуальной развратностью
«Я полностью поддерживаю это»: кандидат в региональный совет защищает костюм с коричневым лицом
This Week in Flyers изображение:
Увеличение здесь СТО МИЛЛИОНОВ.
Это все равно, что сделать мяч для гольфа такой же ширины, как Соединенные Штаты.
Кроме того, это изображение не просто снимок, а реконструкция. Это не делает его хуже других изображений. Отнюдь не. это просто означает, что для того, чтобы собрать его воедино, требовалось много данных. Первое изображение черной дыры в 2019 годутакже была реконструкция с использованием данных нескольких инструментов по всему миру. Каждый образ — это простое представление реальности; некоторые просто намного сложнее собрать, чем другие.
Итак, что мы здесь смотрим?
Это кристалл ортоскандата празеодима, или PrScO 3 . У нас есть три разных типа атомов: празеодим (Pr), скандий (Sc) и кислород (O).
Трехмерное изображение куска этого кристалла выглядит следующим образом:
Трехмерная структура ортоскандата празеодима с показанными атомами и связями
Это позволяет увидеть, как атомы связаны друг с другом: каждый кислород связан с 5 другими атомами, каждый скандий — с 6, а каждый празеодим — с 8.
Это не выглядит слишком похоже на изображение выше, но мы приближаемся к этому.
Давайте уберем связи, поэтому мы видим только атомы:
Трехмерная структура ортоскандата празеодима, показаны только атомы
Одна вещь, которую вы можете заметить в атомах Pr, это эти маленькие пары. Если вы посмотрите на три пары из них, которые проходят через центр мультяшной структуры, вы заметите, что они чередуются в том, насколько далеко они наклонены в сторону, как на основном изображении.
Также обратите внимание, что атомы Sc появляются между рядами пар Pr, в своих собственных рядах, но как одиночные. Имейте в виду, что это только один угол обзора кристалла; перейдите по номеру ЗДЕСЬ , если вы хотите повернуть структуру как душе угодно.
Еще одна небольшая корректировка, которую нам нужно сделать, связана с атомным радиусом. Атомы кислорода на самом деле довольно крошечные по сравнению с атомами Pr и Sc, как вы видите здесь:
Радиус всех атомов в периодической таблице
Изображение было создано путем пропускания пучка электронов через кристалл и наблюдения за тем, как эти электроны отклоняются.
Более крупные атомы, такие как Pr и Sc, будут отклонять электроны намного сильнее, чем крошечные атомы, такие как O. Ядро любого атома в кристалле имеет положительный заряд, а электрон — отрицательный. В конце концов, противоположности притягиваются, поэтому электрон притягивается ядром любого атома, к которому он приближается, и чем больше атом, тем больше эффект. Если электрон подлетит к ядру очень близко, его можно даже отбросить назад:
Так что имейте в виду, что атомы кислорода не будут отображаться в виде больших точек, как на мультяшной диаграмме кристаллов; на реконструированном изображении они будут более тусклыми точками, которые не так хорошо отклоняют электроны.
А теперь, без лишних слов, я сопоставлю мультипликационную диаграмму кристалла с реальным изображением, и теперь вы точно узнаете, что видите:
Наложение изображения PrScO3 с предсказанной кристаллической структурой
Святая корова, точно как и предсказывалось, вплоть до отдельного атома. Должен вам сказать, у меня на самом деле прослезились глаза, когда я впервые поставил этих двоих в ряд.
Вот это боль узнавания.
Авторы сделали для нас хорошую вещь, объяснив, почему это разрешение является наилучшим из возможных. Давайте посмотрим на четыре изображения ниже:
Изображение (A) — это то, что мы увидели бы с помощью их метода, если бы атомы находились при абсолютном нуле, самой низкой физически возможной температуре, при которой атомы очень мало движутся . Затем изображение (B) скорректировано с учетом того, что это было сделано при комнатной температуре, и поэтому тепловое движение атомов заставляет их колебаться и, таким образом, отклонять электроны на больший эффективный радиус. Изображение (C) еще больше скорректировано, чтобы отразить тот факт, что мы не можем собрать каждый отдельный электрон, потому что некоторые из них отклоняются слишком далеко, и это делает расчет немного менее точным. Наконец, изображение (D) представляет собой реконструкцию реальных данных и существенно не отличается от того, что они предсказали в (C).
Другими словами, если что-то не изменится в физике, мы не сможем сделать ничего лучше этого.
Мы прибыли сюда с мультисрезовой электронной птихографией , способом направить электронный луч через образец, перемещать электронный луч и наблюдать, как меняется схема отклонения электронов в луче, а затем использовать очень сложную математику для реконструировать, где должны находиться атомы в образце. Я должен предоставить экспертам описание что делает птихография и какие возможности она открывает:
Руководитель группы Дэвид Мюллер сказал:
«Это не просто новый рекорд. Достигнут режим, который фактически станет окончательным пределом разрешения. По сути, теперь мы можем выяснить, где находятся атомы, очень простым способом. Это открывает множество новых возможностей измерения вещей, которые мы хотели сделать в течение очень долгого времени. Это также решает давнюю проблему — устранение многократного рассеяния луча в образце, которое Ганс Бете изложил в 1928 — это мешало нам делать это в прошлом».
