Лазерная технология позволяет создавать уникальные многоцветные объемные метки, которые можно наносить прямо на изделия из металла ― например, на оборудование или запчасти ― и тем самым защищать их от подделок. Такие голограммы не сотрутся, при этом, чтобы нанести метки, потребуется минимум оборудования. Как отмечают авторы разработки, метод надежнее, чем нанесение классических голографических наклеек, и обойдется дешевле.
Чтобы защищать от подделок изделия из металла, сегодня используют специальные голографические наклейки ― защитные голограммы. Такие голограммы должны обладать определенным набором степеней защиты ― например, включать скрытые изображения и визуальные эффекты или быть разрушаемыми. Последнее свойство им придают за счет многослойности ― при попытке снять наклейку верхний слой разрушается и деформирует всю метку, поэтому ее нельзя использовать повторно. Но это работает не всегда: например, нагрев наклейку, можно бесследно открепить ее вместе с клеевым слоем.
Кроме того, сама технология изготовления голограмм на наклейках не обеспечивает уникальность. Голограммы делают методом тиснения с помощью мастер-матриц и производят сразу большими партиями. Создавать каждый раз новую матрицу для голограммы долго и дорого, поэтому уникальность обеспечивают топографическими методами ― например, наносят на наклейку специальные номера или символы.
Существуют и прямые методы записи голографических защитных знаков, например интерференционный метод, при котором два пересекающихся лазерных пучка формируют микронные и субмикронные структуры за счет своей интерференции. Но такой метод требователен к точности реализации и юстировке оптической схемы. Оптическая схема, как правило, состоит из множества оптических элементов, что также вынуждает соблюдать определенные условия записи — в частности, обеспечить стабильную температуру окружающей среды.
Но наносить метки можно и более простым способом — с помощью самоорганизации структур при воздействии лазерного излучения. До недавнего времени ученые не пробовали применять эту технологию для создания защитных голограмм с набором визуальных эффектов, которые могли бы быть воспроизведены на относительно больших масштабах (например, 1х1 см). Исследователи не учитывали взаимное влияние структур внутри отпечатка, а это приводило к нестабильности структур, ветвлениям и, соответственно, препятствовало созданию защитных признаков.
Что придумали в ИТМО
Ученые ИТМО предложили управлять периодическими структурами за счет непрерывного динамического изменения поляризации лазерного излучения. Это позволяет создавать сложные по геометрии периодические структуры и реализовать все визуальные защитные признаки.
В результате исследователям удалось разработать собственную технологию создания защитных голографических меток на металле. Метод позволяет создавать миниатюрные объемные защитные метки. При этом структуры получаются такими же, как и в интерференционной схеме, но для их создания потребуется меньше оборудования, поэтому производство будет проще и дешевле.
По словам авторов разработки, теперь не придется использовать дополнительные оптические элементы, как в двухпучковой схеме — поэтому процесс нанесения меток меньше подвержен внешним воздействиям.
Технология создания меток обеспечивает два уровня защиты. Первый, визуальный уровень, позволяет отличить оригинальное изделие по наличию метки и особым визуальным эффектам: анимации, движению цвета, объему. Второй, структурный, означает наличие уникальной случайной структуры, которую невозможно повторить.
Дизайн метки разрабатывают в графическом редакторе. Готовый дизайн загружают в модуль, который управляет поляризацией лазерного излучения, и запускают маркировку на стали. Лазер наносит голографические метки на металлическую поверхность предмета.
По сравнению с наклейкой, которая может стереться или отклеиться, метки нестираемые — они интегрируются в поверхность изделия и держатся до тех пор, пока не будет сошлифован сам металл. Поэтому метки можно уничтожить только повредив само изделие.
Что дальше
Метки можно использовать, чтобы защищать от подделок различные изделия из металла ― например, часы или автомобильные запчасти. Считывать метки можно будет с помощью уже существующих сканеров.
«Сейчас скорость маркировки при нашем методе составляет 2,5 см² в минуту — это примерно столько же, как при цветной лазерной маркировке или технологии прямой лазерной интерференционной гравировки. Дальше мы планируем модернизировать модуль по управлению поляризацией лазерного излучения и увеличить производительность технологии — чтобы метки наносились за еще более короткое время. Мы проведем эксперименты на трение и износостойкость меток и адаптируем их под любую металлическую поверхность, сделаем метки многоцветными. Также мы хотим развить технологию создания случайных индивидуальных меток. Их структура подобна отпечаткам пальцев и ее невозможно будет повторить. Такие метки могут быть использованы для создания уникальных идентификаторов защитных голограмм», — рассказал один из авторов разработки, младший научный сотрудник института лазерных технологий Михаил Москвин.
Елезавета Кокорина

