Новости РНФ

Саратовские ученые разработали новую методику расшифровки ДНК

2 days 21 hours ago
 Российские биологи разработали новую методику расшифровки и сравнения структуры ДНК, которая поможет медикам в лечении опасных заболеваний.

Как сообщают РИА Новости со ссылкой на пресс-службу Российского научного фонда, свои открытия ученые сделали, просвечивая молекулы клеток лазером.

По словам одного из исследователей профессора Саратовского государственного университета Сергея Ульянова, новаторским является подход, основанный на распознавании образов нуклеотидных последовательностей. Как отмечает ученый, ранее он никогда не использовался в биоинформатике.

Публикация, посвященная новому методу, вышла в журнале Laser Physics Letters (работа поддержана грантом РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

Поначалу технологии секвенирования ДНК стоили очень дорого, и были доступны лишь крупным лабораториям и большим научным коллективам. Новые технологии расшифровки ДНК, появившиеся за последнее время, удешевили стоимость секвенирования до нескольких тысяч долларов. Это привело к использованию таких технологий во многих сферах медицины и науки.

В настоящее время российские ученые делают следующий шаг в развитии молекулярной биологии. С помощью новой методики можно найти следы обрывков ДНК или геномов организмов в любом месте.

Исследователи обратили внимание, что при столкновении лазерного луча с молекулой ДНК, он распадается на большое количество светлых и темных пятен, которые ученые условно назвали "солнечными зайчиками". Число, размеры и различные свойства таких пятен зависят от структуры ДНК. Даже незначительные изменения ДНК приводят к изменению "солнечных зайчиков".

Новая технология может получить большое значение в медицине, так как она позволяет диагностировать опасные заболевания, в том числе рак, на ранних стадиях.

Дата публикации: 15 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Как сверхпроводящие вихри обычный металл квантовали

2 days 21 hours ago
 Российские ученые совместно с французскими коллегами обнаружили, что характерные для сверхпроводников квантовые вихри сверхпроводяших токов — вихри Абрикосова — также возникают и в обычном несверхпроводящем металле, если последний находится в хорошем контакте со сверхпроводником. Наблюдение данных вихрей является прямым доказательством наведенной квантовой когерентности. Ученым удалось впервые создать модель очень точно описывающую такие наведенные вихри.

Эти фундаментальные результаты, опубликованные в журнале Nature communications, позволяют лучше понимать и описывать процессы, протекающие на границе раздела двух фаз твердого тела — сверхпроводящей и нормальной — а это важно для создания элементов будущих квантовых технологий.

Сверхпроводники, в которых при охлаждении полностью исчезает электрическое сопротивление, сегодня активно используются при создании особо мощных электромагнитов для томографов и ускорителей, в опытных ЛЭП и поездах на магнитном подвесе, а также в качестве сверхчувствительных датчиков — но это лишь часть применений, объясняющих важность всеобъемлющего понимания физики сверхпроводимости. Макроскопичность квантовых свойств сверхпроводников позволяет создавать так называемые искусственные атомы или кубиты — основу будущих квантовых вычислительных систем. Развитие такой квантовой электроники невозможно без создания точного математического аппарата, способного рассчитывать протекающие  микроскопические процессы как в самом сверхпроводнике, так и в системах, где сверхпроводник контактирует с другими материалами, поэтому систему «сверхпроводник/нормальный металл» активно изучают как прообраз многих иных, более сложных, систем.

Хорошо известно, что контакт нормального металла со сверхпроводником сильно меняет свойства обоих материалов в сравнительно толстом по меркам микромира слое — на глубине до нескольких сотен нанометров. Металл обретает «сверхпроводящие» свойства, например, способность пропускать ток без сопротивления. «Но могут ли в таком металле существовать квантовые вихри, как в сверхпроводниках? Как ведёт себя такой электронный вихрь? Что влияет на его характеристики?» — на эти вопросы, перечисленные в новой статье, и искали ответ исследователи. 

Василий Столяров, заместитель руководителя лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ, комментирует: «Для того, чтобы решить сложную экспериментальную задачу, её вначале нужно максимально упростить, т.е. найти простую модель, опираясь на которую можно будет описать более сложное поведение. Основным результатом нашего исследования является то, что мы с высокой точностью показали, как ведет себя вихрь токов, индуцированных в слое нормального металла.

Для этого мы нашли способ, как правильно приготовить образец, да так, чтобы мы смогли его ещё и смоделировать. Оказалось, что наша теоретическая модель, основанная на уравнении Узаделя, с большой точностью самосогласованно описывает процессы, протекающие на границе сверхпроводник/нормальный металл, и учитывает влияние циркулирующих экранирующих токов, а значит, её можно смело использовать на практике. Кроме того исследования помогли глубже понять физический смысл некоторых параметров уравнения Узаделя».

Используя сканирующий туннельный микроскоп, работающий при сверхнизких температурах, ученые получили спектральные нанокарты распределения «нормальных» и «сверхпроводящих» электронов на поверхности пленки металла, которая предварительно была нанесена на сверхпроводник.  Эти карты и доказали наличие в металле наведённых квантовых вихрей, похожих на вихри Абрикосова в сверхпроводниках.

