Sel aastal toimub teadusfestival. Loengu programm
MOSKVA,26 sept - RIA Novosti, Olga Kolentsova. Mõnikord saavutused kaasaegsed tehnoloogiad võib segi ajada maagiaga. Ainult maagia asemel töötab täppisteadus. Üks uurimisvaldkondi, mille tulemused võiksid hästi illustreerida “muinasjutuliste atribuutide” omadusi, on metamaterjalide arendamine ja loomine.
Matemaatikud on leidnud viisi, kuidas muuta metamaterjal "kergeks arvutiks"Matemaatikud on avastanud, et metamaterjalide omadusi saab teoreetiliselt muuta nii, et selliste ühendite mitmest erinevast osast koosnev kogum suudab üksikute valguskiirtega teha keerulisi matemaatilisi toiminguid.Puhtfüüsikalisest vaatenurgast on metamaterjalid kunstlikult moodustatud ja spetsiaalselt ehitatud struktuurid, millel on looduses saavutamatud elektromagnetilised või optilised omadused. Viimaseid ei määra isegi mitte nende koostisainete omadused, nimelt struktuur. Lõppude lõpuks on majad, mis on välimuselt sarnase saab ehitada samadest materjalidest, kuid ühel on heliisolatsioon erinev ja teises kuulete isegi naabri hingamist vastaskorterist. Mis on saladus? Ainult ehitaja suutlikkuses ettenähtud vahenditega hakkama saada.
Praegu on materjaliteadlased juba loonud palju struktuure, mille omadusi looduses ei leidu, kuigi need ei ulatu kaugemale füüsikalised seadused. Näiteks suudab üks loodud metamaterjalidest juhtida helilaineid nii hiilgavalt, et need hoiavad õhus väikest palli. See koosneb kahest restist, mis on kokku pandud termoplastiliste varrastega täidetud tellistega, mis on laotud "ussimustri" järgi. Helilaine fookustab nagu valgus objektiivis ja teadlased usuvad, et see seade võimaldab neil arendada heli juhtimist võimeks muuta selle suunda, kuna nad muudavad nüüd optika abil valguskiire teed.
© RIA Novosti illustratsioon. A. Poljanina
© RIA Novosti illustratsioon. A. Poljanina
Teine metamaterjal võib end ümber korraldada. Esem pannakse sellest kokku ilma käte abita, sest kujumuutust saab programmeerida! Sellise “targa” materjali struktuur koosneb kuubikutest, mille iga sein koosneb kahest välimisest polüetüleentereftalaadi kihist ja ühest sisemisest kahepoolsest kleeplindist. See disain võimaldab teil muuta objekti kuju, mahtu ja isegi jäikust.
Kuid kõige rohkem hämmastavad omadused omavad optilisi metamaterjale, mis võivad muuta reaalsuse visuaalset taju. Nad "töötavad" lainete vahemikus, mida on võimalik näha inimese silm. Just sellistest materjalidest on teadlased loonud kanga, millest saab valmistada nähtamatuse mantli.
Tõsi, seni saab optilises vahemikus nähtamatuks muuta vaid mikroobjekti.
Negatiivse murdumisnurgaga materjali loomise võimalust ennustas juba 1967. aastal Nõukogude füüsik Viktor Veselago, kuid alles nüüd ilmuvad esimesed näited selliste omadustega reaalsetest struktuuridest. Negatiivse murdumisnurga tõttu valguskiired painduvad ümber objekti, muutes selle nähtamatuks. Seega märkab vaatleja vaid seda, mis toimub “imelise” kuube kandja selja taga.
© Foto: Xiang Zhang grupp, Berkeley Lab/UC Berkeley
© Foto: Xiang Zhang grupp, Berkeley Lab/UC Berkeley
Uusim saavutus optiliste metamaterjalide loomisel kuulub NUST MISISe vene teadlastele. Lisaks kasutati kõige tavalisemaid "koostisosi" - õhku, klaasi ja vett. Teadlaste tööd avaldati ühes maailma kõrgeima reitinguga ajakirjas Scientific Reports. Kirjastus Loodus. "Iga selline proov võib maksta tuhandeid eurosid," rõhutas NUST MISISe ülijuhtivate metamaterjalide laboratooriumi teadur, tehnikateaduste kandidaat Aleksei Basharin. — Lisaks on vea tõenäosus sellise süsteemi moodustamisel väga kõrge ka kõige täpsemate tööriistade kasutamisel.Kui aga luua suuremahuline materjal, mis sisaldab mitte optilist (400-700 nm), vaid raadiot. lained (7-8 cm pikkused), ei muutu selle skaleerimise protsessi füüsika, kuid nende loomise tehnoloogia muutub lihtsamaks."
