пятница, 13 января 2012 г.

Испытан наноразмерный детектор звука

Испытан наноразмерный детектор звукаГерманские физики из Мюнхенского университета Людвига — Максимилиана сконструировали наноразмерный детектор звуковых волн, намного превосходящий по чувствительности человеческое ухо.

Основной детектора стала одиночная золотая 60-нанометровая частица, захваченная в ловушку, построенную по схеме оптического пинцета. В этих ловушках частицы удерживаются лазерным пучком, который, если не вдаваться в подробности, создаёт (за счёт градиента интенсивности) трёхмерную потенциальную яму, ограничивающую их движение фокусным объёмом пучка. Пинцеты традиционно используются для манипулирования микро- и наноразмерными объектами, позволяют прикладывать к ним силы пиконьютонового диапазона и измерять такие силы.

В экспериментах, проведённых авторами, ловушка, создаваемая 808-наномеровым лазером, играла другую роль: она обеспечивала возможность длительного наблюдения за движением помещённой в водную среду частицы, на которое накладывали свой отпечаток звуковые волны. Помимо лазера, в опытах были задействованы микроскоп и цифровая камера, снимавшая со скоростью 50 кадров в секунду.

Сначала учёные попробовали зарегистрировать звуковые волны от макроскопического источника — вольфрамовой иглы, соединённой с динамиком, на который подавался 300-герцевый сигнал. Движение золотой частицы записывали в течение 30 секунд, после чего её положение определялось на каждом кадре, а полученные результаты представляли в виде схемы, показанной на рисунке ниже. Включение звука давало чётко выраженный эффект: распределение позиций, занимаемых наночастицей, вытягивалось в направлении распространения волн.

Во втором опыте использовался более «слабый» источник — скопление золотых наночастиц, которые нагревались лазером и генерировали звуковые волны с частотой 20 Гц при реализации фотоакустического эффекта. Здесь простое распределение позиций наночастицы уже не позволяло зарегистрировать звук, но при переходе в частотную область (путём преобразования Фурье) в обычном спектре броуновского движения проявлялся хорошо различимый пик на 20 Гц.

По расчётам физиков, испытанная ими система уверенно обнаруживает источники, обеспечивающие уровень звуковой мощности LW = –60 дБ. Предел возможностей человеческого уха находится на LW = 0 дБ; следовательно, наноразмерный детектор обходит его по чувствительности сразу на шесть порядков.

Подобные устройства могут пригодиться при наблюдении за природными (клетками, бактериями, вирусами) и искусственно созданными объектами, которые не поддаются исследованию на обычном микроскопе. Кроме того, успешные испытания новых детекторов открывают возможность разработки оригинального метода акустической микроскопии с оптическим считыванием результатов.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; текст статьи можно загрузить отсюда.

Подготовлено по материалам PhysOrg.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Почему глобальное потепление кое-где приводит к холодам?
Известно, что глобальное потепление приводит к охлаждению некоторых уголков нашей дивной планеты. Пролить свет на природу этого парадоксального механизма смогли создатель климатических моделей Джуда Коэн из консалтинговой фирмы Atmospheric and Environmental Research (США) и его коллеги. Среднемировая температура растёт с конца XIX века. Быстрее всего теплеет в последние сорок лет, причём Арктика...
  (читать дальше)

Samsung рассчитывает на рост продаж фотокамер со сменной оптикой
В текущем году Samsung планирует агрессивное наступление на рынок беззеркальных фотоаппаратов со сменной оптикой. Беззеркальные фотокамеры ориентированы прежде всего на тех пользователей, которые не удовлетворены возможностями компактных фотоаппаратов и в то же время не хотят покупать дорогие и громоздкие зеркальные устройства. В прошлом году «Самсунг» реализовал около 120 тыс. беззеркальных к...
  (читать дальше)

Microsoft впервые обошла Yahoo! на американском поисковом рынке
Компания comScore опубликовала декабрьскую статистику по рынку интернет-поиска США. В течение последнего месяца 2011 года американцы сделали в общей сложности 18,2 млрд запросов, что на 2% больше по сравнению с ноябрём. В декабре 2010-го этот показатель равнялся 16,4 млрд. Google остаётся безоговорочным лидером с 12,0 млрд обработанных запросов и долей в 65,9%. Год назад веб-корпорация контрол...
  (читать дальше)

Google персонализирует результаты поиска
Google продолжает расширять возможности своей основной поисковой системы: реализованы три новые функции, доступные для пользователей, вошедших в свой аккаунт. Инструмент «Персональные результаты» поможет найти ту информацию, которая интересна именно вам. Это могут быть фотографии и сообщения в социальной сети Google+, ссылки на понравившиеся друзьям материалы, семейная история и пр. Сторонние по...
  (читать дальше)

Почему роса собирается на кончиках листьев?
Рабиндранат Тагор как-то сказал: «Пусть жизнь твоя легко танцует на краешке времени, как росинка — на кончике листа». Наконец-то мы знаем, как и отчего танцуют росинки на кончике листа. Спасибо Мартину Шанахану из Эдинбургского университета (Великобритания), который выяснил, почему роса формируется именно на кончике, а не на плоской поверхности листа. Капли, которые конденсируются из водного п...
  (читать дальше)

В сети «Фейсбук» разыграли классическую драму
Дуэль на клавиатуре и энергичные смайлики с аплодисментами — вот приметы театрального искусства нынешнего времени: в сети «Фейсбук» состоялась премьера пьесы по роману Теодора Фонтане «Эффи Брист». Организаторы утверждают, что это первая театральная постановка в социальной сети. Что не совсем так, потому что уже был вот такой эксперимент — правда, в «Твиттере». Популярный роман, считающийся не...
  (читать дальше)

Показана возможность изготовления высокоэффективных тонких солнечных элементов
Учёные из Калифорнийского технологического института (США) показали, как можно увеличить долю излучения, поглощаемого тонкими солнечными элементами. Целью исследователей стало преодоление классического предела эффективности «захвата» излучения, который ещё в 1982 году установил Эли Яблонович, рассматривая объёмные однородные полупроводники. Его теория действует в случае простых световых «ловушек...
  (читать дальше)

Ученые создали самое маленькое магнитное запоминающее устройство
Ученые из германского научного центра CFEL и специалисты IBM создали самое маленькое в мире магнитное запоминающее устройство - они смогли записать один байт на 96 атомах, в то время как для записи этого объема данных на современных жестких дисках требуется полмиллиарда атомов, говорится в статье, опубликованной в журнале Science. Себастьян Лот (Sebastian Loth) из Центра лазеров на свободных эле...
  (читать дальше)

Алкоголь стимулирует выброс эндорфинов в мозге
Удовольствие от выпивки связано с тем, что алкоголь «массирует» центр наслаждения мозга с помощью эндогенных опиатов — эндорфинов. Чувство удовольствия, вызываемое выпивкой, может быть связано с повышением концентрации эндорфинов в мозгу. Справедливости ради стоит заметить, что такое действие алкоголя учёные уже наблюдали в опытах с животными, но исследователям из Калифорнийского университета в&...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)