Physics Web

 

                                                                        Rubrica ingrijita de Mircea Morariu

 

Autoasamblare de formă pătrată

 

Cercetători din SUA au utilizat pentru prima dată autoasamblarea pentru a realiza aranjamente pătrate inaltordonate din copolimeri masivi. Fiecare pătrat are circa 20 nm şi grupul consideră că tehnica ar putea fi utilizată intr-o zi pentru a realiza dispozitive electronice extrem de mici. Pină in prezent, metodele de autoasamblare de copolimeri masivi au putut produce numai aranjamente de formă hexagonală, care nu sint compatibile cu procesele industriale utilizate pentru a realiza circuite integrate. Aranjamentele pătrate de autoasamblare reprezintă un gol imens pentru cercetători din cauză că proiectarea circuitului industrial cu semiconductor, procesele de programare şi fabricaţie se bazează in totalitate pe un sistem de coordonate rectangular. Deşi figurile hexagonale pot fi in prezent produse fără dificultate utilizind tehnici convenţionale de autoasamblare, adoptind aceste forme pătratice inseamnă regindirea protocoalelor industriale de semiconductori, care ar putea fi foarte scumpe şi consumatoare de timp.

 

Tranzistor spintronic

 

Fizicieni din SUA şi Lituania au avansat o ipoteză care ar putea ajuta la realizarea unuia din cele mai importante dispozitive spintronice - aşa-numitul tranzistor Datta-Das (TDD). La fel ca tranzistorii normali, TDD ar putea controlatrecerea unui curent intre doi din electrozii săi. Dar din cauză că TDD este un dispozitiv spintronic, el ar putea controla şi un curent de spin polarizat - unul in care majoritatea electronilor au aceeaşi orientare de spin: in sus sau in jos. Cheia controlării acestui curent de spin polarizat este un filtru de spin, care este parte a electrodului secund. Filtrul este programat pentru o orientare a spinului (in sus sau in jos), ceea ce inseamnă că un curent al electronilor (in sus sau in jos), care curge de la primul electrod este lăsat intotdeauna să treacă. Pentru a controla intensitatea acestui curent, TDD are un al treilea electrod, care emite un cimp electric ce răsuceşte spinul electronilor spre orientarea spinilor (in sus sau in jos) din curentul primului electrod. Depinzind de gradul de mărime al răsucirii, mai mult sau mai puţin curent este blocat de filtru.

 

Dispozitive electronice moleculare

 

Un grup internaţional de fizicieni a realizat prima legătură de mare conductivitate intre o singură moleculă organică şi un electrod metalic. Această realizare ar putea conduce la dezvoltarea dispozitivelor electronice moleculare cu potenţialul de a fi mai mici şi mai rapide comparativ cu tranzistorii şi porţile logice convenţionale. Majoritatea dispozitivelor electronice este realizată dintr-o serie de materiale semiconductoare - cel mai comun fiind siliciul. Unele molecule organice, cum ar fi ADN, prezintă proprietăţi electronice similare cu semiconductoarele  tradiţionale şi unii cercetători cred că unele tipuri de molecule ar putea fi utilizate pentru realizarea dispozitivelor electronice. Un beneficiu potenţial al unor astfel de dispozitive este că moleculele sint extrem de mici comparativ cu structurile semiconductoare, ceea ce ar permite fabricanţilor să comaseze mult mai multe circuite

pe un cip.

 

Intinderea graniţelor electronicii

Fizicieni din Japonia au găsit o cale de a dispersa nanotuburi de carbon intr-un polimer lichid cu scopul de a crea un material elastic care să conducă electricitatea. Inventatorii afirmă că materialul lor, care este mai conductiv decit alte materiale elastice, constituie un pas important spre realizarea electronicii elastice pentru roboţi şi alte dispozitive electronice. In trecut, cind cercetătorii au incercat să creeze compozite nanotub-polimer, forţele intermoleculare puternice dintre nanotuburi au dus intotdeauna spre structuri de cocoloş, producind un material slab. Prin mărunţirea nanotuburilor cu un lichid ionic, grupul japonez - condus de Takao Someya de la Universitatea din Tokio - a izbutit să le facă şi mai dispersate. Utilizind această tehnică, cercetătorii pot schimba pină la o cincime din greutatea polimerului cu nanotuburi fără a reduce flexibilitatea sa mecanică. Materialul rezultat - avind conductivitatea electrică a nanotuburilor - poate fi elasticizat pină la 70% fără a fi distrus.

