СМИ о нас
| 28.04.25 | 27.04.2025 Телеграм-канал РАН. Победителей Пятой Всероссийской викторины юных физиков ОФН РАН наградили в Москве |
Победителей Пятой Всероссийской викторины юных физиков ОФН РАН наградили в Москве
Чтобы одержать победу, школьникам пришлось творчески решить задачи, предложенные членами и профессорами РАН.
Например, объяснить, почему змеи перед броском сворачиваются в кольца, как растут сосульки и почему при сильном ветре может сорвать даже абсолютно плоскую крышу дома.
Лучше всех с заданиями справились:
Юрий Птицын (г. Саратов); Константин Кроха (наукоград г.о. Троицк, г. Москва);
Михаил Птицын (г. Саратов); Андрей Константинов (г. Долгопрудный);
Виктор Лобанов (г. Ярославль).
Член-корреспондент РАН профессор РАН Андрей Наумов рассказал (https://new.ras.ru/activities/news/pobediteley-pyatoy-vserossiyskoy-viktoriny-yunykh-fizikov-ofn-ran-nagradili-v-moskve/) присутствующим о появлении викторины. Он напомнил, что во время пандемии в РАН появилась идея организовать интеллектуальный онлайн-смотр для школьников. С тех пор интерес к викторине продолжает расти, а некоторые вузы уже добавляют победителям викторины дополнительные баллы при поступлении.
Победителей викторины также поздравили глава РАН Геннадий Красников и вице-президент РАН Степан Калмыков.
«Вам придётся поверить мне на слово, что нет ничего интереснее на свете, чем заниматься наукой <…> Надеюсь, что ваш интерес к науке не пропадёт в дальнейшем, а будет только расти», — обратился к школьникам академик.
Викторина юных физиков Отделения физических наук РАН проводится ежегодно в период с 1 по 16 мая.
| 28.04.25 | 26.04.2025 Российская академия наук. Победителей Пятой Всероссийской викторины юных физиков ОФН РАН наградили в Москве |
Церемония награждения победителей юбилейной, Пятой Всероссийской викторины юных физиков Отделения физических наук РАН состоялась в Александринском дворце в Москве 26 апреля 2025 года при участии руководства и членов РАН.
Открывая церемонию, член-корреспондент РАН профессор РАН Андрей Наумов рассказал присутствующим об истории появления викторины. Он напомнил, что пять лет назад, во время пандемии, в Российской академии наук появилась идея организовать интеллектуальный онлайн-смотр для школьников. С тех пор интерес к викторине продолжает расти, а сам конкурс уже обрёл высокий авторитет. Так, некоторые вузы уже добавляют победителям викторины дополнительные баллы при поступлении.
Учёный обратил внимание, что в нынешнем году дополнительные баллы также могли получить школьники, подавшие документы на участие в тематической смене Российской академии наук в Международном детском центре «Артек». Она запланирована в августе, в год столетия легендарного «Артека».
Победителей викторины поздравил глава РАН академик Геннадий Красников. По его мнению, именно понимание физики, физических принципов, квалифицированные научные кадры сегодня особенно востребованы для развития нашей страны. «Безусловно, будущее нашей страны связано с математиками и физиками. Это основа движения вперёд по всем направлениям. Конечно, другие дисциплины тоже очень важны – биология, химия, история, юриспруденция… Тем не менее на сегодняшний день знание именно физики просто необходимо для укрепления научного и технологического развития страны», – отметил учёный.
Победителей викторины также поприветствовал вице-президент РАН Степан Калмыков, который назвал ансамбль Александринского дворца ключевым для российской науки местом и рассказал школьникам о его истории. Академик отметил, что РАН, отпраздновавшая 300-летний юбилей в 2024 году, всегда объединяла ярких исследователей и выразил надежду, что однажды к РАН присоединятся и победители викторины. «Вам придётся поверить мне на слово, что нет ничего интереснее на свете, чем заниматься наукой <…> Ставить новые задачи, решать их, создавать новые направления – для этого надо хорошо знать физику, математику, химию, биологию, ориентироваться в науке в целом. Надеюсь, что ваш интерес к науке не пропадёт в дальнейшем, а будет только расти», – обратился к школьникам академик.
В нынешнем году вопросы для викторины юных физиков вновь подготовили члены и профессора РАН. «Причём некоторые учёные заранее предупреждали, что не будут задавать вопросы, у которых есть ответы», - поделился Андрей Наумов. По его словам, многие вопросы викторины заставили задуматься самих академиков и дали уже состоявшимся учёным пищу для размышлений.
Чтобы одержать победу, школьникам пришлось творчески решить задачи из области основных разделов курса физики в школе. Например, ответить, почему змеи перед броском сворачиваются в кольца, как растут сосульки и почему при сильном ветре может сорвать даже абсолютно плоскую крышу дома.
