Abstract fiber optic and glow.
Скорость передачи данных сильно увеличили
Современные приемопередатчики способны транслировать данные со скоростью порядка нескольких терабит в секунду. В связи с этим возникает потребность улучшить соединения микросхем, которые не используются на полную мощность из-за пропускной способности шин связи. Ученые из лаборатории технологий 3D-печати функциональных микроструктур МФТИ совместно с коллегами из Московского педагогического государственного университета разработали нанофотонные схемы из нитрида кремния с трехмерными полимерными волноводами. Важной частью работы стало исследование передачи сигнала телекоммуникации в 3D-волноводе, соединяющем две структуры из нитрида кремния. Идея оптического многоуровневого соединения для фотонных интегральных схем также предлагается в качестве решения проблемы соединений в одном кристалле. Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Physics D: Applied Physics.
Ученые изучили работу натриевого насоса…
Оптогенетика позволяет изучать работу нервных клеток путем вставки в них ионных насосов, которые активируются на свету. Белок KR2 от Krokinobacter eikastus является единственным непротонным активным переносчиком катионов, применимым для оптогенетики. Он перекачивает натрий через мембрану. Сотрудники Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ совместно с коллегами из Франции, Испании и Германии получили структуры промежуточного состояния KR2. Также при помощи методов молекулярной динамики авторы измерили активность различных мутантов KR2. Полученные результаты помогут понять, как именно натрий проходит через канал насоса. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
… и сенсорных белков бактерий и архей
Встроенные в мембрану сенсорные гистидинкиназы и хеморецепторы используются повсеместно бактериями и археями для восприятия информации из окружающей среды и часто имеют решающее значение для их выживания и патогенности. Белки могут надежно передавать сигнал от сенсорного домена в домен каталитической киназы и менять активность белков-регуляторов. Ранее было предложено несколько механизмов трансмембранной передачи сигнала в рецепторах в подобных двухкомпонентных системах: качание поршня, спиральное вращение и диагональное ножничное движение. Сотрудники Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ совместно с коллегой из Франции определили кристаллографическую структуру фрагмента мутанта фермента NarQ, который неожиданно связался с лигандом. Впоследствии авторы провели повторный анализ структур сенсорных доменов NarQ и NarX, не содержащих лигандов. Также они провели моделирование белка дикого типа без активаторов. Оказалось, что связывание нитрата с NarQ вызывает, прежде всего, спиральное вращение и диагональные ножницы α-спиралей в ядре сенсорной области. Эти конформационные изменения сопровождаются тонким поршнеобразным движением. Судя по всему, спиральное вращение, диагональные ножницы и поршень — это просто разные степени свободы. Они не являются взаимоисключающими в NarQ, а также, вероятно, в других нитратных сенсорах и белках двухкомпонентных систем. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Сотрудники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместили два метода усиления плазмонов
Взаимодействия поверхностной плазмы с фотонами позволяют преодолеть дифракционный предел света. Однако волны плазмы сильно затухают в металле, что неизбежно ограничивает длину их распространения до нескольких десятков микрометров. Единственная возможность избежать потерь при распространении — это компенсировать их внешним усилением. Ранее были предложены различные подходы к поверхностному плазмонному усилению за счет оптической или электрической накачки. Однако у каждого из них есть свои недостатки, обусловленные выбранным типом схемы усиления. Авторы впервые изучили гибридную электрооптическую накачку активных плазмонных волноводных структур. С помощью моделирования они продемонстрировали, что этот гибридный подход может превзойти как чисто электрическую, так и чисто оптическую накачку. Модальное усиление поля выше, чем при чисто оптическом воздействии, в то время как его можно точно и локально регулировать, настраивая электрический ток. Это позволяет снизить шум усиления и обеспечивает дополнительные функциональные возможности. Результаты опубликованы в журнале Nanomaterials.
Разработан метод визуализации возбуждений клеток сердца
Сотрудники лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ совместно с коллегами представили новый подход к картированию волн возбуждения без меток в кардиомиоцитах с использованием тонких мышечных пленок. Клетки желудочков новорожденных крыс культивировали на тонких пленках полидиметилсилоксана и наблюдали с помощью внеосевого освещения. Прогибы мембраны, создаваемые сокращением кардиомиоцитов, приводили к образованию ярких и темных областей на поверхности мембраны. Эти закономерности были записаны и проанализированы для мониторинга распространения сокращения. Метод сравнивали со стандартной техникой оптического картирования, основанной на использовании чувствительного к кальцию флуоресцентного красителя. Результаты, полученные этими двумя методами, были хорошо согласованы. Предложенный метод нетоксичен и может представлять особый интерес для постоянного мониторинга в тест-системах. Результаты опубликованы в журнале Annals of Biomedical Engineering.