 

Găurile previn trecerea sunetului prin plăci

 

Cel mai bun mod de a atenua zgomotul unei piese de maşinărie constă in realizarea de găuri in invelişul ce o inconjoară. Este concluzia remarcabilă a fizicienilor din Spania, care au descoperit că un aranjament de găuri intr-o placă metalică reduce efectiv cantitatea de sunet transmisă pentru unele lungimi de undă. Acest efect ar putea fi utilizat intr-o zi pentru a proiecta ecrane acustice care să blocheze sunetul in timp ce permite aerului şi luminii să treacă. Efectul a fost pus in evidenţă de către un grup condus de Francisco Meseguer de la Universitatea Politehnică din Valencia şi colegii, precum şi de la Institutul de Optică din Madrid. Grupul a plasat o serie de plăci metalice de grosime milimetrică intr-un tanc de apă. Undele ultrasonice de la un traductor au fost focalizate pe o parte a plăcii şi sunetul transmis prin placă a fost măsurat cu un alt traductor. Măsurătorile au fost efectuate astfel că lungimea de undă a ultrasunetului a fost variată in intervalul 4,5 - 8,8 mm (Phys.Rev.Lett. 101, 084302). De exemplu, ultrasunetul cu o lungime de undă de 7 mm a fost atenuat cu -10 dB de către o placă perforată, comparativ cu o placă solidă de aceeaşi grosime.

 

O planetă masivă identificată in jurul unei stele de mărimea Soarelui

 

Astronomii au obţinut ceea ce ar putea constitui prima imagine in direct a unei planete care orbitează o stea de mărimea Soarelui. Planeta este de circa opt ori masa lui Jupiter şi pare a fi pe o orbită extrem de mare in jurul stelei. Cercetătorii afirmă că descoperirea ar putea constitui o serioasă provocare pentru teoriile formării stelelor şi planetelor. De la prima planetă extrasolară (sau exoplanetă) descoperită in 1995, astronomii au descoperit peste 300 de astfel de companioni care orbitează stele altele decit Soarele. Majoritatea exoplanetelor au fost descoperite prin punerea in evidenţă a unor schimbări mici a luminii proprii a stelei - o mică scădere a strălucirii unei stele cind exoplaneta trece intre ea şi Pămint, de exemplu. Nu a fost uşor să vezi in mod real exoplanetele cu un telescop din cauză că steaua depăşeşte mult in strălucire in mod uzual lumina relativ slabă a planetei. Acele citeva exoplanete care au fost observate direct pe imagini trebuie să fie corpuri foarte mari (citeva au şi fost clasificate ca pitice-brune) ce orbitează stele relativ slabe mult mai mici decit Soarele.

 

Semnal pulsatoriu pentru telefoanele mobile

 

Telefoanele mobile care prind semnal chiar in cele mai izolate părţi ale lumii ar putea fi o realitate dacă o tehnologie dezvoltată de către cercetători din SUA şi Regatul Unit ar deveni aplicabilă. John Singleton de la Laboratorul Naţional Los Alamos din New Mexico şi colegii afirmă că sincrotonul cu polarizare realizat de ei, care imită emisia distinctivă a pulsarilor, va permite comunicaţia radio intr-un domeniu extrem de larg şi de putere mică.

Grupul lui Singleton a construit şi testat o versiune de probă a dispozitivului acum cinci ani. Versiunea a constat dintr-un arc de dielectric lung de 2 m cu o serie de electrozi implantaţi in lungul lungimii sale. Aplicind o tensiune care variază sinusoidal pe fiecare electrod, dar compensind faza acestei tensiuni foarte puţin intre electrozii vecini, ei au fost capabili să producă o modificare a figurii de polarizare in lungul dielectricului afirmind că a avut loc mai repede decit viteza luminii (de notat că nici un obiect material nu poate in realitate să depăşească viteza luminii).

