11:43 22.02.2018
Самые дешевые новостройки под Петербургом продаются от 1 млн рублей
Керлингистов Крушельницкого и Брызгалову официально лишили медалей Олимпиады
Белый дом возложил на Россию и Сирию ответственность за смерть жителей Восточной Гуты
Федерация керлинга: Крушельницкий вернет медаль, но это не значит признание вины
Объём банковских вкладов россиян за год вырос на 1,79 триллиона рублей
«Девяткино» проверяли полтора часа
Губернатор Ленобласти презентовал масштабные кадровые перестановки
Крушельницкий и Брызгалова вернут бронзовые медали Олимпиады-2018
До конца года у каждого петербуржца появится электронная медицинская карта
«Поясни за шмот» стало уголовным делом
Суд в Тосно решит, освободить ли местного жителя, задержавшего за педофилию петербуржца
Погоня в центре Петербурга: нарушитель пытался ударить полицейского при понятых
В Хельсинки десятки мальчиков пострадали от педофила
У жителя Подмосковья изъяли 900 боеприпасов
В Петербурге — очередное «сосулечное» дело
«Пушкинскую» вернули пассажирам, зато проверяют «Девяткино»
В центре Петербурга уходивший от погони водитель устроил ДТП и ударил полицейского
Станция метро «Пушкинская» закрыта
В Сети появилось видео новейших российских истребителей в Сирии
Amnesty International раскритиковала ситуацию с правами человека в России
Развернувшийся из-за тумана рейс из Дубая ожидают в Пулково к обеду
Роспотребнадзор предупредил о вспышке кори в Европе
Два человека пострадали в ДТП с автобусом и бетономешалкой в центре Петербурга
Съехавший в переход на «Московской» водитель наездил на уголовное дело
На Северо-Западе России объявлен оранжевый уровень опасности из-за морозов
В здание посольства США в Черногории бросили гранату
В CAS рассказали, когда вынесут решение по делу Крушельницкого
Российским военным выдают телефоны за 115 тысяч рублей
Лауреат “Золотого глобуса” выходит на экраны
Мэрил Стрип и Том Хэнкс возглавят войну Пентагона и журналистов
В Михайловском замке покажут одного из первых русских экспрессионистов
Воевавший на Украине контрактник из Каменки пропал с кулоном Девы Марии
Измученный ожиданием наследства петербуржец задушил родную тетю
"Все деньги мира" Ридли Скотта выходят в прокат
Туман развернул в Москву петербургский рейс из Дубая
СМИ: Путин выступит с посланием ко «всему гражданскому обществу», а не только к «пиджакам»
ФСБ Петербурга попала под военное следствие по делу анархистов
Петербуржы увидят закулисье Новой сцены Мариинки
Патриарх Кирилл: «Люди больше всего грешат языком»
Transparency International: Россия в индексе восприятия коррупции сравнялась с Папуа-Новой Гвинеей
Россия требует созвать экстренное заседание Совбеза ООН по ситуации в Сирии
Беглый ресторатор Орлов задержан на границе
Глава парламента Петербурга о кандидате в президенты: Собчак — как слон в зоопарке
Полтавченко собирается пойти на третий срок
В Германии задержали россиянина за участие в беспорядках на чемпионате Европы-2016 по футболу
На Ветеранов «Ларгус» влетел в колесо троллейбуса, зацепив легковую и маршрутку
Туман «отключил» свет на ЗСД
Федерация керлинга собирается бороться за Крушельницкого
Финская таможня устроит аукцион конфискованных биткоинов
Tele2 обеспечит интернет-доступ в петербургском метро
На Александровской Фермы машину разрезали, чтобы достать раненого
В Выборгском районе лопнул магистральный трубопровод
Глава дирекции Минкульта: Работа ФСБ не повлияет на сдачу новой сцены МДТ
«МБХ Медиа» Ходорковского сообщил о блокировке Роскомнадзором
«Фонтанка» за 60 секунд — 21 февраля
Финский кондуктор остановил два поезда ради одной семьи
Пойманный на допинге российский призер Олимпиады не увидел смысла в суде
СМИ: РФ заплатила штраф МОК
Toyota рассказала об обновлённом минивэне Alphard для России
Россию завалили заказами на военную технику
Замглавы Фонда имущества Петербурга задержан по делу о взятке
Похитившего у ФСБ 550 миллионов сочинского бизнесмена экстрадировали из Испании
Назван главный претендент на должность режиссёра бондианы
Трамп: За "российское вмешательство" должен отвечать Обама
«Скандинавию» полностью приведут в европейский вид не раньше 2030 года
Европейский университет решил снова судиться с Рособрнадзором
Интерпол счел попытку объявить в розыск Родченкова политическим преследованием
Гендиректор "Теле2": Национальный роуминг могут отменить до конца 2018 года
В ДТП с маршруткой под Апатитами пострадали 15 человек
Технологии

