Японские исследователи представили метод, который позволяет в тысячу раз быстрее создавать наноструктуры для управления теплопроводностью в тонкоплёночных материалах. Технология использует фемтосекундные лазеры для нанесения параллельных нанобороздок на кремний. Изготовление и структурная характеристика fs-LIPSS на кремнии.
Управление переносом тепла — ключевая задача для развития микроэлектроники и квантовых технологий. Один из перспективных подходов — фононная инженерия, где специальные наноструктуры рассеивают фононы (квазичастицы, переносящие тепло в твёрдых телах). Однако существующие методы создания таких структур, например, электронно-лучевая литография, слишком медленные и дорогие для массового производства. Команда под руководством доцента Бёнги Кима и профессора Кадзуёси Фусино́бу из Токийского научного института предложила решение. Их метод, описанный в журнале Advanced Functional Materials, основан на лазерной абляции. Фемтосекундный лазер формирует на поверхности кремния периодические структуры (fs-LIPSS) — высокооднородные нанобороздки, расстояние между которыми сравнимо со средней длиной свободного пробега фононов.
Эти структуры в сочетании с традиционным сухим травлением для настройки толщины слоя значительно снижают теплопроводность материала, что подтверждено измерениями. Численное моделирование показало, что эффект достигается именно за счёт ограничения пути фононов. Ключевое преимущество — скорость. Процесс fs-LIPSS более чем в 1000 раз быстрее электронно-лучевой литографии, сохраняя при этом наноразмерное разрешение. Технология не требует масок и фоторезистов, совместима со стандартными КМОП-процессами и легко масштабируется до размеров целой кремниевой пластины.
«Наши результаты — важная веха на пути от фундаментальных исследований к реальным применениям. Мы ожидаем, что этот метод ускорит развитие технологий, где критически важен тепловой менеджмент: высокопроизводительные вычисления, преобразование энергии на чипе и квантовые устройства», — отметил Бёнги Ким.
Эта работа открывает путь к массовому производству наноструктур для управления теплом, что необходимо для создания более производительных и энергоэффективных устройств следующего поколения. Больше информации: Hiroki Hamma et al, Scalable Thermal Engineering via Femtosecond Laser‐Direct‐Written Phononic Nanostructures, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202525269
Источник: https://rutab.net/

Исследователи факультета ВМК МГУ предложили метод измерения распределения размеров эритроцитов с помощью лазерной дифрактометрии мазка крови. Результаты опубликованы в журнале Journal of Biomedical Photonics & Engineering.
Анализ формы и размеров эритроцитов является важной частью диагностики многих заболеваний крови. Сегодня он чаще всего выполняется вручную при микроскопии мазков, что требует значительных временных затрат и зависит от опыта специалиста. Автоматизация процесса с применением оптических методов может существенно повысить точность и ускорить диагностику.
Новый метод основан на регистрации дифракционной картины, возникающей при освещении мазка крови лазером. Разработанный алгоритм позволяет не только определять средний диаметр эритроцитов, но и описывать ширину и асимметрию распределения их размеров. Проверка на модельных данных показала высокую точность и устойчивость метода.
«Наш подход демонстрирует, что лазерная дифрактометрия может быть использована не только для оценки среднего размера клеток, но и для более детального анализа распределения их параметров. Это открывает перспективы для создания недорогих и быстрых систем диагностики в клинической практике», — отмечает Евгений Цыбров, ассистент кафедры математической физики ВМК МГУ.
Авторы подчеркивают, что предложенная методика может применяться в массовых скрининговых исследованиях, а в будущем — интегрироваться в портативные устройства для экспресс-анализа крови.
Источник информации: ВМК МГУ имени М.В. Ломоносова
https://scientificrussia.ru/