Loodud struktuuride omadusi uurides näitasid töö autorid, et seda tüüpi ainetel on mitmeid praktilisi rakendusi.Eelkõige on tegemist keerukate molekulide anduritega, kuna viimased hakkavad metamaterjali väljale sattudes sära. Nii saab määrata isegi üksikuid molekule, mis võivad potentsiaalselt oluliselt mõjutada näiteks kohtuekspertiisi arengut. Lisaks saab sellist metamaterjali kasutada valgusfiltrina, mis eraldab teatud pikkusega valgust langevast kiirgusest, samuti on see kasutatav üliusaldusväärse magnetmälu loomise alusena, kuna metamaterjali rakkude struktuur takistab nende magnetiseerimise ümberpööramine üksteise suhtes ja seeläbi teabe kaotamine.
Viktor Georgievitš Veselago
Peaaegu 40 aastat tagasi püstitas nõukogude teadlane Viktor Veselago negatiivse murdumisnäitajaga materjalide olemasolu:
Metamaterjalid on komposiitmaterjalid, mille omadusi ei määra niivõrd üksikisik füüsikalised omadused nende komponendid, kui palju mikrostruktuuri. Mõistet "metamaterjalid" kasutatakse eriti sageli nende komposiitide kohta, millel on omadused, mis ei ole looduses leiduvatele objektidele iseloomulikud. .
Laine võrrand
Maxwelli võrranditest homogeense neutraalse mittejuhtiva keskkonna jaoks järeldub, et in elektromagnetväljad on võimalik elektromagnetlainete levimine faasikiirusega
Vaakumis on see kiirus võrdne valguse kiirusega
Seega faasi kiirus laiali uh. laineid aines määrab keskkonna magnet- ja dielektriline konstant.
Valguse kiiruse vaakumis suhe|do| valguse kiirus keskkonnas - n helistas absoluutne näitaja keskmine murdumine
Victor Veselago esitas järgmise hüpoteesi:
“Kui me ei võta kadusid arvesse ja loeme n, ε ja μ reaalarvudeks, siis on selge, et ε ja μ märkide samaaegne muutumine ei mõjuta suhet kuidagi. Seda olukorda saab seletada erinevatel viisidel. Esiteks võib tunnistada, et ainete omadused ei sõltu tõesti ε ja μ märkide samaaegsest muutumisest. Teiseks võib selguda, et ε ja μ samaaegne negatiivsus on vastuolus mis tahes põhiliste loodusseadustega ja seega ka ε-ga ainetega.< 0 и μ < 0 не могут существовать. Наконец, следует признать, что вещества с отрицательными ε и μ обладают какими-то свойствами, отличными от свойств веществ с положительными ε и μ. Как мы увидим в дальнейшем, осуществляется именно этот третий случай.»
“Parem” ja “vasak” isotroopne kandja
Tasapinnaline elektromagnetlaine leviku homogeenses neutraalses mittejuhtivas keskkonnas x-telje suunas, mille lainefront on levimissuunaga risti.
Vektorid ja moodustavad paremakäelise süsteemi laine levimise suunaga, kindlas ruumipunktis muutuvad nad ajas harmoonilise seaduse järgi ühes faasis.
Selliseid keskkondi nimetatakse vastavalt "parempoolseteks".
Keskkondi, milles ε ja μ on mõlemad negatiivsed, nimetatakse vasakukäelisteks.
Sellises keskkonnas moodustavad elektri-, magnet- ja lainevektorid vasakukäeliste vektorite süsteemi.
Tõepoolest, kui pendlit käega lükata, liigub see kuulekalt tõuke suunas ja hakkab võnkuma nn resonantssagedusega. Lükates pendlit hooga õigel ajal, saate suurendada võnkumiste amplituudi. Kui seda suurema sagedusega vajutada, siis ei kattu löögid enam faasis olevate võnkudega ning ühel hetkel saab kätt selle poole liikuv pendel. Samamoodi lähevad negatiivse murdumisnäitajaga materjalis elektronid faasist välja ja hakkavad vastu pidama elektromagnetvälja "tõuketele".
Nii näitas Veselago 1968. aastal, et negatiivse ε ja μ-ga aine murdumisnäitaja n peaks olema väiksem kui 0.
Eksperimentaalne kinnitus.
Materjalis olevad elektronid liiguvad aine mõjul edasi-tagasi elektriväli ja ringis magneti mõjul. Interaktsiooni astme määravad aine kaks omadust: dielektriline konstant ε ja magnetiline läbilaskvus μ. Esimene näitab elektronide reaktsiooni astet elektriväljale, teine - reaktsiooni astet magnetväljale. Enamikul materjalidel on ε ja μ suuremad kui null.
