Журнал «Компьютерра» N 35 от 26 сентября 2006 года

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.

Эту модель и опровергают исследователи из Соединенных Штатов, ФРГ и Швейцарии, возглавляемые Питером Фукалом (Peter Foukal). Они утверждают, что согласно показаниям радиометров, установленных на европейских и американских космических аппаратах, максимальная разница между средней мощностью солнечного излучения в активные и спокойные годы не превышает 0,07%. Такие вариации никак не могут объяснить резкое ускорение темпов всемирного потепления, которое наблюдается в течение последних тридцати лет.