Исследована локальная структура многокомпонентных сплавов
Сотрудники МФТИ совместно с коллегами из Института теоретической и экспериментальной физики им. А. И. Алиханова, Всероссийского НИИ автоматики им. Н. Л. Духова, МИФИ и Института физики металлов им. М. Н. Михеева провели комплексное экспериментальное и теоретическое исследование процессов локального упорядочения многокомпонентных сплавов. В качестве экспериментальных методов использовались томография атомного зонда и измерение электрического сопротивления при изохронном отжиге. В теоретическом исследовании использованы методы атомистического моделирования и многомасштабные квантово-механические расчеты. Комплексный подход позволил впервые обнаружить начальную стадию разложения твердого раствора сплава CoCrFeNi с образованием осадков Ni4Cr и Ni2Cr . Результаты опубликованы в журнале Physics of the Solid State.
В лаборатории нанобиотехнологий МФТИ получены новые наночастицы для биоприменений
Разработка синтетических способов изготовления наноразмерных материалов с четко определенной формой и высокой стабильностью имеет большое значение для быстро развивающейся области нанотехнологий. Ученые обнаружили необычную реакцию между аморфным ферригидритом и концентрированными кислотами. Вместо ожидаемого растворения наблюдалось образование новых, практически одинаковых кирпично-красных наночастиц гематита. Различные кислоты дают одинаковые наночастицы по данным сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии и других методов проверки. Реакция демонстрирует новые возможности для синтеза кислотоустойчивых наночастиц оксида железа и показывает новый путь реакции гидроксида железа с концентрированными кислотами. Биомедицинский потенциал изготовленных наночастиц демонстрируется функционализацией частиц с помощью полимеров, флуоресцентных меток и антител. Этот новый способ синтеза может быть полезен для разработки материалов на основе оксида железа для таких применений, как наносенсоры, визуализация и терапия. Результаты опубликованы в журнале Molecules.
Исследованы механизмы снижения интенсивности флюоресценции нанокристаллов сульфида кадмия и селенида цинка
Сотрудники лаборатории фотоники квантово-размерных структур МФТИ совместно с коллегой из МГУ изучили процессы оптически индуцированной потери интенсивности фотолюминесценции в нанокристаллах CdS/ZnSe и установили ее механизмы. Оказалось, что три процесса способствуют фотодеградации кристаллов. Соответствующие характерные времена составляют около 9,9 секунд, 260 секунд и 2 часа. В экспериментах было обнаружено, что кратковременный процесс деградации вызван активацией рекомбинации, когда фотоиндуцированная электронная вакансия захватывается в поверхностной ловушке, а длительный процесс может быть связан с температурным отрывом лиганда (олеиновой кислоты) с поверхности кристалла. Результаты опубликованы в журнале Rapid Research Letter.
Ученые пронаблюдали отдельные кванты магнитного потока в сверхпроводнике
Возможность управлять джозефсоновскими вихрями необходима для развития сверхпроводящей криоэлектроники. Однако прямая визуализация многовихревых состояний в джозефсоновских контактах — сложная задача. Сотрудники лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из МИСИС и Стокгольмского университета использовали магнитно-силовую микроскопию для анализа плоских джозефсоновских контактов. При этом авторы наблюдали сигнал на микроскопе, рассматриваемый как цепочка маленьких колец. Изменяя приложенное поле, они показали, что число колец равно количеству квантов потока в соединении. Следовательно, каждое кольцо представляет отдельный вихрь в одномерной вихревой цепи внутри соединения. Эти наблюдения показывают, что метод магнитно-силовой микроскопии может быть использован для визуализации джозефсоновских вихрей и для исследования их пространственных конфигураций и взаимодействия. Результаты опубликованы в журнале Physical review research.
Ваше мнение о дайджесте, а также информацию о своих статьях, выступлениях и проектах для публикации в последующих выпусках можно присылать на почту nebolsina@phystech.edu. Дайджест выходит раз в две недели. Следующий — 25 мая.
