Экзитонный переключатель, металлы для реакторов будущего и томография
В сотню раз уменьшить оптический переключатель смогли разработчики Нового физтеха ИТМО из Санкт-Петербурга. Они создали сверхкомпактный оптический переключатель на основе экситонов — особенных состояний электронов в полупроводниках. Переключателем можно управлять при помощи света.
Это изобретение открывает новые возможности для создания устройств оптической обработки информации на компьютерном чипе. Предложенный физиками ИТМО способ довольно прост, он не имеет аналогов в научном сообществе. Для проведения экспериментов исследователям еще предстоит научиться создавать двумерные гетероструктуры размерами более 100 микрон. Это следующий шаг исследований. Авторы разработки планируют оптимизировать дизайн нанорезонатора, а также использовать фемтосекундные лазеры для ускорения переключения между состояниями системы. Приставка фемто перед секундой означает десять в минус пятнадцатой степени.
Исследования ученых из Северной столицы открывают возможности для создания сверхбыстрых устройств нового поколения — квантовых компьютеров, коммутаторов, чипов, которые смогут оперативно и надежно обрабатывать и передавать информацию.
"Когда на устройство воздействуют светом с определенным фазовым фронтом, оно переключается между излучением на двух разных длинах волн. Это достигается за счет контроля квазичастиц экситонов. Они могут по-разному распределяться в нанорезонаторе (располагаться в его центре или по краям) и, соответственно, по-разному излучать. В конструкции мы использовали новые двумерные полупроводниковые гетероструктуры в комбинации с плазмонным резонатором. Раньше так никто не делал", — пояснил автор исследования, ведущий научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Василий Кравцов.
В основе любого устройства обработки информации, начиная с компьютеров, контроллеров или коммутаторов лежат выполняющие логические операции специальные элементы. Для быстрого управления ими в последнее время пытаются использовать свет вместо электронных устройств. Но обычно размер оптических переключателей сравним с длиной световой волны, что мешает их интеграции с другими электронными устройствами на чипе. Исследователи Нового физтеха ИТМО и Пхоханского университета науки и технологий Южной Кореи предложили способ, как это ограничение обойти. Их переключатель, работающий на основе плазмонного резонанса, представляет собой наложенные друг на друга атомарно два тонких слоя полупроводников, которые помещены в нанорезонатор из золотых частиц. Облучение лазером переключает экзитонные состояния в системе между двумя логическими единицами — 0 и 1.
Это исследование поддержано программой "Приоритет 2030" российского Минобрнауки и грантами Российского научного фонда.
Образцы передовых металлов для будущих реакторных установок получили специалисты Росатома. Они позволяют увеличить сроки работы реакторов, увеличить в них давление и температуры. В рамках программы "Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в Российской Федерации" (РТТН) был получен металл, который благодаря своей чистоте и прочности испытывает термическое и радиационное охрупчивание значительно при более высоких параметрах воздействия. Важными для атомной отрасли показателями являются распухание, склонность к высокотемпературному радиационному охрупчиванию, сопротивления хрупкому разрушению, коррозионному растрескиванию под напряжением.
Полученные ступенчатые поковки из новых сталей будут использованы для создания перспективных реакторных установок ВВЭР-С 9 (водо-водяной энергетический реактор со спектральным регулированием) и ВВЭР-СКД, отметил первый замгендиректора управляющей компании научного дивизиона Росатома "Наука и инновации" Алексей Дуб. В реакторах ВВЭР-СКД при сверхкритическом давлении исчезает различие между жидкостью и паром, вода находится в промежуточном состоянии. Такой переход, по оценкам специалистов, на сверхкритические параметры позволит повысить КПД энергоблоков АЭС до 45%, а также сократить капзатраты на их сооружение при обеспечении высокой безопасности.
Также получены образцы карбида кремния с очень низким содержанием примеси кислорода. Успех сопутствовал специалистам специалисты ВНИИНМ — "Высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов имени академика Бочвара", который входит в компанию ТВЭЛ. Карбид кремния будет использован для создания так называемого толерантного ядерного топлива (accident tolerant fuel), использование которого повысит безопасность и эффективность ядерной энергетики. Фактически квазивязкое состояние сверхчистого карбида кремния позволяет использовать его в качестве оболочки для толерантного топлива. Карбид кремния (карборунд) является материалом, который заменит цирконий в оболочках тепловыделяющих элементов. При перегреве ядерного топлива при потере теплоносителя активной зоной реактора возникает так называемая пароциркониевая реакция. Она сопровождается дополнительным выделением водорода и тепла, что способно привести к взрыву и разрушению атомного энергоблока.
Технологии получения изделий сложной формы из карбида кремния размерами до 900 миллиметров разрабатывают в подольском Научно-исследовательском институте "ЛУЧ". По карбиду кремния работы в России даже опережают разработки иностранных конкурентов. Еще одно перспективное направление: развитие аддитивных технологий (технологий трехмерной печати) для атомной промышленности. Это печать изделий для атомных станций малой мощности, для космоса и других отраслей. 3D-печатью на основе графита занимается Научно-исследовательский институт конструкционных материалов ("НИИГрафит") Росатома. Их работы вместе с деятельностью Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне приближают синтез 119 и 120 элементов таблицы Менделеева.
Универсальную программу для работы как с медицинскими, так и с промышленными томографами, разработали в российской компании, сообщает газета "Известия". Она позволяет создавать четкое изображение даже во время движения человека или исследуемого объекта, поясняет кандидат физико-математических наук Марина Чукалина.
Программисты используют технологию по реконструкции по частичным нескольким проекциям. Эта технология позволяет в медицине индивидуально контролировать дозу облучения для каждого пациента. Эта технология позволяет врачам наблюдать процессы в динамике, например, как срастаются переломы. Кроме того, она может использоваться и в промышленности.
Новая программное обеспечение для томографов, разработанное в сотрудничестве с Институтом проблем передачи информации (ИППИ) имени А.А. Харкевича РАН, пригодится в исследовании большого числа объектов — от микросхем до крупных собранных индустриальных изделий, например, моторов. При этом такая технология изучения позволяет увидеть внутреннюю структуру объектов, не подвергая их разрушению или разборке.
Новое программное обеспечение можно ставить как на российские томографы, так и на произведенные за рубежом томографы. До ухода западных брендов в 2022 году доля иностранных компаний на рынке томографов составляла 65%. Но в ближайшие годы отечественный софт сможет заменить зарубежный.