Negatiivne ε või μ ilmnevad siis, kui materjalis olevad elektronid liiguvad vastupidises suunas elektri- ja magnetväljad. Kuigi selline käitumine tundub paradoksaalne, pole elektronide liikumine elektri- ja magnetvälja jõudude vastu nii keeruline.
Kust ja kuidas selliseid aineid otsida?
Esimene eksperimentaalne kinnitus negatiivse murdumisnäitajaga materjali loomise võimalusele saadi 2000. aastal California ülikoolis San Diegos (UCSD). Kuna metamaterjali põhilised ehitusplokid peavad olema lainepikkusest palju väiksemad, töötasid teadlased sentimeetri lainepikkusega kiirgusega ja kasutasid mõne millimeetri suuruseid elemente.
Seda tüüpi negatiivse reaktsiooni võti on resonants, st kalduvus vibreerida teatud sagedusel. See luuakse kunstlikult metamaterjalis, kasutades pisikesi resonantsahelaid, mis simuleerivad aine reaktsiooni magnet- või elektriväljale. Näiteks purunenud ringresonaatoris (RRR) magnetvoog, läbides metallrõnga, indutseerib selles ringikujulisi voolusid, mis on sarnased vooludele, mis põhjustavad mõne materjali magnetismi. Ja sirgete metallvarraste võres tekitab elektriväli neid mööda suunatud voolusid. Vabad elektronid sellistes ahelates võnguvad resonantssagedusega, olenevalt juhi kujust ja suurusest. Kui rakendatakse välja, mille sagedus on alla resonantssageduse, on normaalne positiivne reaktsioon. Kuid sageduse kasvades muutub reaktsioon negatiivseks, nagu ka sinu poole liikuva pendli puhul, kui suruda seda sagedusega üle resonantsi. Seega võivad teatud sagedusvahemikus olevad juhid reageerida elektriväljale negatiivse ε-ga keskkonnana ja sisselõigetega rõngad võivad simuleerida negatiivse μ-ga materjali. Need läbilõigetega juhid ja rõngad on elementaarsed plokid, mida on vaja paljude metamaterjalide loomiseks, sealhulgas nende, mida Veselago otsis.
California teadlased on kavandanud metamaterjali, mis koosneb vahelduvatest juhtmetest ja RKR-ist, mis on kokku pandud prisma kujul. Juhtmed andsid negatiivse ε ja lõigetega rõngad negatiivse μ. Tulemuseks oleks pidanud olema negatiivne murdumisnäitaja. Võrdluseks valmistati teflonist täpselt sama kujuga prisma, mille puhul n = 1,4. Teadlased suunasid prisma servale mikrolainekiirguse kiire ja mõõtsid sellest eri nurkade all väljuvate lainete intensiivsust. Ootuspäraselt murdus kiirt positiivselt teflonprisma ja negatiivselt metamaterjali prisma poolt.
Tagajärjed.
Murdumine kahe erineva tahuga meediumi vahelisel liidesel.
Superobjektiivid.
Lihtne tasapinnaline paralleelne metamaterjali plaat, millel on n<0 может фокусировать лучи от источника на малом расстоянии от неё см. рисунок ниже.
Tasapinnaline paralleelne plaat metamaterjalist n<0
Õiges keskkonnas ei ole objektiivi kujutise ruum objekti endaga identne, kuna see moodustub ilma kaduvate laineteta. Vasakpoolses keskkonnas evanestsentslained ei nõrgene, vastupidi, nende amplituud suureneb, kui laine objektist eemaldub, nii et kujutis moodustub eestsentslainete osalusel, mis võimaldab saada eraldusvõimega pilte parem kui difraktsioonipiir. Selliste optiliste süsteemide loomisel on võimalik ületada difraktsioonipiiri, kasutades neid mikroskoopide eraldusvõime suurendamiseks, nanomõõtmeliste mikroskeemide loomiseks ja salvestustiheduse suurendamiseks optilistel andmekandjatel.
Negatiivne rõhk
Keskjas leviva kiire peegeldus n-ga< 0, от идеально отражающей поверхности. Луч света при отражении от тела увеличивает свой импульс на величину , (N-число падающих фотонов). Световой давление, оказываемое светом на поглощающие правые среды, сменяется его притяжением в левой среде.
Uudised
2007. aasta alguses teatati negatiivse murdumisnäitaja nähtavas piirkonnas metamaterjali loomisest. Materjali murdumisnäitaja lainepikkusel 780 nm oli –0,6
2011. aastal avaldati artikleid, mis viitasid, et USA-s testiti tehnoloogiat, mis võimaldab massiliselt toota suuri metamaterjale.
