Обзор актуальных исследований технологических институтов: Джорджии, Карлсруэ, Мичиганского , Венского, "scitechdaily"

[Edwardscaro]

Мы предоставляем вам актуальную информацию по широкому спектру от передовых достижений в области искусственного интеллекта и робототехники до новейших "зеленых" технологий, телекоммуникаций и многого другого.
Наш тщательно подобранный контент демонстрирует новаторские умы, революционные идеи и преобразующие решения, которые определяют будущее технологий и их влияние на нашу повседневную жизнь. Будьте в курсе стремительного развития технологического ландшафта и присоединяйтесь к нам, когда мы исследуем бесконечные возможности цифровой эпохи.
Откройте для себя последние статьи о технологиях по таким темам, как нанотехнологии, искусственный интеллект, биотехнологии, графен, зеленые технологии, технологии аккумуляторов, компьютерные технологии, инженерия и технология топливных элементов, посвященные исследованиям Массачусетского технологического института, Калифорнийского технологического института, Йельского университета, Технологического института Джорджии, технологического института Карлсруэ, Венского технологического института и Мичиганского технологического университета.

Например: Революционизирующий 3D: новая голографическая техника преодолевает вычислительные барьеры
Новый метод, разработанный исследователями, значительно упрощает создание компьютерных голограмм, позволяя в режиме реального времени генерировать 3D-изображения с точной глубиной. Этот прорыв может произвести революцию в технологии голографических дисплеев в различных отраслях промышленности.

Новаторский подход использует дифракционную модель на основе разделенных линз Ломана для создания компьютерной голографии (CGH) в режиме реального времени, что значительно снижает вычислительные требования при сохранении качества 3D-визуализации.

Голографические дисплеи представляют собой захватывающий путь к созданию реалистичных 3D-изображений, создающих иллюзию непрерывной глубины, обещая преобразующее воздействие в таких областях, как развлечения, медицинская визуализация и виртуальная реальность. Тем не менее, традиционным подходам к созданию компьютерных голограмм (CGH) препятствует необходимость повторяющихся вычислений, что приводит к высоким вычислительным требованиям и делает их непригодными для приложений реального времени.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из Шанхайского университета науки и технологий (Китай) представили новый метод генерации CGH, который значительно снижает вычислительные затраты при сохранении высококачественной 3D-визуализации. Как сообщается в Advanced Photonics Nexus, их подход использует дифракционную модель на основе разделенных линз Ломана, что позволяет быстро синтезировать 3D-голограммы с помощью одноступенчатого обратного расчета распространения.

Благодаря специально разработанной виртуальной цифровой фазовой модуляции в разъемном объективе Ломана их метод обеспечивает высокоточную реконструкцию 3D-сцен с точным восприятием глубины.

Полноцветный голографический дисплей ближнего действия Использует линзу окуляра для увеличения 3D-изображений
В полноцветном голографическом дисплее ближнего действия используется линза окуляра для увеличения 3D-изображений, которые затем записываются путем регулировки фокуса объектива камеры. Затем создается быстрая голограмма с использованием алгоритма дифракции на основе разделенных линз Ломана. Автор: Чанг и др., doi 10.1117 / 1.APN.3.3.036001

Революционизирующий создание голографических дисплеев
Значение этого исследования заключается в его потенциале революционизировать создание голографических дисплеев, предлагая практическое решение для генерации CGH в реальном времени. В отличие от традиционных методов, которые страдают от узких мест в вычислениях, предлагаемый подход обеспечивает стабильную скорость вычислений независимо от плотности выборки по глубине, тем самым обеспечивая бесшовную интеграцию в различные приложения, требующие иммерсивной 3D-визуализации.

Чтобы подтвердить эффективность своего метода, исследователи провели как моделирование, так и эксперименты, продемонстрировав его способность создавать реалистичные 3D-голографические дисплеи с точным восприятием глубины.

В целом, исследование представляет собой многообещающий прогресс в области компьютерной голографии, предлагая практическое решение для создания иммерсивных 3D-визуализаций без вычислительных ограничений традиционных методов. Она помогает проложить путь к широкому внедрению голографических дисплеев в различных отраслях промышленности и приложениях.

“Нейтронные молекулы” – Нейтроны встречаются с квантовыми точками в новаторском открытии Массачусетского технологического института
Темы:МатериаловедениеMITНанотехнологии
Автор ДЭВИД Л. ЧАНДЛЕР, МАССАЧУСЕТСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ 16 АПРЕЛЯ 2024 Г.

Современное искусство атомных молекул
Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что нейтроны могут связываться с квантовыми точками с помощью сильного взаимодействия, открытие, которое открывает новые возможности для исследования свойств материалов на квантовом уровне и продвижения квантовой обработки информации. Заслуга: SciTechDaily.com

Исследование показывает, что нейтроны могут связываться с наноразмерными атомными кластерами, известными как квантовые точки. Открытие может дать представление о свойствах материалов и квантовых эффектах.

