Край Будущего

Исследователи из Университета Гента и imec сделали прорыв в области микроволновой фотоники, создав полностью интегрированную однокристальную систему, которая объединяет оптическую и микроволновую обработку сигналов на одном кремниевом чипе. Звучит как магия, не так ли? Давайте разберемся, что это значит!

Представьте себе: вы держите в руках маленький чип, который вмещает в себя высокоскоростные модуляторы, оптические фильтры, фотоприемники и даже лазеры. Да-да, все это в одном компактном решении! Этот чип не просто красивый — он автономный и программируемый, что делает его идеальным для обработки высокочастотных сигналов. Забудьте о громоздких и энергоемких компонентах, которые занимают целые комнаты. Теперь всё помещается в вашем кармане!

Но на этом чудеса не заканчиваются. Эта новая технология может значительно улучшить беспроводные сети, сделать микроволновое зондирование более доступным и обеспечить масштабируемое развертывание в таких областях, как 5G/6G, спутниковая связь и радиолокационные системы. В общем, мир технологий становится более компактным и эффективным, и мы все от этого выигрываем.

Команда из Photonics Research Group и IDlab, двух исследовательских групп imec, опубликовала свои результаты в журнале Nature Communications. В своей работе они подчеркивают, что современные сети связи требуют более тесной интеграции оптических и радиочастотных технологий. С ростом спроса на более высокие скорости передачи данных и работу на высоких частотах, необходимость в таких системах становится все более актуальной.

Микроволновая фотоника, как предполагается, предлагает решение, основанное на использовании оптических технологий для обработки высокочастотных сигналов. Это решение обещает меньшие потери, более широкую полосу пропускания и улучшенную энергоэффективность. Однако раньше большинство систем основывались на громоздких волоконных архитектурах, что ограничивало их масштабируемость.

Теперь, когда микроволновая фотоника интегрирована в чип, системы становятся более энергоэффективными и масштабируемыми. Исследователи продемонстрировали кремниевый фотонный двигатель, который обрабатывает и преобразует как оптические, так и микроволновые сигналы на одном чипе. Это как если бы вы объединили в одном устройстве и телефон, и телевизор — удобно, не правда ли?

Ключевое новшество заключается в уникальной комбинации реконфигурируемого модулятора и программируемого оптического фильтра. Они обеспечивают эффективную модуляцию и фильтрацию микроволновых сигналов с минимальными потерями. Это значит, что система может выполнять более сложные задачи обработки сигналов с большей гибкостью и эффективностью.

Чип построен на стандартной кремниевой фотонной платформе imec iSiPP50G. Он включает в себя волноводы с малыми потерями, высокоскоростные модуляторы и детекторы, а также термооптические фазовращатели. А чтобы обеспечить встроенный источник света, исследователи внедрили оптический усилитель на основе фосфида индия (InP), который функционирует как лазер. Это добавляет еще больше универсальности в систему.

Как сказал Вим Богертс, профессор исследовательской группы по фотонике Университета Гента и imec: "Возможность интегрировать все основные компоненты микроволновой фотоники на одном чипе знаменует собой важный шаг на пути к масштабируемой и энергоэффективной обработке высокочастотных сигналов". И действительно, эта технология открывает двери к созданию более компактных и экономичных решений для беспроводных сетей нового поколения.

В общем, мир технологий не стоит на месте, и с такими достижениями мы можем ожидать, что будущее беспроводной связи станет еще более захватывающим! Так что, если вы любите технологии, готовьтесь к тому, что нас ждет много интересного впереди!

Публикация взята с сайта: https://www.nature.com/articles/s41467-025-60100-0

На днях многонациональное научное сотрудничество COSMOS опубликовало данные, которые стали основой самой большой карты Вселенной. Да-да, вы не ослышались! Этот проект, названный COSMOS-Web field, основан на данных, собранных космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), и включает в себя изображения и каталог почти 800 000 галактик. Скажем так, это не просто «галактическая распечатка» — это целая галактическая фреска размером 13 на 13 футов! Для сравнения, это почти как если бы вы попытались распечатать всю свою фотогалерею на одном большом листе бумаги — только в космическом масштабе.

Профессор Кейтлин Кейси из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, которая возглавляет проект, говорит, что цель состояла не только в том, чтобы увидеть интересные галактики, но и в том, чтобы получить более широкое представление о космической среде в ранней Вселенной. Мы говорим о времени, когда формировались первые звезды, галактики и черные дыры. Представьте себе: космос, полный плотных областей и пустот, как гигантская космическая пицца, где начинка — это галактики, а корочка — бескрайние пустоты!

Но вот что действительно поразительно: по предварительным данным, с помощью JWST астрономы увидели почти в 10 раз больше галактик, чем ожидали! Это как если бы вы пришли в пекарню за одной булочкой, а вам выдали целый поднос с угощениями. И, как бы это ни звучало, они также обнаружили сверхмассивные черные дыры, которые раньше были невидимы даже для телескопа Хаббла. Это как найти потерянные ключи в кармане старого пиджака — неожиданно и приятно!

Однако, как это часто бывает в науке, с новыми данными приходят и новые вопросы. Кейси отмечает, что хотя эти изображения и каталог отвечают на многие вопросы о ранней Вселенной, они также ставят под сомнение существующие модели космологии. Например, как Вселенная могла излучать так много света так рано? Ученые продолжают ломать голову над этими загадками, и, как говорит Кейси, «нам предстоит разобраться во многих деталях».

Но не стоит унывать! Публикация этих данных открывает двери для других астрономов по всему миру. Это своего рода научная демократия, где каждый может внести свой вклад и взглянуть на данные под своим углом. Как говорится, «разгадывать тайны может не только одна группа людей». И в этом вся прелесть науки — чем больше умных голов, тем больше идей и открытий!

