Крио и компьютер
Чтобы сделать компьютер, нужны логические элементы. Это схемы, сигнал на выходе которых определённым образом связан с сигналами на входах (их может быть несколько). На входе есть, на выходе нет, а если на входе нет, то на выходе есть — элемент «НЕ». Если на двух входах есть, то на выходе есть, иначе — нет: элемент «И». Другие логические элементы — аналогично. Всё это электрическое: и сигналы электрические, и связь между входами и выходом электрическая. А иногда, особенно когда речь заходит о микросхемной технике, необходимо, чтобы вход и выход были «гальванически развязаны», то есть электрон не мог бы попасть с одного на другой.
Для этого исследователи из Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» изготовили трёхслойный элемент. Сначала они напылили на сапфировую подложку дорожку (назовём её дорожка номер 1) из сверхпроводника NbN толщиной 5 нм и ионным облучением сделали на ней резистивный участок R1, который не становился сверхпроводником при охлаждении всего элемента до температуры сверхпроводимости в NbN. Потом поверх нанесли 25-нанометровую плёнку Al2O3 — хорошего диэлектрика, неплохо проводящего тепло (алмаз был бы лучше, но не всё сразу). Далее сверху напылили дорожку номер 2 из NbN и сделали в ней, но в другом месте, резистивный участок R2. И ещё одну дорожку номер 3 без резистивных участков. Дорожка 1 — вход, 3 — выход.
Охлаждаем схему до сверхпроводимости и даём ток (сигнал) в дорожки 2 и 3. Участок R2 греет дорожку 3, не даёт перейти в сверхпроводящее состояние, на ней есть напряжение. На дорожку 1 подаём сигнал, R1 греется, переводит в резистивное состояние дорожку 2. Её сопротивление растёт, ток падает, R2 перестаёт греть дорожку 3, она переходит в сверхпроводящее состояние, ток течёт, а напряжения на ней нет. Это элемент «НЕ». Управление элементом производится передачей тепла, без гальванической связи. А ещё на этом же принципе исследователи сделали элементы «ИЛИ» и «ИЛИ—НЕ», так что можно думать и о криогенном компьютере.
Гурович Б. А., Приходько К. Е., Кутузов Л. В., Гончаров Б. В., Комаров Д. А., Малиева Н. М. Двухслойные логические элементы для классических криогенных компьютеров. ФТТ, 2022, вып. 10, с. 1390.
Откуда взялась земля и её вода?
Конечно, из протопланетного диска. Сначала была пыль, потом гравитацией она скучковалась в планетезимали, они увеличивались, уплотнялись, объединялись, доросли до протопланет, а там и ядро начало плавиться. Но как конкретно шёл этот процесс?
Сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН сопоставили существующие модели и разработали свои. Модели учитывают гравитацию с резонансами и приливными эффектами, тепловые процессы, взаимодействие с газовой компонентой, процессы в ней самой, взаимодействие с излучением звезды. Важно, чтобы планетезимали имели фрактальную, «пушистую» структуру — она влияет на процессы при столкновении, объекты не дробятся, а слипаются. Расчёт показал, что для возникновения существующего наклона оси вращения Земли было достаточно столкновения с объектом массой в 1% от массы Земли, а столкновения с более массивными объектами могли привести к ситуации Урана (вращение на боку) или Венеры (обратное вращение).
Оказалось, что был существенен перенос вещества из области планет-гигантов в зону образования планет земной группы — то есть нынешний состав Земли связан с составом Юпитера. Авторы считают неубедительной модель удара объекта Тейя о будущую Землю, и полагают, что «зародыши» Земли и Луны образовались из общего первоначального сгущения.
Земля формировалась в высокотемпературной (около 1000 К) части протопланетного диска, поэтому вода и легколетучие вещества были изгнаны из этой области во внешнюю часть диска, далее 3 а. е. Некоторое количество воды могло образоваться посредством геохимических процессов («эндогенная вода»), но остальное, то есть «экзогенная вода», могло быть, по оценке авторов, доставлено из внешней области — спасибо в первую очередь Юпитеру, гравитация которого влияла на движение планетезималей. Так что, пожалуй, недаром древние греки считали Юпитер главным.
Маров М. Я., Ипатов С. И. Процессы миграции в Солнечной системе и их роль в эволюции Земли и планет. УФН, 2023, № 1, с. 2.
Не излучай зря
Многие радиоустройства при работе излучают часть энергии в пространство, создавая при этом помехи другим устройствам (электромагнитное загрязнение). Чтобы прекратить это безобразие, применяется экранирование. Можно, конечно, сделать сплошной металлический экран, но хотелось бы что-то менее тяжёлое. Известное решение — классический фольгированный стеклотекстолит, на котором травлением создан массив металлических элементов, представляющих собой маленькие дипольные антенны. Обычные дипольные антенны с ветвями в виде стержней узкополосны, поэтому в данном случае для расширения полосы частот и уменьшения размеров диполей ветви диполя делают в виде треугольников. Со своей задачей материал справляется, но, как всегда, желательно, чтобы он весил поменьше.
Слева — маска для напыления, справа — напылённая структура. Рисунок из реферируемой статьи.
Сотрудники Кубанского государственного технологического университета и Кубанского государственного университета (г. Краснодар) изготовили подобную структуру, но в качестве основы взяли лавсановую плёнку толщиной 75 мкм и магнетронным напылением через маску создали на ней медные диполи толщиной 300 мкм, а поверх них для защиты от окисления — слой нихрома в 75 мкм. Такая структура на порядок уменьшала мощность электромагнитного излучения с поляризацией в плоскости диполей в диапазоне 4—7 ГГц. Авторы упоминают оптимизацию, но не приводят о ней сведений, поэтому не исключено, что эти результаты могут быть улучшены.
Бузько В. Ю., Горячко А. И., Иванин С. Н., Шуткин И. Ю. Разработка гибкой тонкоплёночной радиопоглощающей структуры для УВЧ- и ближнего СВЧ-диапазонов. ЖТФ, 2023, вып. 3, с. 392.