Опубликовано на https://news.itmo.ru/

Ученые по всему миру изучают наноструктуры и предлагают новые решения для повышения эффективности промышленного производства и микроэлектроники. Подложки на основе кремния используются в качестве универсальных материалов при изготовлении различных резонансных наноструктур на поверхности, которые могут быть основной для создания коммерчески доступных оптических датчиков, накопителей энергии, светоизлучающих и оптоэлектронных устройств. Например, такие «ультрачерные» поверхности, как аморфный кремний с нанесенными наночастицами благородных металлов, помогают улавливать широкополосное излучение (например, солнечного света) и могут быть использованы в солнечной энергетике.
Один из способов обработки подобных материалов — лазерное излучение ультракороткой длительности и высокой интенсивности. Таким образом можно локально воздействовать на поверхность, создавая на ней определенные последовательные (периодические) структуры, которые затем могут применяться в качестве сенсорных платформ для детектирования различных веществ в организме человека и в промышленности. С помощью таких оптических датчиков могут быть зафиксированы крайне низкие концентрации веществ (аналитов), например наномоли катионов ртути в воде, что значительно ниже предельно допустимой концентрации, то есть очень маленькая величина.
Ученые СПбГУ впервые показали возможность одновременного структурирования поверхности с помощью лазера и наночастиц.
Мы продемонстрировали возможность одновременного структурирования поверхности с помощью лазерного излучения (создание периодических структур), а также допирования — равномерного покрытия наночастицами благородных металлов, таких как серебро, платина и палладий. — Младший научный сотрудник кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения Евгения Хайруллина
Для этого ученые использовали соли и комплексы благородных металлов, вместе с хорошо изученным эффектом LIPSS (laser induced periodic surface structure — лазерно индуцированная периодическая структура поверхности) — это процесс формирования периодических субмикронных структур размерами менее одного микрометра (их называют субмикронными структурами) на поверхности при определенных режимах лазерного воздействия на различные материалы.
Как отметили ученые СПбГУ, работа по использованию лазерного излучения для формирования структурированных поверхностей с равномерно распределенными наночастицами серебра и золота была начата ранее нашим коллективом из России, Германии и Испании и опубликована в одном из высокорейтинговых журналов в этой области — Advanced Optical Materials. Новое исследование химиков Санкт Петербургского университета стало закономерным продолжением этих исследований. Так, предложенный химиками СПбГУ подход позволил создать уникальные сенсорные платформы на основе LIPSS с равномерно распределенными наночастицами благородных металлов. Ключевое отличие данной работы — то, что химикам СПбГУ удалось разработать одностадийный процесс, то есть нанесение наночастиц и воздействие лазером происходит одновременно, а не по очереди, как это было показано ранее другими научными коллективами.
«Кратко процесс проходит так: подложка из кремния облучается фемтосекундным лазерным излучением. В этом случае длина одного импульса, порции излучения, составляет несколько фемтосекунд. Для сравнения, например, атом в молекуле совершает одно колебание за время от 10 до 100 фемтосекунд. Облучение таким лазером происходит через раствор, содержащий соединения благородных металлов (серебра, платины, палладия). На последнем этапе такие гибридные наноструктурированные платформы тестируются в качестве индикатора реакции димеризации, а эффективность этого процесса отслеживается in situ — спектрально с помощью метода поверхностно усиленной рамановской спектроскопии, который широко применяется в химии», — объяснила младший научный сотрудник кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения Евгения Хайруллина.
Работа была выполнена в рамках проекта РНФ 18 79 10091 (Изготовление и функционализация кремниевых микро и наноструктур с регулируемой аффинностью к аналиту для применения в спектроскопии поверхностно усиленного комбинационного рассеяния).
Источник: https://spbu.ru/

 

