Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с коллегами из США, Китая и Германии увидели необычную самоорганизацию атомов в объеме наночастиц и научились управлять ею с помощью электрического поля. Подобные "управляемые" наночастицы могут пригодиться для создания емкой энергонезависимой памяти, квантовых компьютеров и другой электроники будущего.

 

"Наши результаты показывают, что в наночастицах наблюдается небольшое смещение всех атомов, которое при отдаленном взгляде имеет выраженное закручивание и называется топологическим вихрем. При этом ядро этого вихря представляет собой наностержень, который может быть как смещен полем, так и стерт и снова восстановлен внутри наночастиц", - приводит пресс-релиз слова одного из участников исследования, профессора Лос-Аламосской Национальной Лаборатории и Государственного Университета Нью-Мексико Эдвина Фотун.

Исследование ученых опубликовано в журнале Nature Commnucations, а первым автором работы стал инженер кафедры общей физики ТПУ Дмитрий Карпов.

Что такое топологические дефекты и почему их важно изучать?
В современном материаловедении дефекты вещества разделяют на две большие группы. В первую группу входят классические, хорошо изученные дефекты, при которых механически нарушен порядок атомов в веществе: то есть в кристаллической решетке вещества убраны или, наоборот, вставлены лишние атомы. В другом же классе дефектов нет никаких выраженных локальных изменений - вместо этого меняется сама пространственная организация решетки и такие дефекты называют топологическими.

Топологические дефекты могут сильно влиять на вещество и придавать ему такие необычные свойства, как сверхтекучесть или сверхпроводимость и поэтому их изучение очень важно для практических целей материаловедения. При этом топологические дефекты существуют только в материалах малой размерности: двумерных наностержнях и нанопленках (слоях толщиной в несколько атомов) и одномерных наноточках или материалах с высоким отношениям площади поверхности к объему вещества (наночастицах - сферических частиц из нескольких десятков или сотен одинаковых атомов). Один из важных топологических дефектов - это топологический вихрь.

Как ученые увидели структуру наночастиц
В эксперименте ученые изучали наночастицы титаната бария, внутренняя структура была визуализирована с помощью проникающего рентгеновского излучения синхротронного источника Advanced Photon Source (Чикаго, США). Ученые получили изображение объема наночастиц с разрешением в 18 нанометров, что позволило проанализировать малейшие изменения в структуре. В результате исследователи показали, что под воздействием внешнего электрического поля смещается ядро топологического вихря внутри наночастицы, а при снятии поля оно возвращается на прежнее место.

Новая электроника
Найденная учеными возможность управления и регулировки топологический вихрей в наночастицах важна для создания новой электроники. Дело в том, что современные компоненты электроники становятся все меньше и постепенно достигают своего минимального предела по размеру, ниже которого эффективность устройств будет ощутимо снижаться из-за различных квантовых эффектов. Есть несколько возможных способов обойти эти ограничения и один из них - это использование топологических вихрей. Например, на их основе может быть создана энергонезависимая память с большой плотностью записи информации или квантовые компьютеры, в которых информация будет зашифрована в характеристиках топологических вихрей.

"Дальнейшие исследования с использованием дифракции синхротронного излучения на материалах малой размерности позволит лучше понять механизмы управления и воссоздания различных топологических дефектов. Тогда уже работой инженеров станет исхитриться и использовать полученные знания, чтобы решить самые насущные проблемы будущей электроники".

Источники

Физики научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
News2 (news2.ru), 24/08/2017
Физики научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
ТАСС, 24/08/2017
Физики научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
ТАСС # Единая лента (Закрытая лента), 24/08/2017
Физики научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 24/08/2017
Вихри в наноматериалах помогут создавать квантовые компьютеры
5gfuture.ru, 30/08/2017
Топологические вихри в наноматериалах помогут создать компьютер будущего — томские учёные
Сиб.фм (sib.fm), 30/08/2017
Ученые ТПУ и зарубежных вузов научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
Томский политехнический университет (tpu.ru), 31/08/2017
Ученые ТПУ и зарубежных вузов научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
Vestisibiri.ru, 31/08/2017
Топологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
ПолитРоссия (politros.com), 31/08/2017
Топологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
123ru.net, 31/08/2017
Томская область: Ученые региона обнаружили обнаружили необычную самоорганизацию атомов в объеме наночастиц
Молодежное информационное агентство (miamir.ru), 31/08/2017
опологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
123ru.net, 01/09/2017
опологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
123ru.net, 01/09/2017
опологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
Cont.ws, 01/09/2017
Ученые научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
Редкие земли (rareearth.ru), 31/08/2017
Вихри в наночастицах могут использоваться в будущих электронных устройствах
Реактор (reactor.space), 31/08/2017
Топологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
Око планеты (oko-planet.su), 01/09/2017
Топологический вихрь: в России смогут создать мощнейший компьютер будущего
Cont.ws, 01/09/2017
Внутренней структурой наночастиц можно управлять с помощью электрического поля
Kaliningrad-life.ru, 01/09/2017
Внутренней структурой наночастиц можно управлять с помощью электрического поля
Aoja.ru, 01/09/2017
Внутренней структурой наночастиц можно управлять с помощью электрического поля
Вести.ru, 01/09/2017
"Внутренней структурой наночастиц можно управлять с помощью электрического поля"
Ivest.kz, 01/09/2017
Внутренней структурой наночастиц можно управлять с помощью электрического поля
Пульс Планеты 24/7 (puls-planety247.ru), 01/09/2017
Томские ученые научились управлять наночастицами для создания электроники будущего
Kp.ru, 11/09/2017
Физики научились управлять внутренней структурой наночастиц с помощью электрического поля
Научная Россия (scientificrussia.ru), 15/09/2017

Похожие новости

  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    1021
  • 31/05/2018

    ​Ученые ТПУ улучшат разрешение оптических микроскопов

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Бангорского университета (Великобритания) предложили способ улучшить разрешение оптических микроскопов, работающих в режиме «на отражение», то есть способных визуализировать материалы, не пропускающие свет.
    71
  • 05/05/2017

    Ученые ТГУ создают полупроводники на основе сверхтонких органических пленок

    ​Ученые из Томского государственного университета научились выращивать полупроводники из органических молекул принципиально новым методом - самосборки из газовой фазы. Сверхтонкие пленочные структуры толщиной в несколько десятков молекул позволяют создавать полупроводники с улучшенными характеристиками для использования в устройствах нано и микроэлектроники.
    574
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    1260
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1137
  • 03/08/2016

    Разработки ТПУ помогут создать рентгеновский лазер, сканирующий организм на уровне молекул

    ​Томский политехнический университет заключил договор о научном сотрудничестве с Национальной Лабораторией DESY (Германия) - одним из крупнейших европейских физических центров.  В числе важнейших проектов DESY — создание рентгеновского лазера European XFEL.
    909
  • 07/05/2018

    Российские ученые создали лазер-трансформер

    ​Ученые Томского политехнического университета в составе международного исследовательского коллектива создали экономичный фемтосекундный лазер, способный плавно перестраивать длину волны своего излучения во всем видимом диапазоне.
    153
  • 11/10/2016

    Ученые из России и Болгарии создали лазер для точной навигации самолетов

    ​Сотрудники Томскго государственного университета (ТГУ) совместно со специалистами болгарской компании создали многоволновой лазер на парах металлов, который может обеспечивать более точную навигацию самолетов и судов в условиях плохой видимости.
    916
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    1336
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    663