Открыт новый необычный магнитный материал

Открыт новый необычный магнитный материал

Ученые разработали новый магнитный материал, который может полностью преобразить технологии магнитных дисков и энергетику. Материал, который пока даже не имеет названия, обладает способностью сильно менять свои магнитные свойства под воздействием даже небольших изменений температуры. «Никакой другой материал, известный нам, не способен на это. Это поразительный эффект. И мы можем подвергать этот материал обработке», – заявил Айван Шуллер, сотрудник Университета Калифорнии в Сан-Диего.

Он представил результаты своего открытия на заседании Американского физического общества в Денвере.

Этот биметаллический материал является сплавом двух тонких слоев никеля и окиси ванадия.

«Мы можем контролировать магнитные свойства этого сплава, подвергая его легкому нагреву в очень узком диапазоне температур, не прибегая к воздействию магнитного поля. И в принципе того же можно добиться, подводя к сплаву электрический заряд», – заявил профессор Шуллер.

«При низких температурах окись ванадия выступает в качестве изолятора. При высокой температуре это металл. А в промежутке она превращается в это необычное вещество», – говорит он.

Хотя пока еще слишком рано говорить о его практическом применении, профессор Шуллер считает, что наиболее очевидной областью является компьютерная память.

«Проблема с магнитной памятью заключается в ее обратимости – нам нужно, чтобы она была способна сохранять данные и в то же время записывать новые», – поясняет он.

«В настоящее время наиболее совершенные системы используют устройства нагрева, но это лазеры, которые производят огромное количество тепла. А в новом материале достаточно изменить температуру биметаллического слоя всего на 20 кельвинов, как вы получаете пятикратное изменение магнитопроницаемости», – сообщил профессор Шуллер на конференции.

Другая возможная сфера применения – в области энергопередачи. Профессор Шуллер предсказывает создание нового типа трансформатора, который способен справляться с внезапными скачками напряжения, которые происходят во время гроз или перегрузке сетей. Он указывает при этом, что открытия подобного типа часто приводят к появлению совершенно неожиданных технологий. В качестве примера он приводит открытие гигантского магнетосопротивления, которое привело к миниатюризации магнитных дисков в цифровых устройствах и удостоилось Нажать Нобелевской премии 2007 года.

«Без этого открытия тот компьютер, которым мы пользуемся повседневно, просто не смог бы работать», – сказал ученый на конференции.

«Я не утверждаю, что новый материал решит проблему мирового энергического кризиса, однако не сомневаюсь, что он сильно продвинет нас в этом направлении», – добавил он.

Отдел науки, Би-би-си, Джеймс Морган

Крейг Вентер всерьёз берётся за продолжительность жизни.

Генетики всерьёз берутся за продолжительность жизни

Пионер секвенирования человеческого генома Дж. Крэйг Вентер обеими ногами прыгнул в биомедицину. Летом заработает в полную силу его новая фирма Human Longevity Inc.: «диагностика и лечение методами геномики и клеточной терапии». Конечная цель — здоровое старение.

На специальной пресс-конференции основатель и генеральный директор Института Дж. Крейга Вентера, размещённого в Сан-Диего (Калифорния), объявил, что начальный капитал стартапа составляет $70 млн — и этого хватит на то, чтобы построить крупнейший в мире центр по секвенированию человеческого генома, который превзойдёт даже китайскую компанию BGI. Фирма планирует приобрести 20 новых секвенирующих машин компании Illumina за миллион долларов каждая. После выхода на полную мощность стартап снизит стоимость получения человеческого генома до $1 000. В 2007 году, напомнил г-н Вентер, на это ушли $100 млн и девять месяцев.

Слева направо: Питер Диамандис, Крейг Вентер и Роберт Харири (фото Brett Shipe).

Пока секвенирование генома ничего не даёт врачам и пациентам — за исключением того, что позволяет выявить генетический профиль опухоли, определяя тем самым прогноз и лечение. Г-н Вентер намерен собрать воедино «всё, что мы можем измерить» и сопоставить это с клиническими данными. Он надеется найти таким образом закономерности, которые позволят понять, какое лечение или превентивные меры будут самыми эффективными. «Геномика — только часть картины», — подчёркивает учёный. Но именно с неё и начнут: в первый год будет секвенировано 40 тыс. геномов, а через пять лет центр выйдет на полмиллиона в год.

Первой целью компании станет рак. Будут секвенированы опухоли всех пациентов онкологического центра Калифорнийского университета в Сан-Диего, а также ДНК здоровых образцов ткани (конечно, с согласия человека). Кроме того, специалисты составят каталог микроорганизмов, живущих в теле каждого пациента, и проанализируют кровь — примерно на 2 400 химических веществ. Информация о семи тысячах больных раком будет дополнена сведениями о детях, долгожителях, других здоровых людях — отчасти для того, чтобы найти варианты генов, которые защищают от болезни.

