СМИ о нас
| 21.06.22 | 21.06.2022 Поиск. Синхротрон в кабинете. Nature Communications – о новом подходе к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения |
Международная группа ученых, в состав которой вошли специалисты из МФТИ, ОИВТ РАН и ФИ РАН, разработала новый подход к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения. Мощный лазер (с интенсивностью излучения ~1019 Вт/см2) взаимодействует с мишенью из легчайшей полимерной пены, формируя короткоимпульсный источник десятков миллиардов нейтронов и триллионов гамма-квантов. Полученное гамма-излучение интенсивнее, чем у ускорителей частиц площадью в несколько футбольных полей. Такой источник может быть использован во многих областях исследований — от астрофизики до медицинских и биофизических приложений. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Сверхинтенсивные фотонные и нейтронные пучки являются незаменимыми инструментами для современной науки. Например, чтобы воспроизвести в лаборатории процессы, происходящие в далеком космосе, требуются потоки нейтронов, в которых через площадку в 1 см2 за секунду пролетает свыше секстиллиона (1021) частиц. Такие показатели недостижимы для существующих традиционных установок на основе ускорителей. Один из перспективных подходов, обсуждаемый в настоящее время, основан на применении сверхмощных лазеров.
Международная группа ученых разработала экспериментальную схему для генерации сверхинтенсивных гамма- и нейтронных пучков при умеренных релятивистских интенсивностях лазерного излучения с высокой надежностью и рекордными значениями потоков гамма-излучения и нейтронов. В своем эксперименте ученые использовали лазер PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Heavy Ion Experiments — петаваттный высокоэнергетический лазер для экспериментов с тяжелыми ионами). Его мощность (1015 Вт) примерно в тысячу раз больше, чем суммарная мощность электростанций во всем мире, правда, импульс длится всего триллионную часть секунды. Лазерное излучение воздействует двумя последовательными импульсами: первый, «предварительный» наносекундный импульс направляется в мишень из пены триацетата целлюлозы плотностью всего 2 мг/см3, в которой за счет ионизации атомов вещества генерируется однородная плазма. Второй, более мощный импульс пикосекундной длительности распространяется уже в созданной первым плазме, ускоряя электроны до высоких энергий. Полученная в результате этого процесса энергия электронов достигает сотни мегаэлектронвольт, что сравнимо со значениями, получаемыми на синхротронных ускорителях электронных пучков.
Далее необходимо заставить электрон «сбросить» энергию, излучив фотон с длиной волны в десятитысячные доли нанометра (10-4 нм) — тот самый гамма-квант, ради которого все и затевалось. В данном эксперименте для торможения электронов была использована тонкая золотая пластинка. Таким образом исследователям удалось получить направленные пучки гамма-излучения, содержащие триллионы квантов. В эксперименте была достигнута рекордная эффективность преобразования (более 1,4%) лазерной энергии в гамма-излучение с энергией выше 10 МэВ.
Установив поодаль от основной мишени слои металлических фольг (в эксперименте использовались золото, хром тантал и индий), исследователи зарегистрировали мощное нейтронное излучение — более 60 миллиардов частиц. Нейтроны высвобождаются в ходе фотоядерной реакции при поглощении ядром металла высокоэнергетического гамма-кванта. Эффективность преобразования лазерной энергии в нейтроны составила порядка 0,05%.
Кроме того, причиной ядерной реакции могут стать протоны, которые также возможно ускорить с помощью лазерного излучения. В качестве источника протонов использовалась металлическая фольга, которую располагали на задней плоскости полимерной мишени. Ускоренные в полимерной мишени под воздействием лазера электроны покидали фольгу, формируя отрицательный заряд снаружи, при этом сама фольга заряжалась положительно. Возникшее между отрицательным и положительным зарядом электростатическое поле «вытягивает» из фольги протоны.
Интерес ученых к нейтронам обусловлен тем, что они не несут электрического заряда и поэтому могут проникать глубоко в атомы вещества. «Освещение» материалов нейтронами позволяет различать положения атомов легких элементов (водорода, кислорода и других), что почти невозможно с использованием рентгеновских и гамма-лучей. По этой причине нейтроны успешно применяются при изучении белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в растворах и сплавах, в медицине и других областях. Астрофизики с помощью лабораторных источников нейтронного излучения могут проверить предположения о процессах, происходящих в недоступных для нас звездах.
В итоге относительно недорогая и компактная лазерная установка оказалась способна в некоторых аспектах заменить собой классический радиочастотный ускоритель электронов. Полученный импульсный источник направленного рентгеновского излучения и нейтронов может быть использован во многих областях исследований — в рентгенографических и материаловедческих, в медицинских и биофизических приложениях (включая FLASH-радиотерапию), а также ядерных исследованиях.
Фото. Слева — исследовательский коллектив в экспериментальном зале лазера PHELIX в GSI (Германия, Дармштадт), справа — пример рентгенографического изображения тестового объекта (часы), в центре — фотография мишенной камеры и системы диагностики лазерной плазмы.
«Эти исследования являются хорошим примером важности сотрудничества как экспериментаторов с теоретиками, так и ученых из разных стран, — отмечает Николай Андреев, руководитель лаборатории лазерной плазмы ОИВТ РАН, профессор кафедры физики высоких плотностей энергии МФТИ. — Новые, важные для развития фундаментальной и прикладной науки, рекордные результаты были получены с использованием полномасштабного численного моделирования при планировании и обработке результатов эксперимента, для чего потребовались самые современные вычислительные комплексы в России и Германии. Решающим элементом в экспериментах, которыми руководит выпускница Физтеха профессор Ольга Николаевна Розмей, являются уникальные мишени из пены, созданные в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН, в лаборатории термоядерных мишеней нейтронно-физического отдела, возглавляемого Натальей Глебовной Борисенко».