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали и испытали прототип волоконно-оптической сенсорной сети для одновременного отслеживания физического состояния объектов в нескольких точках вдоль одного волокна. Сенсорная сеть, состоящая из нескольких межмодовых волоконных интерферометров, открывает новые возможности для непрерывного мониторинга состояния мостов, трубопроводов и других критически важных конструкций, а также элементов авиационной техники.
Мониторинг состояния крупных инженерных конструкций в режиме реального времени является важной частью системы современной техносферной безопасности. Ученые совершенствуют имеющиеся и создают новые системы датчиков для мониторинга состояния таких объектов. Одним из перспективных направлений в этой сфере, благодаря простоте конструкции и относительно невысокой стоимости, считаются датчики на основе волоконно-оптических устройств — межмодовые волоконные интерферометры.
В самом общем виде межмодовый волоконный интерферометр состоит из лазера и фотоприемного устройства. Между ними расположена последовательность из трех соединенных оптических волокон: одномодового, многомодового и снова одномодового. Свет от лазера проходит через них и попадает на фотоприемное устройство, так формируется сигнал. Этот сигнал чувствителен к внешним воздействиям на волокно, например, к его физическому растяжению, изменению температуры или показателя преломления среды.
Это позволяет использовать устройство в качестве высокоточного и компактного датчика. Он способен зафиксировать изменение длины всего в 1 микрометр (миллионная часть метра) и при этом обладает целым рядом привлекательных качеств, таких как компактность, электронейтральность, радиационная стойкость, высокая устойчивость к агрессивным средам.
Ученые Петербургского Политеха предложили подход, позволяющий объединить несколько многомодовых волокон (которые, фактически, являются чувствительными элементами в данной схеме) в единую сенсорную сеть и регистрировать сигналы каждого волокна отчельно. Исследователи теоретически обосновали и экспериментально подтвердили возможность одновременного измерения внешнего воздействия сразу в нескольких точках вдоль длины волоконного тракта. Эксперименты на прототипе с шестью чувствительными элементами подтвердили линейный отклик системы и низкий уровень перекрестных помех (не более 5 %), что позволяет точно определять, в какой именно точке произошло воздействие.
«Технологию можно применять везде, где есть потребность измерять некое воздействие в нескольких точках. Например, для контроля утечек и деформаций на протяжении десятков километров нефте- и газопроводов. В сфере строительства датчик позволит в режиме реального времени отслеживать возникновение опасных напряжений в конструкциях, что особенно актуально для мостов и плотин. Датчик также может применяться для предупреждения оползней и сейсмической активности. В сфере авиации позволит мониторить состояние фюзеляжа летательного аппарата», — отметил один из разработчиков, доцент Высшей школы прикладной физики и космических технологий Института электроники и телекоммуникаций СПбПУ, кандидат физико-математических наук Александр Петров.
Ученые отмечают, что их разработка выгодно отличается по ряду параметров от существующих аналогов.
«Такая система в целом проще и дешевле, чем аналогичные измерительные системы на основании принципов рефлектометрии. Другой близкий подход к измерению — применение датчиков на основе решеток Брэгга — лучше справляется с точечным мониторингом конкретной точки, но хуже подходит для мониторинга протяженных объектов, например, грунта на склоне, больших секций трубопровода или панелей самолета», — пояснил еще один автор исследования профессор Высшей школы прикладной физики и космических технологий Института электроники и телекоммуникаций СПбПУ, доктор физико-математических наук Олег Котов.
В дальнейших планах научного коллектива — увеличение масштаба сети до нескольких десятков чувствительных секций, повышение чувствительности системы для регистрации более слабых воздействий, адаптация для одновременного измерения нескольких параметров (например, температуры и деформации) и проведение натурных испытаний.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
Источник: https://www.akm.ru/

Такая разработка позволила снизить уровень шероховатости более чем на 90%
Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали метод повышения качества напечатанных на 3D-принтере металлических имплантов для животных. Разработка позволила снизить уровень шероховатости более чем на 90%, что является важным показателем для успешной имплантации, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.
«В рамках нашего исследования удалось существенно снизить шероховатость деталей из нержавеющей стали, напечатанных на 3D-принтере по металлу. Комплексный подход состоит из последовательной обработки поверхности гидроабразивной смесью, а затем лазером с определенными характеристиками. Такая комбинированная обработка позволяет убрать более 90% шероховатостей», — привели в пресс-службе слова техника/магистранта кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Софьи Квашниной.
Сегодня 3D-печать является одним из перспективных способов создания имплантов. Этот метод позволяет с высокой точностью и скоростью создавать искусственные органы сложной формы, сохраняя при этом индивидуальные особенности носителя. Одной из проблем, которая возникает в случае 3D-печати металлических имплантов, является неудовлетворительная шероховатость поверхности устройства. Высокий уровень этого показателя может снизить вероятность успешной имплантации.
По данным пресс-службы, работа ученых ЛЭТИ по обработке поверхности проводились на алюминиевых и стальных брусках, послойно выращенных на 3D-принтере. На разных участках брусков подбирались характеристики лазера для наибольшего снижения уровня шероховатости.
В ходе экспериментов ученые из нержавеющей стали также напечатали копии имплантов суставов для животных, которые обычно делаются из дорогого, но биосовместимого металла — титана. Начальный средний уровень шероховатости деталей составлял порядка единиц микрометров — примерно в 10 раз тоньше волоса. Образцы сначала подвергли гидроабразивной обработке — это позволило в среднем снизить шероховатость в несколько раз — до 1 микрометра. Затем напечатанные изделия обработали лазером — уровень шероховатости достиг 0,27 микрометров.
«Использование нашего подхода на изделиях из титана, которые являются искусственными суставами для животных — это то, чем мы планируем заниматься на следующем этапе исследований. В перспективе наши наработки могут найти применение в печати и обработке имплантов уже для человека», — привели в пресс-службе слова научного руководителя проекта, ассистента кафедры Фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Ивана Михайлова
Источник: https://nauka.tass.ru/