Нейтроны - это субатомные частицы, которые не имеют электрического заряда, в отличие от протонов и электронов. Это означает, что, хотя электромагнитное взаимодействие отвечает за большую часть взаимодействий между излучением и материалами, нейтроны, по сути, невосприимчивы к этому взаимодействию.

Взаимодействие нейтронов посредством сильного взаимодействия
Вместо этого нейтроны удерживаются вместе внутри ядра атома исключительно за счет того, что называется сильным взаимодействием, одной из четырех фундаментальных сил природы. Как следует из названия, взаимодействие действительно очень сильное, но только на очень близком расстоянии — оно уменьшается так быстро, что становится незначительным за пределами 1/10 000 размера атома. Но теперь исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что нейтроны действительно можно заставить цепляться за частицы, называемые квантовыми точками, которые состоят из десятков тысяч атомных ядер, удерживаемых там только сильным взаимодействием.

Новое открытие может привести к созданию новых полезных инструментов для исследования основных свойств материалов на квантовом уровне, в том числе тех, которые возникают из-за сильного взаимодействия, а также к исследованию новых видов устройств квантовой обработки информации. О работе недавно сообщалось в журнале ACS Nano, в статье аспирантов Массачусетского технологического института Хао Тана и Гоцин Вана, а также профессоров Массачусетского технологического института Джу Ли и Паолы Каппелларо с кафедры ядерной науки и инженерии.

Нейтронные молекулы
Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили “нейтронные” молекулы, в которых нейтроны можно заставить цепляться за квантовые точки, удерживаемые только сильным взаимодействием. Открытие может привести к созданию новых инструментов для исследования свойств материалов на квантовом уровне и изучения новых видов устройств квантовой обработки информации. Здесь красный элемент представляет связанный нейтрон, сфера представляет собой гидридную наночастицу, а желтое поле представляет волновую функцию нейтрона. Фото предоставлено исследователями.

Приложения в материаловедении
Нейтроны широко используются для исследования свойств материала с использованием метода, называемого рассеянием нейтронов, при котором пучок нейтронов фокусируется на образце, и нейтроны, отражающиеся от атомов материала, могут быть обнаружены, чтобы выявить внутреннюю структуру и динамику материала.

Но до этой новой работы никто не думал, что эти нейтроны действительно могут прилипать к материалам, которые они исследуют. “О том факте, что [нейтроны] могут быть захвачены материалами, похоже, никто не знает”, - говорит Ли, который также является профессором материаловедения и инженерии. “Мы были удивлены, что это существует, и что никто раньше не говорил об этом среди экспертов, с которыми мы консультировались”, - говорит он.

Новые идеи в области квантовой механики
Причина, по которой это новое открытие настолько удивительно, объясняет Ли, заключается в том, что нейтроны не взаимодействуют с электромагнитными силами. Из четырех фундаментальных взаимодействий гравитация и слабое взаимодействие “обычно не важны для материалов”, - говорит он. “Практически все представляет собой электромагнитное взаимодействие, но в данном случае, поскольку у нейтрона нет заряда, взаимодействие здесь происходит через сильное взаимодействие, и мы знаем, что оно очень кратковременное. Он эффективен в диапазоне от 10 до минус 15 степеней, или одной квадриллионной метра.

“Это очень мало, но очень интенсивно”, - говорит он об этой силе, которая удерживает ядра атомов вместе. “Но что интересно, у нас есть много тысяч ядер в этой нейтронной квантовой точке, и она способна стабилизировать эти связанные состояния, которые имеют гораздо более диффузные волновые функции на расстояниях в десятки нанометров [миллиардные доли метра]. Эти связанные нейтронами состояния в квантовой точке на самом деле очень похожи на модель атома Томсона в виде сливового пудинга после его открытия электрона.”

Это было настолько неожиданно, что Ли называет это “довольно сумасшедшим решением квантово-механической проблемы”. Команда называет недавно открытое состояние искусственной “нейтронной молекулой”.

Эти нейтронные молекулы состоят из квантовых точек, которые представляют собой крошечные кристаллические частицы, совокупности атомов настолько малых, что их свойства определяются скорее точным размером и формой частиц, чем их составом. Открытие и контролируемое производство квантовых точек были предметом Нобелевской премии по химии 2023 года, присужденной профессору Массачусетского технологического института Мунги Бавенди и двум другим.

“В обычных квантовых точках электрон захвачен электромагнитным потенциалом, создаваемым макроскопическим числом атомов, таким образом, его волновая функция простирается примерно до 10 нанометров, что намного больше обычного атомного радиуса”, - говорит Каппелларо. “Аналогично, в этих нуклонных квантовых точках одиночный нейтрон может быть захвачен нанокристаллом, размер которого значительно превышает диапазон действия ядерного взаимодействия, и отображать аналогичные квантованные энергии”. Хотя эти скачки энергии придают квантовым точкам их цвет, нейтронные квантовые точки можно использовать для хранения квантовой информации.

