Журнал «Компьютерра» № 35 от 26 сентября 2006 года

Сердце новой швейцарской технологии — перестраиваемая дифракционная решетка. Обычная, работающая на отражение дифракционная решетка представляет собой нанесенный на стекло набор одинаковых зеркальных полосок или желобков, шириной и расстоянием между ними порядка длины световой волны. Такое устройство, как призма, может разложить падающий на нее белый свет на все цвета радуги. При этом угол отражения для того или иного оттенка зависит от ширины и периода полосок решетки.

Ученым удалось придумать новую гибкую конструкцию решетки, которая способна изменять свой период на 32 процента, то есть в 150 раз больше, чем у лучших образцов известных перестраиваемых дифракционных решеток. Устройство представляет собой гибкую гофрированную мембрану толщиной в одну десятую миллиметра, снабженную парой электродов и покрытую тонким слоем золота для увеличения отражения. Мембрана сделана из специального полимера — искусственного мускула, который сокращается, если на электроды подать напряжение. Сокращение решетки изменяет угол, на который отражается тот или иной цвет. Остается поставить перед решеткой экран с отверстием, и пиксел с изменяемым чистым цветом готов. Однако поскольку многие цвета в природе являются суммой трех тонов, в каждой точке экрана все равно придется разместить по три миниатюрных дифракционных решеточки.

Пока ученые изготовили только простейший прототип экрана из десяти пикселов диаметром по 80 мкм. И управляющее пиксельной мускулатурой напряжение неприемлемо велико — аж несколько киловольт (недавно его удалось снизить до трехсот вольт). Так что пока новая революционная технология станет доступной, пройдет еще не один год, и сама конструкция перестраиваемых пикселов вполне может измениться. Авторы называют срок около восьми лет, и это, пожалуй, весьма оптимистичная оценка. ГА

Машины на кончике иглы

Еще одно неожиданное применение углеродным нанотрубкам нашла объединенная команда исследователей из нескольких европейских университетов. Им удалось изготовить в пять раз более скользкий материал, нежели тефлон.

Перед учеными стояла задача максимально уменьшить трение, которое часто мешает работать и обычным машинам, но становится настоящим бедствием, если механизмы имеют микроскопические размеры. Ведь действующие в них силы уменьшаются пропорционально размерам, а силы трения, возникающие из-за сцепления молекул трущихся поверхностей, остаются на прежнем уровне. Не помогает тут и обычная смазка, которую очень неудобно использовать в микромашинах.

Исследователи решили применить углеродные нанотрубки, уже нашедшие себе массу разнообразных профессий. На поверхности кремния с помощью химического осаждения паров вырастили «лес» из вертикально стоящих трубок толщиной сто и высотой тысячу нанометров. Трубки располагались на расстоянии около ста нанометров друг от друга.

Получившуюся «щетину» сравнили с поверхностью золота, кремния, алмаза и тефлона. Для этого бусинки из полистирола диаметром пять микрон закрепили на микроскопических штангах и стали перемещать вдоль поверхности. Оказалось, что сила трения по такому ежу в пять с половиной раз меньше, чем по тефлону, и в семь раз меньше, чем по золоту. Ученые объяснили это тем, что бусинки касались лишь кончиков углеродных «иголок», оставаясь большей частью в «подвешенном» состоянии. Снижение площади контакта и уменьшило трение.

Другой побочной профессией углеродного наноежа может стать перемещение органических нановолокон — почти так же, как сено поддевают вилами. Это сразу решит массу проблем с манипулированием полезных для микроэлектроники, но слишком нежных и ломких в использовании волокон. ГА

Послушный спин

Кремниевый чип, способный работать со спином одного-единственного электрона, который реализует единицу квантовой информации (кубит), создали ученые в Дельфтском технологическом университете в Нидерландах. Это еще один важный шаг на тернистом пути к созданию вожделенных и пока иллюзорных квантовых компьютеров.