Лучше всех с заданиями справились Юрий Птицын (ГАОУ СО «Физико-технический лицей № 1, г. Саратов), одержавший победу в возрастной группе 5-7 классы; Константин Кроха (ГАОУ Гимназия имени Н.В. Пушкова, наукоград г.о. Троицк, г. Москва) и Михаил Птицын (ГАОУ СО «Физико-технический лицей № 1, г. Саратов), победившие в возрастной группе 8-9 классы; Андрей Константинов (МАОУ Лицей № 5, г. Долгопрудный), победивший в возрастной группе 10-11 классы; Виктор Лобанов (ГОУ ЯО «Лицей № 86», г. Ярославль), ставший победителем смешанной группы.
В викторине приняли участие 785 школьников из 5 стран. Они представили 158 школ, из которых 21 является базовой школой РАН, и направили на проверку 3233 ответа.
В торжественной церемонии также приняли участие члены-корреспонденты РАН Николай Колачевский, Александр Лутовинов, профессор РАН Максим Литвак, прочитавший лекцию о колонизации Луны и Марса, заместитель академика-секретаря ОФН РАН Наталья Истомина, проректор РХТУ имени Д.И. Менделеева Евгений Хайдуков. В продолжение мероприятия школьники посетили Минералогический музей имени А. Е. Ферсмана РАН.
Викторина юных физиков Отделения физических наук Российской академии наук проводится ежегодно начиная с 2020 года. Традиционно, в период с 1 по 16 мая на сайте ОФН РАН публикуются оригинальные вопросы и задачи от академиков, членов-корреспондентов и профессоров РАН.
| 23.04.25 | 16.04.2025 Российская академия наук. Найден простой способ превратить сверхкороткие лазерные импульсы ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный |
В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН разработана простая лазерная система, преобразующая сверхкороткие — в квадриллионные доли секунды — лазерные импульсы ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный. Интерес к таким системам обусловлен тем, что именно они позволяют «заснять» молекулярные «отпечатки пальцев» многих веществ, например в составе лекарств или опасных газов.
Ввиду своей простоты и эффективности разработка может найти применение в медицине, системах безопасности и детектирования, где требуются мощные и точные инфракрасные источники. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optics Letters.
Лазерные источники, генерирующие импульсы длительностью в квадриллион раз меньше секунды в среднем инфракрасном диапазоне, перспективны для самых разных применений. Например, этот диапазон хорошо проникает сквозь живые ткани и безопасен для организма, благодаря чему его можно использовать в медицинской диагностике. Кроме того, в нём находятся молекулярные «отпечатки пальцев» — уникальные спектральные образы — многих молекул, поэтому он удобен и для детектирования опасных веществ, например газов.
Титан-сапфировый лазер
Чаще всего ультракороткие лазерные импульсы среднего инфракрасного диапазона получают, преобразуя лазное излучение из другого спектрального диапазона, что технически сложно, а имеющиеся подходы сопряжены с малой энергетической эффективностью преобразования и требуют дорогого и громоздкого оборудования. Поэтому учёные ищут простые и высокоэффективные источники такого излучения.
Исследователи из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) разработали новую систему, генерирующую фемтосекундные лазерные импульсы в среднем инфракрасном диапазоне. За основу авторы взяли доступный в научных и медицинских лабораториях титан-сапфировый лазер, излучающий в ближнем инфракрасном свете. Чтобы «превратить» его спектр в средний инфракрасный диапазон, исследователи предложили разделить лазерный луч с помощью частично отражающего зеркала на две части. Одну из них пропустили через трубку, заполненную углекислым газом. Луч создал в газе плазменный канал, при прохождении по которому его спектр «растянулся» в сторону более длинных волн.
Кристалл тиогалата ртути, использованный в эксперименте
На выходе из газовой трубки этот луч снова соединился с тем, что не претерпел никаких изменений. Вместе их направили в кристалл из ртути, галлия и серы (тиогалата ртути). При прохождении через него в определённом направлении две совмещенные волны создавали такую поляризацию, которая позволила получить нужный средний инфракрасный диапазон. Авторы подчёркивают, что, поворачивая кристалл, можно менять спектр излучения, точно настраивая его под конкретные задачи, например поиск «отпечатков пальцев» определённых молекул.
Главные преимущества предложенной системы — простота реализации и высокая эффективность. Так, она позволяет преобразовать 30 % фотонов исходного ближнего инфракрасного излучения в нужный диапазон, что сопоставимо с лучшими существующими (и при этом более сложными по конструкции и эксплуатации) преобразователями.
«Насколько нам известно, эта разработка представляет собой лучшее из существующих сочетание простоты и эффективности. Такая система с небольшими затратами может быть воспроизведена в любой лаборатории, имеющей фемтосекундный титан-сапфировый лазер. Учитывая, что энергию и спектр получаемого излучения можно перестраивать, возможные сферы применения устройства весьма широки. Например, в медицине такие лазеры могут использоваться для точного удаления тканей без повреждения окружающих областей, а в системах безопасности — для детектирования взрывчатых веществ по их инфракрасным спектрам. В дальнейшем нам предстоит двигаться в направлении масштабирования энергии и совершенствования технологии для ее промышленного применения. В частности, мы уже проводим эксперименты по усилению излучения этой системы в углекислотном лазерном усилителе высокого давления. А технологическое совершенствование мы планируем осуществить за счёт перехода от газовой трубы к газонаполненным оптическим волокнам», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Игорь Киняевский, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории газовых лазеров ФИАН.