«Эксперименты стали возможны благодаря прогрессу в области сканирующей туннельной микроскопии, — пояснил Василий Столяров. — «Это позволило уверенно работать при сверхнизких температурах и в условиях сверхвысокого вакуума (10-11 мбар).  Такие условия сохраняют поверхность атомно-чистой достаточно долгое время, а также позволяют работать при температурах ниже критической температуры сверхпроводящего перехода исследуемых объектов. Такой микроскоп есть и в МФТИ, в нашей лаборатории».

Результаты эксперимента согласуются с компьютерным моделированием, которое также продемонстрировало появление вихрей в металле аккурат над теми местами, где сформировался вихрь в сверхпроводнике. Кроме того, исследователи проследили за поведением таких вихрей при изменении температуры, толщины пленки нормального металла и для разных значений внешнего магнитного поля, что позволило получить более детальное представление об этом явлении.

Работа сотрудников лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ выполнялась с привлечением ресурсов различных организаций: Института физики твёрдого тела РАН, Института ядерной физики им. А. В. Скобельцына, МИСиС, МГУ, Казанского федерального университета, Института нанотехнологий (Нидерланды), Парижского института нанонаук Университета Сорбонны (Франция), Высшей школы индустриальной физики и химии Парижа Университета PSL (Франция).

Работа выполнена при поддержке Национального агентства по исследованию ANR Франции, Министерства образования и науки РФ, а также РНФ и РФФИ.

Дата публикации: 15 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Нейробиологи научились измерять содержание миелина в мозге плода в утробе матери

2 days 21 hours ago
 Российские ученые разработали технологию внутриутробного наблюдения за развитием миелина в мозге плода. Благодаря этому специалисты смогут сделать выводы о динамике и аномалиях структурного развития мозга на самых начальных этапах формирования центральной нервной системы человека. Результаты исследования опубликованы в журнале American Journal of Neuroradiology. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Нервные волокна периферической и центральной нервной системы окружены защитной оболочкой из миелина – многослойной клеточной мембраной, состоящей из жиров и белков. Ионные токи не могут проходить через миелин, поэтому нервный импульс проходит по миелинизированным волокнам крупными «перескоками» – только по областям разрыва миелиновой оболочки, такие области встречаются через равные промежутки длиной примерно 1 миллиметр. В результате такой скачкообразной передачи сигнала, нервный импульс распространяется по миелинизированным волокнам в несколько раз быстрее, чем по волокнам без миелина. Повреждение миелиновой оболочки приводит к серьезным нарушениям работы нервной системы.

Процесс миелинизации начинается приблизительно на пятом месяце развития плода и интенсивно продолжается после рождения, когда человек учится держать голову, ходить, говорить, мыслить и так далее. Нарушение этого процесса, а также некоторые заболевания (например, рассеянный склероз) могут повредить миелиновую оболочку нервных волокон и таким образом вывести из строя центральную нервную систему. Ученые из Томского государственного университета и Института «Международный топографический центр» Сибирского отделения РАН разработали метод количественной оценки процесса миелинизации мозга плода в клиничесских условиях с помощью магнитнорезонансной томографии (МРТ).

«Нарушения миелинизации часто лежат в основе задержек физического и умственного развития ребенка, а также являются возможным механизмом формирования ряда неврологических и психиатрических заболеваний. Наше исследование открывает возможность неинвазивного изучения формирования миелина в мозге плода на самой ранней стадии и последующего применения полученных знаний в клинической диагностике и фундаментальных нейронауках», — рассказал Василий Ярных, руководитель проекта, профессор Томского государственного университета и университета Вашингтона (США).

Современные методы МРТ позволяют на качественном уровне оценить выраженные нарушения миелинизации, но не дают возможности измерить точное количество миелина в нервной ткани. Более ранние технологии МРТ также недостаточно чувствительны к малым количествам миелина, которые присутствуют в мозге плода или новорожденного ребенка. Авторы исследования предлагают использовать для этих целей новый метод – картирование макромолекулярной протонной фракции (МПФ). При обычной МРТ источником сигнала являются протоны, содержащиеся в воде, тогда как метод картирования МПФ измеряет количество протонов, входящих в состав клеточных мембран. Благодаря специальному алгоритму математической обработки изображений и протоколу сбора данных, новый метод позволяет выделить сигнал протонов, относящихся к миелиновей оболочке. В предыдущих исследованиях ученые доказали эффективность этого метода для количественной оценки миелинизации, а в новой работе продемонстрировали применение картирования МПФ для визуализации тонких различий в миелинизации анатомических структур мозга плода.

«Наше исследование стало возможным благодаря тесному сотрудничеству с клиницистами из отделения «МРТ Технологии» Института «Международный топографический центр» Сибирского отделения РАН под руководством доктора медицинских наук Александры Коростышевской и их значительному опыту в диагностике патологий развития плода. В результате нашей работы предложен новый метод построения карт миелинизации мозга человека в процессе пренатального развития. Впервые показана возможность неинвазивной количественной оценки содержания миелина в мозге плода с использованием широкодоступного клинического оборудования для МРТ», — добавил ученый.

В исследовании приняло участие более сорока беременных женщин на сроке беременности от 18 до 38 недель. Ученые показали способность их метода надежно оценивать пространственно-временные траектории развития миелина в различных анатомических структурах мозга плода. Новая технология позволяет выявлять очень малые количества миелина на ранних стадиях его формирования с высоким пространственным разрешением и коротким временем сканирования (менее 5 минут). Авторы сравнили данные, полученные для мозга взрослого человека и мозга плода и выяснили, что картирование МПФ являтся наиболее чувствительным к содержанию миелина среди всех известных методов МРТ.

