Эффективно излучающий свет кремниевый материал

11.04.2020

Ученые уже давно стремятся создать эффективные светоизлучающие устройства на основе кремния. Их использование могло бы значительно увеличить скорость вычислений на кремниевых чипах и сделать их быстрее, чем когда-либо. Добиться этого наконец удалось материаловедам из Технического университета Эйндховена, Мюнхенского технического университета и Йенского университета имени Фридриха Шиллера. Они смогли синтезировать материал на основе кремния, который способен излучать свет в широком диапазоне длин волн в зависимости от своего состава.

Исследователи использовали в качестве исходных реагентов кремний и германий. Оба элемента они объединили в гексагональную структуру и научились менять ее свойства путем варьирования состава. Заставить эти два элемента сформировать вместе гексагональную решетку нелегко. Для этого исследователи взяли за основу чистый гексагональный кремний, создав нанопроволоки из другого материала с гексагональной кристаллической структурой. Затем они вырастили кремниево-германиевую оболочку по этому шаблону.

Формирования такой структуры ученые добились еще в 2015 году. Но до сих пор они не могли заставить ее излучать свет. В новой работе авторам удалось повысить качество гексагональных кремнийгерманиевых оболочек за счет уменьшения количества примесей и дефектов их кристаллических решеток. При возбуждении такой нанопроволоки лазером исследователи смогли измерить эффективность нового материала. Оказалось, что эффективность поглощения и последующего испускания излучения у нового материала находится на очень высоком уровне. Теперь ученые планируют создать на его основе лазер и попробовать использовать новый материал в чипах.

Актуальность новой работы обусловлена все увеличивающимся массивом данных, которые человечеству приходится хранить и обрабатывать. Нынешние технологии, основанные на электронных чипах, достигают своего потолка. Ограничивающим фактором является тепло, которое выделяется из-за наличия у материалов сопротивления. Чтобы избежать этого, необходимо создать технологию, которая не выделяет тепло в окружающую среду. Перспективным кандидатом на эту роль может быть фотоника - вид технологий, которые используют свет для передачи информации и вычислений.

В отличие от электронов, у фотонов нет сопротивления. Они не имеют массы или заряда, поэтому будут меньше рассеиваться внутри материала, через который они проходят, и практически не создавать паразитного тепла. Кроме того, если заменить электроны фотонами в цепи передачи и обработки данных, можно увеличить скорость работы таких вычислительных механизмов в 1000 раз.

<< Назад: Бетон станет прочнее 12.04.2020

>> Вперед: Самая быстрая звезда в галактике 11.04.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Управление снами для решения важных задач 01.03.2026

Сны на протяжении веков привлекали внимание философов, психологов и ученых, вызывая вопросы о том, насколько они отражают нашу реальность и могут ли влиять на мышление. Новое исследование нейробиологов из Northwestern University показывает, что содержание человеческих сновидений можно частично направлять, а фаза быстрого сна (REM) играет ключевую роль в творческом мышлении и поиске нестандартных решений. В эксперименте ученые использовали метод целенаправленной реактивации памяти (TMR). Пока участники спали, им подавали звуки, ассоциированные с головоломками, предложенными им ранее. Сигналы включались только после подтверждения мозговой активности, указывающей на фазу быстрого сна. В результате 75% испытуемых сообщили о появлении во сне образов или идей, связанных с нерешенными задачами. При этом головоломки, "проникшие" в сновидения, решались значительно чаще: 42% против 17% у задач, которые не фигурировали во сне. Исследователи подчеркивают, что это не прямое доказательство тог ...>>

Новый томат с повышенным содержанием витамина A 28.02.2026

Проблема дефицита витамина A остается одной из глобальных задач здравоохранения, особенно в регионах с ограниченным доступом к разнообразной пище. Недавние достижения биотехнологий позволяют создавать продукты, способные существенно улучшить питание населения, и одним из таких примеров стал новый томат, обогащенный витамином A. Исследователи из Университета Флориды разработали сорта томатов с повышенным содержанием бета-каротина - вещества, которое организм преобразует в витамин A. Работа была выполнена Джингвеем Фу, Дениз Тиеман и Баллой Ратиноспати в Институте пищевых и аграрных наук UF/IFAS. Созданные помидоры отличаются существенно более высоким уровнем бета-каротина по сравнению с обычными сортами, а также с продуктами, традиционно богатыми этим соединением, такими как сладкий картофель и капуста. По словам профессора Ратинасабапати, регулярное употребление всего 50-100 граммов этих обогащенных томатов может покрыть суточную потребность человека в витамине A, что делает их п ...>>