Новый тип метеоустойчивой лазерной связи позволит создать всепогодный интернет. Это позволит иметь устойчивое интернет-соединение там, где оптоволокно проложить невозможно, рассказал «Газете.Ru» научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ), академик РАН Александр Сергеев.
«Наши ученые выяснили: мы можем сделать беспроводную связь устойчивой, независимо от того, как меняется погода, но для этого надо переходить в другой диапазон длин волн, — это уже не полтора микрона, а 4 микрона, 8 микрон и так далее. И встает сразу несколько вопросов. Первый: есть ли оптические устройства — лазеры, детекторы и тому подобное, с помощью которых это можно сделать? Второй: а какие есть особенности распространения излучения в атмосфере в этих диапазонах?» — говорит Сергеев.
Специалисты Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ — ВНИИЭФ — Саров) продемонстрировали в эксперименте, что возможно передавать гигабит в секунду, если применить так называемые квантово-каскадные лазеры.
«Это уже не новый, но пока еще не очень широко внедренный тип лазеров. Физико-технический институт имени Иоффе в последние годы на определенных длинах волн этого излучения поставил несколько мировых рекордов по мощности излучения. Мощность уже такая, что на ее базе можно создать метеоустойчивую беспроводную связь», — рассказал академик.
Выпускать эти устройства может компания «Мостком». По словам Сергеева, в компании видят широкие перспективы у технологии.
Источник: https://www.gazeta.ru/

Международная группа учёных с помощью самого мощного в мире рентгеновского лазера European XFEL впервые детально визуализировала, как белки перемещаются внутри плотной среды живой клетки. Исследование выявило неожиданный феномен «клетки», который может иметь значение для медицины и нанотехнологий.
Внутри биологических клеток царит невероятная теснота: миллионы белков движутся, сталкиваются и временно накапливаются, при этом им необходимо быстро выполнять свои функции. До сих пор детально отследить это движение было практически невозможно. Команда под руководством Аниты Джирелли и Фивоса Перакиса из Стокгольмского университета использовала рентгеновский лазер European XFEL в Шенефельде (Германия), чтобы заглянуть в этот микромир. Объектом изучения стал ферритин — сферический белок, который хранит железо и присутствует почти во всех живых организмах. Молекулы в «клетке» Оказалось, что в высоких концентрациях ферритин ведёт себя необычно. Вместо равномерного и случайного движения (классическое броуновское движение) белок периодически оказывается в своеобразной молекулярной «клетке»: его блокируют соседние белки, и лишь через короткое время он освобождается и продолжает путь. Снимки каждую микросекунду Для визуализации этих крошечных перемещений учёные применили новую методику — мегагерцовую рентгеновскую фотонную корреляционную спектроскопию (MHz-XPCS).

Исследователи размещают капилляры с раствором ферритина перед детектором на станции MID в European XFEL. Автор: Мишель Даргаш. «С помощью сверхбыстрых рентгеновских вспышек от European XFEL мы можем измерить, как белки движутся всего за миллионную долю секунды», — объясняет Йоханнес Мёллер, учёный с инструмента MID в European XFEL. Этот метод закрывает пробел между такими устоявшимися методами, как светорассеяние или ядерный магнитный резонанс, которые не могут обеспечить подобную точность и скорость. Неожиданные открытия и практические последствия Наблюдения показали, что чем плотнее среда, тем более выраженным становится феномен «клетки». «Белки движутся не просто медленнее, а сложным, необычно ограниченным образом», — говорит Анита Джирелли. Эти открытия имеют практическое значение. Ферритин уже исследуется как средство доставки лекарств, когда препараты помещаются внутрь белковой оболочки для замедленного высвобождения в организме.

