Applications of physics to new technology: electronic devices, optics, photonics, microwaves, spintronics, advanced materials, metamaterials, nanotechnology, energy sciences.
مادة ذات بنية داخلية من أنماط متداخلة بأحجام مختلفة تكبت عدة ترددات في آن واحد — مثل كومة من المناخل ذات فتحات مختلفة المقاييس. يجد الحاسوب الأشكال المطلوبة بنفسه، ولا تتعارض التفاصيل الكبيرة مع الصغيرة. هذا يفتح الطريق أمام أجهزة فائقة الدقة وآليات صامتة.
عندما تزداد سماكة الغشاء من 1.6 إلى 2440 نانومتر، يتغير نقل الحرارة: من طيران حر إلى تدافع. عند السماكات الصغيرة، تكون المقاومة ثابتة — تصطدم بالعيوب والحواف، وعند السماكات الكبيرة، تعيش حزم الحرارة أطول لكنها تتصادم أكثر. هذا الاكتشاف أساسي لتبريد الرقائق الدقيقة.
قام باحثون من شركة إيفوس ومعهد بوليتكنيك ميلانو بنقش معالج فوتوني عالمي بـ 24 نمطًا في الزجاج، مستخدمين ليزر الفيمتوثانية كإبرة ماكينة خياطة. الجهاز، الذي يعمل بطول موجي 925 نانومتر – المثالي لمصادر الفوتون الواحد القائمة على النقاط الكمومية – يُدار بواسطة مسخنات دقيقة ويستهلك طاقة أقل من حاسوب محمو
ابتكر الفيزيائيون حاسوبًا من الدايودات النفقية يحوّل الصور بنفسه إلى أنماط من الفولتية. هنا لا تتم برمجة كل «عصبون» — الفيزياء تقوم بكل شيء. الرقاقة تقرأ الأرقام المكتوبة بخط اليد وتميّز الفواكه في الصور، بأداء لا يقل عن بطاقات الفيديو.
المعالجات الكمومية معزولة في غرف شديدة البرودة. حوّلت إشاراتها الميكروية إلى ضوء، سار عبر الألياف البصرية، ثم عاد إلى إشارة في غرفة أخرى دون أن يفقد جوهره الكمومي. خطوة أولى نحو إنترنت كمومي.
الفوليرينات الرخيصة، المضافة إلى البلاستيك، تبعث الضوء بدقة على شكل حزم من فوتون واحد — بسرعة وموثوقية. هذه المادة البسيطة تفتح الطريق أمام أجهزة كمّية ميسورة التكلفة للاتصالات والحوسبة الآمنة.
تعلم العلماء كيفية صنع عيوب-جواسيس في الألماس: استبدال ذرة كربون بذرة نيتروجين يُنتج مستشعرًا يستجيب للحقول المغناطيسية. لأول مرة، تمت ملاحظة كيف يطرد التيتانيوم عند ضغط يقارب مليوني ضعف الضغط الجوي الحقلَ المغناطيسي — علامة أكيدة على الموصلية الفائقة. تفتح هذه التقنية الطريق لدراسة المواد في أعماق
تأثير كازيمير يجعل الأسطح تلتصق ببعضها، مثل غراء كمّي. لكن العلماء حوّلوه إلى قوة تمسك بصفائح في الهواء دون دعم. بوضع جسم فوق التفلون وإضافة سائل مغناطيسي، تعلموا التحكم في المجال الكمّي. هذا الاكتشاف يلغي الاحتكاك ويفتح الباب لمستشعرات فائقة الحساسية وأجهزة ميكروية.
تنشأ الموصلية الفائقة عندما تكون 'الطبقة الإلكترونية' في المعدن ناعمة جدًا بحيث تتحرك على شكل موجات وتدفع الإلكترونات. تنقسم جميع المعادن إلى ثلاث فئات حسب صلابة هذه الطبقة. يشرح نهج جديد لأول مرة لماذا لا يُوصّل الذهب والنحاس فائقة التوصيل، ويعد ببحث هادف عن المواد.
الذهب والفضة لا يُظهران موصلية فائقة — حتى يتم جعلهما أرق بآلاف المرات من شعرة الإنسان. التأثيرات الكمومية في طبقة ثنائية الأبعاد تُغيّر سلوك الإلكترونات: تظهر الحسابات أنه عند سُمك حوالي نصف نانومتر، تختفي المقاومة. في المستقبل، سيسمح ذلك بصنع إلكترونيات لا تسخن.
يتجاوز الضوءان التوأمان المعدات باهظة الثمن: أحدهما يفحص العينة بضوء غير مرئي، والآخر ينقل النتيجة في ضوء مرئي. الجهاز يميز أنواع البلاستيك خلال جزء من الثانية ويُمسك في راحة اليد.
ابتكر العلماء جهازًا مدمجًا يعثر على العيوب المغناطيسية في الألماس بدقة قياسية. هذه العيوب هي بوصلة داخلية، مهمة للحواسيب الكمومية والمستشعرات. بتحليل الاستجابة للنبضات المغناطيسية، تمكن الباحثون من تحديد موقع إحدى هذه البوصلات بهامش خطأ لا يتجاوز 0.28 نانومتر. هذه الدقة ستسمح بمسح الجزيئات داخل الخ
فكرة أن كل الأجسام تسقط بالتساوي هي أساس نظرية أينشتاين. على متن محطة الفضاء الصينية، قارن الفيزيائيون سقوط نوعين من ذرات الروبيديوم. النتيجة تطابقت مع التوقع بهامش خطأ لا يتجاوز بضعة أجزاء من عشرة ملايين.
الحالات الكمومية تنهار بسهولة تحت تأثير التشويش المغناطيسي. الأساليب التقليدية لضبط التردد لا تجدي هنا، لكن الباحثين طبقوا نهجًا مختلفًا: أنماط مغناطيسية فائقة الصغر، موضوعة بالقرب من ذرات اصطناعية في الألماس (مراكز NV)، تمتص الضوضاء منخفضة التردد. أظهرت التجارب أن هذه البنى تطيل عمر المعلومات الكمو
تغلبوا على المقايضة القديمة بين الحجم والحساسية. مسبار جديد بقطر 6 مم يلتقط مجالات مغناطيسية أضعف من المجال المغناطيسي للأرض بملايين المرات. أتاحت التجارب على بطارية ليثيوم أيون 'رؤية' التيارات الداخلية دون فتح الغلاف. يفتح هذا آفاقًا للفحص غير المدمر في الهندسة والطب.
بعد الزلازل أو الانفجارات، الوقت يُقاس بالساعات. يقترح بحث جديد استخدام طائرات بدون طيار مزودة بمقاييس مغناطيسية كمومية فائقة الحساسية للرؤية تحت الأنقاض. قام العلماء بنمذجة انهيار موقف سيارات خرساني وأظهروا أنه من خلال المجالات المغناطيسية الضعيفة لقضبان الحديد التسليح، يمكن تحديد أماكن الفراغات وا
تتيح الطريقة للجسيمات أن تطفو في مجال مغناطيسي وتتصرف مثل راقص يتواجد في مكانين في آن واحد. ستساعد هذه التجارب على فهم الحد الفاصل بين العالم الكمي والعالم العادي، وربما اكتشاف المادة المظلمة.