Случайная новость из Архива Сердцу вредит низкая гравитация в космосе 24.09.2024 Космическое пространство - это суровая среда, которая оказывает влияние на человеческий организм, особенно на сердечно-сосудистую систему. Условия низкой гравитации, в которых астронавты находятся в течение длительного времени, могут привести к серьезным последствиям для сердца. Недавнее исследование ученых Университета Джона Хопкинса пролило свет на то, как невесомость может ослабить ткани сердца, нарушить их нормальные функции и вызвать изменения, характерные для сердечной недостаточности. Влияние космоса на организм стало объектом пристального внимания, поскольку длительные космические миссии, такие как полеты на Марс, требуют глубокого понимания рисков для здоровья. Для эксперимента исследователи отправили 48 образцов биоинженерных тканей человеческого сердца на Международную космическую станцию (МКС), где они находились в течение 30 дней. Эти ткани представляли собой кардиомиоциты - клетки сердечной мышцы, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека (iPSC). Процесс создания таких клеток был разработан Джонатаном Цуем, который позже продолжил изучать влияние космоса на ткани сердца под руководством профессора Кима. Исследование выявило значительные изменения в сердечных тканях, побывавших в космосе. Ткани ослабли, а их сокращения стали менее ритмичными по сравнению с контрольными образцами, которые находились на Земле. Ученые отметили, что ткани "плохо чувствовали себя в космосе": сила их сокращений сократилась почти в два раза. Также в них появились признаки окислительного стресса и повреждения митохондрий - структур клеток, ответственных за выработку энергии. Эти изменения могут быть связаны с теми же процессами, которые наблюдаются у астронавтов, возвращающихся на Землю после длительных миссий, включая аритмии и снижение функции сердечной мышцы. Для сбора данных о работе тканей на МКС использовался специально разработанный миниатюрный "тканевой чип", который имитировал среду сердца взрослого человека. Камеры с образцами тканей были доставлены на борт миссии SpaceX CRS-20 в марте 2020 года. В течение 30 дней каждые полчаса собирались данные о силе сокращений тканей и ритме их биения. Аналогичные образцы оставались на Земле для контроля, что позволило исследователям точно сравнить результаты. После возвращения тканей с МКС выяснилось, что сердечные клетки в условиях невесомости не только теряли силу, но и развивали аритмии - нерегулярные паттерны биения, которые могут стать причиной сердечной недостаточности. Время между ударами сердца в этих образцах увеличилось почти в пять раз по сравнению с нормой. Однако, по мере возвращения на Землю, ритм биения постепенно нормализовался, что указывает на возможность восстановления функций сердца после возвращения из космоса. Биохимические исследования также показали, что в космических условиях сердечные ткани продемонстрировали повышенную активность генов, связанных с воспалением и повреждением клеток. Кроме того, саркомеры - белковые структуры, обеспечивающие сокращение сердечной мышцы, - стали короче и менее организованными, что является еще одним признаком сердечных заболеваний. Эти наблюдения имеют важное значение для понимания того, как космос влияет на здоровье астронавтов и как можно предотвратить негативные последствия. Чтобы углубить исследование, команда профессора Кима в 2023 году отправила на МКС вторую партию биоинженерных сердечных тканей. В этот раз они намерены протестировать препараты, которые могут защитить клетки от вредного воздействия невесомости. Эти усилия помогут разработать методы профилактики и лечения сердечных заболеваний, как для астронавтов в космосе, так и для людей на Земле. Выводы этого исследования подчеркивают важность продолжения изучения влияния космоса на здоровье человека. Помимо низкой гравитации, значительное внимание должно быть уделено воздействию космической радиации, особенно для миссий за пределами магнитного поля Земли. Это исследование может привести к прорывам в поддержании здоровья астронавтов во время длительных полетов и к новым подходам в борьбе с возрастными сердечными заболеваниями у земных жителей.исследования, чтобы понять влияние космической радиации на сердечно-сосудистое здоровье астронавтов во время длительных миссий вне этой защитной зоны.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026