Фото: Примеры карт МПФ головного мозга плодов различного гестационного возраста. Источник: Василий Ярных Дата публикации: 15 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

UrFU Scientists Build Multiscale Models of Arctic Ice

4 days 2 hours ago
 A team of scientists from the Institute of Natural Sciences and Mathematics, Ural Federal University, Russia, including Piotr Galenko (head of the project), Ilya Starodumov, Irina Nizovtseva, Dmitry Aleksandrov, Aleksey Malygin and others is conducting a multiscale mathematical modelling of the Arctic ice evolution and determining its influence on the climate change. In 2016, the mathematicians received a grant from the Russian Science Foundation for fundamental research.

The idea of the project is that, with the help of mathematical models, the researchers analyze the climate change in the Arctic area (thawing and freezing of ice when exposed to various factors), predict change of the ice layer and the climate in the Arctic, which, in the end, is influencing the global climate. 

“With the help of dynamic models, we can predict seasonal temperature changes”, says Ilya Starodumov, junior research associate at the laboratory of multiscale mathematical modelling, Institute of Natural Sciences and Mathematics, UrFU. “Nowadays, there is a huge need in methods that are not just based on statistical data, but have some fundamental principles to them, we think. The statistical models for large-scale forecasts use data collected over 50 years or so, and then it is alleged that this pattern should repeat itself over the next 50 years. Those models do work when everything is more or less balanced, but they can’t predict something that happens suddenly, something we aren’t ready for. That is why crises and catastrophes often catch us off-guard”.

According to the researchers, the mathematical models that are being developed now at the Institute allow predicting the dynamics for the future with a certain degree of probability.

“We are trying to restore the process itself, not analyze its earlier manifestations. In a way, we recreate the investigated process using mathematical ‘gear-wheels’, and then we try to launch it and look at how it works in different conditions over long periods of time”, says Ilya Starodumov.

For calculations, the scientists use both personal and supercomputers. According to Dmitry Aleksandrov, Head of the Academic Department of Theoretical and Mathematical Physics, UrFU, millions of years can be simulated in just half an hour. Also, in order to work on certain tasks, the mathematicians collaborate with colleagues from Spain, France, and Germany. 

“This project is very extensive, there is enough to research for maybe 50 years ahead,” says Dmitry Aleksandrov. “There’s also enough outcomes from the previous two years of work. Part of them has been published in a special issue of Philosophical Transactions of the Royal Society A, a very well-known journal established in 1660. Over several centuries, it has published articles by Charles Darwin, Michael Faraday,William Herschel, Isaac Newton and other great scientists. In this issue, for example, we described the dynamics of ice freezing, the process of dendritic structures growing in ice and a lot more”.

At this point, the scientists can already give qualitative assessment to the climate change, determine the possibility of sea current shifting, rising or lowering of sea level, changes of seasonal temperatures and humidity of the Arctic area, which can affect the climate of the northern hemisphere of the Earth.

Дата публикации: 14 июня 2018 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Гелий лишил надежд найти под озером Восток вулкан

4 days 2 hours ago
 Геофизики из России и Франции изучили, как крупнейшее в Антарктиде подледное озеро — Восток — получает гелий из находящейся под ним породы. Доля радиоактивных изотопов гелия, попадающего в озеро, невелика и соответствует той, какую могла бы поставлять континентальная провинция без следов вулканической активности. Научная статья опубликована в журнале Geophysical Research Letters. Работа поддержана несколькими грантами, в том числе грантом РНФ.

Антарктида — континент, почти полностью покрытый льдом. Поэтому его геологию невозможно изучать напрямую, только по косвенным измерениям. Одно из них — определение содержания различных газов в антарктических льдах. Участки земной коры разного возраста и уровня вулканической активности выделяют разные количества неона и гелия. Более того, соотношение радиоактивных и «обычных» изотопов этих элементов также зависит от характеристик их источника.

Поэтому авторы новой работы определили концентрацию двух изотопов гелия — радиоактивного 3He и нерадиоактивного 4He в образцах льда, расположенных на 2−162 метра выше уровня воды в озере Восток — то есть на 3767−3607 метров в глубь ледника, на поверхности которого расположена исследовательская станция «Восток». Из предыдущих работ известно, что изотопный состав льда над озером зависит от глубины, на которой он находится. В месте бурения лед с глубины до 3539 метров по изотопному составу практически не отличается ото льда на самой поверхности. Ниже этой точки содержание многих веществ, в том числе гелия, в нем резко меняется. Из этого геологи делают вывод, что состав льда ниже 3539 метров соответствует составу жидкой воды озера Восток.

Керны получали во время работ по бурению ледника над озером в 2006—2012 годах. Всего ученые проанализировали состав 24 образцов льда. Главным образом исследователей интересовало соотношение двух изотопов гелия в них. Больше радиоактивного 3He по отношению к нерадиоактивному 4He выбрасывают на поверхность молодые геологические провинции, на которых наблюдается вулканическая активность. Они же отдают в атмосферу больше тепла (его количество, выделенное за определенный период времени, измеряется в милливаттах на квадратный метр). В смеси газов, источником которых служат старые геологические провинции без заметной вулканической активности, соотношение радиоактивных изотопов меньше.