Согласно проектным характеристикам, разработка будет обладать высокой чувствительностью, лазерный датчик сможет в реальном времени автоматически обнаруживать воду в концентрации одной массовой доли на миллион, что составляет примерно одну пятую чайной ложки воды на тонну керосина, при этом быстродействие срабатывания прибора составит доли секунды, то есть если норма концентрации воды будет превышена, можно будет оперативно остановить подачу топлива.
Студент Самарского университета им. Королева разработал экспериментальную установку, которая будет сигнализировать о воде в авиатопливе, чем поможет предотвращать авиакатастрофы, связанные с образованием льда в топливе во время полета, сообщила пресс-служба вуза.
«Разрабатываемое устройство будет устанавливаться на авиационные топливозаправщики, как мобильные, так и стационарные, и по принципу своей работы будет напоминать систему лазерной сигнализации… Самарская система контроля будет внутри топливопровода просвечивать лазером закачиваемое в самолет топливо в поисках вкраплений воды. Если в зоне ответственности датчика окажется капелька воды, лазерный луч рассеется на ней определенным образом и сработает тревога», — говорится в сообщении.
По данным вуза, ожидается, что проект будет реализован в течение двух лет.
«В настоящее время собрана лабораторная экспериментальная установка, на ней проводится комплекс исследований, по результатам которых будет создан рабочий макет датчика. На финальной стадии разработку планируется запатентовать», — отмечается в сообщении.
Согласно проектным характеристикам, разработка будет обладать высокой чувствительностью, датчик сможет в реальном времени автоматически обнаруживать воду в концентрации одной массовой доли на миллион, что составляет примерно одну пятую чайной ложки воды на тонну керосина, при этом быстродействие срабатывания прибора составит доли секунды, то есть если норма концентрации воды будет превышена, можно будет оперативно остановить подачу топлива.
Автор проекта Андрей Пономарев отметил, что система поможет предотвращать авиационные ЧП, связанные с образованием льда в топливе во время полета.
«При заправке авиатехники в аэропортах необходим тщательный мониторинг наличия капель воды в топливе. Некоторое количество воды попадает в керосин прямо из окружающей атмосферы, также в топливо может попасть конденсат со стенок топливного резервуара. Во время полета, когда температура за бортом ниже нуля, в керосине из капелек воды могут образовываться кристаллы льда, что приводит к возникновению ледяных «засоров» в системе топливоподачи. Это чревато перебоями в работе двигателей и может стать причиной авиакатастрофы», — цитирует слова студента пресс-служба. По его словам, отечественных датчиков подобного типа в России пока не производят, а зарубежные оптические датчики очень дорогие и стоят около 20 тысяч евро. «Наша же система в случае ее серийного производства будет стоить на порядок дешевле, при этом все комплектующие в ней будут отечественными», — пояснил Пономарев.
Источник: https://ria.ru/

Квантовая память является важной составляющей для создания квантовых сетей, совместимых с оптоволоконными линиями связи. Они нужны для качественной связи, быстрой передачи данных, а также для эффективных вычислений и много чего еще. Инженерам и IT-специалистам пока не удалось воссоздать такую сеть в больших размерах.
Однако недавно, в статье Science Advances, группа исследователей под руководством Сюэин Чжан описала , как обеспечить многомодовое хранение одиночного фотона на чипе, написанном лазером. Разработка позволит значительно увеличить скорость передачи информации по сравнению с одномодовым хранением (одномодовыми квантовыми каналами связи).
Устройство хранения на основе ниобата лития, легированного ионами эрбия, интегрировано с оптоволоконными компонентами телеком диапазона. Это открывает путь для создания квантовых сетей на базе интегральных фотонных схем.
Чжан и коллеги спроектировали волновод, напрямую связанный с одномодовым волокном. Для совместимости с оптоволоконной связью использовали оптические коллиматоры. На чипе реализовали систему квантовой памяти на основе атомно-частотного гребня шириной 4 ГГц.
В экспериментах по многомодовому хранению генерировали связанные пары фотонов в волноводе ниобата лития. Для одномодового хранения использовали одиночный лазерный импульс.
Для создания атомно-частотного гребня ионы эрбия внедряли в периодическую структуру с интервалом зубьев 5 МГц.
Таким образом удалось продемонстрировать новый способ хранения неклассического света с большой временной полосой пропускания. Ученые создали квантовую память на чипе со временем хранения целых 200 наносекунд.
Результаты эксперимента помогут усовершенствовать высокоскоростные квантовые сети. При этом понадобятся улучшения для создания полноценного устройства, в частности интеграция источников фотонов с памятью.
Источник: https://www.securitylab.ru/