Источник: пресс-служба РНФ.
| 23.04.25 | 15.04.2025 Коммерсант. Как сделать молекулярные «отпечатки пальцев» веществ |
Простой способ превратить сверхкороткие лазерные импульсы ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный
Ученые разработали простую лазерную систему, преобразующую сверхкороткие — в квадриллионные доли секунды — лазерные импульсы ближнего инфракрасного диапазона в средний инфракрасный. Интерес к таким системам обусловлен тем, что именно они позволяют «заснять» молекулярные «отпечатки пальцев» многих веществ, например, в составе лекарств или опасных газов. Ввиду своей простоты и эффективности разработка может найти применение в медицине, системах безопасности и детектирования, где требуются мощные и точные инфракрасные источники. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Участники исследовательского коллектива
Фото: Игорь Киняевский
Лазерные источники, генерирующие импульсы длительностью в квадриллион раз меньше секунды в среднем инфракрасном диапазоне, перспективны для самых разных применений. Например, этот диапазон хорошо проникает сквозь живые ткани и безопасен для организма, благодаря чему его можно использовать в медицинской диагностике. Кроме того, в нем находятся молекулярные «отпечатки пальцев» — уникальные спектральные образы — многих молекул, поэтому он удобен и для детектирования опасных веществ, например газов. Чаще всего ультракороткие лазерные импульсы среднего инфракрасного диапазона получают, преобразуя лазерное излучение из другого спектрального диапазона, что технически сложно, а имеющиеся подходы сопряжены с малой энергетической эффективностью преобразования и требуют дорогого и громоздкого оборудования. Поэтому ученые ищут простые и высокоэффективные источники такого излучения.
Исследователи из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва) разработали новую систему, генерирующую фемтосекундные лазерные импульсы в среднем инфракрасном диапазоне. За основу авторы взяли доступный в научных и медицинских лабораториях титан-сапфировый лазер, излучающий в ближнем инфракрасном свете. Чтобы «превратить» его спектр в средний инфракрасный диапазон, исследователи предложили разделить лазерный луч с помощью частично отражающего зеркала на две части. Одну из них пропустили через трубку, заполненную углекислым газом. Луч создал в газе плазменный канал, при прохождении по которому его спектр «растянулся» в сторону более длинных волн.
Титан-сапфировый лазер
Фото: Игорь Киняевский
Кристалл тиогалата ртути, использованный в эксперименте
Фото: Игорь Киняевский
На выходе из газовой трубки этот луч снова соединился с тем, что не претерпел никаких изменений. Вместе их направили в кристалл из ртути, галлия и серы (тиогалата ртути). При прохождении через него в определенном направлении две совмещенные волны создавали такую поляризацию, которая позволила получить нужный средний инфракрасный диапазон. Авторы подчеркивают, что, поворачивая кристалл, можно менять спектр излучения, точно настраивая его под конкретные задачи, например поиск «отпечатков пальцев» определенных молекул.
Главные преимущества предложенной системы — простота реализации и высокая эффективность. Так, она позволяет преобразовать 30% фотонов исходного ближнего инфракрасного излучения в нужный диапазон, что сопоставимо с лучшими существующими (и при этом более сложными по конструкции и эксплуатации) преобразователями.
Исследователи за работой
Фото: Игорь Киняевский
«Насколько нам известно, эта разработка представляет собой лучшее из существующих сочетание простоты и эффективности. Такая система с небольшими затратами может быть воспроизведена в любой лаборатории, имеющей фемтосекундный титан-сапфировый лазер. Учитывая, что энергию и спектр получаемого излучения можно перестраивать, возможные сферы применения устройства весьма широки. Например, в медицине такие лазеры могут использоваться для точного удаления тканей без повреждения окружающих областей, а в системах безопасности — для детектирования взрывчатых веществ по их инфракрасным спектрам. В дальнейшем нам предстоит двигаться в направлении масштабирования энергии и совершенствования технологии для ее промышленного применения. В частности, мы уже проводим эксперименты по усилению излучения этой системы в углекислотном лазерном усилителе высокого давления. А технологическое совершенствование мы планируем осуществить за счет перехода от газовой трубы к газонаполненным оптическим волокнам»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Игорь Киняевский, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории газовых лазеров Физического института имени П. Н. Лебедева РАН.
| 23.04.25 | 22.04.2025 РБК. Что такое мемристор: принцип действия, модели, применение |
Фото: Новая наука
Исследователи работают над системами мемристоров, которые потенциально способны превратить компьютеры будущего в аналог человеческого мозга
Концепция мемристора насчитывает не одно десятилетие, но разработки в этом направлении активизировались лишь в последние годы. Все дело в том, что потребности в вычислениях растут, а развитие нейросетей требует новой архитектуры оборудования. Мемристоры же потенциально способны воссоздавать работу человеческого мозга в аппаратном виде. «РБК Тренды» разбирались, как устроены мемристоры, в чем их потенциальные плюсы и в каких сферах они могут найти применение.