Общую концентрацию изотопов гелия в воде озера авторы статьи оценили в 132 наномоль на литр. Химический анализ показал, что доля 3He в ледяных кернах, изотопный состав которых предположительно совпадает с составом воды озера Восток, невелика. Это означает, что геологическая провинция, лежащая под водоемом, имеет значительный возраст, и вулканической активности на ней нет. Зная зависимость количества радиоактивного гелия от возраста провинции, авторы работы рассчитали, сколько тепла она выделяет: 51 милливатт на квадратный метр. Такие показатели типичны для остывших геологических провинций. Близкое значение для участка территории Антарктиды вблизи озера Восток было получено в исследованиях теплоотдачи геологических провинций материка методом спутниковой магнитной съемки.

Озеро Восток расположено в районе одноименной исследовательской станции в Антарктиде на 77 градусах южной широты и 105 градусах восточной долготы. Площадь его поверхности составляет около 15 000 квадратных километров, что делает Восток самым крупным известным на данный момент подледным озером. Глубину этого водоема оценивают в 1200 метров. Сверху Восток закрыт ледником, толщина которого составляет до 4500 метров. Еще до открытия озера в 1996 году его существование предсказали исходя из предположения, что в нижней части очень толстого ледника температура может быть выше нуля. Либо давление там настолько высоко, что возможно наличие жидкой переохлажденной воды. Рядом со станцией «Восток» к воде озера пробурили скважину. Толщина ледника в точке бурения составляет 3769 метра. Озеро интенсивно изучают, так как оно может дать информацию о формирования континента Антарктида. Кроме того, оно многие миллионы лет было изолировано от поверхности Земли и, вероятно, содержит в себе уникальные живые организмы.

Дата публикации: 14 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Новый сверхтвердый материал «победит» победит

4 days 2 hours ago
 Химики из России и Китая предсказали новый сверхтвердый материал, который который можно будет применять в бурении, машиностроении и других областях. Он превосходит по своим свойствам победитовые сплавы, которые применяются в этих областях сегодня. Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters (работа поддержана грантом РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

Головки для буровых установок делают в основном из победита — сплава карбида вольфрама с кобальтом — с вкраплениями синтетических алмазов. Его создали в СССР в 1929 году, и с тех пор не появилось материала, который составил бы победиту конкуренцию в бурении, машиностроении, металлообработке и других областях. Существуют материалы тверже победита, но они либо сильнее подвержены трещинам, либо требуют более высокого давления при производстве.

Ученые из Сколковского института науки и технологий под руководством Артема Оганова создали алгоритм USPEX, с помощью которого предсказали новый материал борид вольфрама — WB5. Его можно синтезировать при нормальном давлении, при этом он может конкурировать с победитом по двум самым важным параметрам: твердости и устойчивости к трещинам. Уступая победиту по трещинностойкости на 20%, новый материал превосходит конкурента по твердости на 50%.

Чтобы обнаружить материал, ученые «перебрали» с помощью алгоритма множество групп химических соединений. В ходе работы исследователи получили несколько стабильных веществ с интересными свойствами, но с победитом они сравниться не могли. «В какой-то момент я даже подумал, что нам не удастся победить победит, и не зря этот материал удерживал свою нишу почти столетие», — рассказал руководитель исследования, профессор Сколтеха, Артем Оганов.

Перебрав множество вариантов, ученые наконец обнаружили подходящее вещество. К их удивлению оно оказалось в ряду уже давно изученных соединений.

«Система вольфрам-бор была предметом огромного числа экспериментальных и теоретических исследований, и странно, что это соединение не было обнаружено до сих пор», — рассказал один из авторов исследования, научный сотрудник Сколтеха Александр Квашнин.

Дата публикации: 14 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Туберкулез научились диагностировать по выдоху до появления симптомов

4 days 2 hours ago
 Исследователи из Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института туберкулеза предложили определять присутствие возбудителя данного заболевания — Mycobacterium tuberculosis в организме по количеству и составу иммуноглобулинов в выдыхаемом потенциальными больными воздухе. Иммуноанализ, используемый при этом, проводится всего за несколько минут благодаря ряду технических новшеств, разработанных авторами. Он позволяет обнаружить туберкулез на ранних стадиях, когда характерные для заболевания симптомы еще не развились. Научная статья опубликована в Journal of Breath Research. Работа поддержана грантом РНФ.

Туберкулез — это заболевание дыхательной системы, вызываемой палочкой Коха (Mycobacterium tuberculosis). Эта бактерия присутствует в легких больных и поначалу не влияет на их состояние: туберкулез имеет закрытую форму. Однако позже палочки Коха начинают активно размножаться в макрофагах (клетках иммунной системы) легких, и заболевание переходит в открытую форму. Появляется кашель, повышается температура, на рентгеновских снимках легких (флюорографии) можно увидеть уплотнения в этих органах. Человек, пораженный открытой формой туберкулеза, способен заражать других, притом некоторое время после начала острой фазы он может не знать о ней: характерные симптомы появляются позже, чем начинают размножаться бактерии.

Наличие Mycobacterium tuberculosis в легких выявляют, собирая жидкость из этих органов методом бронхоальвеолярного лаважа. Это неприятная процедура, во время которой легкие промывают физиологическим раствором — слабым раствором солей. Авторы статьи предложили упростить сбор палочек Коха из легких и сделать его менее травматичным для пациентов. Для этого они попробовали собрать бактерии из воздуха, выдыхаемого больными. Капли жидкости из такого воздуха ученые собирали с помощью модифицированных фильтров Петрянова. Они представляют собой слои тонких синтетических волокон и используются в химической промышленности для очистки различных веществ от примесей.