Скорость диффузии белков напрямую влияет на эффективность такой терапии. Также ферритин рассматривается как контрастное вещество для МРТ и как строительный блок для наноматериалов. Исследование проводилось в рамках долгосрочного проекта на инструменте MID с участием университетов Зигена и Тюбингена, Технического университета Дортмунда, Европейского синхротронного центра ESRF, Института Лауэ-Ланжевена (ILL) и Немецкого синхротронного центра DESY. Дополнительная информация: Anita Girelli et al, Coherent X-rays reveal anomalous molecular diffusion and cage effects in crowded protein solutions, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66972-6
Источник: https://rutab.net/

Учёные, работающие с установкой Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (European XFEL) добились значительного прогресса в понимании взаимодействия света с веществом на квантовом уровне, увеличив эффективность фотоионизации в 100 раз. Они успешно создали и изучили редкое состояние двойной вакансии в остове атома сильно ионизированного криптона, когда два внутренних электрона возбуждаются одновременно.
Для достижения этого результата, авторы работы использовали 5000 ультракоротких рентгеновских вспышек в секунду. Когда рентгеновский фотон возбуждает атом или ион, заставляя электрон «остова» (внутренней электронной оболочки) перейти на более высокий энергетический уровень, возникает короткий промежуток времени, когда второй фотон может быть поглощен другим электроном остова, прежде чем образовавшаяся вакансия заполнится. Этот интервал длится всего несколько фемтосекунд (одна фемтосекунда – это 10-15 секунды), и может привести к образованию редкого, дважды возбуждённого состояния.
В ходе эксперимента исследователи работали с сильно ионизированным криптоном Kr26+. Это экстремальная форма элемента, из которой удалены все электроны, кроме десяти. Такое упрощение позволило более чётко отслеживать взаимодействие. Использование ионов криптона оказалось полезным, поскольку оба этапа возбуждения двух электронов остова требовали почти одинаковой энергии фотона. Это позволило использовать одноцветный рентгеновский луч с шириной полосы всего 0,5% для инициирования обоих переходов.
«Такое перекрытие резонансной энергии коренится в релятивистских эффектах, — подчеркнул Мото Тогава (Moto Togawa), научный сотрудник Института ядерной физики Макса Планка (MPIK) и главный автор исследования. — Они приводят к сдвигу энергетических уровней электронов остова, что обеспечивает идеальный двойной резонанс».
Двойное возбуждённое состояние распадается путём испускания электронов через несколько фемтосекунд, создавая более высокое состояние заряда. По сравнению с простой фотоионизацией, этот дважды резонансный путь поглощает более чем в 100 раз больше фотонов, что приводит к гораздо более высокой общей эффективности.
По словам учёных, полученные результаты могут служить эффективным методом возбуждения для будущих экспериментов с временным разрешением, особенно при использовании двухцветного режима. Они также считают, что этот подход можно распространить на эксперименты с жёстким рентгеновским излучением, в которых используются рентгеновские лазеры на свободных электронах (XFELOs), разрабатываемые на установке.
Работа открывает новые возможности для высокоточных рентгеновских измерений и углубляет понимание взаимодействия света и вещества в экстремальных условиях.
Источник: https://www.ixbt.com/

Группа ученых кафедры болезней уха, горла и носа Сеченовского университета и Института фотонных технологий ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН предложила новое применение лазерных технологий для коррекции формы хрящей, используемых для трансплантации. Он позволяет создавать имплантаты для гортани нужной формы и предотвращает их деформацию после пересадки. Подробности исследования можно найти в журнале Laser Physics Letters.
Лазерное излучение широко применяется в медицине для модификации тканей, например изменения формы носовой перегородки или хрящей уха, и оно может быть полезно для подготовки имплантатов к операциям на гортани. Такие хрящи сложной формы, повторяющие изгибы гортани, нужны для лечения обширных повреждений. Их изготавливают из различных искусственных материалов – тантала, никелида титана, гидроксиапатита, либо из биосовместимых тканеинженерных материалов, для которых риск отторжения и воспаления ниже, чем для синтетических материалов. Лучше всего для таких операций подходят имплантаты из реберных хрящей.
Чтобы подготовить хрящ к пересадке, его необходимо изогнуть (в случае операций на гортани может потребоваться имплантат, загнутый в полукольцо), и сделать так, чтобы он сохранял свою форму и после пересадки, не создавая давления на окружающие ткани и не вызывая отторжения. Добиться этого только с помощью скальпеля сложно.
Авторы работы предложили способ придавать хрящу требуемую форму с помощью пучков инфракрасного излучения, как это делается во время операций по выпрямлению носовой перегородки. Имплантат закрепляют на поверхности и направляют на него пучки инфракрасного излучения: в тех местах, на которые попадает лазер, материал нагревается до 65-70°С и после охлаждения сохраняет заданную форму. Эта процедура помогает снизить напряжение материала при его деформации, однако требует точно рассчитывать характеристики излучения, чтобы не вызвать смерть клеток хряща и разрушение компонентов внеклеточного матрикса.
Ученые проверили эффективность метода, изготовив несколько имплантатов из реберных хрящей кроликов. Пересадив их другим кроликам, авторы статьи убедились, что и через 14-16 недель после операции имплантаты сохраняли свою форму, а на краях имплантата началась регенерация клеток.
В 2017 году метод использовали для подготовки к операции, проведенной в Сеченовском университете. В лечении нуждался пациент с хроническим стенозом (сужением) гортани. Перед тем, как приступить к изготовлению имплантата, ученые рассчитали требуемую мощность лазера, учитывая толщину материала и распространение тепла в нем. Так как хрящи человека (в операции использовался реберный хрящ самого пациента) более жесткие, чем ткани животных, потребовалось излучение большей мощности.
Чтобы придать имплантату необходимую кривизну, во время обработки его прижимали к поверхности одного из двух металлических колец, различающихся диаметром. Во время процедуры ученые следили за температурой хряща и смачивали его, чтобы избежать пересушивания. После обработки материал помещали в физиологический раствор, где примерно за 15 минут он немного выпрямлялся и принимал свою постоянную форму. Компьютерная томография, проведенная через 6 месяцев после операции, подтвердила стабильность имплантата.
Работа, проведенная авторами статьи, показала, что опробованный на животных метод можно использовать для помощи пациентам с повреждениями гортани. Он поможет создавать для конкретного человека имплантаты нужной формы и размера.
Источник: https://scientificrussia.ru/