Пресс-служба МФТИ
| 21.06.22 | 21.06.2022 Naked Science. Разработан новый подход к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения |
Международная группа ученых, в состав которой вошли специалисты из МФТИ, ОИВТ РАН и ФИ РАН, разработала новый подход к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения. Мощный поток взаимодействует с мишенью из легчайшей полимерной пены, формируя короткоимпульсный источник десятков миллиардов нейтронов и триллионов гамма-квантов. Полученное гамма-излучение интенсивнее, чем у ускорителей частиц площадью в несколько футбольных полей. Такой источник может быть использован во многих областях исследований — от астрофизики до медицинских и биофизических приложений.
Мишенная камера и система диагностики лазерной плазмы / ©Пресс-служба МФТИ
Работа опубликована в журнале Nature Communications. Сверхинтенсивные фотонные и нейтронные пучки — это незаменимые инструменты для современной науки. Например, чтобы воспроизвести в лаборатории процессы, происходящие в далеком космосе, требуются потоки нейтронов, в которых через площадку в один квадратный сантиметр за секунду пролетает свыше секстиллиона (1021) частиц. Такие показатели недостижимы для существующих традиционных установок на основе ускорителей. Один из перспективных подходов, обсуждаемый в настоящее время, основан на применении сверхмощных лазеров.
Международная группа ученых разработала экспериментальную схему для генерации сверхинтенсивных гамма- и нейтронных пучков при умеренных релятивистских интенсивностях лазерного излучения с высокой надежностью и рекордными значениями потоков гамма-излучения и нейтронов. В своем эксперименте ученые использовали лазер PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Heavy Ion Experiments — петаваттный высокоэнергетический лазер для экспериментов с тяжелыми ионами). Его мощность (1015 Вт) примерно в тысячу раз больше, чем суммарная мощность электростанций во всем мире, правда, импульс длится всего триллионную часть секунды.
Лазерное излучение воздействует двумя последовательными импульсами: первый, «предварительный» наносекундный импульс направляется в мишень из пены триацетата целлюлозы плотностью всего два мг/см3, в которой за счет ионизации атомов вещества генерируется однородная плазма. Второй, более мощный импульс пикосекундной длительности распространяется уже в созданной первым плазме, ускоряя электроны до высоких энергий. Полученная в результате этого процесса энергия электронов достигает сотни мегаэлектронвольт, что сравнимо со значениями, получаемыми на синхротронных ускорителях электронных пучков.
Далее необходимо заставить электрон «сбросить» энергию, излучив фотон с длиной волны в десятитысячные доли нанометра (10-4 нм) — тот самый гамма-квант, ради которого все и затевалось. В этом эксперименте для торможения электронов была использована тонкая золотая пластинка. Таким образом исследователям удалось получить направленные пучки гамма-излучения, содержащие триллионы квантов. В эксперименте была достигнута рекордная эффективность преобразования (более 1,4 процентов) лазерной энергии в гамма-излучение с энергией выше 10 МэВ.
Исследовательский коллектив в экспериментальном зале лазера PHELIX в GSI (Германия, Дармштадт) / ©Пресс-служба МФТИ
Установив поодаль от основной мишени слои металлической фольги (в эксперименте использовались золото, хром тантал и индий), исследователи зарегистрировали мощное нейтронное излучение — более 60 миллиардов частиц. Нейтроны высвобождаются в ходе фотоядерной реакции при поглощении ядром металла высокоэнергетического гамма-кванта. Эффективность преобразования лазерной энергии в нейтроны составила порядка 0,05 процентов.
Кроме того, причиной ядерной реакции могут стать протоны, которые также возможно ускорить с помощью лазерного излучения. В качестве источника протонов использовалась металлическая фольга, которую располагали на задней плоскости полимерной мишени. Ускоренные в полимерной мишени под воздействием лазера электроны покидали фольгу, формируя отрицательный заряд снаружи, при этом сама фольга заряжалась положительно. Возникшее между отрицательным и положительным зарядом электростатическое поле «вытягивает» из фольги протоны.
Интерес ученых к нейтронам обусловлен тем, что они не несут электрического заряда и поэтому могут проникать глубоко в атомы вещества. «Освещение» материалов нейтронами позволяет различать положения атомов легких элементов (водорода, кислорода и других), что почти невозможно с использованием рентгеновских и гамма-лучей. По этой причине нейтроны успешно применяются при изучении белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в растворах и сплавах, в медицине и других областях. Астрофизики с помощью лабораторных источников нейтронного излучения могут проверить предположения о процессах, происходящих в недоступных для нас звездах.
В итоге относительно недорогая и компактная лазерная установка оказалась способна в некоторых аспектах заменить собой классический радиочастотный ускоритель электронов. Полученный импульсный источник направленного рентгеновского излучения и нейтронов может быть использован во многих областях исследований — в рентгенографических и материаловедческих, в медицинских и биофизических приложениях (включая FLASH-радиотерапию), а также ядерных исследованиях.
Пример рентгенографического изображения тестового объекта (часы) / ©Пресс-служба МФТИ
«Эти исследования являются хорошим примером важности сотрудничества как экспериментаторов с теоретиками, так и ученых из разных стран, — отмечает Николай Андреев, руководитель лаборатории лазерной плазмы ОИВТ РАН, профессор кафедры физики высоких плотностей энергии МФТИ.