55 участникам исследования (из них 42 больных туберкулезом и не проходивших лечение, 13 здоровых) требовалось в течение 10 минут дышать через устройства с такими фильтрами. То, что задержалось на фильтрах, подвергли анализу на содержание ДНК Mycobacterium tuberculosis, характерных для этих микроорганизмов белков, а также иммуноглобулинов (антител) А — белков, вырабатываемых иммунной системой человека. Оказалось, что ни ДНК возбудителей туберкулеза, ни белков этих бактерий в микрокаплях легочной жидкости из выдыхаемого больными воздуха нет. Зато в нем содержатся различные иммуноглобулины А, а среди них — антитела, которые вырабатываются только при наличии в организме Mycobacterium tuberculosis (их наличие не зависит от того, делали человеку прививку от туберкулеза или нет).

С помощью метода сверхбыстрого иммуноанализа, ранее разработанного авторами статьи, характерные для острой формы туберкулеза антитела удавалось обнаружить за 5−10 минут. У некоторых из пациентов такие иммуноглобулины, А обнаруживались еще до появления симптомов туберкулеза. Отсюда ученые сделали вывод, что их способ обнаружения антител к Mycobacterium tuberculosis позволяет выявить начало острой фазы заболевания еще до ее клинических проявлений.

Недостаток метода заключается в том, что он выявляет антитела к палочке Коха в выдыхаемом воздухе не только у больных туберкулезом, но и у тех, кто постоянно за ними ухаживает. Таким образом, использовать только иммуноанализ для диагностики этого заболевания не стоит: есть вероятность поставить диагноз «туберкулез» тем, у кого его на самом деле нет. Точность предложенного метода можно повысить, если анализировать собранные фильтрами микрокапли из выдыхаемого испытуемыми воздуха и на содержание в них ряда интерлейкинов — показателей воспаления в легких.

Дата публикации: 14 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Ботаники МГУ исследовали эволюцию тропического семейства растений по семенам

4 days 3 hours ago
 Исследователи из МГУ проанализировали строение семян представителей всех 11 родов семейства моллюгиновых и выяснили, что современная система недостаточно точно отображает родственные связи отдельных групп внутри семейства. Ранее морфология и анатомия семян моллюгиновых были изучены слабо, а классификация была построена преимущественно на молекулярно-генетических данных. Исследование проходило в рамках направления «Растения» проекта «Ноев ковчег» (при поддержке Российского научного фонда), результаты опубликованы в Botanical journal of the Linnean Society.

Представители семейства моллюгиновых распространены на всех континентах, за исключением Антарктиды, их наибольшее разнообразие приходится на тропические области планеты. Семейство включает около 90 видов, объединённых в 11 родов, однако текущая система построена на ограниченных данных. Ботаники МГУ собрали семена 76 видов из всех родов моллюгиновых и изучили их морфологию и анатомию. По результатам работы учёные пересмотрели существующую классификацию семейства.

Ботаники изучили 14 признаков плодов и семян моллюгиновых, среди которых число семян в плоде, длина, цвет, структура поверхности семени, наличие волосков на их поверхности. Собранные данные обработали статистически и построили дерево кластеров, объединяющих наиболее близкие по признакам виды. Результаты такого мультивариантного анализа признаков сравнили с существующей филогенетической системой семейства.

В результате учёные выяснили, что многие признаки выработались у таксонов на филогенетических деревьях не в стохастическом порядке, а имеют определённую закономерность распределения внутри крупных клад. Кроме того, два представителя гетерогенного рода Pharnaceum (P. namaquense и P. pusillum) сильно отличаются от других видов рода по признакам семян и больше схожи с растениями рода Hypertelis. Положение Pharnaceum serpyllifolium, Mollugo tenella и некоторых других видов в текущей системе семейства также под сомнением. Представители рода Kewa, ранее относимые к Hypertelis и только недавно выделенные в собственное семейство (Kewaceae), оказались очень схожи с моллюгиновыми по всем признакам, кроме формы семян.

«Таким образом, результаты исследования доказывают, что существует потребность в пересмотре родовой принадлежности некоторых видов, а признаки плодов и семян играют важную роль для определения моллюгиновых и уточнения их систематического положения, — прокомментировал главный автор исследования, ведущий научный сотрудник кафедры высших растений биологического факультета МГУ Александр Сухоруков. — В целом, научный подход, включающий в себя синтез молекулярно-генетического и морфолого-анатомического подхода, является одним из трендов современной биологии и ботаники в частности, и даёт наиболее надёжные результаты, расширяющие наши знания о системе живого».

Помимо учёных биологического факультета МГУ, в исследовании приняли участие исследователь из Синьцзянского института экологии и географии Китайской академии наук.

Ежегодно в рамках проекта «Ноев ковчег» проходит свыше 50 экспедиций как в разные регионы России, так и в зарубежные страны. По результатам поездок учёные пополняют фонды коллекций биоматериала Московского университета и описывают новые виды живых существ. За прошедший исследователи из МГУ описали около 60 новых для науки видов, в том числе лягушку из горных тропических лесов Вьетнама и гриб в Тверской области.