Ученые из МФТИ и Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН разработали метод, с помощью которого можно оперативно оценить концентрацию хлорофилла в морской воде. Отмечено, что концентрация хлорофилла связана с биомассой и состоянием фитопланктона, который флуоресцирует при видимом и ультрафиолетовом излучении. Разработанный метод может активно применяться на научно-исследовательских судах.
Для определения концентрации хлорофилла ранее использовали несколько методов. Первый связан с высокоэффективной жидкостной хроматографией. Он трудоемкий, дорогой и используется только в лабораториях на суше. Кроме того, существует второй метод – экстракционный. Он более простой, так как измерения можно проводить на судне во время экспедиций. Однако этот метод требует большого количества времени. Третий метод называется флуоресцентным, он не требует специальной подготовки проб и достаточно оперативен, однако имеет низкую точность, так как исследователями часто не учитывается, что интенсивность флуоресценции хлорофилла А во многом зависит не от его концентрации, а от видового состава фитопланктона, возраста популяции в целом.
В новой работе ученые смогли усовершенствовать флуоресцентный метод. Используя разработанный ранее двухканальный лазерный спектрометр для определения интенсивности флуоресценции хлорофилла А в морской воде, они получили формулу, основанную на множественной регрессии, что позволяет более точно рассчитать концентрацию хлорофилла. Новый метод был проверен на данных, полученных в экспедициях Института океанологии РАН. Ученые выяснили, что ошибки в измерениях при использовании общей формулы были в пределах 40–50%, а при точном учете особенностей акваторий, где проводились исследования, снижались до 20–35%. Для более точных результатов, по мнению исследователей, нужно проводить несколько измерений при возбуждении на разных длинах волн.
Основными особенностями нового разработанного метода являются возбуждение флуоресценции на нескольких длинах волн, спектральная регистрация флуоресцентных сигналов и использование множественной регрессии для обработки данных измерений. Дмитрий Глуховец, руководитель лаборатории оптики океана Института океанологии РАН, считает, что простота процедуры измерения позволит быстро получать большой объем данных прямо на борту судна во время экспедиции. В будущем ученые планируют далее совершенствовать метод с помощью добавления дополнительных длин волн возбуждения флуоресценции. Это позволит не только увеличить точность, но и оценить видовой состав фитопланктона.
Источник: https://21mm.ru/

Сверхвысокочастотные акустические волны визуализируют структуры размером несколько нанометров. Исследователи из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) разработали технологию ультразвуковой визуализации с высоким разрешением. Сверхвысокочастнтные акустические волны можно использовать для поиска скрытых наноскопических дефектов в материалах.
Физики использовали сверхбыстрый трансмиссионный электронный микроскоп (UTEM) для обнаружения звуковых волн, генерируемых 200-нанометровым отверстием в центре сверхтонкой кремниевой пластины. UTEM использует два лазерных луча с небольшой задержкой между ними. Один луч освещает образец, а другой генерирует ультракороткий импульс электронов в микроскопе.
В серии экспериментов ученые продемонстрировали, что созданная установка обеспечивает высокое качество и точность изображения. При этом созданная установка позволяет собирать данные с пикосекундной скоростью, необходимой для наблюдения наноструктур.
В медицинских приборах УЗИ используются звуковые волны с длиной волны несколько миллиметров. Этого достаточно для наблюдения за внутренними органами или развитием плода. Но для исследования наноструктур длина волны должна быть существенно меньше, объясняют физики. Технологии создания таких высокочастотных звуковых волн давно известны: для их генерации в металлах и полупроводниках уже несколько десятилетий используются ультракороткие лазерные импульсы. Но обнаружить их гораздо сложнее, поскольку для этого требуется разработать детекторы, способные достигать нанометрового пространственного разрешения и фиксировать данные с пикосекундной частотой.
Если мы научимся использовать звуковые волны с длиной волны около 100 нм или около того, мы сможем использовать их для проверки материалов, например, для обнаружения дефектов, – Асука Накамура, соавтор исследования из института RIKEN.
Источник: https://hightech.fm/

Ученые разработали клеящий материал, которым можно управлять с помощью света. Японские исследователи разработали прочный «суперклей», свойства которого можно многократно активировать и выключать с помощью света. Под воздействием электромагнитных волн с одной длиной материал «прилипает», а при облучении другими — отделяется и может быть легко удален с поверхностей.