Полученные данные объединят с тем, что содержится в медицинских картах. По соглашению с университетом компания может работать с его архивами. Более того, она планирует лицензировать доступ другим фармацевтическим и биотехнологическим фирмам, а также научным организациям.

Если брак геномики с микробиомами и метаболомикой не принесёт ожидаемых результатов, г-н Вентер позовёт на помощь стволовые клетки. Human Longevity оценит генетические изменения в стволовых клетках, то, как они дифференцируются и стареют, — снова имея в виду обнаружение способов, которые отсрочат старение и начало болезни.

Некоторых беспокоит, что г-н Вентер берёт на себя так много. Коммерческое предприятие должно быть сфокусированным, считает Джордж Чёрч из Гарварда, сам не только геномик, но и основатель нескольких стартапов. Есть по крайней мере одна компания, которая занимается лишь микробиомами. Стволовые клетки тоже активно изучаются. Анализ геномов на рак осуществляется и онкологическими центрами, и частниками. Чтобы утвердиться на этом рынке, нужны огромные ресурсы и большая доля везения, подчёркивает г-н Чёрч, а выдержать конкуренцию сразу на нескольких фронтах будет ещё труднее.

«Собрать такое количество данных — та ещё задача, а их эффективная интеграция — нечто по ту сторону добра и зла, — согласен с коллегой биохимик Джереми Николсон из Имперского колледжа Лондона (Великобритания), возглавляющий там Международный феномный центр — один из самых высокопроизводительных в мире. — Это величайшее научное предприятие, но оно напоминает попытку измерить Эверест вслепую».

Нельзя не заметить, что г-н Вентер славится умением мыслить масштабно и находить ресурсы для выполнения своих планов. В то же время его набеги в частный сектор успешными не назовёшь. Будучи президентом и главным директором по науке компании Celera Genomics в Роквиле (Мэриленд), он руководил первым в мире проектом по секвенированию человеческого генома, но был вынужден оставить компанию, когда та резко поменяла свои приоритеты. Тогда он основал в Сан-Диего фирму Synthetic Genomics Inc., которая в 2009 году попала на первые страницы газет, потому что корпорация ExxonMobil заключила с ней контракт стоимостью $600 млн на разработку коммерческой версии биотоплива из водорослей. Но четыре года спустя условия сотрудничества были пересмотрены, и фирма обратилась к более фундаментальным исследованиям. В случае с Human Longevity г-ну Вентеру помогли: соучредителями компании стали предприниматель Роберт Харири, подвизающийся в сфере стволовых клеток, и основатель премии XPRIZE Питер Диамандис. Время покажет, какая продолжительность жизни будет у этой смелой авантюры.

Дмитрий Целиков
Подготовлено по материалам ScienceNOW.

Интервью с Крейгом Вентером Ноябрь 2013

"Творец". К трёхлетию создания синтетической жизни. Дайджест.

Вакцина по электронной почте.

Могут ли тёмные фотоны объяснить периодические земные вымирания?

Могут ли тёмные фотоны объяснить периодические земные вымирания?

Встречи с крупными небесными телами часто вызывают на Земле неприятные события, кои иной раз соотносятся с массовыми вымираниями видов. В последние годы накапливаются свидетельства того, что такие столкновения периодичны и происходят чаще, чем обычно. И периодичность этого «чаще» равна 35 млн лет...

...Чему причиной может быть только одно — периодическое усиление кометной и метеоритной бомбардировки Земли из-за повышенной активности облака Оорта.

Эти данные породили два вида интерпретаций. Первый, «гипотеза Немезиды», утверждает, что у Солнца есть до сих пор не обнаруженный компаньон — особо тусклая звезда (менее реально) или коричневый карлик (более реально). Однако ничего подобного пока так и не найдено, что не позволяет всерьёз обсуждать эту гипотезу в эпоху более или менее приличных наблюдательных средств.



Второе объяснение включает детали пути Солнца через галактический диск — уплощённую структуру, содержащую в себе почти всю обычную материю типичной спиральной галактики, которой и является Млечный Путь. Его плотность падает экспоненциально, и уже в трёхстах парсеках над и под диском почти ничего нет. Точнее, нет ничего обычного. Тёмная материя в диске не «сплющивается», так как не умеет излучать фотоны, а потому очень слабо охлаждается, оставаясь сфероидным облаком тёмного гало Галактики, плотность которого постепенно убывает вплоть до расстояний в 20 кпк от центра Млечного Пути.

Галактический диск обычной материи, по мысли авторов, может содержать в себе другой, ещё более тонкий диск из тёмной материи определённого рода, способной испускать тёмные аналоги фотонов. (Иллюстрация Wikimedia Commons.)