Международная группа исследователей впервые получила прямые изображения того, как молекула фуллерена C₆₀ (бакибол) ведет себя под воздействием мощных лазерных импульсов. Эксперимент проводился в Национальной ускорительной лаборатории SLAC с использованием источника когерентного рентгеновского излучения LCLS. Сверхбыстрые рентгеновские лучи показывают, как молекула фуллерена растягивается, деформируется и в конечном итоге разрушается под воздействием интенсивных лазерных импульсов. Наблюдения выявили поведение, которое только теория не может полностью объяснить. Предоставлено: AI/ScienceDaily.com Ученые анализировали рентгеновскую дифракционную картину, чтобы понять реакцию молекулы на инфракрасный лазерный импульс. Они отслеживали два ключевых параметра: средний радиус молекулы R и амплитуду Гинье A, которая отражает силу рассеяния рентгеновских лучей и зависит от эффективного числа атомов, выступающих в качестве центров рассеяния. При низкой интенсивности лазера молекула сначала расширяется, прежде чем начинается заметное фрагментирование. При средней интенсивности за стадией расширения следует уменьшение радиуса, что указывает на рассеяние от более мелких фрагментов. При максимальной интенсивности молекула быстро расширяется, а амплитуда Гинье резко падает в самом начале лазерного импульса, показывая, что почти все валентные электроны удаляются на ранней стадии взаимодействия. Теоретические модели смогли воспроизвести лишь часть экспериментального поведения. Модель предсказывала колебания радиуса и амплитуды, вызванные периодическим «дыханием» молекулы, но в измеренных данных это движение полностью отсутствовало. Только после добавления механизма сверхбыстрого нагрева, влияющего на атомные позиции, пересмотренная модель более точно совпала с экспериментом. Эти рентгеновские «фильмы» предоставляют важную основу для исследования фундаментальных квантовых процессов в сложных молекулах и поддерживают долгосрочные усилия по управлению химическими реакциями с помощью точно сформированных лазерных полей.

Источник: https://rutab.net/

Новая лазерная установка мощностью 100 киловатт как утверждаетчся способна уничтожать цели за считанные секунды и при этом стоит на порядки дешевле традиционных ракетных перехватчиков.
В ходе многонедельных испытаний Iron Beam успешно перехватывал ракеты? беспилотники? и другие воздушные цели?. По словам представителей оборонного ведомства, лазер якобы продемонстрировал «точную и надежную» работу в условиях, максимально приближенных к боевым.
Iron Beam станет пятым уровнем в многоэшелонированной системе ПВО Израиля, куда уже входят «Железный купол», «Праща Давида» и комплексы Arrow-2 и Arrow-3.
Существующие системы плохо справляются с дронами и низколетящими БПЛА — иногда лишь на уровне около 50%, отмечают израильские чиновники.
Новый лазер разработан якобы специально для поражения небольших и медленных целей, летящих низко над землей — именно тех, с которыми радарные перехватчики испытывают трудности.
Источник: https://naked-science.ru/