— Новые, важные для развития фундаментальной и прикладной науки, рекордные результаты были получены с использованием полномасштабного численного моделирования при планировании и обработке результатов эксперимента, для чего потребовались самые современные вычислительные комплексы в России и Германии. Решающим элементом в экспериментах, которыми руководит выпускница Физтеха профессор Ольга Николаевна Розмей, являются уникальные мишени из пены, созданные в Физическом институте имени П. Н. Лебедева РАН, в лаборатории термоядерных мишеней нейтронно-физического отдела, возглавляемого Натальей Глебовной Борисенко».
https://naked-science.ru/article/column/razrabotan-novyj-podhod-k-polucheniyu
| 22.06.22 | 22.06.2022 Атомная Энергия 2.0. РАН вручила первую золотую медаль им. Л.В. Келдыша академику Владиславу Тимофееву |
Золотая медаль имени Л.В. Келдыша присуждается российским учёным за выдающиеся работы в области физики конденсированного состояния. 2021 год стал первым годом присуждения этой награды. РАН учредила золотую медаль им. Л. В. Келдыша в декабре 2019 года с целью увековечения памяти выдающегося учёного и организатора науки академика Российской академии наук Леонида Келдыша.
Президиум РАН впервые присудил золотую медаль имени Л.В. Келдыша главному научному сотруднику Института физики твердого тела РАН академику Владиславу Тимофееву. Учёный отмечен за выдающиеся работы по физике многочастичных систем в твердых телах. 2 июня 2022 года в Российской академии наук Владиславу Борисовичу вручили заслуженную награду.
Академик В.Б. Тимофеев - российский физик-экспериментатор, работы которого в области физики полупроводников и твердого тела широко известны и получили мировое признание. Его работы заложили оcновы нового направления - магнитооптики низкоразмерных электронных систем в ультраквантовом пределе. Тимофеев заложил основы термодинамики неравновесных электронно-дырочных систем в полупроводниках.
Леонид Вениаминович Келдыш - выдающийся специалист в области физики твёрдого тела. Основные научные труды учёного посвящены квантовой теории систем многих частиц, физике твердого тела, а также физике полупроводников, квантовой радиофизике. С 1989 до 1993 года Леонид Вениаминович был директором Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.
Источник: ФИАН
| 22.06.22 | 22.06.2022 Научная Россия. В РАН вручили первую золотую медаль им. Л.В. Келдыша |
Золотая медаль имени Л.В. Келдыша присуждается российским учёным за выдающиеся работы в области физики конденсированного состояния. 2021 год стал первым годом присуждения этой награды. РАН учредила золотую медаль им. Л.В. Келдыша в декабре 2019 года с целью увековечения памяти выдающегося учёного и организатора науки академика Российской академии наук Леонида Келдыша.
Президиум РАН впервые присудил золотую медаль имени Л.В. Келдыша главному научному сотруднику Института физики твердого тела РАН академику Владиславу Тимофееву. Учёный отмечен за выдающиеся работы по физике многочастичных систем в твердых телах. 2 июня 2022 года в Российской академии наук Владиславу Борисовичу вручили заслуженную награду.
Академик В.Б. Тимофеев - российский физик-экспериментатор, работы которого в области физики полупроводников и твердого тела широко известны и получили мировое признание. Его работы заложили оcновы нового направления – магнитооптики низкоразмерных электронных систем в ультраквантовом пределе. Тимофеев заложил основы термодинамики неравновесных электронно-дырочных систем в полупроводниках.
Леонид Вениаминович Келдыш - выдающийся специалист в области физики твёрдого тела. Основные научные труды учёного посвящены квантовой теории систем многих частиц, физике твердого тела, а также физике полупроводников, квантовой радиофизике. С 1989 до 1993 года Леонид Вениаминович был директором Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.
Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
Разместила Ирина Усик
https://scientificrussia.ru/articles/v-ran-vrucili-pervuu-zolotuu-medal-im-lv-keldysa
| 20.06.22 | 20.06.2022 Поиск. В ФИАН созданы алмазные наночастицы для «подсветки» раковых опухолей |
Физики создали новый тип наночастиц на базе наноразмерных алмазов, которые можно использовать для изучения структуры раковых опухолей и их уничтожения при помощи лазерного излучения. Об этом сообщила пресс-служба Физического института РАН.
«Новые наночастицы на основе алмазов и золота могут использоваться не только для получения изображений биологических структур, но для точечной доставки лекарств, измерения температуры – даже в отдельной клетке. Золотая оболочка частиц позволяет использовать их для фототермотерапии или фотодинамической терапии», – говорилось в сообщении.
Группа российских и зарубежных физиков под руководством Чэна Чиаляна, профессора Национального университета Донхуа в Хуаляне, разработала новый тип наночастиц на базе наноалмазов, которые можно применять для диагностики рака и наблюдений за работой внутренних органов тела при помощи сразу нескольких систем биовизуализации и микроскопии.
Эти наночастицы – полые сферические структуры, в алмазных стенках которых присутствуют вкрапления из одиночных атомов кремния. Поверхность этих алмазных сфер покрыта слоем золота. Он позволяет использовать наночастицы не только для «подсветки» опухолей, но и их уничтожения при помощи лазерного излучения, которое заставляет наноалмазы «выжигать» окружающие клетки.
Как отмечает Елена Переведенцева, старший научный сотрудник ФИАН, структура разработанных учеными наночастиц позволяет локализовать их положение внутри организма и использовать их для диагностики опухолей и изучения здоровых тканей при помощи четырех разных методик биовизуализации.
Работу этих наночастиц ученые проверили на культурах раковых клеток, а также на мальках рыбок вида Danio rerio. Последующие опыты подтвердили, что наночастицы были четко видны в изучаемых биообразцах при помощи всех четырех методик наблюдения, что позволяет использовать их в широком спектре медицинских исследований и научных опытов.
Источник: телеграм-канал РАН
| 17.06.22 | 17.06.2022 РИА Дагестан. Учёные продолжат исследования микроволнового астроклимата в Дагестане |
Группа ученых во главе с директором Дагестанского федерального исследовательского центра РАН Акаем Муртазаевым продолжит исследования микроволнового астроклимата в Дагестане для оценки перспектив размещения субтерагерцового радиотелескопа. Третья по счету экспедиция в Дагестане проводится в рамках готовящейся академической программы развития субтерагерцовой астрономии.