Предпринимались попытки показать, что движение Солнечной системы вверх-вниз в тонком диске может привести к нарушению спокойствия в облаке Оорта и соответствующим астероидно-метеоритным дождям. Но конкретные механизмы таких возмущений до сих пор не озвучивались.

И вот Лиза Рэндалл (Lisa Randall) и Мэттью Рис (Matthew Reece) из Гарвардского университета (США), взяв на вооружение тёмную материю (ТМ), предлагают механизм, который мог бы обеспечить периодическую нестабильность в облаке Оорта.

Хотя основная масса ТМ действительно находится в гало и не показывает охлаждения эмиссией фотонов и тенденции к образованию плоского диска, ТМ, судя по нынешним успехам в её поисках, может быть представлена целым рядом частиц, считают учёные. И их малая часть может испытывать взаимодействия, сходные с теми, что происходят с обычный материей. В этом случае «тёмные фотоны» (гипотеза о которых высказана давно) вполне могли бы стать средством рассеивании энергии ряда ТМ-частиц и быть причиной образования особо тонкого ТМ-диска — более тонкого, чем диск из обычной материи, поскольку основная часть ТМ в диск всё же не попадёт. Пока нельзя однозначно выяснить, существует он или нет, так как наблюдательные мощности (космический телескоп Gaia) позволят сделать это лишь через несколько лет.

Но если такой «особо тонкий» диск существует, он должен создавать мощные приливные силы, воздействующие на все планетные системы Галактики, включая нашу. Конкретнее говоря, из расчётов следует, что при плотности мини-диска тёмной материи в десять солнечных масс на квадратный парсек его приливное действие должно быть достаточным, чтобы колебания Солнечной системы вверх и вниз по диску обычной материи Млечного Пути приводили к «приливам» и «отливам» астероидно-метеоритной активности при пресечении нашей системой плоскости невидимого ТМ-диска.

По словам авторов работы, поиск кратеров диаметром более 20 км в существующих базах данных приводит к выводу, что периодичность их особо частого появления, равная 35 млн лет, совпадает с периодичностью пересечения Солнечной системой такого гипотетического тёмноматериального диска.

При движении вокруг центра Галактики Солнце периодически поднимается и опускается относительно плоскости Млечного Пути. (Иллюстрация Lisa Randall.)

У исследования есть две основные проблемы: вариант с всплеском крупных астероидных ударов раз в 35 млн лет лишь в несколько раз вероятнее варианта, когда такой периодичности нет. То есть со строго научной точки зрения это недостаточно убедительное объяснение происходящего. Вторая проблема: авторы рассматривали лишь последние 250 млн лет, так как кратеры ранних эпох часто трудно выявить. Это, по сути, время последнего галактического года для Солнечной системы, а ещё недостаточно представительный объём данных, чтобы делать на его основе вывод обо всей истории нашей системы.

С другой стороны, авторы правы, замечая, что наблюдения Gaia за скоростью и тенденциями в кинематике звёзд в галактическом диске должны помочь опровергнуть или доказать их теорию.

Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
Александр Березин
Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Квантовый компьютер D-Wave 2 обгоняет средний суперкомпьютер в 3600 раз

Квантовый компьютер D-Wave 2 обгоняет средний суперкомпьютер в 3600 раз

В настоящее время область квантовых вычислений считается будущим отрасли обработки данных. Квантовые вычислительные системы будущего будут обладать вычислительной мощностью в тысячи раз превосходящей мощность современных суперкомпьютеров, потребляя при этом на порядки меньшие количества электрической энергии. В настоящее время уже существуют первые рабочие квантовые компьютеры, развитие которых идет бурным темпом, а первый из них, D-Wave One, с момента его первого появления два года назад уже удвоил свою вычислительную мощность.

Напомним нашим читателям, что квантовые вычисления отличаются от классических вычислений уровнем их фундаментальной реализации. В традиционных компьютерах используются биты, способные оперировать двумя значениями, логической 1 и 0. Основой квантовых компьютеров являются квантовые биты, кубиты, которые благодаря эффектам квантовой механики могут находиться и в третьем состоянии, в состоянии квантовой суперпозиции, когда их значение равно 1 и 0 одновременно. Кроме того различия между обычными и квантовыми компьютерами касаются и методов организации вычислений. К примеру, традиционный компьютер решает задачи математической оптимизации последовательно, просчитывая один вариант за другим, а квантовый компьютер оценивает сразу весь массив решений, выбирая из него наиболее оптимальные варианты, что позволяет найти не только единственное наилучшее решение, но и десятки тысяч близких альтернативных вариантов решения задачи за короткое время.