Ключевой ингредиент материала — кофейная кислота, которая может образовывать и разрушать поперечные связи под действием света с разными длинами волн. Инженеры изготовили полимер, содержащий кофейную кислоту, нанесли его на поверхность и подвергли воздействию ультрафиолетового света с длиной волны 365 нм. В таких условиях материал формирует прочную пленку, с прочностью сцепления на сдвиг при комнатной температуре до 7,2 МПа.

Когда связь деталей больше не нужна, на пленку можно воздействовать с помощью УФ-излучения с длиной волны 254 нм, которое разрушает поперечные связи и возвращает ее в исходное состояние. Такой материал не оставляет следов на поверхности и не теряет клеящих свойств, что позволяет использовать его повторно.

Инженеры испытали материал в серии экспериментов, включая многократное сгибание образцов и подъем груза. Например, соединенные с помощью полимера поверхности удерживали вес 40 кг в течение 72 часов без каких-либо признаков разрушения. В других испытаниях инженеры использовали клей для ремонта треснувших силиконовых трубок, а затем пропускали через них воду под высоким давлением и не обнаружили утечек.

В ходе испытаний ученые продемонстрировали, что материал можно использовать даже под водой. В клей были встроены магнитные наночастицы, которые нагреваются при приложении магнитного поля, сплавляя клей с подложкой. Разработчики считают, что этот материал найдет широкий спектр применений, позволяя легче разбирать продукты на компоненты в конце их срока службы и превращать в новые продукты.

Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Специалисты Сеченовского Университета Минздрава России и Института фотонных технологий Российской академии наук первыми в мире разработали технологию переноса жизнеспособных клеточных сфероидов при помощи лазерного биопринтера.
Полученные данные ученые собираются использовать в дальнейших разработках — для получения искусственных тканей и органов. Например, аналогов уретры, кожи и хряща. Результаты проведенного исследования опубликовали в научном журнале Bioprinting издательства Elsevier. Издание входит в базу данных Scopus.
Группа ученых Сеченовского Университета Минздрава России и Института фотонных технологий Российской академии наук создала инновационный способ биопечати сфероидов – шарообразных структур из клеток – на основе прямого лазерно-индуцированного переноса. Эта технология получила название LIFT (от англ. laser-induced forward transfer, LIFT). В процессе LIFT-биопечати ученые использовали специальное оптическое устройство Пи-шейпер. Оно изменяло распределение лазерной энергии на так называемый негауссовский профиль – в форме двойного кольца. Это позволило снизить негативное влияние лазерного излучения на клеточные структуры.
Разработчики метода показали, что распределение энергии в лазерном пятне в виде двойного кольца приводит к более высокой жизнеспособности сфероидов после печати, чем при обычном распределении энергии в лазерном пучке. В дальнейшем, используя геометрию лазерного пятна в форме двойного кольца, ученые напечатали сфероиды в виде простых геометрических фигур: линии, треугольника и квадрата.
В целом LIFT-биопечать сфероидов продемонстрировала большой потенциал в качестве точного, безопасного и воспроизводимого метода биофабрикации, уверены авторы технологии. В будущем этот метод можно будет использовать как для фундаментальных целей (например, для изучения межклеточного взаимодействия), так и прикладных – для создания органов на чипе и применения в фармацевтической индустрии для тестирования лекарств.
По словам одного из разработчиков метода, директора Научно-технологического парка биомедицины Сеченовского Университета, доктора химических наук Петрао Тимашева, российская научная группа, работающая в этом направлении, – единственная в стране. Да и во всем мире таких групп лишь несколько. Тем не менее ни у одной из них ранее не получалось перенести сфероиды методом LIFT c достаточно высокой выживаемостью клеточных структур.
«Исследование, которое провела наша научная группа, – первое в мире, – отметил ученый. – Разработанный подход является важной вехой для области биопечати в целом, поскольку открывает широкие возможности для биофабрикации органов и тканей, а также устройств на основе сфероидов».
Полученные данные ученые собираются использовать в дальнейших разработках — для получения искусственных тканей и органов. Например, аналогов уретры, кожи и хряща.
Источник: https://www.sechenov.ru/

Компания Carbon Robotics разработала инновационный метод борьбы с сорняками при помощи лазеров с искусственным интеллектом.