Дата публикации: 14 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

RSF and DFG discussed future cooperation

1 week 3 days ago
 

RSF Director General, Alexander Khlunov, Deputy Chairman of the RFBR, Vladimir Kvardakov, RFBR Director Oleg Belyavsky as well as the representatives of Moscow State University and Saint-Petersburg State University took part in the lively discussion moderated by DFG Secretary General Prof. Dorothee Dzwonnek.

The central theme of the conversation was the presentation of successful cooperation cases among DFG and different partners in Russia, such as the joint SRF-DFG call to support international research teams.

"We are grateful to our colleagues from DFG, the renowned research funder with a great track record and the highest reputation, for these a few years of our cooperation. One day DFG became one of the first foreign partners of the Russian Science Foundation. We successfully launched three calls within a short time frame in the context of full confidence in each other's operational procedures, we could establish our review procedures at the highest international level and have already funded dozens of joint projects. We should keep in mind that real researchers are associated with these projects who are not similar to each other. And we believe the science wins from that diversity of ideas and backgrounds," stated the RSF head in the course of the roundtable discussion.

The DFG representatives noted the establishment of a special commission focused on the digitalization in the DFG structure and presented a long-term Exellence initiative, which is now in its final stage of the evaluations. It is expected that 45-50 Clusters of Excellence will be funded since January 2019 in amounts of about € 385 million annually.

The participants of the discussion agreed that it is important for both countries to develop programs focused on supporting young researchers, to improve review procedures for the interdisciplinary projects, and to develop co-operation in larger formats along with project funding for individual teams.

Дата публикации: 08 июня 2018 метки:  RSF news
maria

Химики из России научились извлекать чистый водород из биотоплива

1 week 3 days ago
 Ученые из России создали новые нанокатализаторы, которые позволяют разлагать различные виды биотоплива и извлекать из них чистый водород. Инструкции по их сборке были опубликованы в статье, опубликованной в издании International Journal of Hydrogen Energy (работа поддержана РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

"Технология синтеза наших материалов и конструкция мембранного реактора уже отработаны на лабораторном уровне. Переход на пилотный уровень – задача ближайшего будущего. Для внедрения каталитических мембран на промышленном уровне потребуется существенно больше вложений", – заявил Владислав Садыков, химик из Института катализа СО РАН в Новосибирске, чьи слова приводит пресс-служба РНФ.

За последние годы физики создали множество расщепителей воды, которые разлагают молекулы воды на кислород и водород при помощи света или электрического тока, наиболее удачные версии только приближаются к коммерческой рентабельности. Кроме того, подобные катализаторы в большинстве случаев или разрушаются, или загрязняются при расщеплении воды, что вынуждает ученых разрабатывать далеко не бесплатные методики их регенерации.

Помимо расщепления воды, как рассказывает Садыков, водород можно получать в промышленных количествах и иными путями, к примеру, разлагая молекулы ископаемых углеводородов и "зеленого" биотоплива. Как правило, существующие сегодня методики его производства не сильно эффективнее электролиза, что заставляет химиков искать способы их удешевления и ускорения.

Российские ученые обнаружили, что подобную реакцию можно осуществлять, используя особую мембрану из сплава никеля и алюминия, покрытую наночастицами из соединений празеодима, церия, кобальта, иттрия и ряда других редкоземельных и просто редких металлов.

Если нагреть биотопливо до нескольких сотен градусов и пропустить его пары через такую мембрану, то его молекулы, в том числе метан, этанол и прочие горючие углеводороды, распадутся на чистый водород, угарный или углекислый газ. Водород пройдет через "дырки" в мембране, а тяжелые молекулы биотоплива и СО2 останутся внутри реактора.

Схема изготовления мембраны (кольцо-«оправа», два серых цилиндра – пористая подложка на основе пены из никеля-алюминия, далее – наносимые слои: протонпроводящие (фиолетовый и оранжевый) и каталитический (зелёный)). Источник: Владислав Садыков.

Как отмечает Садыков, подобный катализатор гораздо дешевле, чем аналогичные мембраны из палладия и других благородных металлов. При этом он позволяет превратить примерно половину биотоплива в чистый водород, что соответствует современным промышленным требованиям.

Пока такие системы работают при почти столь же высоких температурах, что и "обычные" никелевые катализаторы, используемые при производстве водорода из природного газа, однако ученые надеются повысить эффективность их работы, снизить рабочую температуру и сделать производство водорода более дешевым.

Дата публикации: 08 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
maria

Клетки избавили от «кислородного стресса»

1 week 3 days ago
 Российские ученые совместно с британскими коллегами предложили технологию, позволяющую анализировать живые ткани и клетки под микроскопом. Метод позволит проводить экспресс-анализ токсичности магнитных наночастиц размером около 10 нанометров, которые применяются для создания противоопухолевых препаратов. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports (исследование поддержано грантом РНФ - прим. ред. сайта rscf.ru).

В последнее десятилетие работающие в области биомедицины ученые широко исследуют магнитные наночастицы, особенно суперпарамагнитные наночастицы оксида железа (SPION). На сегодняшний день это единственные магнитные наночастицы, одобренные для клинического применения.

SPION широко используются в адресной доставке лекарств и в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии, гипертермии («выжигании» опухолей изнутри) и радионуклидной терапии с использованием магнитного поля. Задача, стоящая сегодня перед учеными, – оценить, может ли применение таких частиц навредить пациенту. Поэтому важно разработать методы, которые могут обеспечить высокопроизводительный анализ биореакций и прогноз токсичности вещества.

