Дайджест з електроніки та фізики

 

Україна та світ | Дайджест з електроніки та фізики | Січень-Лютий 2024

   

ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧАСТИНКИ

How heavy is a neutrino? Race to weigh mysterious particle heats up. Physicists discuss experiments that could improve laboratory measurements of the super-light particle’s mass.

Фізики хочуть із нічого отримати щось і наочно продемонструвати істинність E = mc^2. Команда під керівництвом вчених з Університету Осаки та Каліфорнійського університету в Сан-Дієго нещодавно змоделювала зіткнення фотонів за допомогою лазерів. Їхні результати показують, що зіткнення дасть пари електронів і позитронів.

Поглиначі нейтронів: зроблено в Україні. Питання створення і вдосконалення поглинальних стрижнів системи управління і захисту ядерних реакторів України є надзвичайно важливим для нашої країни. Тож проблема імпортозаміщення постає достатньо гостро. До її розв’язання активно взявся колектив науково-технічного комплексу «Ядерний паливний цикл» ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України - про це йшлося на одному з нещодавніх засідань Президії НАН. Про розробки харківських науковців розповів директор НТК Володимир Красноруцький.

 Фізики зазирнули… в приватне життя електронів. Лауреати Нобелівської премії з фізики 2023 року виконали основоположні фізичні експерименти, спрямовані на отримання гранично коротких лазерних імпульсів, що привело до зародження нового наукового напряму — атосекундної фізики. З іншого боку, залишається актуальною більш технічна експериментальна проблема, пов’язана з генерацією окремих високоенергетичних атосекундних лазерних імпульсів, придатних для подальшого використання як джерела надшвидкої накачки досліджуваних зразків.

 

ПРОВІДНИКИ. НАПІВПРОВІДНИКИ

The superior size and power scaling potential of ferroelectric-gated Mott transistors make them promising building blocks for developing energy-efficient memory and logic applications in the post-Moore’s Law era. The close to metallic carrier density in the Mott channel, however, imposes the bottleneck for achieving substantial field effect modulation via a solid-state gate. Our study «Record high room temperature resistance switching in ferroelectric-gated Mott transistors unlocked by interfacial charge engineering» points to an effective material strategy for the functional design of complex oxide heterointerfaces that harnesses the competing roles of charge in field effect screening and ferroelectric depolarization effects.

Organic electronics are on the rise as a complement and, in some cases, a replacement to traditional silicon-based electronics. Researchers at Linköping University, Sweden, have developed a new, more environmentally friendly way to create conductive inks for use in organic electronics such as solar cells, artificial neurons, and soft sensors.

 У звичайних сонячних елементах рекомбінація фотогенерованих носіїв заряду відіграє головну обмежувальну роль у ефективності елемента. Високоякісні тонкоплівкові сонячні батареї можуть подолати цю межу, якщо дифузія неосновних носіїв стає великою порівняно з розмірами комірки, і, що вражає, звичайна модель за цих умов не може описати електричну поведінку комірки. У статті «Thick and Thin Film Solar Cells: New Formulation» наведено нове формулювання базових рівнянь, що описують транспорт носіїв заряду в комірці разом із набором граничних умов.

 Solid-state superionic conductors (SSICs) are promising alternatives to liquid electrolytes in batteries and other energy storage technologies. The rational design of SSICs and their deployment in battery technologies is hindered by the lack of a thorough understanding of their ion conduction mechanisms. The authors of the article «Electronic paddle-wheels in a solid-state electrolyte» predict that ion conduction in the classic SSIC AgI involves electronic paddle-wheels, rotational motion of localized electron pairs that couples to and facilitates ion diffusion.

 

ЕЛЕКТРОТЕХНІКА

 Основною "складовою" будь-якого чипа є транзистор. Що більше транзисторів, то вища продуктивність і обчислювальна потужність чипа. В Intel впроваджують концепцію "Закон Мура 2.0", згідно з якою кількість транзисторів подвоюватиметься кожні 3 роки і незабаром досягне 1 трильйона.

 

СХЕМОТЕХНІКА

 The European Union invests heavily in initiatives to achieve chip independence using the RISC-V open-source architecture. This effort is led by the Barcelona Supercomputing Center, which has been a pioneer in the development of RISC-V technology. RISC-V is an open-source instruction set architecture that no one company owns. This makes it an attractive option for the E.U., allowing for greater flexibility and security.

 

АНТИМАТЕРІЯ

Cooling positronium with laser light for the first time. First step towards a matter-antimatter system that emits laser-like gamma-ray light. AEgIS is conducting experiments at CERN’s Antimatter Factory to study antihydrogen atoms. The ultimate goal is to test whether antimatter and matter fall to Earth similarly.

