Журнал "Компьютерра" №756

Команде американских ученых, координируемой из Дейтонского университета, удалось создать покрытие, способное удерживаться на различных поверхностях на порядок прочнее, чем лапы геккона. Материал, состоящий из многослойных углеродных нанотрубок, похожих на запутанные виноградные лозы, может найти применение везде, где нужны прочные временные соединения.

Ученых давно интригует способность насекомых и некоторых ящериц непринужденно прогуливаться почти по любым поверхностям, не падая с них. В последние годы строение лап и механизм их сцепления с поверхностью был детально изучен. Чаще всего конечность покрыта ветвящимися волосками с различной структурой, которая обеспечивает большую площадь контакта волосков с гладкой или шероховатой поверхностью, к которой они приклеиваются за счет сил Ван-дер-Ваальса. Однако до сих пор лучшие искусственные образцы, копирующие этот механизм, были в два-три раза хуже природных аналогов (см. "КТ" ##497, 712).

В новом покрытии ученые решили воспользоваться преимуществами нанотехнологий и вырастили на кремниевой подложке лес ветвистых нанотрубок со спиральными "кудрявыми" концами. Прижимаясь к поверхности, нанотрубки касаются ее во многих местах, обеспечивая прочность сцепления по касательной до ста ньютон на квадратный сантиметр. А это значит, что кусочек такого материала размером 4х4 мм может удержать груз весом полтора килограмма. Испытания проводились на стекле, пластике и наждачной бумаге. Однако если покрытие отрывать перпендикулярно поверхности, подобно тому, как геккон переставляет лапы, то потребуется значительно меньше усилий, поскольку трубки будут кудрявиться и их контакты станут рваться один за другим.

Авторы отмечают, что, модифицировав поверхность концов нанотрубок различными полимерами, белками или другими соединениями, легко добиться гораздо более прочного сцепления с поверхностями определенных типов. Но и в нынешнем виде созданный материал сможет найти массу применений в медицине и технике. Например, в космическом вакууме обычные клеи быстро сохнут и теряют прочность из-за испарения ряда компонентов. С сухим волокнистым наноклеем таких проблем не будет.

К сожалению, клейкое углеродное нанопокрытие пока слишком дорого. Также не очень понятно, как на его свойствах скажется пыль. Сейчас ученые продолжают работать над совершенствованием технологии выращивания кудрявых нанотрубок, оптимизацией структуры волокон и масштабированием процесса. ГА

Японские физики нашли удивительно простой способ генерирования спин-поляризованного тока - для этого достаточно лишь нагреть один из концов постоянного магнита. Это открытие обещает придать новый импульс развитию спинтроники, которая в числе прочего должна помочь сделать компьютерные чипы заметно быстрее и меньше.

В спинтронике для кодирования и обработки информации помимо зарядов используют еще и спин электронов, который может быть ориентирован, например, вверх или вниз. И хотя в последние годы в лабораториях было создано много новых спинтронных устройств, ряд серьезных проблем сильно тормозит коммерческое внедрение этого направления. Эффективно генерировать спин-поляризованный ток непросто; хуже того, электроны в проводниках быстро "забывают" ориентацию своего спина, рассеиваясь на различных неоднородностях и тепловых колебаниях кристаллической решетки. Например, в чистой меди ориентация спина тока сохраняется на протяжении всего лишь пятисот нанометров.

В основе предложенного способа генерации спин-поллялрилзолванного тока лежит спиновый эффект Зеебека. Обычный же эффект Зеебека известен уже почти двести лет и заключается в возникновении напряжения между концами проводника, имеющими разную температуру. У более холодного конца скапливается больше электронов, пока электрическое поле не уравновесит разность во встречных потоках "холодных" и "горячих" электронов, которые подвижнее холодных и диффундируют чуть быстрее. В полупроводниках этот эффект усиливается за счет увеличения концентрации носителей заряда с ростом температуры. Эффект Зеебека часто используют для получения электроэнергии в космосе, а также в термопарах для измерения температуры.

