Журнал "Компьютерра" №712

Основная идея нового метода фотоэмиссионной спектроскопии известна уже более ста лет. Когда фотон с достаточно большой энергией выбивает электрон из материала, то, измерив оставшуюся у электрона энергию и время его подлета, в принципе, можно судить о том, с кем и как электрон был связан в материале и как двигался. Но в полной мере этот метод заработал только сегодня. Дело в том, что легкие электроны движутся очень быстро, и для того, чтобы "облететь" вокруг ядра электрону, например, в атоме водорода достаточно всего 150 аттосекунд. И это характерное время электронных процессов и во всех других материалах. Сами же относительно тяжелые ядра атомов могут перемещаться с характерным временем порядка фемтосекунд (10–15 с) и на фоне электронов выглядят почти неподвижными. И если фемтосекундное временное разрешение, достаточное для того, чтобы проследить за протеканием химических реакций, удалось получить еще в девяностых годах, то новый временной рубеж до сих пор могли преодолевать только при работе с газами.

Чтобы достичь аттосекундного разрешения в эксперименте, ученые использовали мощный фемтосекундный импульс инфракрасного (750 нм) лазера. Импульс сфокусировали на трубочку с неоном, в котором в результате нелинейных процессов образовался короткий (около 100 аттосекунд) импульс вакуумного ультрафиолета с энергией фотонов около 90 электрон-вольт. Ослабив остатки инфракрасного излучения циркониевой фольгой, оба импульса сфокусировали на образец из вольфрама, причем время прихода инфракрасного импульса можно было менять, смещая зеркало. Выбитые из вольфрама электроны, после взаимодействия с полем инфракрасного импульса, которое слегка изменяло их энергию, попадали в спектрометр, измерявший энергию и время подлета электронов. После нескольких выстрелов с различной задержкой инфракрасного импульса электронные спектры уже содержали достаточно информации, чтобы точно определить время прилета электронов и выяснить, откуда был выбит тот или иной электрон - из зоны проводимости материала или из валентной зоны, из поверхностных состояний или из глубины материала, и как он там до импульса двигался.

Специалисты высоко оценили возможности нового метода. Теперь в руках у ученых есть мощное средство наблюдения за движением электронов в твердых телах. Новые данные, несомненно, помогут инженерам лучше понять процессы, протекающие в самых разных электронных устройствах, и заметно оптимизировать их параметры. ГА

Броня на спирту

Первую полупромышленную установку для производства нитей из углеродных нанотрубок запустили ученые из Кембриджского университета при поддержке американских военных. Установка реализует простой и эффективный одностадийный процесс получения пряжи и уже позволяет получать волокна прочнее кевлара.

Как правило, процессы изготовления нитей из углеродных нанотрубок довольно сложны, состоят из нескольких этапов и мало пригодны для массового производства. Грубо говоря, сначала как-то выращивают сами нанотрубки, а уже потом свивают их в нити. В новой установке все происходит практически сразу. В печь вместе с катализатором ферроценом впрыскивают углеводородное топливо, в качестве которого подойдет спирт, метан или даже солярка. Режим нагрева подобран так, что углеводороды сначала разлагаются на водород и углерод, который затем начинает образовывать на молекулах катализатора длинные тонкостенные углеродные нанотрубки. Нанотрубки в потоке растут так быстро, что вскоре соединяются друг с другом, образуя нечто похожее на аэрогель. Этот аэрогель сразу вытягивают из печи и непрерывно свивают, получая за минуту до пятидесяти метров нити.

Уже в первых экспериментах новая нить продемонстрировала ряд замечательных свойств. Ее прочность не уступает кевлару, а у отдельных участков длиной в несколько миллиметров она значительно выше. Но в отличие от кевлара и других высокопрочных волокон нить из углеродных нанотрубок не теряет прочности даже при нагреве до трехсот градусов Цельсия. Кроме того, она прекрасно проводит электрический ток, тепло и не боится узелков, которые резко снижают прочность у всех ее конкурентов.

Новую нить военные прежде всего планируют использовать для изготовления сверхпрочных и легких бронежилетов. Есть и множество других потенциальных применений - от танковой брони и безопасных контейнеров для бомб до ограждения лопаток турбин реактивных двигателей.

Высокую проводимость нанотрубок можно использовать, вытягивая из аэрогеля вместо нити тонкую прозрачную пленку - основу электродов для плоских дисплеев. А если при массовом производстве удастся добиться низкой стоимости нити, можно будет делать даже сверхпрочные провода для линий электропередач.

Сейчас ученые заняты отладкой нового технологического процесса. Если удастся избавиться от различных дефектов, прочность волокон значительно вырастет. ГА

Маленькая волосатая лапа