Теоретические основы и моделирование
Эта работа основана на теоретических расчетах и компьютерном моделировании. “Мы сделали это аналитически двумя разными способами и в конечном итоге также проверили численно”, - говорит Ли. Хотя эффект никогда не был описан ранее, говорит он, в принципе, нет причин, по которым его нельзя было обнаружить намного раньше: “Концептуально, люди уже должны были подумать об этом”, - говорит он, но, насколько команда смогла определить, никто этого не сделал.

Частично сложность вычислений заключается в очень разных масштабах: энергия связи нейтрона с квантовыми точками, к которым они присоединялись, составляет примерно одну триллионную от ранее известных условий, когда нейтрон связан с небольшой группой нуклонов. Для этой работы команда использовала аналитический инструмент под названием функция Грина, чтобы продемонстрировать, что сильного взаимодействия было достаточно для захвата нейтронов квантовой точкой с минимальным радиусом 13 нанометров.

Затем исследователи провели подробное моделирование конкретных случаев, таких как использование нанокристалла гидрида лития, материала, изучаемого в качестве возможной среды хранения водорода. Они показали, что энергия связи нейтронов с нанокристаллом зависит от точных размеров и формы кристалла, а также от поляризации ядерных спинов ядер по сравнению с поляризацией нейтрона. Они также рассчитали аналогичные эффекты для тонких пленок и проволочек материала в отличие от частиц.

Потенциальные квантовые приложения и проблемы
Но Ли говорит, что на самом деле созданием таких нейтронных молекул в лаборатории, для чего, помимо прочего, требуется специализированное оборудование для поддержания температуры в диапазоне на несколько тысячных Кельвина выше абсолютного нуля, должны будут заняться другие исследователи с соответствующим опытом.

Ли отмечает, что “искусственные атомы”, состоящие из совокупностей атомов, которые обладают общими свойствами и могут вести себя во многом подобно единому атому, использовались для исследования многих свойств реальных атомов. Точно так же, по его словам, эти искусственные молекулы обеспечивают “интересную модельную систему”, которая может быть использована для изучения “интересных квантовомеханических проблем, о которых можно подумать”, например, будут ли эти нейтронные молекулы иметь оболочечную структуру, имитирующую структуру электронной оболочки атомов.

“Одно из возможных применений, “ говорит он, - возможно, мы сможем точно контролировать состояние нейтронов. Изменяя способ колебаний квантовой точки, возможно, мы сможем выпускать нейтроны в определенном направлении”. Нейтроны являются мощными инструментами для таких вещей, как запуск реакций деления и термоядерного синтеза, но до сих пор было трудно контролировать отдельные нейтроны. Эти новые связанные состояния могли бы обеспечить гораздо большую степень контроля над отдельными нейтронами, что могло бы сыграть роль в разработке новых квантовых информационных систем, - говорит он.

“Одна из идей состоит в том, чтобы использовать это для манипулирования нейтроном, и тогда нейтрон сможет влиять на другие ядерные спины”, - говорит Ли. В этом смысле, по его словам, нейтронная молекула могла бы служить посредником между ядерными спинами отдельных ядер - и этот ядерный спин является свойством, которое уже используется в качестве базовой единицы хранения, или кубита, при разработке квантовых компьютерных систем.

“Ядерный спин подобен неподвижному кубиту, а нейтрон подобен летящему кубиту”, - говорит он. “Это одно из потенциальных применений”. Он добавляет, что это “сильно отличается от квантовой обработки информации на основе электромагнетизма, которая до сих пор является доминирующей парадигмой. Итак, независимо от того, являются ли это сверхпроводящие кубиты или захваченные ионы или центры вакансий азота, большинство из них основаны на электромагнитных взаимодействиях ”. Вместо этого в этой новой системе “у нас есть нейтроны и ядерное вращение. Мы только начинаем изучать, что мы можем с этим сделать сейчас”.

Другое возможное применение, по его словам, - это своего рода визуализация с использованием анализа нейтральной активации. “Нейтронная визуализация дополняет рентгеновскую визуализацию, потому что нейтроны гораздо сильнее взаимодействуют с легкими элементами”, - говорит Ли. Это также может быть использовано для анализа материалов, который может предоставить информацию не только об элементном составе, но даже о различных изотопах этих элементов. “Большая часть химической визуализации и спектроскопии ничего не говорит нам об изотопах”, тогда как метод, основанный на нейтронах, мог бы это сделать,

БИОЛОГИЯ
ХИМИЯ
ЗЕМЛЯ
ЗДРАВООХРАНЕНИЕ
ФИЗИКА
НАУКА
КОСМОС
ТЕХНОЛОГИИ