Теорія Великого вибуху. Як антиматерія змінює правила гри у Всесвіті. PET-сканування, антипротонне лікування, матеріалознавство – це ті галузі, де використовують антиматерію. Які ще перспективи її застосування.

 

КВАНТОВИЙ СВІТ

Загадка мюона та нова фізика: відкриття вчених кидає виклик квантовій теорії. Невідповідність між спостереженнями й теорією щодо субатомних частинок мюонів можуть змусити вчених переосмислити квантовий світ.

Gravity differs from all other known fundamental forces because it is best described as a curvature of space-time. For that reason, it remains resistant to unifications with quantum theory. Gravitational interaction is fundamentally weak and becomes prominent only at macroscopic scales. This means we do not know what happens to gravity in the microscopic regime where quantum effects dominate and whether quantum coherent effects of gravity become apparent. In this study, «Measuring gravity with milligram levitated masses» extends gravity measurements to low gravitational forces of attonewton and underline the importance of levitated mechanical sensors.

 Through this work, «Room-temperature quantum optomechanics using an ultralow noise cavity», researchers have redefined the boundaries of what’s possible. The groundbreaking research combines quantum physics and mechanical engineering to control quantum effects at average room temperature.

 

КОМПОЗИЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ

Актуальним для України та світу є створення керамічних матеріалів, які захищають біологічні та технічні об’єкти від негативної дії електромагнітного випромінювання. У роботі «Study of the electrodynamic properties of composite ceramics» йдеться про створення композитної кераміки з додаванням графіту та проведення експериментальних досліджень електрофізичних властивостей зразків такого матеріалу в діапазоні частот 26–37.5 ГГц.

 Piezoelectric composite materials can convert mechanical energy into electrical energy, thus promoting battery-free motion-sensing systems. However, their substandard mechanical performance limits the capability of sensors developed using flexible piezoelectric materials. This study «Fabrication, Evaluation, and Multiscale Simulation of Piezoelectric Composites Reinforced Using Unidirectional Carbon Fibers for Flexible Motion Sensors» introduces a novel design strategy for preparing high-strength flexible piezoelectric composite materials comprising unidirectional carbon fiber - reinforced potassium sodium niobate (K0.5Na0.5NbO3) nanoparticle–filled epoxy resin (UDCF/KNN–EP). 

 

НАНОМАТЕРІАЛИ

Heterostructures of two-dimensional materials realize novel and enhanced physical phenomena, making them attractive research targets. Compared to inorganic materials, coordination nanosheets have virtually infinite combinations, leading to tunability of physical properties, and are promising candidates for heterostructure fabrication. Although the stacking of coordination materials into vertical heterostructures is widely reported, reports of lateral coordination material heterostructures are few. The authors of the study «Lateral Heterometal Junction Rectifier Fabricated by Sequential Transmetallation of Coordination Nanosheet» anticipate that their results will be a starting point for exploring transmetallation of various two-dimensional materials to produce lateral heterojunctions by providing a new and facile synthetic route.

Японські інженери знайшли підхід для створення лазерних променів, які матимуть форму бублика — випустили лазерне світло за допомогою порожнистих дротів нанометрового розміру. Кожен дріт має ширину, меншу за ширину людської волосини. А завдяки порожнині, випромінювання, що вони видавали, мало таку ж порожнисту форму — із діркою, мов у бублику.

 A research team from Pohang University of Science and Technology (POSTECH) has employed metasurfaces to fabricate angle-dependent holograms with multiple functions. This technology allows holograms to display multiple images based on the observer's viewing angle. A concept that can be harnessed in holographic technology to generate cinematic and realistic 3D holograms presenting different images based on the viewing angle. However, the current challenge lies in controlling light dispersion according to the angle, making the application of nano-optics in this context a complex endeavor.

 

МАГНІТНІ ЯВИЩА

Wave phenomena can be artificially engineered by scattering from metasurfaces, which aids in designing radio-frequency and optical devices for wireless communication, sensing, imaging, wireless power transfer, and bio/medical applications. Scattering responses vary with changing frequency; conversely, they remain unchanged at a constant frequency, a long-standing limitation in the design of devices leveraging wave scattering phenomena. In the article «Frequency-hopping wave engineering with metasurfaces,» the authors present metasurfaces that can scatter incident waves according to two variables - frequency and pulse width - in multiple bands.

Зіткнення іонів, яке провели фізики на прискорювачі частинок RHIC у Брукгейвенській національній лабораторії США, створило найсильніше магнітне поле у Всесвіті. Воно існувало частки секунди, але було у 10 тисяч разів потужнішим за магнітні поля, яке породжують у космосі нейтронні зорі.

