Компьютерра - Журнал Компьютерра №768

Знаменитое квантовое соотношение неопределенности утверждает, что частицы не могут одновременно иметь определенные значения координаты и скорости, а это значит, что атом нельзя полностью остановить в заданном месте. Даже при нулевой энергии и температуре атом неизбежно будет слегка колебаться. Эти флуктуации принято называть квантовыми.

Квантовые флуктуации проявляют себя, например, в том, что жидкий гелий трудно превратить в лед даже при очень низких температурах, и лишь при больших давлениях он становится твердым. Однако всегда считалось, что в нормальных условиях квантовые флуктуации гораздо слабее обычных флуктуаций изза теплового движения атомов и, чтобы их наблюдать, придется работать при очень низких температурах или в каких-то других экзотических условиях.

Однако теперь теоретики нашли способ обойти это ограничение. Они заметили, что фононы - кванты звуковых колебаний - в состоянии с наименьшей энергией обладают теми же свойствами, что и релятивистское поле частиц с нулевой массой, если скорость света в уравнениях формально заменить на скорость звука. Это позволило вычислить, как обычный свет будет рассеиваться на квантовых флуктуациях плотности материала. Оказалось, что рассеяние должно быть пропорционально пятой степени частоты света, тогда как обычное рассеяние на тепловых флуктуациях плотности пропорционально лишь четвертой степени частоты. Оценки показали, что в оптическом диапазоне в воде при комнатной температуре квантовое рассеяние составит около половины процента теплового и его относительный вклад будет обратно пропорционален температуре. Половина процента - это немного, но уже вполне поддается измерению с помощью современного оптического оборудования. Разумеется, можно подобрать условия, при которых этот эффект проявляется сильнее. Например, в жидком неоне при 25 градусах выше абсолютного нуля рассеяние на нулевых квантовых флуктуациях составит уже 13 процентов теплового.

Теперь слово за экспериментом. Если предсказания теории подтвердятся, то у физиков появится новый способ изучения экзотических квантовых явлений даже в обычных условиях. ГА

Ученые из Университета Пенсильвании предложили новый метод сборки электронно-биологических чипов, который позволяет встраивать покрытые ДНК нановолокна в заданные места интегральных схем. Метод прост, гибок, сохраняет свойства ДНК, пригоден для массового производства и хорошо сочетается с современными кремниевыми технологиями.

В первых экспериментах, демонстрирующих работоспособность концепции объединения электроники и биотехнологий, ученые использовали нановолокна, покрытые тремя разными ДНК-последовательностями, заранее приготовленными в отдельных пробирках. На поверхности кремния стандартными методами вытравили небольшие канавки, в которые предполагалось встроить нановолокна, и нанесли электроды, управляющие процессом сборки. Затем к нановолокнам с первой ДНК добавили растворитель, полученную суспензию нанесли на чип, а на нужные электроды подали переменный ток. Под действием созданного электрического поля нановолокна попали точно в предназначенные для них канавки. Остатки суспензии с нановолокнами, покрытыми первой ДНК, удалили и ту же операцию проделали с двумя порциями нановолокон из других пробирок.

Чтобы убедиться, что все волокна попали туда, куда и планировалось, чип поместили в раствор с тремя комплементарными ДНК-последовательностями, каждый тип которых имел присоединенные флуоресцирующие красители определенного цвета.

Комплементарные ДНК "нашли" друг друга, и стройные ряды цветных флуоресцирующих нановолокон доказали эффективность метода, огрехи которого уже в первых опытах не превышали одного процента.

В следующих экспериментах ученые планируют разместить на чипе электронную схему и убедиться в надежности контакта с нею нановолокон. Кроме того, количество различных ДНК будет увеличено (вместо них можно использовать также некоторые белки), а рисунок расположения нановолокон значительно усложнится.

Очевидное применение новой технологии - это создание биочипов с тысячами и даже миллионами нановолокон, которые будут способны мгновенно определять возбудителя болезни. Однако таким способом в кремниевые чипы можно интегрировать и нестандартные для них устройства - например, миниатюрные лазеры из других полупроводников. А это уже открывает захватывающие перспективы в самых разных областях электроники. ГА