Когда первый квантовый компьютер D-Wave One (DW1) впервые дебютировал в мае 2011 года, в его составе насчитывалось 128 квантовых бит, окруженных специализированными чипами и электрическими цепями, обеспечивающими функционирование квантового бита. При решении задач определенного рода при помощи технологии адиабатных квантовых вычислений этот компьютер во много раз превосходил самые мощные суперкомпьютеры. Однако, недавно выпущенный квантовый компьютер D-Wave Two (DW2), обладающий 512 квантовыми битами, заставляет его предшественника "нервно курить в сторонке".

Каждый кубит является крошечным микропроцессором, работающим с помощью эффектов сверхпроводимости и квантовой механики. Возможности квантовых вычислительных систем напрямую связаны с количеством связанных друг с другом кубитов. Если связать все 509 кубитов компьютера D-Wave Two, которые принимают непосредственное участие в вычислениях, друг с другом, то его производительность будет выше на 100 порядков, нежели производительность его предшественника. Однако, компоновка кубитов нового компьютера позволяет связать один кубит только с восемью соседними кубитами. Несмотря на это, компьютер DW2 приблизительно в 300 тысяч раз более мощен, нежели компьютер DW1.

При проведении тестов, в которых были задействованы 439 кубит для решения специализированных оптимизационных алгоритмов CPLEX, компьютер DW2 нашел 100 вариантов решений за половину секунды времени, что 3600 раз быстрее, чем необходимо суперкомпьютеру, который тратит на это приблизительно полчаса времени.

Для того, чтобы добиться полного использования квантовых эффектов, кубиты компьютера DW2 находятся в чрезвычайных условиях окружающей среды. Их температура составляет 0.02 градуса по шкале Кельвина, что в 150 раз холоднее, нежели температура в межзвездном космическом пространстве. Глубина вакуума, в котором находятся кубиты компьютера в 100 миллиардов раз ниже, нежели атмосферное давление при стандартных условиях. Благодаря использованию системы защиты, внешнее магнитное и электрическое воздействие на кубиты снижено в 50 тысяч раз. Примечательным является тот факт, что для создания сверхнизкой температуры и глубокого вакуума требуется всего 15.5 киловатт электрической энергии, а сам компьютер занимает только 10 квадратных метров площади, что совершенно несравнимо с тысячами киловатт и огромными пространствами, занимаемыми суперкомпьютерами и сопутствующей инфраструктурой.

Пока что компания Google, НАСА и Университетская Ассоциация космических исследований (Universities Space Research Association), которые "стоят в очереди" на приобретение квантового компьютера DW2, не разглашают суммы, в которую им обойдется его приобретение. Но согласно информации от информационного агентства BBC, ссылающегося на мнение из компетентных источников, эта сумма будет находиться в районе 15 миллионов долларов.

http://gizmodo.com/the-quantum-d-wave-2-is-3-600-times-faster-than-a-super-1532199369

Трибоэлектрическая революция?

Трибоэлектрическая революция?

Исследователи из Технологического института Джорджии заявили о создании эффективного и надежного устройства, которое может превратить в электричество энергию, которую человечество на протяжении сотен лет тратило впустую.

Речь идет о так называемом трибоэлектрическом генераторе: устройстве, которое вырабатывает электричество в результате трения между двумя поверхностями. С трибоэлектричеством знаком каждый, кто ходил в носках по синтетическому ковру.

До сих пор технологии сбора трибоэлектричества были слишком непредсказуемыми и ненадежными, поэтому большинство электрогенераторов основаны на принципе магнитной индукции. Но в новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, ученые и инженеры заявляют о том, что им удалось преодолеть ключевые препятствия на пути к технологии сбора трибоэлектричества. Это означает, что человечеству теперь доступны неиссякаемые источники энергии: движение волн, ходьба (тротуары, лестницы, коридоры), танцполы, дождь, ветер, компьютерные клавиши, городской транспорт и тысячи других мест и вещей.

Трибоэлектрогенератор имеет простую и надежную конструкцию

Прототип трибогенератора представляет собой тонкую шайбу диаметром 10 см. Внутри находятся две круглые пластины: одна отдает электроны, а другая принимает. Пластины разделены диэлектрической воздушной прослойкой, но предусмотрен и третий промежуточный диск с электродами, которые в результате вращения трибогенератора соединяют пластины и забирают электрический заряд. При максимальной скорости вращения 3000 оборотов в минуту устройство генерирует 1,5 Вт и имеет эффективность преобразования 24%, что в 3 раза выше, чем у пьезоэлектрических генераторов и сравнимо с эффективностью традиционных магнитно индукционных генераторов.

Трибоэлектрогенератор вырабатывает электричество, вращаясь на ветру

Единственным серьезным недостатком трибогенератора пока является использование золота для электродов, но разработчики сообщают, что золото можно заменить дешевыми синтетическими материалами. Новый генератор, вращаясь от ветра и других механических сил, способен вырабатывать «дармовую» электроэнергию, причем он может быть дешевле, чем генераторы с магнитами из редкоземельных металлов.