Вместо применения химических веществ система камер обнаруживает сорняки и нацеливается на них лазером. Установка Laser Weeder, буксируемая трактором, обладает способностью уничтожать до 200 тысяч сорняков в час. Делает она это при помощи 12 камер с высоким разрешением и 30 углекислотных лазеров, работающих на длине волны 10,6 мкм и имеющих мощность 150 Вт. Дополнительно к уничтожению сорняков Laser Weeder может прореживать пересеянные культуры.

При скорости 1 миля/час и ширине 6 метров Laser Weeder покрывает 2 акра в час.

Пока Laser Weeder продается только в Канаде и США. Он был протестирован на различных культурах, в том числе на картофеле, чесноке и луке. Искусственный интеллект установки может распознавать более 40 сельскохозяйственных культур. В ближайшем будущем компания Carbon Robotics планирует выйти и на европейский рынок.

Источник: https://www.fertilizerdaily.ru/

Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий разработали при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» новый материал для «умной» одежды — текстильную электронику. Она создана на основе нейлоновой ткани, которую «смешали» с восстановленным оксидом графена при помощи лазерной обработки.
Полученный гибридный текстиль устойчив к воздействию ультразвуковой стирки, моющих средств и деформации в процессе стирки. Кроме того, он является электропроводящим, то есть может использоваться для создания текстильных сенсорных платформ.
Результаты работы ученых опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (Q1; IF:9,441), статья выбрана на обложку журнала.
Научный тренд разработки датчиков для «умной» одежды, способных считывать пульс, давление и другие показатели человеческого организма, — переход от гибких устройств на основе полимеров к текстильной электронике. Последняя является более оптимальной, поскольку текстиль обеспечивает тесный контакт с кожей, что позволяет создавать удобные, легкие и компактные датчики.
Исследователи группы TERS-Team под руководством профессоров Евгении Шеремет и Рауля Родригеса синтезировали гибридный проводящий материал на основе синтетической ткани и графена. Для этого они нанесли на нейлон оксид графена, который потом обработали лазером. Полученный композит прост в изготовлении и является очень стабильным.
«При лазерной обработке нейлон плавится, в результате происходит не просто формирование покрытия — частицы графена внедряются в волокна ткани. Это обеспечивает улучшенные механические свойства полученного композита. Он устойчив к воздействию ультразвука, растяжению и стирке с моющими средствами, что позволяет использовать его в повседневной одежде. Кроме того, после обработки лазером материал становится электропроводящим, что позволяет использовать его в качестве активного материала сенсоров. Особенно важно, что наши композиты произвольной формы можно использовать в готовом виде без изоляции, которая обычно требуется для материалов, изготовленных с помощью лазера», — комментирует профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Евгения Шеремет.
Созданный текстиль также можно сделать антибактериальным. Этого свойства удалось добиться благодаря дополнительному использованию наночастиц серебра. Ученые нанесли на гибридный текстиль нитрат серебра, который также облучили лазером. В результате на поверхности ткани сформировались серебряные частицы, которые известны антибактериальным эффектом.
«Осажденные частицы серебра обладают уникальными оптическими свойствами. Это делает наш гибридный текстиль перспективным для создания оптических сенсоров. Будучи плазмонными частицами, они позволяют считывать с помощью оптических методов спектроскопии сигналы, «описывающие» химию поверхности. Мы провели серию успешных экспериментов по обнаружению вещества модельного красителя и глюкозы при помощи серебра», — подчеркивает первый автор статьи, ассистент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Анна Липовка.
Ученые показали возможность использования композитов в качестве сенсоров для записи жестов, измерения пульса в реальном времени и распознавания голоса. В ходе экспериментов датчики также внедрялись в перчатку, изготовленную из смеси нейлона, спандекса и полиэстера. Полученные результаты открывают путь к разработке безопасных и комплексных мультисенсорных платформ, которые можно напрямую интегрировать в повседневно используемые ткани.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Ученые международного научно-образовательного центра физики наноструктур ИТМО спроектировали ионную ловушку нового типа. Микрочастицы в такой ловушке можно «перекатывать» между зонами локализации с помощью лазера — подобно бильярдным шарам. В чем уникальность разработки и какие перспективы открывает исследование, рассказываем в материале.
Ионные ловушки — это устройства, задающие электрическое поле определенной конфигурации. В таком поле можно локализовать заряженные микрочастицы, заставив их, и перемещать пленённые частицы вдоль оси ловушки. В основном такие ловушки используются в масс-спектрометрии — это метод, который позволяет проводить анализ химического состава веществ (используется не только в науке, но также в экологических, химических и геологических исследованиях).

