Маленький генератор большой энергии

Открытия в сфере физики, химии и связанных с ними дисциплин сегодня направлены, прежде всего, на производство энергии и на ее сбережение. Традиционно важными остаются поиски новых материалов с различными уникальными качествами и разработки в сфере нанотехнологий. Именно открытия такого рода оказались в фокусе мирового научного внимания в 2014 году.

Разработан проект компактного термоядерного реактора

Американская компания Lockheed Martin сообщила о том, что ее сотрудники в результате предварительных исследований пришли к выводу о возможности создания компактных, величиной с грузовик, термоядерных реакторов, работающих на слиянии легких ядер. Опытный образец компания готова запустить уже через год.

Крупнейшее в мире предприятие военно-промышленного комплекса, специализирующееся на авиастроении и аэрокосмической технике, занималось ядерными технологиями уже несколько десятков лет, однако компания вела эти работы в режиме секретности. Сейчас этот режим снят, так как Lockheed Martin нуждается в инвестициях и партнерах для продолжения работы в данной области. Мощность термоядерного реактора, о котором идет речь, составляет около 100 мегаватт. Ее хватит на то, чтобы снабжать энергией два города по двести тысяч человек. (Для сравнения: десять таких "грузовиков" равны по мощности одному из шести реакторов второй по величине в мире Запорожской АЭС.)

Получение термоядерной энергии — проблема, которой человечество озабочено давно. В конце ХХ века ученые сфокусировались на вопросах холодного ядерного синтеза — то есть процесса, который происходит без значительного нагрева рабочего вещества и, соответственно, не требует громоздкой промышленной инфраструктуры. Сначала к этому относились скептически, а сообщения об успешных опытах считали сказками. Но сегодня речь идет уже об опытных моделях, которые проходят промышленную обкатку.

"Получение компактного термоядерного реактора может произвести революцию не только в атомной энергетике, но и во многих отраслях промышленности, требующих значительных затрат электроэнергии", — говорит старший научный сотрудник Института физической химии РАН Семен Заикин. В финансово-экономической сфере это открытие может привести к тому, что инвесторы, державшие акции в нефтяных компаниях, могут начать их сбрасывать исходя из соображений, что термоядерные реакторы сделают нефть неактуальной. Но на самом деле каждый раз, когда человечество получает новый ресурс для широкого потребления энергии, открываются новые возможности для старых ресурсов. Семен Заикин приводит пример Англии, где в XVIII веке стали промышленным образом добывать уголь, и тогда все решили, что дрова станут не нужны и лесообрабатывающая промышленность придет в упадок. Однако уже вскоре англичане стали строить больше, причем более просторных домов, и спрос на древесину восстановился. То же самое произойдет и с нефтью — все, что производится из этого сырья в промышленности, будет потребляться и останется в цене. К тому же нефть в отличие от источников термоядерной энергии — ископаемое сырье, имеющее свои пределы.

Создан первый в мире нанопроцессор

Ученые Гарвардского университета совместно с инженерами компании MITRE Corporation создали первый в мире нанопроцессор. Новое устройство, названное nanoFSM, меньше нервной клетки, потребляет очень мало энергии и состоит из сотен нанопроводов-транзисторов, каждый из которых в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса, и собраны на нескольких "плитках". В 2011 году эта же команда продемонстрировала одну такую плитку, способную выполнять простые логические операции. Теперь ей удалось объединить несколько плиток в одно устройство, то есть фактически создать программируемый нанокомпьютер. Это стало возможным благодаря прогрессу в технологиях высокоточной сборки плотных массивов из элементов наноразмерной величины. Сейчас такая сборка производится по принципу "снизу-вверх", то есть посредством группировки отдельных атомов или молекул в готовое изделие. Именно такую технологию использует природа для построения живых клеток.

Разработчики полагают, что технология nanoFSM поступит в массовое производство через пять-десять лет, как раз ко времени, когда обычная электроника достигнет предела своего совершенствования. Переход на наноэлектронику позволит существенно снизить энергопотребление, повысить вычислительную мощность электронных устройств и способствовать развитию таких перспективных направлений, как создание микророботов, имплантируемых сенсоров, нейроинтерфейсов и др.

Новое изобретение позволит продолжить действие так называемого закона Мура, согласно которому вычислительная мощность компьютеров удваивается каждые два года. Ранее считалось, что из-за ограниченных возможностей обычных методов изготовления транзисторов этот закон через несколько лет перестанет работать и современные компьютеры достигнут потолка своей производительности.

Синтезирован материал Германен

Германен, материал, состоящий из одного слоя атомов германия, получен двумя научными группами — европейской (физики из Испании, Франции и Германии) и китайской, работавшими независимо друг для друга. Для его получения германий осаждают в условиях вакуума и высокой температуры на инертную подложку-основу. Китайские ученые использовали в качестве подложки платину, европейские — более дешевое, чем платина, золото.

Германен, как и созданные ранее графен и силицен, имеет двумерную структуру толщиной один атом. Его свойства могут быть использованы в полупроводниковой промышленности, научных исследованиях, квантовых компьютерах, космической и военной промышленности, например в системе наведения высокоточных ракет.

Создан Vantablack —  самый черный материал в мире

Вещество Vantablack, созданное учеными Национальной физической лаборатории Великобритании с помощью нанотехнологий, пресса уже назвала искусственно созданной черной дырой, поскольку оно поглощает 99,965% падающего на него света. Одно из очевидных его применений — солнечные батареи, которые, будучи покрытыми новым материалом, смогут улавливать больше солнечного света и работать с большим КПД. Широкая распространенность таких батарей дает основание прогнозировать, что внедрение изобретения в широкое производство в состоянии принести миллиарды долларов прибыли уже в ближайшие десять лет.

Кроме того, Vantablack можно использовать там, где используются лазерные технологии. Мощные лазеры дают очень много света, и при их оборудовании нужны защитные коробки, чтобы люди, которые работают с лазерами, не ослепли. Поэтому там нужна высокая степень черноты, чтобы поглощать отраженные блики лазера.