نوسانگر نانومكانيكي امواج ماكروويو
نوسانگر نانومكانيكي امواج ماكروويو
محققان فنلاندي دانشگاه آلتو نشان دادند که چگونه مي‌توان يک نوسانگر نانومکانيکي را براي شناسايي و افزايش امواج ماکروويو استفاده کرد.
با اين دستگاه بسيار کوچک که شباهت زيادي به گيتار دارد، مي‌توان با کمترين اختلال، افزايش امواج را انجام داد.
اين محققان نوسانگر نانومغناطيسي که هزاران برابر کوچکتر از موي انسان است را تا دماي بسيار پايين، نزديک صفر مطلق، سرد کردند.
تحت چنين شرايطي اجسامي که ابعاد آنها در حد ماکروسکوپي است از قوانين فيزيک کوانتوم تبعيت مي‌کند، قوانيني که معمولا برخلاف قوانين فيزيک است. محققان در آزمايشگاه دماي پايين، ميلياردها اتم که شامل نوسانگر نانومکانيکي است را به نحوي نوسان دادند که حالت کوانتومي آنها با هم مشترک باشد.
آنها اين دستگاه را با استفاده از نوسانگر جعبه‌اي ابرهادي ساختند که مي‌تواند انرژي را با نوسانگر نانومکانيکي مبادله کند. با اين کار امکان افزايش حرکت رزونانسي آنها وجود خواهد داشت.
اين مکانيسم بسيار شبيه چيزي است که در گيتار اتفاق مي‌افتد؛ يعني رشته‌هاي گيتار و محفظه داخلي با يک فرکانس مشخص تشديد مي‌شوند. در اين دستگاه به جاي صوت، امواج ماکروويو هستند که تشديد مي‌شوند.
محققان نشان دادند که چگونه ابزاري گيتار مانند، مي‌تواند سيگنال‌هاي الکترومغناطيسي را شناسايي و افزايش دهد. آمپلي فايرهاي ترانزيستور نيمه‌هادي، ادوات بسيار پر صدا و پيچيده‌اي هستند که فاصله زيادي با آنچه که با فيزيک کوانتومي ايجاد مي‌شود، دارد.
نتايج تحقيقات اين پروژه نشان داد که با بهره‌گيري از حرکت نوساني کوانتومي مي‌توان با کمترين اختلال، امواج ماکروويو را افزايش داد. البته از اين سيستم مي‌توان براي شناسايي سيگنال‌هاي بسيار ضعيف ماکروويو نيز استفاده کرد.
«فرانچسکو ماسل» مي‌گويد: در هر روش يا دستگاهي هميشه يک مقدار اختلال به سيستم افزوده مي‌شود. در تئوري، ما به اين محدوديت برخورده‌ايم؛ اما در عمل به اين محدوديت بسيار نزديک شده اما به آن نرسيده‌ايم. اين تحقيقات نتايج بسيار غيرمنتظره‌اي را به همراه داشته است.
ما در ابتدا قصد داشتيم که نوسانگر نانومکانيکي را سرد کنيم تا به حالت پايه کوانتومي برسيم. اين سرد کردن موجب شد تا سيگنال پيمايشي تضعيف شود، اما با تغيير فرکانس ليزر ماکروويو، شدت امواج شديدا افزايش يافت.
در حقيقت ما موفق به توليد يک آمپلي فاير ماکرويو کوانتومي شده‌ايم. جذابيت اين تحقيق در سادگي عملکرد آمپلي فاير است؛ اين آمپلي‌فاير تنها از دو نوسانگر جفت شده تشکيل شده است.
نتايج اين تحقيق در قالب مقاله‌اي تحت عنوان «Microwave Amplification with nanomechanical resonators» در نشريه «Nature» به چاپ رسيده است.
ساخت ميکروسکوپ نوري با قدرت تفکيک بالا
ساخت ميکروسکوپ نوري با قدرت تفکيک بالا
يک دانشجوي فيزيک دانشگاه ورشو در لهستان موفق شده است ميکروسکوپ نوري با قدرت تفکيک بسيار بالا بسازد.
ميکروسکوپ‌هاي نوري هنوز براي آناليز نمونه‌هاي زيستي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، اما قدرت تفکيک پايين آنها تنها در سال‌هاي اخير کمي بهبود يافته است.