Метаматериалы для шапки-невидимки

Температура воды изменилась, и цилиндр исчез. Это могло бы показаться фокусом, если бы не было научным открытием мирового масштаба: петербургским физикам удалось сделать стеклянный цилиндр с водой невидимым. Пока, правда, только в микроволновом диапазоне.
Метаматериалы для шапки-невидимки

 

«Такого быть не может»

Подобная концепция может быть применена и в других диапазонах, в том числе в оптическом, тогда предметы начнут исчезать у нас на глазах. Главное – найти материалы с нужным коэффициентом преломления либо разработать новые, и эту задачу не первый год решают ученые из Петербурга.

Самый перспективный способ – применение метаматериалов, если дословно переводить с греческого – «постматериалов», «того, что следует за обычными материалами – металлом, стеклом и деревом».

«Метаматериал – периодическая структура, размер неоднородностей в которой много меньше длины волны. В микроволновом диапазоне длина волны – десятки сантиметров. Если мы хотим сделать метаматериал, период структуры не должен превышать несколько сантиметров. Такую структуру мы можем, предварительно рассчитав геометрию, сделать руками из набора проволок или напечатать на 3D-принтере», – объясняет руководитель теоретического отделения научного центра нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО кандидат физико-математических наук Иван Иорш.

Искусственные материалы, сконструированные в лабораториях, могут нарушать известные столетиями законы оптики.

«Представьте, что вы светите фонариком в воду. Луч преломляется и слегка отклоняется от линии раздела между воздухом и водой. Если бы вместо воды была среда, которую мы именуем метаматериалом, луч преломился бы непривычным для нас образом. Например, в обратную сторону. Ни в каких реально существующих материалах такого быть не может», – констатирует научный сотрудник центра нанофотоники и метаматериалов кандидат физико-математических наук Михаил Одит.

Физика и жизнь

Впервые искусственные среды, способные менять законы оптики, были упомянуты в сороковых и пятидесятых годах, в статьях советских физиков. А главная работа, предвосхитившая одно из первых открытий 21-го века, увидела свет в конце 1960-х.

«Наиболее значимым событием в истории метаматериалов была публикация в 1967 году статьи Виктора Веселаго, в которой он рассматривал, какими свойствами будет наделена гипотетическая среда, обладающая отрицательными коэффициентами диэлектрической и магнитной проницаемостей», – напоминает Михаил Одит.

До сих пор метаматериалы иногда называют «средами Веселаго».

Однако в прошлом столетии его работы не были оценены. В природе подобных материалов не существовало, возможность управлять магнитными свойствами света оставалась теоретической. Только в 2000 году британский физик Джон Пендри сумел воплотить фантастическую идею в жизнь. Он создал первый материал, который противоречил представлениям о проницаемости, но подтверждал правоту советского ученого.

Фотонная революция

Сегодня Михаил Одит называет разработку метаматериалов определяющим фактором перехода к следующему поколению компьютеров:

«Поскольку электроника подошла к своему физическому пределу, дальнейшие увеличение быстродействия и миниатюризация чипов практически невозможны. Нужен переход к нанофотонике – передаче информации через фотоны, когда информация передается не электронами в металлических проводниках, а фотонами в диэлектрических структурах. Этот способ гарантирует более высокие скорости и меньшие потери энергии».

Проблема в размерах устройств – изначально фотонные приборы значительно больше, чем электронные.

«Вспомните современные телескопы – это ведь гигантские антенны. Если у вас есть бесконечно большая поверхность, вы получите идеально направленное излучение. А хотелось бы, чтобы антенна была очень маленькая, при этом излучение от нее было направленное», – ставит задачу Иван Иорш.