В понедельник, 20 июня, на двухмесячное дежурство в Дагестан приедет делегация из трех научных сотрудников, в которую входит научный сотрудник Специальной астрофизической обсерватории РАН Андрей Марухно. Помимо установки прибора, они обследуют окрестности площадки горы Маяк около села Гуниб Гунибского района по заказу обсерваторостроителей: оценят размеры и доступность площадок, проблемы создания коммуникаций (доставка, энергетика, связь), а также измерят углы закрытия горизонта.
Ранее учёными из четырёх академических учреждений, подведомственных Минобрнауки России: Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, Специальной астрофизической обсерватории РАН (Карачаево-Черкесия), Астрокосмического центра ФИАН им. П. Лебедева (Москва) и Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород), были изучены площадки горы Маяк около села Гуниб Гунибского района, горы Шалбуздаг около села Мискинджа Докузпаринского района и в селе Чираг Агульского района.
«Целью этих экспедиций является натуральное изучение микроволнового астроклимата в наиболее перспективных условиях для закрытия инструментов субтерагерцового облучения точек горного Дагестана. В течение 8 лет учёными велись исследования микроволнового астроклимата в западной части Кавказа – в Карачаево-Черкесии и Кабардино-Балкарии, совершена экспедиция на вершину Эльбруса. Результаты исследований показывают, что геофизические и атмосферные условия для установки телескопа у нас лучше», - говорит руководитель экспедиции Акай Муртазаев.
Отмечено, что исследования проводятся в рамках крупного международного проекта и курируются Российской академией наук. В этой связи стоит напомнить о подписанном накануне на полях XXV Международного экономического форума в Санкт-Петербурге рамочном Соглашении о сотрудничестве между Дагестаном и Российской академией наук. Муртазаев уверен, что документ позволит более активно привлекать к реализации проекта республиканские министерства и ведомства, а также инвестиции в развитие научного потенциала Дагестана.
Автор: Венера Гамзатова
| 17.06.22 | 17.06.2022 Атомная Энергия 2.0. Ученые ФИАН,Тайваня, Италии и Германии изучили потенциал позолоченных наноалмазов для «высветления» и лечения раковых опухолей |
Ученые создали новый тип наночастиц из наноразмерных алмазов, покрытых золотом, и в экспериментах на рыбах и раковых клетках убедились, что они позволяют детальнее, чем обычные флуоресцентные маркеры на основе антител или нуклеиновых кислот, видеть структуру тканей в живых организмах. В перспективе алмазно-золотые наночастицы помогут в ранней диагностике рака, доставлять лекарства точно в нужную точку и “выжигать” опухоли с помощью фототермической терапии. Результаты исследования, которое провели ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) их коллеги из Тайваня, Италии и Германии, опубликованы в журнале Scientific Reports.
Биологи и медики в последние десятилетия активно исследуют возможности применения разных типов наночастиц для диагностики и лечения. Они, например, позволяют визуализировать органы и ткани в живых организмах: наночастицы накапливаются в опухоли и в исследуемом органе, и с помощью рентгена или магнитного резонанса можно точно определить их трехмерную структуру с точностью до отдельных клеток. При этом те же наночастицы могут использоваться и для лечения - для адресной доставки лекарств или для фототермальной или фотодинамической терапии, когда воздействие электромагнитного излучения на наночастицы позволяет уничтожить опухоль, где они скопились.
Наночастицы с разными структурами поверхности, разным составом демонстрируют разные свойства, которые не всегда можно предсказать исходя из свойств компонентов. Елена Переведенцева из ФИАНа и ее коллеги исследовали новую разновидность гибридных наночастиц, состоящих из наноалмазов с кремниевыми вакансиями, покрытых слоем золота.
«Мы исследовали эти частицы, чтобы понять, как их можно использовать в качестве инструментов для тераностики – новой области нанобиотехнологий, сочетающей методы диагностики и терапии. А поскольку они гибридные, там может быть два направления. Одно ― это смотреть собственно свойства, которые возникают за счет сочетания в наномасштабе двух материалов. Второе ― поскольку эти два материала имеют разные оптические свойства, можно посмотреть могут ли они быть использованы как частицы для получения изображений с помощью разных методов, то есть для биовизуализации», ― объясняет Елена Переведенцева, старший научный сотрудник Лаборатории физики неравновесных явлений в неоднородных системах.
SEM- и TEM-изображения наноалмазов без золота и покрытых золотом
Биовизуализация позволяет без хирургии и в реальном времени отследить процессы в живом организме, получить информацию о трехмерной структуре наблюдаемого образца.
Для этого используется рассеяние света, флуоресценция, ультразвук, рентген, магнитный резонанс, потоки электронов и позитронов. Для визуализации необходимо, чтобы в организме были вещества, “заметные” для метода. Например, чтобы получить рентгеновский снимок желудка, пациенту дают контрастное вещество на основе бария. Для тех же целей используют флуоресцентные метки - флуорохромы, флуоресцентные белки и разные типы других меток, в том числе наночастицы.
В последние годы для этого широко используются наночастицы золота. Сегодня производят такие наночастицы самых разных форм и размеров. Они могут быть конъюгированы с лекарственными средствами и другими молекулами для лечения, целевой доставки и флуоресценции.
Наноалмазы также считаются потенциально перспективным материалом. Оптические и спектроскопические свойства алмазов позволяют использовать их в качестве агента для различных методов получения биоизображений, основанных на флуоресценции и комбинационном рассеянии.