 

 

Topirea polaronilor explică rezistenţa gigant

 

Cercetători din Germania şi SUA au reuşit să inţeleagă rezistenţa gigant - scăderea dramatică a resistenţei electrice care apare atunci cind unele solide sunt plasate intr-un cimp electric sau magnetic. Ei au determinat că efectul este datorat unor cuasi-particule numite polaroni care se transformă din starea solidă in cea lichidă. O mai bună inţelegere a rezistenţei gigant ar putea conduce la folosirea acestui efect pentru imbunătăţirea senzorilor care detectează cimpuri magnetice sau la creşterea densităţii memoriilor computerelor. (PNAS 104 13597).

 

Asupra schimbării cimpului magnetic al Pămintului

 

Geofizicieni din SUA propun un nou cimp magnetic generat de miezul Pămintului, a cărui existenţă ar putea explica de ce momentul magnetic al planetei noastre şi-a schimbat direcţia de citeva ori in trecut. Măsurind figurile generate de cimpul magnetic in trecut ingheţate in rocile vulcanice din West Eifel in Germania şi Tahiti in Polinezia Franceză, Kenneth Hoffman de la Universitatea Politehnică din California şi Brad Singer de la Universitatea din Wisconsin - Madison au inregistrat primele date care sugerează că un al doilea cimp magnetic insoţeşte cimpul magnetic dipolar al Pămintului, cu o origine distinctă in miezul Pămintului (Science 321, 1800). Deşi geofizicienii cunosc complexitatea cimpului magnetic al Pămintului, majoritatea consideră că el se bazează pe un singur cimp cu o singură sursă. Noile măsurători demonstrează că dacă cele două surse ale cimpului sint total independente, atunci cind ele interacţionează intr-un fel oarecare, pot declanşa procese de schimbare a polilor.

 

 

Nanotuburi de carbon, dar fără nano

 

Există nanotuburi de carbon, fullerene şi nanospume, dar recent cercetătorii au descoperit un nou tip de material pe bază de carbon: tuburi de carbon colosale. De mii de ori mai mari decit corespondentele lor nano, aceste tuburi prezintă proprietăţi mecanice şi electrice excepţionale şi şi-ar putea găsi aplicaţii incepind de la dispozitivele microelectronice pină la veste antiglonţ. In ultimii 20 de ani, cercetătorii au descoperit citeva noi forme de carbon in afară de grafit şi diamant. Tuburile de carbon colosale, inventate de către Huisheng Peng şi colegii de la Laboratorul Naţional Los Alamos din SUA şi Universitatea Fudan din China, au 40-100mm in diametru şi lungi de ciţiva centimetri, care le fac vizibile cu ochiul liber. Cercetătorii le realizează utilizind un proces de depozitare de vapori chimici incluzind incălzirea unui amestec de etilenă şi ulei de parafină pină la 8500C intr-un cuptor cu tub de cuarţ. Microscopia electronică de baleiaj arată că pereţii tuburilor, care au circa un micron grosime, conţin pori rectangulari care au dimensiuni cuprinse intre sute de nanometri şi microni. Microscopia electronică de transmisie de inaltă rezoluţie relevă pe de altă parte că pereţii au o structură cristalină stratificată ca şi grafitul, iar distanţa interstraturi, determinată prin difracţie de raze X, este de 0,34 nm – aceeaşi ca in cazul grafitului.

 

Materia intunecată şi neutrino

 

Fizicieni din SUA au afirmat că au dubii cu privire la un controversat neutrino care ar fi un potenţial candidat pentru materia intunecată - o substanţă misterioasă care alcătuieşte aproape un sfert din masa Universului. John Beacom şi Hasan Yuksel de la Universitatea de Stat Ohio şi Casey Watson de la Universitatea Millikan, Illinois au analizat datele de la satelitul International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) pentru a exclude un şir de posibile valori masice de neutrino sterili, care ar putea fi pe post de candidat pentru materia intunecată. Neutrino, care nu au sarcină electrică, sint in general de trei tipuri - electron, muon şi tau - care fiecare este activ, adică ei interacţionează prin intermediul forţei nucleare slabe.