Что такое мемристор
Мемристор (от англ. memory — память, resistor — сопротивление) — это тип запоминающего устройства, способного имитировать функции синапсов человеческого мозга в искусственных нейронных сетях. Оно работает, сохраняя внутреннее сопротивление на основе истории приложенного напряжения и тока. Такое состояние может сохраняться в течение длительного времени после того, как внешнее электрическое поле перестает действовать на мемристор. Его еще называют гистерезисом.
А если попроще?
Мемристор состоит из двух основных электродов и слоя материала между ними, который изменяет свое сопротивление в зависимости от проходящего через него электрического тока. Этот материал может быть разным, например, оксидом металла, полупроводником или ион-проводящим материалом. Ключевая особенность заключается в его способности «запоминать» предыдущее состояние сопротивления за счет перемещения ионов или изменения структур. Когда через мемристор проходит электрический ток, его внутреннее сопротивление изменяется в зависимости от того, как долго и с каким напряжением этот ток проходил. Это значит, что мемристор «запомнил», что с ним происходило, даже когда ток больше не подается.
Работу мемристора можно по аналогии сравнить с эффектом, когда человек случайно взглянул на солнце или другой яркий источник света без защитных очков. После этого в течение нескольких секунд наблюдается такое явление, как фосфен: если закрыть глаза, можно разглядеть характерные цветовые пятна от синего к черному. Эффект сохраняется хотя внешний раздражитель уже не работает. Герой научно-фантастического сериала «Разделение» Марк Скаут пытается использовать этот эффект, чтобы запомнить сообщение, адресованное своей «интро»-версии.
Мемристор
Концепцию мемристора впервые предложил профессор Леон Чуа из Калифорнийского университета в Беркли в 1971 году. Он опубликовал статью «Мемристор — недостающий элемент схемы». Чуа позиционировал мемристор как нелинейный, пассивный, двухконтактный электрический компонент, который связывает электрический заряд и магнитный поток. Он сформулировал свою теорию в терминах уравнений электрических цепей, которые связывают четыре величины: напряжение, силу тока, заряд и магнитный поток. Однако ученый не объяснил устройство мемристора и не предложил материалов для его изготовления.
Только в 2008 году исследователи из HP Labs презентовали первый рабочий мемристор. Устройство состояло из двух металлических электродов, разделенных тонкой пленкой изолятора, в качестве которого использовался диоксид титана. Когда на клеммы устройства подавалось напряжение, через него протекал электрический ток. Движение электронов через пленку титана изменяло общее сопротивление устройства и давало ему «память» для хранения данных. Такого эффекта удалось добиться, изменив сопротивление между более проводящим и менее проводящим состоянием в тонкопленочном устройстве.
Схема мемристора HP Labs
Преимущества мемристора по сравнению с другими хранилищами данных:
- работают быстрее, чем многие твердотельные технологии (жесткие диски и т.д.);
- требуют меньше энергии для работы;
- могут хранить большой объем данных при компактном размере;
- невосприимчивы к воздействию радиации.
Эти преимущества можно использовать, чтобы не только разработать более совершенные хранилища информации, но и внедрять мемристоры в обработку потока данных. Поскольку обработка выполняется непосредственно в элементе памяти, это обеспечивает экономичные и энергоэффективные вычисления в реальном времени.
Принципы действия мемристоров
Мемристор — это пассивный элемент электрической схемы, что делает его похожим на резистор, конденсатор и индуктор. Однако он является нелинейными устройством, где зависимость между током и напряжением выражается кривой, а не простой прямой линией. Также мемристор не может усиливать сигналы или подавать питание в схемы, поэтому он отличается от активных элементов, таких как транзисторы.
Как устроен мемристор?
Мемристоры имеют простую структуру. Устройство состоит из двух металлических электродов, обычно с тонкой пленкой оксида металла, как правило диоксида титана между ними.
Электрическая схема мемристора, где T.E. — верхний электрод, а B.E. — нижний
Между электродами могут возникать или исчезать токопроводящие нити, в роли которых чаще всего выступают цепочки ионов кислорода. Этот процесс называется резистивным переключением, когда сопротивление диэлектрического материала меняется в ответ на приложение сильного внешнего электрического поля.
Схема процесса формирования токопроводящих нитей, где Pristine state — начальное состояние, Filament formation (LRS) — формирование нити (низкое сопротивление), Filament rupture (HRS) — разрыв нити (высокое сопротивление)
Вот как выглядит вольт-амперный процесс преобразования материала в мемристоре:
- при приложении сильного электрического поля начинается этап «формирования», когда сопротивление устройства может меняться, а оно передает ток;
- мемристор переходит из состояния низкого в состояние высокого сопротивления после «сброса» внешнего напряжения.