Спин, или собственный магнитный момент, электрона давно считался заманчивым кандидатом на физическую реализацию единицы квантовой информации. Электрон может находиться в состоянии «спин вверх» (логическая единица), «спин вниз» (логический ноль), а также в квантовой суперпозиции этих состояний. Но с кубитом надо еще уметь работать. Его нужно устанавливать в правильное начальное состояние, «поворачивать» на заданный угол и измерять его состояние в конце вычислений. Ученые уже давно умеют делать это с самыми разными физическими реализациями кубитов в виде поляризованных фотонов, спинов атомных ядер, ионов в ловушке и ряда других, порой экзотических, квантовых объектов. Однако самый привычный для электроники объект — электрон — до сих пор выпадал из этого ряда. Меж тем электрон привлекает ученых еще и тем, что состояние его спина сравнительно устойчиво по отношению к внешнему шуму, который быстро «портит» нежную квантовую информацию.

Новое устройство изготовлено с помощью обычной полупроводниковой технологии. Оно состоит из двух электродов, которые могут создать напряжение на паре квантовых точек — бугорках из арсенида галлия диаметром около ста нанометров. Приложенное напряжение заставляет электроны перепрыгивать с одной квантовой точки на другую, а в одной квантовой точке может находиться не больше пары электронов одновременно, но обязательно с противоположными спинами. Еще несколько электродов используется для создания специальных импульсов осциллирующего магнитного поля, которые могут управлять спином электронов в квантовых точках. Вся конструкция охлаждается до нескольких десятков миллиградусов выше абсолютного нуля.

Ученым удалось проделать со спинами электронов в подобном устройстве целый ряд хитроумных манипуляций. Например, специальными импульсами можно одновременно и одинаково вращать спины пары электронов, которые расположены в соседних квантовых точках. Можно устанавливать спин электрона в нужное положение и измерять его состояние. Все это доказывает, что такая конструкция вполне годится на роль спин-электронного кубита. Теперь от одного кубита надо переходить к нескольким запутанным между собой, догоняя другие физические реализации прототипов квантовых компьютеров, где число кубитов уже перевалило за дюжину. ГА

Неповинное солнце

Интернациональная группа ученых пришла к заключению, что колебания солнечной активности на протяжении последних столетий лишь незначительно повлияли на земной климат. Их выводы изложены в статье, недавно опубликованной в журнале Nature.

В последние годы климатологи разных стран убедительно доказали, что среднегодовая температура земной поверхности стала повышаться уже в семнадцатом столетии, причем с начала двадцатого века процесс всемирного потепления шел особенно быстро. Большинство специалистов полагает, что главную ответственность за разогрев нашей планеты несет техногенное накопление двуокиси углерода, метана и других парниковых газов в нижних слоях атмосферы. Однако существуют также подозрения, что потепление можно хотя бы частично объяснить колебаниями яркости Солнца. Речь идет не о росте интенсивности солнечного излучения, вызванном постепенным сжатием нашего светила, которое приводит к повышению температуры его центральной зоны. Недра Солнца нагреваются чрезвычайно медленно, в течение следующего миллиарда лет его яркость увеличится только на 11%. Сторонники теории солнечных причин всемирного потепления полагают, что на земной климат заметно влияют сравнительно кратковременные колебания уровня испускаемой Солнцем лучевой энергии, связанные с динамическими процессами в поверхностных слоях нашего светила.

Сама по себе эта теория достаточно правдоподобна. Как известно, на поверхности Солнца постоянно возникают зоны с пониженной температурой плазмы (солнечные пятна) и более горячие участки (факелы). В годы активного Солнца растет как число пятен, так и число факелов, однако последние вносят больший вклад в общий баланс солнечного излучения, в результате чего его мощность временно увеличивается. Так что вполне можно предположить, что на пиках солнечной активности поверхность нашей планеты дополнительно нагревается, а в годы спокойного Солнца не успевает вернуться к прежнему тепловому режиму.