 

РОБОТИЗАЦІЯ

Disassembly is an essential process for the recovery of end-of-life (EOL) electronics in remanufacturing sites. Nevertheless, the process remains labor-intensive due to EOL electronics’ high uncertainty and complexity. The robotic technology can assist in improving disassembly efficiency; however, the characteristics of EOL electronics pose difficulties for robot operation, such as removing small components. For such tasks, detecting small objects is critical for robotic disassembly systems. This paper, «Automatic Screw Detection and Tool Recommendation System for Robotic Disassembly,» proposes a computer vision framework for detecting screws and recommending related tools for disassembly.

Дослідники з університету Карлоса III в Іспанії та компанії Robotnik об'єднали зусилля, щоб створити революційний пристрій, здатний значно поліпшити життя літніх людей. ADAM, автономний домашній маніпулятор, являє собою інновацію в галузі робототехніки, спеціально розроблену для надання допомоги в побуті.

 This paper, «Mechanical stirring: Novel engineering approach for in situ spectroscopic analysis of melt at high temperature,» proposes a novel engineering approach to control molten metals at high temperatures while considering the industrial environment of such materials. To reduce analysis time and cost, in-line analysis techniques are more advantageous as they provide real-time information about melt composition. For this reason, recent research works focus on developing new devices based on LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy). These devices allowed for the analysis of impurities inside molten metals and performed outstandingly. However, improvements related to the immersion probe conception are still required. 

 

БІОМЕДИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ

 3D-printed chips showing the body’s reaction to drugs could end the need for animal tests. Devices with compartments replicating major organs could also speed up patients’ access to new medicines. PET scanning involves injecting tiny amounts of radioactive compounds into the chip to transmit signals to an extremely sensitive camera, allowing scientists to assess the effect of new drugs better.

 Want a noninvasive health monitor? Put a ring on it. University of Waterloo engineers have invented a powerful antenna small enough to fit in a ring and capable of transmitting critical medical data to healthcare workers and individual patients. The ring, small enough to be worn like jewelry, contains a tiny antenna that can safely send medical-related information to smartphones or a health clinic over long distances through airwaves.

 A team of Stanford Medicine doctors and biomedical engineers are among the first to integrate a new augmented reality tool into surgical practice. The technology, Apple Vision Pro, is a headset that provides a form of human-computer interaction — it allows its wearer to navigate their surroundings using real-time visual data in combination with virtual elements.

 

НЕЙРОМЕРЕЖІ

 Команда під керівництвом професора Маріо Хемніца та доктора Беннета Фішера з Інституту фотонної технології Лейбніца (Leibniz IPHT) у Єні створила комп’ютер зі штучним інтелектом, якому не потрібні чипи: працює завдяки «грі світла». Комп’ютер використовує світлові хвилі замість кремнію, і все це робиться через одне оптичне волокно.

 Researchers at Western Sydney University in Australia have teamed up with tech giants Intel and Dell to build a massive supercomputer to simulate neural networks at the scale of the human brain.

 Інженери зі США розробили новий кремній-фотонний чіп, який для виконання складних обчислень використовує замість електрики хвилі світла. Пристрій здатний радикально прискорити швидкість обробки даних та знизити витрату енергії, що особливо актуально у навчанні систем штучного інтелекту.

 

ВИНАХОДИ. ВІДКРИТТЯ

 Група під керівництвом професора ETH Zurich Раффаеле Меззенга винайшла дуже ефективний, економічно ефективний і, перш за все, набагато більш стійкий метод: за допомогою губки, виготовленої з білкової матриці, дослідники успішно дістали золото з електронних відходів.

 Researchers 3D print components for a portable mass spectrometer. Using additive manufacturing, MIT researchers produced a mass filter, the core component of a mass spectrometer, that is far lighter and cheaper than the same type of filter made with traditional techniques and materials.

 

НОВИНИ БІБЛІОТЕКИ

Триває доступ до ресурсу ASTM Compass, однієї з найповніших бібліотек технічної інформації, що включає понад 12 000 стандартів та більше 1 500 книг і 47 000 статей і документів з різних галузей знань, а саме матеріалознавство, електроніка. Умови доступу до ресурсу: з локальної мережі університету.

Продовжено доступ до міжнародних електронних ресурсів наукової інформації - баз даних компанії Clarivate – Web of Science; компанії Elsevier – Scopus, SciVal, ScienceDirect, Funding Institutional, Elsevier Health, Researcher Academy, Mendeley; а також до повнотекстових електронних ресурсів на порталі Research4Life. Доступ до найважливіших джерел інформації сприяє інтеграції дослідницької інфраструктури університету в світовий науковий простір.

 Триває доступ до системи міжбібліотечного абонементу RapidILL від компанії Clarivate, а це можливість швидко та легко отримати доступ до колекцій понад 500 провідних бібліотек світу. Якщо вам знадобиться стаття або розділ книги, скористайтеся сервісом RapidILL. Як скористатися, детальніше на сайті бібліотеки.

 

 

Чи була корисною для Вас інформація?