Схематичные кривые вольт-амперных характеристик, показывающие работу резистивного переключения, где PS — состояние формирования, LRS — состояние низкого сопротивления, HRS — состояние высокого сопротивления
Сопротивление материала мемристора зависит от напряжения. Его обеспечивают отрицательно заряженные подвижные электроны. Между ними начинают перемещаться ионы кислорода, что меняет сопротивление устройства. Именно за счет изменения сопротивления мемристор может запоминать и хранить данные.
А если попроще?
Вольт-амперный процесс преобразования материала в мемристор можно объяснить так:
1. Подключение к источнику: сначала мемристор подключают к источнику электричества, например, к батарейке.
2. Изменение сопротивления: когда электричество проходит через мемристор, его внутреннее сопротивление изменяется. Это похоже на то, как если бы вы сжимали или растягивали резинку — она становится более тугой или свободной.
3. Запоминание состояния: после того как электричество прошло, мемристор «запоминает» свое новое состояние. Это значит, что даже когда вы выключите электричество, у мемристора все равно останется сопротивление, полученное под напряжением.
4. Измерение: ученые могут измерять, как сила (амперы) и напряжение тока (вольты) изменяются, когда электричество проходит через мемристор. Это помогает понять, как он работает и как его можно использовать.
Как работает мемристор?
Мемристор — это электронный компонент, который ведет себя как резистор с памятью, который может сохранять свое состояние сопротивления после отключения питания. Попробуйте представить его как кран с водой, где поток воды соответствует электрическому току. Когда вы закрываете кран, он «запоминает», насколько сильно был открыт в прошлом, и когда вы снова его откроете, поток воды будет таким же, как и в последний раз.
Мемристоры ограничивают или регулируют поток электрического тока в цепи и сохраняют информацию о величине заряда
При записи данных мемристор сохраняет информацию об изменениях своего сопротивления в двоичном формате (0 и 1). Когда информация, такая как изображение или файл, записываются на мемристор, он изменяет свои состояния сопротивления на определенных участках соединяющей электроды пленки, чтобы сохранить эти данные. Эти состояния остаются сохраненными даже после отключения питания, что позволяет мемристору хранить информацию долговременно. Процесс похож на то, как работает флэш-память, но с потенциально более высокой эффективностью и скоростью.
В теории компьютеры с мемристорами в качестве оперативной памяти не будут требовать загрузки системы — даже после выключения они будут хранить информацию о своем последнем состоянии.
Модели работы мемристоров
Исследователи всего мира используют три основные модели работы мемристоров. Каждая из них применяется для анализа, симуляции и проектирования мемристорных систем.
Виды моделей:
- Физические. Они основаны на фундаментальных физических процессах, таких как движение ионов, диффузия или тепловые эффекты. Примером можно считать линейную модель дрейфа (Linear Drift Model), которая описывает изменение сопротивления мемристора под действием равномерного электрического поля. Этот тип важен для разработки новых материалов мемристоров.
Расчеты по модели LDM показывают, что гистерезис уменьшается на более высоких частотах
- Математические. Эти модели используют уравнения и аналитические решения для описания вольт-амперных характеристик и динамики состояний мемристоров.
Описание потока и напряжения двух мемристоров, трех конденсаторов и одного источника тока через математическую функцию
- Компьютерные (симуляционные). Это модели, которые помогают понять и предсказать, как мемристоры будут вести себя в различных условиях с учетом их физических и электрических свойств. Симуляции учитывают изменения сопротивления и движение ионов, чтобы можно было прогнозировать их работу в устройствах. Это полезно для исследований и разработки новых технологий на основе мемристоров.
Результаты моделирования модели мемристора на языке программирования Python. (a) Изменение длины импульса при фиксированной амплитуде импульса. (b) Изменение амплитуды импульса при фиксированной длине импульса для направления SET. (c) Изменение амплитуды импульса с фиксированной длиной для направления RESET. (d) Ручная настройка соответствия SET и RESET
Мемристоры в нейропроцессах
В 2022 году ученые из Института им. Петера Грюнберга опубликовали статью, в которой заявили, что приложения искусственного интеллекта выиграют от использования нейроморфных процессоров, основанных в том числе на мемристорах. Эти системы позволят нейросетям обучаться локально, даже на смартфонах.
Сегодня исследователи разрабатывают различные мемристорные системы, которые потенциально могут использоваться для машинного зрения, акустико-речевых систем и даже как биоинтерфейсы. Отдельно развивается отрасль нейроморфных вычислений — подхода к проектированию аппаратного обеспечения и алгоритмов, в которых разработчики стремятся имитировать работу мозга. Вот несколько примеров реализации систем на базе мемристоров.
Нейрон как устройство
В 2020 году американские исследователи представили устройство, которое использует постоянный ток и имитирует нейронную активность. Они задействовали в работе мемристор Мотта. Этот тип мемристора меняет свое сопротивление в зависимости от температуры. В конструкции использовали полоски из оксида ниобия (NbO2). Мемристор под воздействием тока нагревается и становится проводящим, а потом остывает, чтобы снова стать диэлектриком. В результате возникал электрический импульс, который похож на импульс, передаваемый нейроном мозга. Фактически, мемристор работал как искусственный нейрон. Потенциально устройство можно будет использовать в вычислительных системах будущего.