 

 

Amplificatorul cuantic

 

Un grup internaţional de fizicieni a făcut un pas important in ceea ce priveşte comunicarea cuantică globală demonstrind principiul de bază al amplificatorului cuantic. Pragul, care marchează primul pas in care doi nori atomici au fost amestecaţi de la distanţă, ar putea fi intr-o zi utilizat pentru a contracara dezintegrarea unui semnal cuantic. Comunicarea cuantică este adecvată pentru a transmite informaţia care este total securizată. Ea necesită ca două părţi să fie amestecate intr-un canal cuantic, peste care se suprapune o cheie pentru decodarea informaţiei criptate. Din cauză că această cheie devine vulnerabilă cind ea este utilizată din nou, receptorul poate intotdeauna să ştie dacă cheia a fost interceptată de către un intrus. Deşi comunicarea cuantică a fost utilizată deja pe distanţe de pină la 100 km, este dificil să se creeze o amestecare pe distanţe mai mari din cauza degradării semnalului.

 

Dispozitiv de memorie care stochează date utilizind căldura

 

Căldura a fost privită de mult timp ca inutilă sau chiar periculoasă in circuitele electronice. Dar ciţiva cercetători consideră că ar putea fi posibil să se construiască calculatoare care să proceseze fononii - pulsuri de vibraţie care transportă căldura - in locul electronilor convenţionali. Fizicieni din Singapore şi China au făcut un pas spre un astfel de calculator termic sau fononic proiectind un model pentru stocarea informaţiei termice. Deşi schema lor aşteaptă incă să fie testată experimental, cercetătorii consideră că biţii de informaţie ar putea fi citiţi fără a distruge datele stocate. Intr-un circuit electronic convenţional, stările 0 şi 1 sunt definite de tensiuni standard. In circuitele termice, stările sint definite prin două

temperaturi arbitrate.

 

Premiul Europhysics pentru grafen

 

André Geim şi Kostya Novoselov de la Universitatea din Manchester din Regatul Unit au ciştigat Premiul Europhysics pe anul 2008 pentru descoperirea şi izolarea unui singur strat atomic de sine stătător de carbon (grafen) şi elucidarea remarcabilelor sale proprietăţi electronice. Premierea anuală este acordată de către divizia de materie condensată a Societăţii Europene de Fizică in valoare de 10.000 Euro. Cei doi cercetători au descoperit grafenul in anul 2004 utilizind o bucată de bandă adezivă pentru a decoji un singur strat atomic de pe o bucată de grafit - un proces cunoscut sub denumirea de clivaj micromecanic sau metoda benzii de scotch. Cei doi au elaborat apoi metoda pentru a realiza tranzistori cu cimp efectiv utilizind materialul şi descoperind că electronii din dispozitiv au fost capabili să călătorească balistic - adică, fără a fi imprăştiaţi - de la o sursă către electrod la temperatura camerei.

 

Combaterea schimbării climei deasupra oceanelor

 

Conform cercetătorilor din SUA şi Regatul Unit este posibil să se contracareze incălzirea globală asociată cu o dublare a nivelului de dioxid de carbon prin intensificarea reflectivităţii norilor de nivel coborit de deasupra oceanelor. Cercetătorii afirmă că acest lucru ar putea fi realizat utilizind o flotă mondială de vapoare autonome care să pulverizeze apă sărată in aer. Norii sint o componentă cheie a sistemului climatic al Pămintului. Ei pot atit să incălzească planeta prin captarea radiaţiei de lungime de undă mai mare produsă de către suprafaţa Pămintului, cit şi să o răcească prin reflectarea radiaţiei de lungime de undă mai mică care vine inapoi din spaţiu. Ponderea mai mare a celui de al doilea mecanism inseamnă că, la echilibru, norii au un efect de răcire.