Итак, если вы когда-нибудь мечтали заглянуть в глубины космоса и понять, как он работает, сейчас самое время начать! Данные COSMOS-Web уже доступны для интерактивного просмотра, и, возможно, именно вы станете тем астрономом, который откроет новую главу в истории Вселенной.

На этом, пожалуй, все. Надеюсь, вам понравилось это увлекательное космическое путешествие, и вы готовы к новым открытиям! Не забывайте, что Вселенная полна тайн, и, возможно, вы станете одним из тех, кто поможет разгадать их. До новых встреч в космосе!

Новые наблюдения, проведенные рентгеновской обсерваторией НАСА "Чандра" и другими телескопами, открыли завораживающее космическое событие: два скопления галактик столкнулись и теперь готовятся к новому взаимодействию.

Скопления галактик представляют собой одни из самых грандиозных структур во Вселенной. Удерживаемые гравитацией, они формируют колоссальные образования, состоящие из сотен или тысяч отдельных галактик, огромного количества перегретого газа и невидимой темной материи.

Скопление галактик PSZ2 G181.06+48.47 (сокращенно PSZ2 G181) находится на расстоянии примерно 2,8 миллиарда световых лет от Земли. В ходе радионаблюдений, проведенных с использованием антенной сети LOw Frequency ARray (LOFAR) в Нидерландах, были зафиксированы структуры в форме круглых скобок на периферии системы. На новом составном изображении рентгеновские снимки от телескопа "Чандра" (фиолетовый) и телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства (синий) были объединены с данными LOFAR (красный) и оптическим изображением звезд, запечатленных с помощью Pan-STARR.

Эти структуры, вероятно, представляют собой ударные фронты, аналогичные тем, которые возникают у реактивных самолетов, преодолевающих звуковой барьер, и, вероятно, были вызваны разрывом газа в результате первоначального столкновения, произошедшего около миллиарда лет назад. После этого столкновения оба скопления продолжили расширяться и сейчас находятся на расстоянии около 11 миллионов световых лет друг от друга, что является наибольшим разделением подобных структур.

Теперь данные, полученные с помощью спутников НАСА "Чандра" и ЕКА "XMM-Newton", указывают на то, что PSZ2 G181 находится на пороге нового столкновения. После первого взаимодействия два скопления замедлили свое движение и начали возвращаться к месту нового столкновения.

Астрономы провели детальное исследование рентгеновских снимков области столкновения и обнаружили три ударных фронта. Они выстраиваются вдоль оси столкновения, и исследователи предполагают, что это ранние признаки надвигающегося второго столкновения.

Исследователи продолжают выяснять, сколько массы содержится в каждом из сталкивающихся скоплений. Тем не менее, общая масса системы меньше, чем у других скоплений галактик, участвовавших в столкновениях. Это делает PSZ2 G181 необычным примером системы с меньшей массой, вовлеченной в редкое событие столкновения скоплений галактик.

Статья, описывающая эти результаты, была опубликована в недавнем выпуске Astrophysical Journal (ApJ) под руководством Андры Строу из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института (CfA) и ее коллег. Это часть серии из трех статей, опубликованных в журнале ApJ. Вторую статью возглавляет Камлеш Раджпурохит, также из CfA, а третью — Ынмо Ан из Университета Енсей в Республике Корея.

Публикация взята с сайта: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/adb731

Исследователи из Рурского университета в Бохуме, Германия, представили инновационный метод, который впервые позволяет визуализировать вклад взаимодействия между водой и белками с исключительным временным разрешением. Терагерцовая (ТГц) калориметрия предоставляет возможность количественной оценки изменений фундаментальных термодинамических величин, таких как энтропия сольватации и энтальпия, в контексте биологических процессов в режиме реального времени.

Под руководством профессора Мартины Хавенит, пресс-секретаря Рурского кластера передового опыта по исследованию сольватации RESOLV, команда опубликовала свои результаты в журнале Nature Reviews Chemistry 9 мая 2025 года.

Фундаментальные биологические процессы, такие как образование фибрилл — тонких нитевидных структур, состоящих из пучков белковых нитей, которые играют ключевую роль в различных тканях и клетках, а также сворачивание и агрегация белков, являющиеся признаками неврологических заболеваний, представляют собой неравновесные процессы.

"Это означает, что они могут быть инициированы даже незначительными изменениями внешних условий, такими как температура", — поясняет Хавенит. Несмотря на то что все эти процессы происходят в растворителе, в данном случае в воде, взаимодействием с молекулами воды ранее пренебрегали.

С помощью терагерцовой калориметрии Хавенит и её команда разработали метод, позволяющий количественно определять термодинамические величины, определяющие динамику биологических функций, на основе спектроскопических измерений.

"Это позволяет нам впервые спектроскопически измерить термодинамику взаимодействия между белками и водой", — говорит исследователь. Команда проводит измерения в терагерцовом диапазоне электромагнитного спектра, который ранее оставался недоступным для экспериментального исследования.

Благодаря точным спектроскопическим измерениям и новой теоретической концепции, исследователи смогли выявить корреляцию 1:1 между данными спектроскопических измерений и термодинамическими величинами, такими как теплоемкость и свободная энергия.

Это открывает перспективы для использования всех преимуществ лазерно-спектроскопических методов. "Теперь мы можем использовать экстремальное временное разрешение на уровне миллионной доли миллионной доли секунды, чтобы впервые исследовать термодинамическое равновесие в химических реакциях в режиме реального времени", — отмечает Хавенит. Теперь доступны измерения в мельчайших наноконтейнерах и локальных горячих точках во время формирования нейротоксичных агрегатов.