Новый эффект можно наблюдать только в намагниченных проводниках. Если в них есть перепад температуры, то электронов со спином, параллельным направлению намагниченности материала, будет больше возле холодного конца, а с противоположным спином, наоборот, у горячего, вследствие чего и возникает спин-поляризованный ток.

В экспериментах ученые использовали тонкую (20 нм) пленку из сплава железа и никеля Ni81Fe19 размером 6x4 мм на сапфировой подложке. Концы пленки подвергались воздействию разных температур, а направление постоянной намагниченности пленки совпадало с температурным градиентом. Поляризацию спинов измеряли с помощью платиновых проволочек, прикладываемых в различных местах поперек пленки. Между концами проволочек, благодаря недавно открытому обратному спиновому эффекту Холла, возникал перепад напряжений, пропорциональный поляризации электронов. Измерения показали, что поляризация линейно менялась вдоль пленки и была пропорциональна перепаду температур, как и предсказывает теория.

Замечательно то, что спин-поляризованный ток в экспериментах тек вдоль всего образца длиной несколько миллиметров, хотя обычно в этом сплаве электроны "забывают" свой спин на гораздо меньших расстояниях. По мнению специалистов, это может произвести революцию в спинтронике. Сейчас ученые исследуют возможность использования этого тока для сдвига границ магнитных доменов в оригинальной трековой памяти (racetrack memory), разрабатываемой в корпорации IBM (см. "КТ" #680). ГА

Многообещающие результаты получили канадские физики при проверке нового детектора частиц темной материи PICASSO, расположенного в лаборатории SNOLAB в шахте на глубине двух тысяч метров неподалеку от города Садбери в провинции Онтарио. Оказывается, детектор способен отличить нейтроны от альфа-частиц "на слух", что очень пригодится для обнаружения гипотетических частиц темной материи.

Еще в тридцатые годы прошлого века астрономы заметили, что звезды на краях галактик, да и сами галактики в скоплениях движутся слишком быстро и давно бы разлетелись в разные стороны, если б не загадочная невидимая масса, которая их удерживает. Гипотез о природе темной материи с тех пор было предложено предостаточно; оценки ее количества отличаются в сотни раз, доходя до 95% всего вещества во Вселенной, но более-менее разумные предположения сделать все же можно.

Например, чтобы звезды в нашей галактике вращались вокруг ее центра (как и происходит на самом деле), должно существовать некое гало из темной материи. Плотность темной материи должна снижаться по мере удаления от центра галактики. Там, где находится наша Солнечная система, ее плотность должна составлять в единицах энергии около 0,3 гигаэлектрон-вольт на кубический сантиметр. При этом частицы темной материи могут пролетать сквозь Солнечную систему со средней скоростью около трехсот километров в секунду. Эти частицы должны быть электрически нейтральны, очень слабо взаимодействовать с веществом и, по всей видимости, быть примерно в сто раз тяжелее протона.

Исходя их этих предположений и был построен детектор PICASSO. Он работает по тому же принципу, что и классическая камера Вильсона, в которой находится перегретая жидкость и пролетающая частица инициирует взрывное образование пузырьков пара. Но поскольку слабое взаимодействие с частицей темной материи - событие заведомо редкое и детектор должен работать долго, он сильно отличается от обычной пузырьковой камеры. Детектор поместили в глубокую шахту, чтобы исключить влияние космических лучей, а в качестве рабочей жидкости выбрали перфторбутан (C4F10). Это вещество вскипает при комнатной температуре и нормальном давлении, а фтор-19, ввиду свойств спина его ядер, - лучший кандидат на взаимодействие с частицами темной материи. Чтобы долго сохранять перфторбутан перегретым, его готовят в виде капелек диаметром около сотни микрон в гелевой матрице или вязкой жидкости. Факт взрывного вскипания капельки регистрируют по характерному щелчку расположенными вокруг пьезоэлектрическими микрофонами.