به دليل محدوديت پراش، ميکروسکوپ‌هاي نوري قادر به تشخيص اجسام کوچکتر از 200 نانومتر نيستند. اين موضوع در چند سال اخير روشن شده است؛ اما محققان تلاش دارند با استفاده از سيستم‌هايي نظير هم‌کانوني sted بر اين محدوديت فائق آيند.
يک دانشجوي لهستاني براي انجام پايان‌نامه خود روي اين موضوع کار کرده و نمونه‌اي ميکروسکوپ با قدرت تفکيک بالا ساخته است. اين ميکروسکوپ داراي قدرت تفکيک 100 نانومتر است که دو برابر بيشتر از ميکروسکوپ‌هاي هم‌کانوني استاندارد است.
تحقيقات براي افزايش قدرت تفکيک اين ميکروسکوپ ادامه دارد. از اين ميکروسکوپ هم براي تحقيقات حوزه نور و هم براي آناليز نمونه‌هاي زيستي مي‌توان استفاده کرد.
روش‌هاي مختلفي براي تصويربرداري با قدرت تفکيک بالا وجود دارد، از جمله ميکروسکوپ‌هاي الکتروني يا نيروي اتمي. اما همه اين‌ها نيازمند آماده‌سازي نمونه هستند که مي‌تواند به سطح لطمه بزند. بنابراين براي نمونه‌هاي زيستي بهتر است از ميکروسکوپ نوري استفاده کرد، اما مشکل اين نوع ميکروسکوپ‌ها قدرت تفکيک پايين آنها است.
به دليل محدوديت پراش، تنها مي‌توان اجسامي که ابعاد آنها بزرگتر از نصف طول موج باشد را مشاهده کرد. بنابراين، اگر ما از نور قرمز استفاده کنيم که طول موج آن 635 نانومتر است، مي‌توان اجسامي تا 300 نانومتر را ديد.
در سال 1994 «استفان هال» از موسسه «ماکس پلانک» با شبيه سازي نشان داد که مي‌توان با استفاده از تقليل نشر تحريک شده (sted) بر اين محدوديت غلبه کرد. او پنج سال بعد توانست ميکروسکوپ فلورسانس sted با قدرت تفکيک بالا بسازد.
محقق لهستاني نيز با بهينه کردن اين روش، توانسته است قدرت تفکيک تصاوير را بالاتر ببرد. اين ميکروسکوپ داراي قدرت تفکيک 100 نانومتر است که دو برابر بيشتر از ميکروسکوپ هم‌کانوني استاندارد است. البته همچنان تلاش براي افزايش قدرت تفکيک اين ميکروسکوپ ادامه دارد.
مزيت اين ميکروسکوپ آن است که مي‌توان تمام پارامترهاي آن را کنترل کرد و به مطالعه فيزيک فرايندهاي نوري پرداخت. هدف، آن است که قدرت تفکيک به 60 نانومتر برسد. با اين کار مي‌توان جزئيات اسپين‌هاي دندريتي را در نورون‌هاي عصبي مشاهده کرد.
چسلاو رادزويک مدير آزمايشگاه پديده‌هاي فوق سريع مي‌گويد: بدون همکاري موسسات تحقيقاتي ديگر، انجام اين پروژه امکان‌پذير نبود.
ابداع ابزاری برای شنیدن صدای سلولها
محققان در دانشگاه مونیخ آلمان موفق به ابداع حساسترین ابزار شنیداری در جهان شده اند، ابزاری با ابعاد 60 نانومتر که می تواند به صدای سلولها و باکتری ها گوش فرا دهد.
به گزارش خبرگزاری مهر، میکروفنها را فراموش کنید زیرا اکنون دوران نانوفنها فرا رسیده است! کره ای طلایی با ابعادی 60 نانومتری که عنوان حساس ترین ابزار شنیداری که تا کنون در جهان ابداع شده را به خود اختصاص داده است، این نانوفن می تواند مسیر ثبت صدای باکتری ها و دیگر ارگانیزمهای تک سلولی را هموار سازد.
محققان دانشگاه مونیخ این ابزار را به واسطه معلق ساختن نانوذرات طلا در یک قطره آب ابداع کرده اند. محققان یکی از نانوذرات را در یک پرتو لیزری به دام انداخته و سپس پالسهای لیزری قوی را از منبعی دیگر و با فاصله چند میکرومتری به آن تاباندند. این پالسها نانوذره را داغ کرده و آب اطراف آن را پراکنده ساخته و در نهایت موفق به ایجاد امواج فشار یا صوت شده است.