Концепция метаматериалов позволяет преодолеть противоречие. С ними антенна для работы с микроволнами будет выглядеть как керамический шарик диаметром несколько сантиметров. В оптическом диапазоне «тарелку» заменит кремниевая сфера диаметром сто нанометров.

«Метаматериалы – инструмент революции, которая обеспечит переход от традиционной электроники к нанофотонике», – уверен Михаил Одит.

По этому направлению Международный научно-исследовательский центр нанофотоники и метаматериалов входит в десятку лучших лабораторий мира. Самые цитируемые работы посвящены проектированию диэлектрических наноантенн и использованию для создания метаматериалов графена. Исследования, проведенные в Петербурге, продолжают в Германии, Японии и США.

«Все будет видно»

Большинство датчиков, определяющих химическое состояние веществ, способных выявить взрывчатку или наркотики, работают в терагерцовом диапазоне. Терагерцовое излучение проникает через любую ткань, но человеческое тело для него непрозрачно.

Иван Иорш сравнивает работу терагерцовых приборов со сценой из фантастического фильма: «Сейчас есть металлодетекторы, но их можно обмануть – например, пронести керамическое оружие. В терагерцовом излучении все будет видно».

Такая избирательная прозрачность, конечно, вызывает этические вопросы, но на этапе разработки технологии ученые их не решают. А когда все технические и гуманитарные сложности будут преодолены, детекторы с применением принципов, разработанных в Университете ИТМО, возможно, появятся на каждой станции метро, на вокзалах и в аэропорту.

Но эффективного источника терагерцового излучения пока не существует. Существующие приборы либо слишком большие, и при этом работают только при сверхнизких температурах, либо обладают слишком малой мощностью.

«Применив метаматериал на основе графена, мы показали, как увеличить мощность терагерцовых источников», – утверждает Иван Иорш.

Электричество из воздуха

Испытания метаматериалов чаще всего проводятся в микроволновом диапазоне.

Дело в том, что законы линейной электродинамики масштабируемы. Если мы знаем, как свет ведет себя в определенной структуре, то можем проецировать этот опыт на волну, длина которой в сотни раз больше. Если эксперимент прошел успешно в микроволновом диапазоне, с устройством размером в несколько сантиметров, ученые уверены, что при уменьшении структуры до наноразмеров результат будет тот же.

Длина волны видимого света – 300 нанометров, значит, период наноструктуры метаматериала должен составлять 30 нанометров. Конструировать такую среду сложно и дорого. Можно, конечно, обойтись численной моделью, но надежнее прибегнуть к микроволновому прототипированию: сделать макроскопический образец, испытать на микроволнах, а потом отпечатать лучший вариант с уменьшением в миллион раз.

Кстати, наш научно-исследовательский центр нанофотоники и метаматериалов располагает нанолитографом – единственным в России прибором для печати трехмерных наноструктур.

«Мы полтора года учились на нем работать, докупали детали, теперь научились создавать уникальные структуры», – признается Иван Иорш.

Такое перспективное направление техники, как беспроводная передача энергии, тоже реализуется при помощи метаматериалов. В микроволновом отделении лаборатории испытывают технологию, которая в перспективе позволит полностью избавиться от проводов в квартирах и офисах. Обеспечит подзарядку планшета и мобильного телефона безо всяких розеток, просто по воздуху.

Начинается с яблок

«Теорий есть много, самая нашумевшая предполагает создание шапки-невидимки. Но ее пока никто не сделал. Зато у нас есть разработка, которую уже можно «пощупать» – применение метаматериалов в магнитно-резонансной томографии (МРТ)», – рассказывает заместитель заведующего научно-исследовательским центром нанофотоники и метаматериалов кандидат физико-математических наук Ирина Мельчакова.

Научный труд, описывающий новую возможность, еще не опубликован, но молодые петербургские ученые уже рассказали о ней на нескольких международных конференциях.

«Сейчас, чтобы сделать качественную МРТ, человеку нужно провести в томографе около получаса. Мы показали на рыбах, на мышах, что время процедуры можно сократить в 10 раз. При этом качество снимка не меняется», – гарантирует Иван Иорш.

В ходе экспериментов физикам пришлось иметь дело с непривычным предметом исследования – подопытными животными.