Устройство сочетает свойства резистора, конденсатора и мемристора Мотта, а также включает слой оксида ниобия (NbO2) толщиной в нанометры
Мозг на кристалле
В том же году инженеры Массачусетского технологического института показали «мозг на кристалле» размером меньше куска конфетти. Он включал десятки тысяч мемристоров, каждый из которых мог запоминать элемент большого изображения, чтобы чип мог воспроизвести целую картинку. Сначала с помощью чипа ученые воссоздали серое изображение щита Капитана Америка, приравняв каждый пиксель изображения к соответствующему мемристору в чипе. Затем они смодулировали проводимость каждого мемристора в соответствии с насыщенностью цвета в пикселе. Микросхема не только воспроизводила картинку, но и «запоминала» ее и многократно повторяла, а также попутно обрабатывала исходное изображение, увеличивая его резкость или, наоборот, размывая. Ученые отметили, что такие схемы можно будет встраивать в небольшие портативные устройства, которые смогут работать даже без подключения к интернету.
Результаты обработки изображения
Связка с живым нейроном
Кроме того, в 2020 году группа ученых из университетов Великобритании, Германии, Италии и Швейцарии разработала систему связи искусственных нейронов с биологическими при помощи мемристора. Нейрочип генерировал электрические импульсы, которые сначала поступали на мемристор, а потом шли по микроэлектроду на нейрон гиппокампа мыши. Этот сигнал оказывал действие, аналогичное тем, из которых формируются нейронные импульсы в мозге. В обратном направлении импульсы поступали во второй мемристор, а потом — на искусственный нейрон. В конечном итоге получилась гибридная схема, которая успешно работала при географическом разделении: кремниевые нейроны находились в Цюрихе, мемристоры — в Саутгемптоне, а культура мышиных нейронов — в Падуе. Для передачи сигналов через интернет использовался стандартный сетевой протокол. В итоге живая клетка демонстрировала активность, сохраняя ее и после снижения частоты раздражения. По словам ученых, система поможет разработке терапии сердечной аритмии, гипертонии, повреждений спинного мозга и болезни Паркинсона.
Схема работы системы искусственных нейронов
А в 2022 году ученые Курчатовского института представили нейроимплант на базе мемристора для помощи парализованным в восстановлении навыков ходьбы. Он позволит соединить поврежденные нейронные структуры в спинном мозге, генерирующие последовательность импульсов для каждого шага. Ученые смогли добиться, чтобы в ответ на внешний сигнал устройство выдавало ритмичную последовательность импульсов, которая соответствовала паттерну ходьбы.
Искусственный синапс
В 2023 году исследователи из МФТИ, ИТМО и Сколтеха смогли создать гибкий искусственный синапс в виде мемристора с краткосрочной памятью, который управлялся не только электрическими, но и световыми сигналами. Такого эффекта удалось добиться благодаря сочетанию двух материалов: кристаллов галогенидного перовскита (полупроводника) и электродов из углеродных нанотрубок. Они выступили как аналоги палочек и колбочек человеческого глаза, рецепторов, которые отвечают за передачу световой энергии — ее трансформацию в нервный импульс. Подобное устройство потенциально можно встраивать в системы искусственного зрения в устройствах автономного вождения или камерах для распознавания лиц. В перспективе благодаря поведению мемристора, напоминающему реакцию живой ткани, его можно будет использовать в качестве бионического глаза.
Передача изображения с помощью мемристора
А в 2024 году физики Утрехтского университета и Университета Соганг в Южной Корее смогли создать искусственный синапс — ионный мемристор размером 150х200 мкм. Он выглядит как микроканал в форме конуса, заполненный водяным раствором соли. При получении электрических импульсов ионы в жидкости мигрируют через этот канал, что приводит к изменению их концентрации. Проводимость канала можно регулировать, чтобы усиливать или ослаблять связь между нейронами. Разработка показала, что на канал можно воздействовать как краткосрочно, так и долгосрочно, чтобы сохранять информацию. Исследователи считают, что ионные мемристоры смогут использоваться для создания высокоэффективных энергосберегающих компьютеров.
Квантовый мемристор
В 2024 году физики из МГУ совместно с Физическим институтом имени П.Н. Лебедева Российской академии наук представили модель квантового мемристора на одиночном ионе иттербия. Состояние иона меняли с использованием резонансных частот, а данные о состоянии передавали от мемристора к мемристору. Ученые считают, что подобные схемы в будущем, вероятно, позволят работать с квантовыми вычислениями.
Квантовый мемристор — это устройство, которое объединяет принципы квантовой механики и классической электроники, чтобы сохранять и изменять информацию. Мемристор, в классическом понимании, это пассивный компонент, который сохраняет информацию о протекании электрического тока в виде сопротивления. То есть его сопротивление зависит от истории прохождения через него тока. Квантовый мемристор делает это на уровне квантовых эффектов, то есть может менять состояние информации, используя квантовые суперпозиции (фундаментальный принцип квантовой механики, который позволяет частице или квантовой системе находиться в нескольких состояниях одновременно) и запутанность (явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми). Квантовые мемристоры могут быть потенциально использованы для создания более мощных вычислительных систем, которые смогут выполнять сложные операции быстрее и эффективнее, чем классические устройства.