سپس این تک نانوذره به دام افتاده درون پرتو لیزری آغاز به نوسان می کند، درست مانند اینکه در حال واکنش نشان دادن به امواج صوتی است. محققان به منظور اطمینان از اینکه ذره تحت تاثیر امواج صوتی نوسان می کند فرکانس امواج ایجاد شده را تغییر داده و مشاهده کردند حرکات ذره متناسب با تغییرات فرکانس و جهت حرکت آن همراستا با جهت امواج صوتی است.
بر اساس گزارش نیوساینتیست، این ذره کوچک می تواند صداهایی به کوچکی منفی 60 دسیبل را احساس کند، صدایی یک میلیونیوم طیف صدای قابل ردیابی توسط گوش انسان، از این رو این نانوذره طلایی حساسترین ابزاری است که تا کنون برای ردیابی امواج صوتی ابداع شده است. این تکنیک روزی می تواند امکان شنیدن صدای کوچکترین ساختارهای زنده طبیعت از قبیل سلولها و ویروسها را فراهم آورد تا به این شکل اطلاعات بیشتری درباره ویژگی های مکانیکی سلولها و چگونگی تغییر آنها تحت تاثیر بیماری ها به دست آید.
منبع: خبرگزاری مهر
ساخت نخستین صابون مغناطیسی جهان
محققان دانشگاه بریستول موفق به ساخت صابونی از نمک‌های پرآهن محلول در آب شده‌اند که در زمان قرار گرفتن در محلول به میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دهد.
به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) ویژگی‌های مغناطیسی این صابون با نوترونها در موسسه لائو لانگوین برای نتیجه گرفتن از توده‌های ریز غنی از آن که در محلول آبکی قرار گرفته، به نمایش درآمدند.
تولید این ویژگی در یک صابون کاملا کاربردی می‌تواند نگرانی‌ها را در مورد استفاده از صابون در پاکسازی‌های نشت نفت کاهش داده و انقلابی در محصولات نظافتی صنعتی ایجاد کند.
دانشمندان از مدتها پیش به دنبال راهی برای کنترل صابونها یا همان سورفکتانت‌ها در زمان حضور در محلول برای افزایش قابلیت آنها در انحلال نفت در آب و حذف آنها از سیستم بوده‌اند.
تیم محققان دانشگاه بریستول پیش از این بر روی صابونهای حساس به نور، دی‌اکسید کربن یا تغییرات در پی‌اچ، دما یا فشار کار کرده‌اند. آخرین دستاورد آنها که در مجله Angewandte Chemie منتشر شده، اولین صابون جهان از لحاظ حساسیت به میدان مغناطیسی است.
سورفکتانت‌های مایع یونی که بیشتر از آب به همراه برخی مجموعه‌های فلز انتقالی مانند آهن متصل به هالیدهایی مانند برمین یا کلرین تشکیل شده‌اند، با مغناطیس قابل کنترل بوده اما دانشمندان همیشه بر این تصور بودند که مرکز فلزی آنها در محلول بسیار حالت مشتق داشته و از تعاملات طولانی‌مدت لازم برای فعالیت مغناطیسی جلوگیری می‌کند.
این محققان محصول خود را با حل کردن آهن در طیفی از مواد سورفکتانت بی‌اثر یودهای کلرید و برومید ساخته‌اند که در محصولات شست‌وشوی دهان و نرم‌کننده‌های لباس نیز وجود دارند. افزودن آهن موجب ایجاد مراکز فلزی در ذرات صابون می‌شود.
کاربردهای احتمالی سورفکتانت‌های مغناطیسی بسیار زیاد است. پاسخگویی آنها به محرکهای بیرونی به طیفهایی از ویژگیهایی مانند رسانایی الکتریکی آنها، نقطه ذوب، اندازه و شکل مصالح و چگونگی تغییر حل شدن آن در آب با یک کلید خاموش و روشن ساده مغناطیسی منجر می‌شود.
پیش از این، این عوامل که در اثرگذاری کاربری صابونها در تاسیسات صنعتی مهم هستند تنها با افزودن یک بار الکتریکی یا تغییر پی‌اچ، دما یا فشار سیستم قابل کنترل بودند.
این ویژگی همچنین در ساخت مواد پاک‌کننده آینده و تصفیه آب قابل استفاده است. همچنین افزودن این سورفکتانت و یک میدان مغناطیسی، کنترل دقیق قطرات مایع را در آزمایشات علمی آسانتر خواهد کرد.