Основным источником флуоресценции являются дефекты в кристаллической решетке алмазов, так называемые центры окраски или вакансии, которые образуются вокруг атомов азота или кремния, встроенных в алмаз. Ранее ученые выяснили, что соединение наноалмазов с металлом усиливает их флуоресцентные и фотоакустические свойства.
Флуоресценция наночастиц: a) при спектроскопии комбинационного рассеяния света, b) при возбуждении инфракрасным светом с длиной волны 488 нм, c) при возбуждении инфракрасным светом с длиной волны 800 нм
«Наноалмазное ядро исследуемой core-shell частицы обладает собственной люминесценцией. Тем более, что туда были привнесены дефекты в виде вакансий кремния, которые дают люминесценцию с довольно узким пиком в ближней инфракрасной области спектра. У наноалмаза, который мы использовали, ярко выраженный спектр комбинационного рассеяния, которое мы тоже попробовали использовать в качестве маркера. В золотых наноструктурах также наблюдается люминесценция при двухфотонном возбуждении. Мы детектировали не интенсивность люминесценции, мы смотрели ее время жизни, которое сильно отличается от времени жизни автофлуоресценции исследуемого биологического объекта, что позволяет детектировать такие частицы при их взаимодействии с исследуемым биообъектом», ― говорит Елена Переведенцева.
Она и ее коллеги синтезировали частицы размером около 100 нанометров на основе обогащенного кремнием наноалмазного ядра, покрытого золотой оболочкой, и охарактеризовали функциональные возможности этих наноструктур для применения в биовизуализации. В ходе исследования ученые вводили наночастицы в раковые клетки и в мальков рыб данио рерио. Затем получали рентгеновские изображения высокого разрешения. Для получения микроскопических изображений, используя частицы как флюоресцентные метки, образцы облучали лазером в ближнем инфракрасном диапазоне, возбуждая однофотонную люминесценцию наноалмаза, а также измеряли время жизни флюоресценции золота при двухфотонном возбуждении. Ученые обнаружили, что гибридные наночастицы хорошо видны с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, однофотонной и двухфотонной флуоресценции. Это делает их хорошим визуализирующим агентом, в частности, для микроскопии высокого разрешения биосистем.
«Это дает возможность получать изображения разными способами. Мы можем получать изображения с помощью однофотонной люминесценции, возбуждая кремниевые дефекты наноалмаза. Мы можем получать изображение, также детектируя его комбинационное рассеяние, потому что у алмазной решетки есть подходящая интенсивная узкая линия комбинационного рассеяния. И мы можем смотреть двухфотонную люминесценцию, потому что у нанозолота она наблюдается. Благодаря этому мы можем получать изображения с помощью картирования времени жизни люминесценции. Также полученные частицы оказались достаточно контрастны при рентгеноскопии высокого разрешения. То есть мы демонстрируем четыре разных метода получения изображений, и каждый из них может дать какую-то свою информацию», ― говорит Елена Переведенцева.
Флуоресценция наночастиц в раковой клетке при спектроскопии комбинационного рассеяния света
Новые наночастицы на основе алмазов и золота могут использоваться не только для получения изображений биологических структур, но для точечной доставки лекарств, измерения температуры - даже в отдельной клетке. Золотая оболочка частиц позволяет использовать их для фототермотерапии или фотодинамической терапии. Такие частицы можно подсветить инфракрасным излучением, их температура резко повыситься и разрушит клетки, в которых они находятся — например, раковые клетки.
Источник: ФИАН
https://www.atomic-energy.ru/news/2022/06/17/125596
| 17.06.22 | 17.06.2022 ТАСС. В ФИАН создали алмазные наночастицы для подсветки опухолей |
Разработка позволит получить полные сведения о новообразовании и работе органов.
Физики создали новый тип наночастиц на базе наноразмерных алмазов, которые можно использовать для изучения структуры раковых опухолей и их уничтожения при помощи лазерного излучения. Об этом в пятницу сообщила пресс-служба Физического института РАН (ФИАН).
"Новые наночастицы на основе алмазов и золота могут использоваться не только для получения изображений биологических структур, но для точечной доставки лекарств, измерения температуры - даже в отдельной клетке. Золотая оболочка частиц позволяет использовать их для фототермотерапии или фотодинамической терапии", - говорится в сообщении.
За последнее десятилетие ученые создали несколько принципиально новых методов диагностики и лечения рака, основанных на базе различных органических или неорганических наночастиц. В некоторых случаях эти структуры принимают непосредственное участие в уничтожении опухоли или ликвидации источника болезни, выступая в качестве своеобразной "мишени", на которую наводятся или иммунные клетки, или излучение лазера.
Группа российских и зарубежных физиков под руководством Чэна Чиаляна, профессора Национального университета Донхуа в Хуаляне (Китай), разработала новый тип наночастиц на базе наноалмазов, которые можно применять для диагностики рака и наблюдений за работой внутренних органов тела при помощи сразу нескольких систем биовизуализации и микроскопии.
Многофункциональные наночастицы
Эти наночастицы - полые сферические структуры, в алмазных стенках которых присутствуют вкрапления из одиночных атомов кремния. Поверхность этих алмазных сфер покрыта слоем золота. Он позволяет использовать наночастицы не только для "подсветки" опухолей, но и их уничтожения при помощи лазерного излучения, которое заставляет наноалмазы "выжигать" окружающие клетки.
Как отмечает Елена Переведенцева, старший научный сотрудник ФИАН, структура разработанных учеными наночастиц позволяет локализовать их положение внутри организма и использовать их для диагностики опухолей и изучения здоровых тканей при помощи четырех разных методик биовизуализации. В перспективе, это позволит получать наиболее полные и интересные сведения о новообразовании и работе органов.
