Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 17 от 09 мая 2006 года

Кремний плохо приспособлен для излучения света, и несмотря на значительные усилия по созданию кремниевого лазера и даже некоторый прогресс в этой области, тут пока все еще слишком далеко от практических приложений. А обычные лазеры из других полупроводников вроде арсенида галлия трудно встроить в кремниевый чип из-за различий в свойствах кристаллической решетки полупроводников.

Не исключено, что новая разработка поможет решить эту проблемы. Ученые изготовили суспензию из наночастиц сульфида свинца в гексане. Такие наночастицы размером несколько нанометров можно сделать практически одинаковыми. Их размер во многом и будет определять длину волны излучаемого света. Наночастицы играют роль квантовых точек, возбуждаясь и излучая подобно отдельным атомам. При диаметре частицы сульфида свинца 4,5 нм лазер излучает на привычной для телекоммуникаций длине волны в 1,5 мкм.

Суспензию наносят на любую подложку — кристаллическую или аморфную, гладкую или шершавую, а затем высушивают, получая пленку толщиной около микрона, которая и становится лазером. Несмотря на первоначальные опасения, потери на рассеяние и поглощение в пленке оказались малы, и пленочный лазер вышел достаточно эффективным. Лазеры удалось изготовить не только в виде плоского волновода, но даже выращивая на внутренней поверхности капилляра. Эксперименты показали, что длина волны излучения таких лазеров очень слабо зависит от температуры и бьет все рекорды для похожих полупроводниковых систем.

К сожалению, в первых экспериментах пленку пришлось охлаждать; генерации излучения при температуре выше минус 23 градусов Цельсия пока получить не удалось. Кроме того, для накачки пленочного лазера использовался другой лазер с длиной волны 0,8 мкм. Но канадские ученые надеются, что вскоре эти трудности будут преодолены и подобные «рисованные» лазеры станут встраиваться в обычные кремниевые чипы. — Г.А.

Физикам из Пенсильванского университета впервые удалось получить одномерный газ, который никогда не приходит в состояние равновесия.

Время, как известно, бежит только в одну сторону. Молекулы капельки чернил в стакане воды разбредаются по всему стакану, но не могут опять собраться в каплю. Два газа в баллоне с перегородкой перемешиваются, если перегородку убрать, но не способны снова разделиться. Тем не менее лежащие в основе всех этих процессов законы механики классической или квантовой обратимы во времени. И это противоречие между поведением больших систем, всегда эволюционирующих в одном направлении, стремясь к состоянию так называемого термодинамического равновесия, и обратимыми законами микромира ученые не могут разрешить уже почти полтора века. А от решения этой проблемы зависит, например, возможность создания квантовых компьютеров. Необратимые процессы разрушают нежные квантовые вычисления — и тем быстрее, чем больше атомов участвует в этих процессах. И вот теперь удалось создать достаточно большую квантовую систему из нескольких десятков и даже сотен атомов газа рубидия, которая удивительно долго не стремится к состоянию равновесия.

Существование таких систем в одном измерении теория предсказывала давно. Исследователи охладили газ почти до абсолютного нуля, заставив атомы собраться в так называемый квантовый конденсат Бозе-Эйнштейна. Газовое облако захватили в оптическую ловушку из лазерных лучей, интерферирующих друг с другом так, чтобы ловушка имела форму тысяч параллельных трубок. В них атомы колеблются только в одном измерении — вдоль трубы, сталкиваясь лишь со своими соседями. Это очень похоже на известную игрушку — маятник Ньютона, состоящий из нескольких подвешенных в ряд на нитках металлических шариков, которые могут сталкиваться друг с другом. Великий английский физик придумал ее для демонстрации закона сохранения импульса, передающегося от шарика к шарику при столкновениях. И так же, как в маятнике Ньютона, если атомы рубидия «толкнуть» лазером, они очень долго будут колебаться и сталкиваться, не приходя в состояние термодинамического равновесия с одинаковым для всех атомов распределением скоростей. Атомы в эксперименте могли сталкиваться несколько тысяч раз, тогда как в обычной ситуации уже нескольких столкновений вполне достаточно, чтобы достичь равновесия.