«Некоторые ученые склоняются к тому, что работу мозга определяют законы квантовой физики. Если это так, то квантовый мемристор и вычислительные системы на его основе могут более точно имитировать работу мозга. Таким образом, разработка и создание квантовых мемристоров, а также многослойных квантовых персептронов (математическая или компьютерная модель восприятия информации мозгом. — «РБК Тренды») на их основе, рассматриваемых в качестве основных элементов в биоподобных схемах обучения, полностью относится к природоподобным технологиям», — заявил профессор физического факультета МГУ Сергей Стремоухов.
https://trends.rbc.ru/trends/innovation/67ff5e659a79474e80fe6b16
| 23.04.25 | 22.04.2025 Свободная пресса. Физик объяснил принцип действия китайской бомбы |
Испытанная в Китае водородная бомба не имеет ничего принципиально нового. Об этом заявил доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории динамики реагирующих систем ФИАН Владимир Губернов.
«Данный вид взрывчатки или энергетического материала не основан на новых физических принципах. Взрывная химическая реакция водорода и кислорода известна всем со школьной скамьи. Новшеством в данном случае, пожалуй, является то, что в качестве резервуара использован металл-гидрид», — цитирует ученого «МК».
Губернов отметил, что китайским ученым удалось просто «оптимизировать отдельные компоненты» технологии, чтобы применять их в качестве источника водорода, сообщает Радио «Комсомольская правда».
Ранее сообщалось, что Китай провел успешное испытание неядерной водородной бомбы.
| 23.04.25 | 22.04.2025 Радио Комсомольская правда. Ничего нового: ученый прокомментировал испытания водородной бомбы в Китае |
Физик заявил, что принцип действия китайской бомбы не имеет принципиальных отличий.
Испытанная в Китае водородная бомба не имеет ничего принципиально нового, заявил доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории динамики реагирующих систем ФИАН Владимир Губернов.
«Данный вид взрывчатки или энергетического материала не основан на новых физических принципах. Взрывная химическая реакция водорода и кислорода известна всем со школьной скамьи. Новшеством в данном случае, пожалуй, является то, что в качестве резервуара использован металл-гидрид», — цитирует физика «МК».
Губернов отметил, что китайским ученым удалось просто «оптимизировать отдельные компоненты» технологии, чтобы применять их в качестве источника водорода.
Ранее военный эксперт назвал цель заявления Макрона об истребителях с ядерными боеголовками.
| 23.04.25 | 22.04.2025 Царьград. Русский физик Губернов назвал китайскую "водородную" бомбу новым элементом воздействия на противника |
Эксперт объяснил, в чём заключается уникальность данного испытания.
В России прокомментировали китайское испытание взрывного устройства на основе водорода без использования каких-либо ядерных материалов. Своим мнением о новой бомбе поделился с "МК" доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории динамики реагирующих систем ФИАН Владимир Губернов.
Он объяснил, что химическая реакция водорода и кислорода известна каждому школьнику, однако особенностью данного испытания стало использование металл-гидрида в качестве резервуара. По словам физика, с его помощью китайские учёные значительно улучшили технологию получения водорода для выделения тепла.
Эксперт объясняет, что разработчики научились управлять распределением состава и скоростью высвобождения водорода, за это они получили возможность точно регулировать параметры горения, в том числе, время, температуру и размер области.
Вероятно, в случае успешного развития технологии, это может привести к созданию еще одного элемента воздействия на противника на поле боя. Возможно, сравнимого по воздействию с существующими вооружениями типа термобарических боеприпасов,
- объяснил Губернов.
Напомним, что на днях в Китае испытали неядерную водородную бомбу. После взрыва устройства весом 2 кг более чем на две секунды образуется огненный шар температурой более 1000 градусов по Цельсию. Как отмечают испытатели, это в 15 раз дольше, чем при взрыве тротила. Из-за того, что столб после взрыва горит очень долго, он вызывает масштабные ожоги.
Разработкой "водородной" бомбы занимался Научно-исследовательский институт 705 Китайской государственной судостроительной корпорации (CSSC), который является ключевым разработчиком подводных систем вооружения.
| 23.04.25 | 21.04.2025 Runews. Водородная бомба: принцип действия |
Издание South China Morning Post со ссылкой на статью в Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance сообщает, что для создания бомбы использовался твердотельный накопитель водорода на основе гидрида магния, который изначально был разработан для энергообеспечения отдалённых районов.
При активации вещества, то есть при поджиге смеси, гидрид магния взрывается, выделяя газообразный водород, который воспламеняется и долго горит. В результате взрыва двухкилограммовой бомбы цепная реакция вызвала разрушение без использования каких-либо радиоактивных материалов, пишут авторы статьи.