Работу этих наночастиц ученые проверили на культурах раковых клеток, а также на мальках рыбок вида Danio rerio. Последующие опыты подтвердили, что наночастицы были четко видны в изучаемых биообразцах при помощи всех четырех методик наблюдения, что позволяет использовать их в широком спектре медицинских исследований и научных опытов.
В дополнение к этому, эти частицы можно использовать для адресной доставки лекарств, а также для точечных замеров температуры в отдельных регионах живых клеток. Это позволит раскрыть многие неизвестные детали их метаболизма, подытожили исследователи.
| 15.06.22 | 15.06.2022 Indicator. Получены новые люминофоры для светодиодных источников теплого белого света |
Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Физического института им. П.Н. Лебедева РАН получили новые керамические люминофоры, перспективные для практического применения в светодиодных источниках теплого белого света. Результаты работы опубликованы в Journal of Luminescence.
В настоящее время светодиодные источники белого света не имеют альтернатив для использования в бытовом освещении, поскольку превосходят по большинству характеристик другие типы источников - лампы накаливания и люминесцентные лампы. Современные источники белого света используют комбинацию синего светодиода и желтого люминофора – пигмента, поглощающего часть световой энергии светодиода и затем испускающего желтый свет. Однако такие источники обычно дают голубоватый, т.е. «холодный» белый свет. Для получения «теплого» белого света, комфортного для человеческого глаза, необходимо добавление красного люминофора, люминесцирующего в спектральной области 610–660 нм. Наиболее перспективными материалами для подобных люминофоров считаются соединения, содержащие ионы марганца. Коллектив авторов из ИОНХ РАН, ФИАН и ИОФ РАН впервые разработал новые красные люминофоры на основе многокомпонентных оксидных, оксифторидных и фторидных матриц, содержащих оптически активные ионы марганца, для использования в светодиодных лампах, излучающих теплый белый свет.
Исследование прокомментировала соавтор статьи, руководитель проекта РНФ, заведующая Лабораторией высокочистых веществ ИОНХ РАН, доктор химических наук М.Н. Бреховских:
«Нами были исследованы люминесцентные свойства керамических люминофоров оксидных и оксифторидных матриц, активированных ионами марганца, в основном с кристаллической структурой шпинели. Все синтезированные люминофоры демонстрируют яркую красную люминесценцию, что подтверждает успешное введение ионов марганца во все синтезированные люминофоры. При этом люминесцентные свойства материалов можно дополнительно варьировать за счет изменения условий синтеза. На основе матрицы оксидов магния и алюминия были получены люминофоры, обладающие одновременно зеленой и красной полосами люминесценции. При этом соотношение их интенсивностей также можно регулировать. Такой люминофор в сочетании с синим светодиодом может использоваться для создания светодиодных источников белого света по канонической трехцветной (RGB) схеме.
При изучении стекол на основе фторидов тяжелых металлов получена достаточно яркая люминесценция ионов марганца в красной области спектра, близкой к оптимальной для красного люминофора, предназначенного для использования в светодиодных лампах теплого белого света. Кроме того, активированные ионами марганца стекла с люминесценцией в широкой спектральной области (от зеленой до красной) можно рассматривать как универсальные люминофоры, являющиеся альтернативой комбинации желтого и красного люминофоров в конструкции светодиодных ламп теплого белого света. Данные люминофоры демонстрируют также хорошую температурную стабильность люминесценции».
Работа поддержана грантом Российского научного фонда (грант 18-13-00407П).
Автор: Indicator.Ru
| 15.06.22 | 15.06.2022 Вечерняя Москва. Надо беречь чудаков |
Научный сотрудник ФИАН Илья Семериков позирует на фоне своего «детища» — универсального четырехкубитного квантового компьютера / Фото: Наталья Феоктистова / Вечерняя Москва
Мы продолжаем нашу рубрику «Простые вопросы», в которой спрашиваем профессионалов о том, чего точно не знаем сами. Что появилось раньше: идея или материя? Для чего нужен адронный коллайдер и почему все точки зрения могут существовать одновременно? Ответы на все эти вопросы знает один из самых перспективных молодых ученых России, разработчик квантового компьютера Илья Семериков.
Квантовый компьютер Ильи Семерикова занимает в одной из лабораторий ФИАН почти полкомнаты. Есть какая-то ирония в том, что устройству, работающему с самыми маленькими частицами, необходим такой громадный корпус. При этом «сердце» агрегата, — квантовые ловушки, в которых кодируются ионы, — небольшие. Остальной «скелет» нужен для обслуживания этих ловушек. Пока компьютер напоминает часы из «Ералаша», к которым прилагались два чемодана с батарейками. К слову, снималась эта серия в 1991 году — за год до рождения Ильи. Молодому ученому всего 30 лет! На днях он вошел в список Forbes «30 до 30» за большие заслуги перед отраслью и страной. Мы обсудили с Ильей квантовые кубиты, карьерные кульбиты и прочие метафоры нашей жизни.
— Илья, для чего нужен квантовый компьютер?
— На сегодняшний день квантовый компьютер гораздо хуже обычного. Современный квантовый компьютер не умеет делать почти ничего полезного. Пока эта разработка относится не к практической, а к научной области. Но потенциально квантовый компьютер может решать некоторые задачи, не подвластные обычному компьютеру. Например, факторизация — разложение числа на простые множители. Так, 525 раскладывается на 5*5*3*7. Задача факторизации — приведение объекта к «основным строительным блокам». На классическом компьютере разложить на множители достаточно большое число фактически невозможно — потребуется очень долго считать. За время таких расчетов потухнет Солнце. А квантовый компьютер сможет такие вычисления провести за несколько минут. Но чтобы такие задачи решать, нам нужно не два кубита (кубит — наименьшая единица информации в квантовом компьютере, по аналогии с битом. — «ВМ») и даже не десять, а сотни, а лучше тысячи кубит.