 

Testare mai simplă a calculatoarelor cuantice

 

Fizicieni din Canada au inventat un nou mod de testare a componentelor optice care ar putea fi utilizate intr-o zi la realizarea componentelor cuantice. Ei afirmă că tehnica lor este mult mai simplă decit testele convenţionale din cauză că utilizează lumina laser standard, in loc de a crea fotoni in stări cuantice speciale. Cel puţin in principiu, un calculator cuantic ar putea exploata legile ciudate ale mecanicii cuantice la calculatoarele clasice ultraperformante. Intr-un astfel de calculator, datele ar intra şi ar fi stocate in termenii stărilor cuantice - cum ar fi polarizarea fotonilor individuali. Aceste date ar fi apoi procesate de către dispozitive care implică tranziţii in sisteme cuantice, cum ar fi absorbţia şi emisia de fotoni de către un singur atom.

 

Sir Brian Pippard (1920-2008)

 

Sir Brian Pippard, fizician in domeniul materiei condensate a decedat pe 21 septembrie 2008 la virsta de 88 de ani. Pippard a fost profesor de fizică şi şef de departament la Universitatea Cambridge din 1971 pină la retragerea sa in 1984. In afară de munca sa de pionerat in fizica materiei condensate, Pippard a fost unul dintre fondatori şi primul preşedinte al Cambridge’s Clare Hall. Alfred Brian Pippard s-a născut la Londra pe 7 septembrie 1920 şi şi-a petrecut anii de şcoală la Bristol, unde tatăl său era profesor de inginerie la Universitatea din Bristol. Apoi a plecat la Universitatea Cambridge in 1938 cu intenţia de a deveni chimist. După inceperea celui de Al Doilea Război Mondial, la fel ca mulţi fizicieni din generaţia sa, Pippard a lucrat in domeniul tehnologiei radarului la Royal Radar Establishment din Great Malvern in Worcestershire. Pippard s-a reintors la Cambridge după război şi şi-a luat doctoratul in fizica temperaturilor joase inainte de a fi numit conferenţiar in fizică in 1950. Intre timp Pippard şi-a indreptat atenţia spre comportarea electronilor in metale. Măsurind reflexia şi absorbţia microundelor in cupru, Pippard a fost primul care a trasat suprafaţa Fermi a unui metal. In 1960 Pippard a devenit profesor de fizică la Cambridge şi l-a avut student pe Brian Josephson. Deşi Pippard s-a străduit să inţeleagă ideile lui Josephson, el l-a incurajat pe tinărul fizician să persevereze - şi in 1973, Josephson a ciştigat Premiul Nobel pentru Fizică impreună cu Leo Esaki şi Ivar Giaver pentru lucrarea sa asupra joncţiunilor Josephson. Pippard a fost innobilat in 1974 şi a fost preşedinte al Institutului de Fizică intre 1974-1976. A fost autorul mai multor cărţi de fizica materiei condensate şi termodinamică. Pippard s-a retras in 1984, dar a rămas ca cercetător ştiinţific rezident activ al Clare Hall - care acordă suport financiar şi locuinţă savanţilor vizitatori şi familiilor lor - şi a continuat să scrie despre fizică..

 

Fizicienii crează costumul lui Spiderman

 

Geckos, păianjenii şi eroul de benzi desenate Spiderman par să nu respecte legile gravitaţiei alergind pe pereţi netezi sau pe tavane. Un fizician din Italia spune că oamenii vor putea face aşa ceva in curind dacă vor imbrăca un costum Spiderman adeziv fabricat din nanotuburi de carbon. Nicola Pugno de la Politehnica din Torino a calculat că - dacă am putea fabrica concret materialul - atunci o persoană imbrăcată cu acest costum ar putea să atirne in siguranţă de suprafeţe netede cum ar fi fereastra unui zgirie-nori. (J. Phys.: Condens. Matter 19 395001).