Ученые ИТМО представили новый вариант такой ионной ловушки — по сути, это комбинация двух подходов, причем из разных научных направлений: оптомеханики и нанотехнологий.

Ее структура представляет собой стеклянную подложку с двумя электродами на основе тонких пленок оксида индия-олова (толщиной до 100 нанометров), напыленным в виде особых U- и W-образных форм. Сам материал — оксид индия-олова — довольно хорошо изучен и активно используется в электронике. Например, из него делают экраны мониторов, телевизоров и смартфонов, а также солнечные батареи.Такая популярность объясняется двумя свойствами материала: он достаточно хорошо проводит электричество и при этом прозрачен в видимой области спектра.
Ученые ИТМО поставили перед собой задачу сделать прозрачную ионную ловушку. Это нужно, чтобы на микрочастицы можно было бы воздействовать двумя силами сразу: электрической ― за счет взаимодействия с полем электродов ловушки, и оптической ― за счет взаимодействия с лазерным излучением. Такой метод дает больше возможностей для управления положением частиц.

В предыдущих версиях ловушек частицы левитировали, но были малоуправляемы. Исследователи могли менять их траекторию движения, но не положение в пространстве. Прозрачная ловушка открывает новое измерение: теперь на частицы можно влиять лазером, установленным прямо под подложкой. Сила со стороны лазерного излучения (снизу-вверх) компенсирует силу гравитации (сверху-вниз), то есть, фактически, «выключает» её. И тогда на частицы начинает действовать только электродинамические силы — а они, в свою очередь, зависят от геометрии и электропитания электродов.

В устройстве возможны два режима локализации частиц: они концентрируются либо в двух изолированных «лунках» (при «включенной» силе тяжести), либо в одной (при «выключенной» силе тяжести). Достигается это как раз за счет особой формы электродов ловушки:

«Особая форма U- и W-электродов из оксида индия-олова дает нам несколько областей локализации в одной ловушке. Лазерным лучом мы можем перегонять частицы из одной импровизированной “лунки” в другую без дополнительного физического вмешательства. Можно даже сталкивать частицы друг с другом (как при игре в обычном бильярде), и реализовывать своеобразный наноразмерный синтез», — объясняет первый автор работы, старший научный сотрудник Дмитрий Щербинин.
Две лунки — далеко не предел. В зависимости от геометрии ловушки их может быть и три, и четыре, и даже больше ― количество не ограничено. Это позволит проводить сортировку частиц по их физическим свойствам, создавать особые формы материи, называемые квази-кулоновскими кристаллами (а это, в свою очередь. может стать прорывным подходом в квантовых симуляциях и исследованиях физики твердого тела), а также проводить прецизионные измерения ― в том числе гравитационных полей.

Как объясняют авторы работы, у эксперимента было три цели. Во-первых, проверить, будет ли работать прозрачная ловушка (что само по себе уникально для фундаментальной науки — до этого никто из ученых о таких структурах не писал).

Во-вторых, попробовать управлять частицами именно с помощью оптического излучения и в дальнейшем попытаться скомбинировать ловушку с лазерным пинцетом — инструментом для манипулирования микроскопическими объектами. Комбинация лазерного пинцета с электродинамическими ловушками позволит более эффективно локализовывать исследуемые объекты. Кроме того, это может дать дополнительные возможности для пространственного управления положением захваченных исследуемых частиц. В последние несколько лет оптические пинцеты активно используют в биофизике для изучения структуры и принципа работы белков, их сортировки и, что наиболее важно, для того, чтобы дифференцировать раковые клетки среди здоровых.

В-третьих, изучить возможности оптической компенсации силы тяжести — это может быть полезно в сфере метрологии или для улучшения свойств гравиметров (приборов для высокоточного измерения тяжести, применяемых при поиске полезных ископаемых).

Работа поддержана грантом РНФ.
Источник: https://news.itmo.ru/

© 2024 Лазерная ассоциация

Поиск