Журнал «Компьютерра» № 42 от 14 ноября 2006 года

Как будет реагировать человечество на столь неблагоприятные прогнозы? Поживем — увидим. К сожалению, самым вероятным сценарием представляется тот, что назван «парадоксом общинных земель». Суть его вот в чем. В старой овцеводческой Англии земли делились на частные (где пасти скот мог только их хозяин) и общинные (которые мог использовать любой животновод). Пока на общинной земле оставалась трава, всякий хозяин предпочитал пасти своих овец на бесхозной территории. Как вы думаете, что делал средний англичанин, увидев, что из-за этого общинная земля хиреет? Правильно, выгонял на нее весь свой скот, чтоб его живность урвала хоть толику исчезающей ничейной травы. Через какое-то время находившиеся в общем пользовании пастбища превращались в пустырь.

С другой стороны, что нам примеры из английской жизни? Россияне хорошо помнят о печальном опыте хозяйствования в колхозах — им и так все должно быть понятно. Увы, планета до сих пор находится в коммунальной собственности. Интересно, чем же это закончится? ДШ

Лазер на контроле

Принципиально новый способ управления химическими реакциями с помощью лазера предложили химики из Стесиевского института молекулярных наук Национального исследовательского совета Канады. Мощный короткий импульс лазера действует подобно катализатору, временно изменяя энергию взаимодействия атомов вещества.

Химики давно и успешно используют свет, в том числе и лазерный, для получения нужных химических веществ. Однако в фотохимии фотоны вместе с веществом выступают как полноправные участники химической реакции. Как правило, фотоны с подходящей энергией поглощаются, заставляя электроны переходить на другой энергетический уровень или возбуждая нужные колебания и вращения в сложных молекулах. А уже возбужденному веществу легче прореагировать.

Катализаторы действуют иначе. Эти специально подобранные вещества не расходуются в процессе реакции, а сдвигают своим электрическим полем энергетические уровни в молекулах. Это заставляет химическую реакцию идти в нужном направлении, помогая ей преодолеть потенциальный барьер. Но обычно катализаторы очень дороги, и их крайне сложно подобрать и использовать.

В новом методе вместо катализатора используют мощный короткий импульс инфракрасного света. Его сильное электрическое поле тоже способно сдвинуть энергетические уровни в молекуле без поглощения фотонов. Причем меняя длительность импульса можно тонко управлять реакцией и получать нужные соединения.

Физический эффект расщепления и сдвига энергетических уровней в электрическом поле носит имя Штарка, и авторы назвали новую технологию динамическим управлением Штарка (Dynamic Stark control). Метод слабо зависит от длины волны лазера и применим к любым поляризуемым молекулам, что обещает очень широкий спектр приложений. В качестве первого применения нового метода ученые развалили молекулу бромида йода IBr на атомы брома и йода, воздействовав на нее импульсом инфракрасного света длительностью 150 фемтосекунд.

Авторы считают, что помимо химии их разработка найдет массу приложений в информационных технологиях. Таким способом можно управлять молекулярными логическими переключателями и ячейками памяти. Метод подойдет для тонкого управления многими квантовыми процессами, давая в руки ученым новый мощный инструмент изменения микромира. ГА

Мертвый слой

Старую загадку, почти полвека не поддающуюся ученым, недавно удалось разгадать специалистам из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Компьютерные расчеты из «первых принципов» позволили установить причину катастрофического падения емкости наноконденсаторов и подсказали пути ее устранения.

Без запасающих заряд конденсаторов не может обойтись ни одна электронная схема. И конденсаторы, как правило, самые громоздкие элементы чипов, мешающие их дальнейшей миниатюризации. Обычный конденсатор состоит из двух слоев металла, которые разделены диэлектриком. Ученые давно пытались уменьшить их размеры, снижая толщину слоя диэлектрика и используя материалы с большой диэлектрической постоянной вроде SrTiO3, которые имеют структуру перовскита. Но емкость конденсаторов с нанослоями таких диэлектриков оказывалась почти на порядок меньше, чем ожидалось.

Природа этого странного явления давно вызывала жаркие споры специалистов. Новые квантовые расчеты из первых принципов положили этим спорам конец. Оказалось, что это внутреннее свойство электронной структуры границы металл-диэлектрик. Расчет конденсаторов с обкладками из платины и SrRuO3 показал, что граничные эффекты «убивают» большую диэлектрическую постоянную перовскитов, формируя «мертвые» слои вдоль границ. Это и приводит к падению емкости.

Теперь стало ясно, что следует попытаться сделать границы с перовскитами как можно глаже на атомном уровне. Авторы надеются, что вскоре будут найдены подходящие материалы и технологии и мы, наконец, получим новые емкие конденсаторы для интегральных схем. ГА

Микрофишки