Взрыв сопровождался огненным шаром, температура которого превышала 1000 градусов Цельсия, а длительность его «жизни» превышала длительность взрыва тротила. «Взрывы водорода происходят с минимальной энергией воспламенения, — цитируют учёных авторы статьи в SCMP.
— При этом пламя быстро распространяется во все стороны». При ведении боевых действий с такой неядерной водородной бомбой можно успешно контролировать силу её взрыва и охват.
Испытания показали, что сила взрыва «водородной» бомбы составила около 40 процентов взрывной силы тротила, но при этом тепловой эффект распространился на большее расстояние. Доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории динамики реагирующих систем ФИАН Владимир Губернов комментирует: «Данный вопрос лежит, скорее, в области военной науки, и на него тяжело ответить гражданскому специалисту.
В целом, по информации, которая появилась в печати, можно сделать вывод о том, что данный вид взрывчатки или энергетического материала не основан на новых физических принципах. Взрывная химическая реакция водорода и кислорода известна всем со школьной скамьи.
Новшеством в данном случае, пожалуй, является то, что в качестве резервуара использован металл-гидрид. Его использование активно обсуждалось в связи с технологиями хранения водорода для, например, топливных элементов в автомобилях.
Однако подобные водородные «аккумуляторы» имели ряд недостатков, в частности связанные с тем, что металл становился более хрупким и деградировал в процессе циклов зарядки-разрядки водородом. В случае использования металл-гидридных соединений в качестве взрывчатого материала необходимость в перезарядке водородом, очевидно, отпадает.
Резюмируя, можно сказать, что, судя по всему, китайским коллегам удалось хорошо оптимизировать отдельные компоненты данной технологии для их применения в качестве источника водорода, который в ходе последующей химической реакции горения приводит к значительному тепловыделению. Контроль за площадью, на которой можно распределить данный состав, и скоростью выделения водорода, очевидно, даёт возможность управления временем, температурой и объёмом области горения.
Вероятно, в случае успешного развития технологии это может привести к созданию ещё одного элемента воздействия на противника на поле боя. Возможно, сравнимого по воздействию с существующими вооружениями типа термобарических боеприпасов».
Михаил Сорокин
Источник: Московский комсомолец
https://therussiannews.ru/news/nauka/vodorodnaya-bomba-princip-deystviya/
| 23.04.25 | 21.04.2025 ИА Ремарка. Китайские ученые испытали «водородную» бомбу |
Китайские ученые Научно-исследовательского института 705-й государственной судостроительной корпорации (CSSC) впервые провели успешные контролируемые полевые испытания не ядерной водородной бомбы, сообщает South China Morning Post со ссылкой на статью в Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance.
Для создания бомбы использовался твердотельный накопитель водорода на основе гидрида магния, первоначально разработанный для энергоснабжения отдаленных районов. При активации, а точнее, при поджиге, смесь гидрида магния взрывается, выделяя газообразный водород, который воспламеняется и горит.
Взрыв двухкилограммовой бомбы вызвал цепную реакцию, не требующую радиоактивных материалов. Огненный шар, возникший при взрыве, имел температуру более 1000 градусов Цельсия и горел дольше, чем при взрыве тротила.
«Взрывы водорода происходят с минимальной энергией воспламенения, – цитируют ученых авторы статьи в SCMP. – При этом пламя быстро распространяется во все стороны». Разработчики утверждают, что силу взрыва и охват можно контролировать, что является преимуществом при ведении боевых действий.
Испытания показали, что сила взрыва «водородной» бомбы составила около 40 процентов взрывной силы тротила, но тепловой эффект распространился на большее расстояние.
Доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории динамики реагирующих систем ФИАН Владимир Губернов прокомментировал испытания:
– Данный вопрос лежит, скорее, в области военной науки, и на него тяжело ответить гражданскому специалисту. В целом, по информации, которая появилась в печати, можно сделать вывод о том, что данный вид взрывчатки или энергетического материала не основан на новых физических принципах. Взрывная химическая реакция водорода и кислорода известна всем со школьной скамьи. Новшеством в данном случае, пожалуй, является то, что в качестве резервуара использован металл-гидрид. Его использование активно обсуждалось в связи с технологиями хранения водорода для, например, топливных элементов в автомобилях. Однако, подобные водородные «аккумуляторы» имели ряд недостатков, в частности связанные с тем, что металл становился более хрупким и деградировал в процессе циклов зарядки-разрядки водородом. В случае использования металл-гидридных соединений в качестве взрывчатого материала необходимость в перезарядке водородом очевидно отпадает. Резюмируя, можно сказать, что, судя по всему, китайским коллегам удалось хорошо оптимизировать отдельные компоненты данной технологии для их применения в качестве источника водорода, который в ходе последующей химической реакции горения приводит к значительному тепловыделению. Контроль за площадью, на которой можно распределить данный состав, и скоростью выделения водорода, очевидно, дает возможность управления временем, температурой и объемом области горения.
По мнению Владимира Губернова, успешное развитие данной технологии может привести к созданию нового вида вооружения, «возможно, сравнимого по воздействию с существующими вооружениями типа термобарических боеприпасов».