По словам авторов нового исследования, разработанная ими технология для оценки токсичности магнитных наночастиц показывают значительную разницу концентраций внутриклеточных активных форм кислорода (АФК), измеренных в раковых клетках до и после воздействия наночастиц оксида железа. АФК – это ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси, образующиеся как вследствие естественного метаболизма, так и под действием ионизирующего излучения. Повышенное содержание АФК в клетке обычно приводит к «окислительному стрессу» и ее повреждениям из-за окисления. Чувствительность разработанного метода заметно отличается от измерений АФК при использовании стандартных методов – соответствующую разницу они обнаружить не позволяют.

«Мы разработали стабильный зонд для измерения внутриклеточных АФК на основе углеродных наноэлектронов, покрытых каталитически активным слоем платины», – рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» МИСиС Александр Ерофеев.

Ученые подчеркивают важность и перспективность использования наноэлектродов для анализа. По их мнению, оно позволит обеспечивать относительно быструю, чувствительную и экономически эффективную оценку токсичности наночастиц на единичных клетках.

Дата публикации: 08 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Российские ученые смоделировали процесс синтеза биотоплива

1 week 3 days ago
 Российские ученые из Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) построили термодинамическую модель синтеза биотоплива для жидкой системы. Результаты исследования помогут создать более эффективные способы производства топлива из органического сырья и модифицировать известные еще с XIX века термодинамические правила. Статья опубликована в журнале Fluid Phase Equilibria. Работы поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.

В прогнозах по развитию альтернативных источников энергии биотопливу отводят одно из ключевых мест. Возможность перерабатывать органические отходы в спирты или биодизель очень привлекательна, но процесс производства и очистки биотоплива основан на сложных и не до конца изученных химических реакциях. Чтобы в будущем производство биотоплива было эффективным и безопасным, необходимо закрыть «белые пятна» — детально изучить химию и физику его синтеза.

В исследовании, проведенном на кафедре химической термодинамики и кинетики СПбГУ под руководством доцента Марии Тойкка, получение биотоплива изучалось на модельной системе из четырех жидких компонентов: уксусная кислота – амиловый спирт – амилацетат – вода. Основная задача исследования состояла в том, чтобы, во-первых, определить, из чего состоит каждый компонент системы в тот момент, когда они находятся в равновесии. Несмотря на то, что между компонентами существует четкая граница, температура и давление в них одинаковы и стабильны. А во-вторых, чтобы понять границы расслаивания смеси, необходимо было определить, как растворяются компоненты в этой системе.

Ученые наблюдали за модельной системой при температуре в 303,15 К (30 °С) и нормальном атмосферном давлении. Заданные условия поддерживались в специально сконструированной термостатируемой ячейке. В отличие от стандартных приборов для поддержания температуры, эта установка была изготовлена из прозрачного стекла в стеклодувной мастерской Института химии СПбГУ. Сквозь стекло исследователи отслеживали, как смесь расслаивается. При этом образовывалась вторая жидкая фаза, содержащая те же компоненты, но в других концентрациях.

Изменения в составе смеси фиксировали с помощью метода газовой хроматографии. Для этого пробу жидкости специальным шприцем вводили в испаритель хроматографа. Получившийся пар вместе с потоком инертного газа-носителя поступал в хроматографическую колонку – узкий сосуд с подобранным специально для анализируемой смеси поглощающим твердым веществом-сорбентом. Благодаря сорбенту пар разделялся на составляющие вещества, и отдельные компоненты «выходили» из колонки в разное время. На выходе детектор по теплопроводности фиксировал каждый компонент электрическим сигналом. Сигнал преобразовывался в пик на итоговой хроматограмме: чем выше концентрация вещества, тем сильнее сигнал, больше высота и площадь пика. По уровню пиков определялось количество «пойманных» веществ в пробе.

Фото: о достижении критического состояния свидетельствует, в частности, усиление рассеяния света в растворе, или опалесценция. На фотографии — голубая опалесценция смеси уксусной кислоты, амилового спирта, амилацетата и воды. Источник: Мария Тойкка.

Ученых интересовало, при каких концентрациях компонентов в смеси «уксусная кислота – амиловый спирт – амилацетат – вода» достигаются так называемые критические точки.

«Критические точки — это предельные точки на кривых растворимости. Когда состояние системы приближается к ним, фазовое равновесие нарушается, и система теряет термодинамическую устойчивость: увеличиваются сжимаемость вещества, то есть его способность менять объем, и рассеяние света, замедляются химические реакции. Важно знать, при каком составе система достигает критических точек, чтобы прогнозировать изменение ее характеристик», — поясняет руководитель работы Мария Тойкка.

Исследователи получили достаточно данных для термодинамической модели, которая предсказывает поведение системы «уксусная кислота – амиловый спирт – амилацетат – вода» при разных составах. Следующий этап работы — эксперименты со смесями из других компонентов. В конечном итоге обобщенные данные станут основой для новых способов получения биотоплива.

У работы есть и фундаментальное теоретическое значение. Современная термодинамическая теория растворов базируется на правилах, сформулированных еще классиками отечественной химии, например, на законах Коновалова и Вревского. Эксперименты с системами, моделирующими процессы производства биотоплива, дадут возможность модифицировать эти правила для случая химического равновесия и химически неравновесных систем. На своих лекциях Мария Тойкка уже знакомит студентов Института химии СПбГУ с уточненными моделями.