Квантовые компьютеры во всем мире сегодня работают по факту с единицами. Для того чтобы от десятков кубит перейти к тысячам, нужны новые физические решения, фундаментальная наука, исследования. При этом важно не только число кубит, но и их качество, так как все операции над кубитами должны быть очень точными, чтобы получать правильные результаты.
— Считается, что разработка квантовых компьютеров приблизит появление суперискусственного интеллекта. Когда нам ждать умных роботов?
— Есть исследования, согласно которым квантовые компьютеры могут превосходить классические в области искусственного интеллекта. Но чтобы они были полезными, нужно не десять кубит, а хотя бы сто. Здесь требования пониже, чем к разложению чисел на множители, но все равно это очень много. Я не сторонник идеи, что результаты будут скоро. Завтра ничего не произойдет, если, конечно, кто-то из-под полы не достанет прорывную идею.
Я так пессимистичен потому, что стою ежедневно за этими ручками, собираю болтики и винтики и понимаю всю сложность, кропотливость экспериментов в области квантовых вычислений. По оптимистической оценке, чтобы сделать что-то действительно полезное для прикладных задач, надо еще десять лет. Один шаг в экспериментах по квантовому компьютингу, если все делать быстро без ограничений финансов и сотрудников, занимает от трех до пяти лет. Кроме того, нужны новые идеи. И предсказать скорость генерации новых идей не может никто.
Это момент творчества. Чем больше людей занимается одной идеей, тем больше вероятность, что кто-то догадается, как и что нужно сделать. Да, у нас есть свои идеи для исследований. Но от трех до пяти лет обычно проходит от идеи до ее реализации. В ведущих лабораториях мира это происходит быстрее — у них попроще с оборудованием и кадрами, но тем не менее это не шаги в масштабах недели.
— Санкции влияют на разработки в области квантовых компьютеров?
— Сильно влияют. Больше 90 процентов оборудования поставлялось к нам из Германии, США и Японии. Эти страны ввели санкции. Я с большим скептицизмом отношусь к идее импортозамещения в области высоких технологий. К примеру, нам нужны точные лазеры для квантового компьютера. Заказать теперь не сможем. Где их взять? Да, мы можем заняться разработками этих лазеров, но кто тогда будет заниматься квантовым компьютером? Количество кадров в любой отрасли ограничено.
Для того чтобы воспитать нового сотрудника в таких наукоемких областях, потребуется от трех до пяти лет. И это сильно осложняет жизнь. Да, еще до последних массированных санкций мы закупили новый комплект оборудования, с которым можем свои идеи доделать. Но этих резервов нам хватит на год–два. Невозможно построить суверенную науку. Для примера, над обычным смартфоном трудятся люди из десятков стран. В Конго добывают кобальт, который едет в Китай. Там его чистят, потом этот кобальт используется в литиевых батареях, которые стоят в телефоне. Чипы изготавливают на Тайване, а машины для литографии — в Голландии, оптика для них — в США. Все страны вплетены в большую международную кооперацию. Ни одна страна не может все делать сама.
Фото: Pexels
— Для чего нужен адронный коллайдер?
— В коллайдере исследуют мелкие структуры. Так, существует обратная зависимость энергии и масштабов расстояния: чем с большей энергией летит частица, тем в более маленькие кусочки материи можно заглянуть.
Надо понимать, что развитие человечества — это не только технологии и вещи, которые приносят пользу. Когда Кеплер в XVII веке изучал движение планет и звезд, он не задумывался, как это будет использоваться потом. Но после него пришел Ньютон, который обобщил знания и сформулировал свои законы. На основе этих законов работает большая часть механических устройств. Но это не значит, что все знания человечества конвертируются в технологию. Некоторые вещи существуют просто для понимания того, как устроен мир.
Адронный коллайдер — важная вещь, которую нужно двигать вперед. Зачем? Потому что мы люди. А люди отличаются от животных любознательностью. Мы можем генерировать абстрактное знание. Польза от коллайдера такая же, как от музыки. Это искусство, позволяющее увидеть красоту мира. Хотелось бы, чтобы это было шире распространено, чтобы люди могли наблюдать за этой красотой. Я думаю, что нужно искать какие-то формы донесения этой информации до большого количества людей.
— А есть ли матрица, как в фильмах Вачовски?
— Мне кажется, что матрицы в таком виде, как в фильме, нет, но есть гораздо более интересная структура. Жизнь увлекательнее любого фильма. Мы внутри себя создаем свою матрицу, в которой живем. Есть такое понятие, как эхо-камера*. Мы черпаем информацию из тех источников, которые для нас близки. А те вещи, которые для нас далеки, стараемся игнорировать. Мы выбираем такой мир, в котором нам комфортно. Он похож на ленту соцсети, настроенную под нас. Мы выстраиваем свой информационный пузырь, который часто не совпадает с тем, что реально происходит. Как я воспринимаю матрицу?
Да, есть объективная реальность, но мы живем внутри своей комфортной картины мира и не смотрим по сторонам. Выходит, мы живем в матрице, но выбираться из нее не хотим. И когда разные миры сталкиваются, происходят порой чудовищные вещи. Когда люди из одной эхо-камеры начинают общаться с людьми из другой эхокамеры, то кажется, что и те и другие глухие и слепые.
— Откуда взялась ошибка 404?
— Я не знаю, видимо, была какая-то нумерация этих ошибок. Можно открыть «Википедию» и ознакомиться. Это, кстати, вещь, которую я рекомендую всем. Нужно искать ответы на вопросы в источниках, да и себе эти вопросы почаще задавать. Ученый отличается от не ученого тем, что задает себе вопросы. Бывает, что люди вкладывают что-то свое в такие вещи, например, в какую-то шутку, но здесь, мне кажется, никакого подтекста нет.