Metamaterjalid trükkimise teel
Järeldus
Unikaalsete omadustega uute metamaterjalide uurimine ja loomine võimaldab inimkonnal lähitulevikus paljudes teaduse ja tehnoloogia valdkondades oluliselt edasi liikuda. See hõlmab astronoomilisi uuringuid tänu superläätsedele, mis ületavad eraldusvõime difraktsioonipiiri; alternatiivsed energiaallikad - ilmuvad uued päikesepaneelid, mille kasutegur on üle 20%; materjalid - nähtamatud jne. Teadusuuringute suundade hulk on tohutu ja mis peamine – need on edukad.
6.–8. oktoober 2017, Moskva, Moskva Riiklik Ülikool. M.V. Lomonosov ja teised saidid.
Festivali üritused toimuvad kolmel päeval ja teistel saitidel pealinn - MISiSis, Linguistic University's, N. E. Baumani nimeline MSTU, Peoples' Friendship University, Polytechnic Institute, State Darwin Museum... Kokku 90 kohta kogu Moskvas ootab teadushuvilisi külalisi.
Festivali keskpaigas(Intellektuaalkeskus – Moskva Riikliku Ülikooli Fundamentaalraamatukogu ja Moskva Riikliku Ülikooli Šuvalovski hoone) toimuvad populaarteaduslikud loengud, näitused, mängud, animatsioonid, maketid, populaarteaduslikud videod.
Festivali moto jääb muutumatuks -"Tehke oma avastus."
Festivali eesmärk NAUKA0+ - köita teadusega lapsi, teismelisi, tudengeid ja kõiki, kes on huvitatud ümbritsevast maailmast, rääkida neile, millega teadlased tegelevad, kuidas teadusuuringud elukvaliteeti parandavad, milliseid väljavaateid see tänapäeva inimesele avab.
Korraldajad:
Vene Föderatsiooni haridus- ja teadusministeerium,
Teaduse, tööstuspoliitika ja ettevõtluse osakond, Moskva,
M.V. Lomonossovi nimeline Moskva Riiklik Ülikool.
Teadusfestivali 2017 peateema on Tekib selline fenomen nagu “BigData”, mis peegeldab nii kaasaegse teaduse globaalset kasvu kui ka uusimate arvutitehnoloogiate arengusuundi. See kontseptsioon hõlmab selliseid valdkondi nagu digitehnoloogiad, IT, ökoloogia, infoturve, meditsiin jne.
Teadusfestivali olulisemad sündmused:
- Moskva Riikliku Ülikooli Fundamentaalraamatukogu loengusaal “Kuldsed loengud”. Siin saavad festivali külalised kuulata väljapaistvate Venemaa ja välismaa teadlaste, Venemaa riiklike preemiate ja Nobeli preemia laureaatide avaloenguid.
- Legendaarse Apple'i kaasasutaja Steve Wozniaki avatud loeng.
- Suurim interaktiivne populaarteaduslik näitus. Osa näitusest on pühendatud Venemaa kosmonautika tulevikule ja olevikule. Iga külastaja saab tutvuda viimase 100 aasta sensatsiooniliste avastustega kosmosetööstuses. Osa eksponaate esitletakse avalikkusele esimest korda.
- Telekonverentsid rahvusvahelise kosmosejaamaga CERN. See on ainulaadne võimalus õppida kõike kosmose ja kaasaegse teaduse kohta vahetult – isiklikult ISS-i kosmonautidelt ja maailma juhtivatelt teadlastelt reaalajas.
- Põnevad teadussaated.
- Moskva Riikliku Ülikooli Põhiraamatukogus avatud teaduslike laborite töö lastele. Siin saab iga laps proovida uut ja täiesti täiskasvanu rolli: füüsik, keemik, insener.
- Suure robootikatsooni töö Moskva Riikliku Ülikooli Põhiraamatukogus. Uusimad robotid suhtlevad aktiivselt avalikkusega, demonstreerivad oma võimeid ja näitavad isegi emotsioone.
- Põnev United Aircraft Corporationi näitus. Eksponaatide hulgas saavad festivali külalised näha reaktiivlennukite mudeleid ning omandada esmased oskused kaasaegse hävitaja juhtimiseks töösimulaatoril. Ja kuulsad piloodid, teadlased ja lennukikonstruktorid räägivad Venemaa lennunduse olevikust ja tulevikust.
- Ekskursioonid laboritesse ja muuseumidesse.
- Meistriklassid juhtivatelt maailmakuulsatelt leiutajatelt.
- Teaduslikud arutelud inimkonna tuleviku üle.
- Aktuaalsete teadus- ja õppefilmide linastused telekanalist SCIENCE 2.0.
- Noorte leiutajate konkursid “Tulevikuteadlased”.
- Õpetajate Haridusakadeemia.
- palju rohkem.