 

 

Tehnica fascicolului de protoni pentru datarea vinurilor superioare

 

Fizicieni nuclearişti din Franţa au inventat o metodă de autentificare a vinului superior fără a fi necesar degustarea tradiţională sau desfacerea sticlei. Tehnica, care include focalizarea protonilor de energie inaltă pe sticla cu vin, poate determina vechimea sticlelor şi chiar provenienţa lor. Noua metodă ar putea ajuta la demascarea vinurilor contrafăcute - o problemă in creştere in industria vinului, unde o sticlă se poate vinde cu mii de Euro. Herve Guegan şi colegii de la Centrul de Studii Nucleare din Bordeaux Gradigan au bombardat sticle de vin cu un fascicol de protoni de 3 MeV produs de acceleratorul de particule AIFIRA. Apoi ei determină compoziţia chimică a sticlei printr-o analiză de raze X emise de către 15 elemente diferite din material (incluzind siliciu, sodiu, fier şi magneziu). In final, grupul condus de Guegan compară compoziţia chimică a sticlei cu cea a altor 80 de sticle de origine cunoscută studiate de către cercetători. Aceste sticle, care sint datate de la 1859 pină in prezent, provin de la colecţii particulare şi muzee din regiunea Bordeaux din sud-vestul Franţei.

 

Supraconductibilitate simulată

 

Fizicieni din Elveţia şi Franţa au produs un gaz de răcire, atomi captaţi care mimează supraconductori in stare solidă. Prin confinarea atomilor de potasiu la temperaturi de o fracţie dintr-un grad deasupra lui zero absolut intr-un profil de pereţi de potenţial adinci - similar cu ouăle dintr-un carton de ouă - cercetătorii conduşi de către Tilman Esslinger de la ETH Zurich au creat primul exemplu de atomi fermionici care se comportă ca un izolator Mott. Un izolator Mott se formează cind interacţiile intre electroni intr-un solid cristalin impiedică electronii de conducţie să se mişte liber intre atomi. Majoritatea fenomenelor importante din fizica materiei condensate, incluzind şi supraconductibilitatea la temperaturi inalte, au loc cind materialul este in apropierea unei faze de izolator Mott. Cauzele pentru tranziţia la supraconductibilitatea de temperaturi inalte nu sint pe deplin inţelese şi aplicarea modelului teoretic acceptat unanim (cunoscut ca modelul Hubbard) la solide complexe la temperaturi relativ inalte creează dureri de cap la calcul.

 

In premieră un gaz cuantic de molecule polare ultrarăcite

 

Primul gaz cuantic stabil de molecule cu momente electrice dipolare mari a fost realizat pentru prima dată de fizicieni din SUA. Spre deosebire de alte gaze cuantice, moleculele interacţionează fiecare cu o alta pe distanţe relativ mari. Aceasta inseamnă că sistemul ar putea fi utilizat pentru a studia un domeniu larg de fenomene cuantice - şi probabil să fie utilizat chiar pentru a crea biţi cuantici robuşti care ar putea fi folosiţi la stocarea şi procesarea informaţiei. Incercări anterioare pentru realizarea unui astfel de gaz au dat greş din cauză că s-a dovedit imposibil de a răci molecule cu momente dipolare mari pină la temperaturi de ordinul sub-miliKelvin necesare pentru a crea un gaz cuantic. Grupul condus de către Deborah Jin şi Jun Ye de la NIST/JILA din Boulder, Colorado au dezvoltat o tehnică laser pentru a rezolva problema.

 

Laserii imbunătăţesc echipamentul de radioterapie

 

Cercetători din Italia, Franţa şi Germania au arătat că un laser de mici dimensiuni poate fi utilizat pentru a accelera un fascicol de electroni corespunzător folosirii in radioterapie. Grupul, condus de către Antonio Giulietti de la Institutul de Procese Fizico-Chimice din Pisa, consideră că un astfel de accelerator de particule bazat pe laser ar putea reduce considerabil dimensiunea şi ar simplifica operarea facilităţilor radioterapeutice. In radioterapie fascicolele de fotoni, electroni, protoni, neutroni sau ioni sint utilizate pentru a distruge tumorile prin ionizarea atomilor din interiorul ADN-ului din tumori. Practic, acest lucru implică iradierea pacientului dintr-un număr de direcţii diferite cu scopul de a localiza cu precizie tumoarea şi in cazul tumorilor profunde, utilizind particule de energii inalte. Acest lucru conduce inevitabil la unele distrugeri ale ţesutului sănătos din jurul tumorii.