— Что первично: идея или материя?
— Мне кажется, что эти вещи неразрывные. Что такое идея или мысль? Когда мы думаем, то в мозгу происходят электрохимические реакции, текут токи. Ток создает слабенькое магнитное поле. Магнитное поле имеет энергию. Энергия имеет массу. Магнитное поле, создающееся при мышлении, имеет массу. А значит, оно уже является материей. Ведь что такое материя? То, что имеет массу. Мысль имеет массу на физическом уровне. Мысль материальна.
Другой пример. Что появилось сначала: атом или идея об атоме? Было во Вселенной время, когда атомов не было. А потом появился первый атом, и в тот же момент появилась идея об атоме. Все эти вещи неразрывные и их описание зависит от точки зрения. Ребята из лагерей идеалистов и материалистов существовали в своих эхо-камерах, а на самом деле этого разделения нет.
Фото: Pexels
— Один из популяризаторов науки сравнил наш мир со сверхпроводником, в котором мы все живем. Это правда?
— Метафоры об устройстве мира могут быть очень разными. Это тоже история про точку зрения. Про эту метафору я раньше не слышал. Наверное, есть люди, которые смотрят на наш мир так. С метафорами вообще нужно быть предельно аккуратными. Так, в физике для любой теории есть границы применимости. Например, если скорости, с которыми мы работаем, меньше скорости света, то тут применима классическая механика.
А если скорость приближается к скорости света, то нужна теория относительности. Для работы с большими объектами необходима классическая механика, а с маленькими — квантовая механика. У всего есть свои границы применимости, в том числе у метафор. И здесь, с одной стороны, нужно стараться не выходить за эту границу, а с другой — смотреть на задачу под разными углами.
Есть принцип «бритвы Оккамы» в философии, гласящий, что не нужно плодить сущности там, где их нет. Но если бы бритву Оккамы применяли без разбора, то большая часть физических теорий была бы обрезана. Ведь многие из них сначала выглядят бредом. Надо беречь еретиков, но не принимать их идеи как что-то, не подвергающееся сомнению. Есть люди, которые верят в плоскую Землю. Это не лишено смысла, ведь во многих бытовых ситуациях Земля действительно кажется плоской. Но если посмотреть на этот вопрос не со стороны человека, который ходит по лесу, а подключить спутниковую навигацию, то увидим несостоятельность этой идеи.
Нужно аккуратно относиться к человеческой мысли — с одной стороны с нежностью, а с другой — с критикой. Если кто-то утверждает, что Земля плоская — не нужно сразу заявлять ему, что он идиот. Надо попробовать разобраться — что человек имеет в виду.
— Часто ли нашим ученым-физикам предлагают переехать за рубеж?
— Вопрос в том, что такое «предлагают». Никто не придет к тебе и не скажет: «приходи к нам работать». Скорее, наоборот: надо себя предложить, а уже после этого начинается дискуссия. Это вопрос эстетического восприятия: чего мы хотим от жизни. Люди и раньше уезжали в Америку не потому, что им хотелось оказаться на другом конце света. Они уезжали на конкретные позиции, имеющие перспективы для них. Лично для меня важно иметь возможность делать то, что мне интересно. Квантовые компьютеры для меня интересны. Если у меня будет возможность здесь заниматься ими, то я с радостью продолжу это делать, а если нет — буду думать, что делать дальше.
Может, что-то окажется интереснее. Сейчас я стал задумываться над вопросами образования. К примеру, как построить такое образование, чтобы люди могли заниматься тем, чем интересно, и понимать, что им интересно. Для меня создать такую систему образования — вещь не менее интересная, чем квантовые компьютеры.
* Эхо-камера — понятие в теории СМИ, представляющее собой ситуацию, в которой определенные идеи усиливаются или подкрепляются путем передачи сообщения или его повторением внутри закрытой системы: партии или круга единомышленников. При этом подобные сообщения заглушают другие аналогичные информационные потоки. Так, любые высказывания приводят не к дискуссиям, а к поддакиванию и поддержке единомышленников. Адресаты, находящиеся в такой «закрытой» системе, создают сообщения, слушают себя и соглашаются сами с собой. В эту закрытую систему не попадает никакая альтернативная информация
ДОСЬЕ
Илья Семериков — высококвалифицированный научный сотрудник Лаборатории «Оптика сложных квантовых систем» Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. Он окончил кафедру проблем физики и астрофизики МФТИ в 2015 году. Поступил в аспирантуру ФИАН. В 2015 году Илья Семериков присоединился к группе Колачевского «Прецизионные квантовые измерения» в Российском квантовом центре.
Все проекты Семерикова в Российском квантовом центре связаны с ультрахолодными ионами, На основании этих исследований ученые разработали универсальный ионный квантовый компьютер. Семериков стал его ведущим разработчиком в 2020 году, и уже в 2021 году группа ученых продемонстрировала первый в России универсальный четырехкубитный ионный квантовый компьютер с использованием куквартов.
СПРАВКА
Квантовый ĸомпьютер — это вычислительное устройство, использующее для решения задач ĸвантовые явления: ĸвантовую суперпозицию и ĸвантовую запутанность. Технологии, созданные на основе ĸвантовых вычислений, могут многоĸратно превосходить ĸлассичесĸие ĸомпьютеры при решении целого ряда задач, например, из области ĸриптоанализа и моделирования сложных систем.
В 2020 году в России была разработана и принята дорожная ĸарта развития сĸвозной цифровой технологии «ĸвантовые вычисления». Одним из ĸлючевых вопросов при разработĸе ĸвантовых компьютеров является выбор физичесĸой системы, с помощью ĸоторой будут реализованы ĸубиты — ĸвантовые аналоги ĸлассичесĸих битов информации.
Автор: Виктория Филатова
