Магический кристалл

Метаматериалы ломают принципы оптики - Тормоза для фотонов - OLED-дисплеи станут гибче и дешевле - Прозрачные транзисторы - Альтернатива тепловой защите «шаттлов» - Новые корабельные краски: выше скорость, меньше вреда природе

Метаматериалы ломают принципы оптики - Тормоза для фотонов - OLED-дисплеи станут гибче и дешевле - Прозрачные транзисторы - Альтернатива тепловой защите «шаттлов» - Новые корабельные краски: Выше скорость, меньше вреда природе

Ученые из Университета Торонто создали искусственный материал, который позволит преодолеть одно из фундаментальных ограничений в оптике. Созданные из него плоские линзы позволят значительно повысить разрешение отображаемых объектов, — речь идет об исследовании объектов с размерами меньшими, чем длина волны. Один из авторов статьи в Applied Physics Letters от 24 марта, профессор Джордж Элифтериадис (George Eleftheriades) говорит об открытии не иначе как о начале нового раздела в физике.

Канадские исследователи работают в быстроразвивающейся области изучения метаматериалов — новых искусственных материалов, которые обладают свойствами, не встречающимися в природе. При нормальных электромагнитных условиях свет, проходящий через плоские линзы, рассеивается, но свет, проходящий через плоские линзы, изготовленные из метаматериалов, вопреки ожиданиям, фокусируется. Изучение их свойств показало, что затухающие волны, проходя через такие плоские линзы, усиливаются. Одновременно линзы корректируют фазу волны, фокусируя волны в пучок. По мнению Элифтериадиса, линзы из метаматериалов, сконструированные для оптических частот, могут быть использованы в производстве будущих поколений электронных устройств с нанометровыми проектными нормами. Другими приложениями для плоских линз могут стать оптические носители информации, где они открывают новые перспективы для повышения плотности записи данных.

* * *

Ученым из Университета Рочестера (шт. Нью-Йорк) удалось понизить скорость света до 205,2 километров в час. Для этого они использовали, обработанные специальным образом кристаллы рубина. С помощью лазера эти кристаллы сделали прозрачными для света в очень узком спектральном диапазоне. Такая техника известна под названием «выжигание спектральных дыр».

Известно, что скорость свет падает в таких средах как стекло или вода, но весьма незначительно. На протяжении нескольких последних лет проводились опыты по замедлению света в различных средах, но значительное понижение скорости было достигнуто либо при очень низких температурах, либо в среде редких  газах. В прошлом году группе американских ученых удалось остановить свет в твердом теле при температуре -268 °C. Уникальность же последнего достижения в том, свет проходил через рубин при комнатной температуре. Во всех этих случаях речь идет о средней скорости группы фотонов, входящих в световой импульс. Открытие может найти применение в области телекоммуникаций и компьютерных технологий: конструкторы получать возможность задерживать световые импульсы для кратковременного хранения или синхронизации сигналов.

* * *

Исследователи из Института технологий штата Джорджия Маркус Век (Marcus Weck) и Эми Мейерс (Amy Meyers) предложили новый способ создания органических светодиодов. Их способ использует химического присоединения полупроводникового  флуоресцентного материала к полимерной основе с использованием растворителей. Нынешняя технология создания OLED-устройств предполагает нанесение этого материала в условиях глубокого вакуума, что требует дорогостоящего оборудования. Химическое внедрение полупроводников в полимерную основу может значительно снизить стоимость производства, поскольку для нанесения материалов будет достаточно использовать давно отработанную в производстве пленок технологию с использованием центрифуг.

“Вы можете сделать это на лабораторном столе без оборудования стоимостью в несколько миллионов долларов”, — говорит Маркус Век  — “возможность использовать центрифугу для нанесения этой органической системы позволит производить большие поверхности пригодные для использования в дисплеях”. Есть у этого метода и еще одно достоинство: подложка такого дисплея будет гибкой, что делает их более устойчивыми к повреждениям и позволит создавать дисплеи недоступной прежде формы.

Химики также предложили метод «цветовой настройки» полимеров. Они уже могут изменять спектр свечение и надеются найти добавки, дающие все цвета, необходимые для создания полноцветных OLED-дисплеев.