«Первые опыты вообще проводились на камбалах, нам нужны были плоские объекты. Мороженую рыбу покупали в гипермаркете», – вспоминает Иван.

«Все начиналось с неживых объектов – яблок и киви. Нам, инженерам, было несложно работать с фруктами, – рассказывает Ирина Мельчакова. – На следующем уровне мы привлекли к исследованиям специалистов-медиков».

С мышами физикам помогли сотрудники центра имени Алмазова.

Ученые планируют перейти к испытаниям на человеке до конца года, параллельно ведутся работы по патентованию разработки. Изобретение сделано, сколько времени уйдет на оформление бумаг, науке неизвестно.

Александр Яцуренко, для "Фонтанка.ру"


Подписывайтесь на канал "Фонтанка.ру" в Telegram, Viber или группу ВКонтакте, если хотите быть в курсе главных событий в Петербурге - и не только.

добавить комментарий
Помните, что все дискуссии на сайте модерируются в соответствии с правилами блога и пользовательским соглашением. Если вы видите комментарий, нарушающий правила сайта, сообщайте о нем модераторам.
СМИ2
MarketGid News
24СМИ. Агрегатор
Lentainform
Банк «Санкт-Петербург» привлечет к кредитованию искусственный интеллект
Университет ИТМО разработал для Банка «Санкт-Петербург» модель оценки кредитных рисков, построенную на данных о транзакциях клиентов. К 2021 году банк намерен оценивать кредитные заявки с помощью анализа больших данных и искусственного интеллекта.
Магазин "Кей"
Актуальные технологии на рынке телевизоров – обзор КЕЙ
Современные телевизоры превратились из аналоговых устройств, в практически полностью цифровое устройство, представляющее собой еще один компьютер. У телевизоров появились собственные процессоры, оперативная память, операционная система, разъемы для подключения к интернету
Магазин "Кей"
Обзор лучших игр 2017 года от экспертов КЕЙ
2017 год был богат на появление продолжений различных тематических игр, что не могло не порадовать фанатов. Итак, обо всем по порядку в материале
Магазин "Кей"
Смартфоны Samsung Galaxy A8 и Samsung A8+: особенности, сходства и различия
Samsung выпустил две новых модели из серии А, пользующейся популярностью в России. Общая идея А-серии заключается в том, чтобы предложить пользователю смартфон, максимально похожий на топовую модель, в данном случае S8/S8+, но по более низкой цене
«Полис Групп»
Компания «Полис Групп» впервые зарегистрировала ДДУ по технологии блокчейн
СК «Полис Групп» стала первой в России компанией, чей договор участия в долевом строительстве (ДДУ) Росреестр зарегистрировал с применением технологии блокчейн. Регистрация прошла в рамках совместного проекта Росреестра с АИЖК и Внешэкономбанком
Магазин "Кей"/ea.com/ru-ru
Свежий релиз на UFC 3 от Компании «КЕЙ»
ММА (mixed martial arts - смешанные единоборства или миксфайт) как вид спорта были признаны в 90-х годах 20 века. Серия видеоигр UFC от EA выступает лучшим симулятором смешанных боевых искусств. Сегодня в гостях у «КЕЙ» UFC 3 — самый свежий релиз февраля
ГК «КВС»
Клиенты компании КВС воспользуются Личным кабинетом
На сайте компании КВС заработала услуга «Личный кабинет». Клиент компании теперь имеет доступ ко всем данным с помощью любых гаджетов, будь он в дороге или за городом
Магазин "Кей"
Топовые игровые ноутбуки в КЕЙ
Ноутбуки, созданные специально для геймеров, не случайно выделены в отдельную категорию, ведь к этим персональным компьютерам предъявляются особые требования. Давайте взглянем на современные игровые ноутбуки и поймем, в чем они похожи, а чем различаются
https://www.aeroflot.ru/ru-ru/about/aeroflot_today/photobank
«Аэрофлот» избавил пассажиров от ручного вбивания данных при покупке билета
Аэрофлот внедрил в мобильные приложения для iOS и Android модуль распознавания банковских карт. Технология заключается в считывании данных, указанных на банковской карте, с помощью камеры мобильного устройства. Это значительно ускоряет процесс покупки билета и поднимает качество предоставляемых услуг на новый технологический уровень