* * *

В Университете штата Орегон создан первый прозрачный транзистор. Базовый электронный компонент изготовлен на основе весьма  распространённого материала - оксида цинка (ZnO). Оксид цинка обладает хорошей электропроводностью, его нетрудно раскатать тонким слоем без привлечения высокотемпературных технологий. Этот материал недорог, безопасен и легко обрабатывается. Кроме этого, окись цинка безвредна для окружающей среды. Не исключено, прозрачные транзисторы позволят повысить качество ЖК-дисплеев, делая их экраны чётче и ярче. Электронные устройства будущего можно будет встраивать в стёкла домов или транспортных средств, создавая новые формы подачи визуальной информации. Прозрачные материалы, которые проводят электричество, известны с сороковых годов прошлого века. Они нашли применение в ЖК-дисплеях, солнечных батареях, ветровых стеклах автомобилей и т. п. Но появление прозрачных транзисторов открывает значительно больший простор для разработки информационных систем. Группа из Орегонского университета продолжает изучение материалов, которые могли бы функционировать как прозрачные полупроводники. В университете запущена широкая программа исследований, в которой заняты химики, физики и инженеры, что призвано ускорить создание устройств, практически востребованных в промышленности.

* * *

Журнал New Scientist сообщил о том, что инженеры из Дельфтского университета в Голландии разрабатывают новую систему тепловой защиты для возвращаемых космических аппаратов. Существующие системы тепловой защиты, либо частично выгорают, как на одноразовых спускаемых модулях, либо хрупки и чувствительны к повреждениям, как керамические плитки  на американских «шаттлах». Предложение голландцев представляет собой нечто среднее: конструкция из термостойкого сплава будет охлаждаться водой. Сплав PM1000 используется для производства турбинных лопаток и способен выдержать температуру в 1200 градусов по Цельсию.

Однако носовая часть челнока может  разогреваться при входе в атмосферу до 1650 градусов, и для отвода тепла в носовой части корпуса будет размещена шаровая емкость для воды, которая будет поглощать излишки тепла. После того как вода закипит, часть перегретого пара будет выбрасываться наружу. Боковые поверхности корабля разогреваются лишь до 1400 градусов и не требуют столь сильного охлаждения. Они будут покрыты слоем из пористого оксида алюминия, который также будет пропитан водой. Существует две принципиальных проблемы, которые должны быть решены при использовании этого метода: вода может замерзнуть, и вызвать ослабление конструкции, либо испарится до вхождения корабля в атмосферу. И то, и другое может привести к катастрофическим последствиям. Тем не менее, руководитель группы конструкторов Том ван Батен (Tom van Baten), считает, что им удастся решить обе проблемы и в 2005 году совместно с Европейским космическим агентством планируется провести испытания сплава и охлаждающего слоя.

* * *

Проблема покрытия корпуса не менее актуальна и для морских судов. Известно, что обрастания корпуса приводит к увеличению затрат топлива и снижению скорости движения судов. Чтобы избежать обрастания подводную часть кораблей окрашивают красками содержащими, например, соединения меди. Входящие в краску токсичные компоненты, подавляют рост пленки из бактерий, препятствуют появлению на поверхности корпуса водорослей и моллюсков. Однако они отравляют и воду вокруг корабля, убивая вокруг все живое. Замена традиционным токсичным краскам найдена в Корнельском университете, (г. Итака, шт. Нью-Йорк). Группа под руководством Кристофера Обера (Christopher Ober) предложила два типа не токсичных красок, которые эффективно предотвращают обрастание, как бактериями, так и другими «прилипалами». Краска не только уменьшает адгезию, но и позволяет корпусу самоочищаться, — на скорости в 10 –15 узлов турбулентные потоки сдирают с корпуса всех незваных «пассажиров». Обер отмечает, что знания о поведении поверхностей в условиях моря значительно расширились за последние десять лет. Теперь стало ясно, что для достижения результата необходим контроль за тремя основными составляющими: энергетикой поверхностей, химической средой на них и механическими свойствами. По заказу Флота США Обер изучал свойства водоотталкивающих резин на кремнийорганической основе. А два года спустя, он начал исследование гидрофильных материалов используемых в хирургических имплантантах. Оказалось, что тонкая пленка воды, привязанная к поверхности таких материалов, не позволяет водным организмам закрепляться на поверхности корпуса.

Гидрофильные и гидрофобные краски различаются по действию, которое они производят на разные типы обрастания. Первые эффективны против бактериального загрязнения, вторые больше подходят против водорослей. Оба состава могут наноситься как с помощью краскораспылителей, так и в виде пленок.