Дата публикации: 08 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

РНФ и DFG обсудили перспективы сотрудничества

1 week 4 days ago
 5 июня по приглашению Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) представители РНФ приняли участие в летнем круглом столе – встрече, на которой DFG традиционно собирает своих российских партнёров, чтобы обсудить актуальные вопросы и перспективы сотрудничества.

В дискуссии, модерируемой генеральным секретарём DFG Доротеей Дзвоннек, приняли участие генеральный директор РНФ Александр Хлунов, заместитель председателя Совета РФФИ Владимир Квардаков, директор РФФИ Олег Белявский, а также представители двух ведущих российских университетов – МГУ имени М.В. Ломоносова и СПбГУ.

Центральной темой беседы стала презентация актуальных кейсов успешной кооперации партнёров DFG в России, таких как совместный конкурс РНФ-DFG по поддержке международных исследовательских проектов.

«Мы благодарны коллегам из DFG, фонда с многолетней историей и высочайшей репутацией, за годы нашего сотрудничества. DFG в свое время стал одним из первых зарубежных партнеров РНФ. Три проведённых конкурса позволили нам в короткие сроки в обстановке полного доверия к конкурсным процедурам друг друга, организовать на самом высоком уровне экспертизу и финансирование десятков совместных проектов. Надо помнить, что за проектами стоят реальные люди – ученые, не похожие друг на друга, и наука от этих различий только выигрывает», - отметил глава РНФ в ходе дискуссии.

Представители DFG отметили создание в структуре DFG в этом году специальной комиссии по цифровизации и представили долгосрочную инициативу Exellence, которая вышла на завершающую стадию экспертизы. Для 45-50 победителей конкурса Clusters of Excellence с января 2019 предусматривается выделение гранта в размере около €385 млн. ежегодно.

Участники дискуссии сошлись на мнении, что обеим странам важно развивать программы, нацеленные на поддержку молодых исследователей, совершенствовать экспертные процедуры в отношении междисциплинарных проектов, развивать наряду с проектным финансированием отдельных коллективов взаимодействие в более крупных форматах.

Дата публикации: 06 июня 2018 метки:  Новости Фонда
maria

RSF solidifies cooperation with Helmholtz Association

1 week 4 days ago
 The RSF delegation chaired by General Director Alexander Khlunov held talks with the President of the Helmholtz Association, Otmar D. Wiestler, on June 1 in Berlin. "By the end of June, we will announce the results of our second joint call and in September we will release our third joint call focused on research of new materials and prospective physics. We are ready to expand our cooperation with the Helmholtz Association further in other thematic areas”, the head of the Russian delegation noted.

In the context of the Russian-German Year of research and educational partnerships in 2018-2020, the parties agreed to organise a seminar in the second half of 2019 so that research team leaders and contributors of the joint projects funded would talk about the results of their projects and discuss with their colleagues further perspectives of joint research activities.

The RSF delegation also visited the third generation synchrotron BESSY II in Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) in Adlershof. This unique research infrastructure is used by the Russian-German laboratory, which staff explained about their research and expressed hope for a more intensive interdisciplinary cooperation among Russian and German teams.

Дата публикации: 06 июня 2018 метки:  RSF news
maria

Делегация РНФ посетила Берлин с рабочим визитом

1 week 4 days ago
 1 июня делегация РНФ во главе с генеральным директором Александром Хлуновым посетила Берлин, где прошли переговоры с президентом Объединения имени Гельмгольца Отмаром Д.  Вистлером.

"До конца июня мы подведём итоги нашего второго совместного конкурса и уже в сентябре объявим третий ранее запланированный конкурс по новым материалам и перспективной физике. Мы готовы к дальнейшему расширению нашего сотрудничества с Объединением имени Гельмгольца и по другим тематическим направлениям" - отметил Александр Хлунов.

В увязке с планами по организации в 2018-2020 годах российско-германского "перекрестного" года научно-образовательных партнерств стороны договорились провести во второй половине 2019 года семинар, на котором руководители и исполнители поддержанных проектов расскажут  о результатах своих проектов, обсудят с коллегами дальнейшие перспективы совместных исследований.

Делегация РНФ также посетила синхротрон третьего поколения BESSY II на базе Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)  в Адлерсхофе - одного из 18 центров Объединения. Использованием этой уникальной научной инфраструктуры занимается, в том числе, российско-германская лаборатория, сотрудники которой рассказали о своих исследованиях, выразив надежду на более интенсивное междисциплинарное сотрудничество российских и немецких коллективов исследователей.

Дата публикации: 06 июня 2018 метки:  Новости Фонда
maria

Среди отечественных фильмов об образовании драм оказалось больше, чем комедий

1 week 5 days ago
 Российские ученые опубликовали монографию, посвященную школам, институтам и университетам в советских и российских фильмах. Они описали образ учителя, учеников, основные темы и конфликты в этих фильмах, их изменение во времени. В частности, жанровый анализ показал, что драм об образовательном процессе снято почти в два раза больше, чем комедий. Результаты исследования опубликованы в монографии School and University in the Mirror of Soviet and Russian Cinema (на русском языке – «Школа и вуз в зеркале советского и российского кинематографа»). Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Как отмечают авторы, подобные исследования в СССР испытывали сильное влияние коммунистической идеологии, а западные ученые уделяли внимание в первую очередь политическому наполнению фильмов. Авторы монографии поставили своей целью дать характеристику, описать особенности и роль темы школы и вуза в советском и российском кино разных периодов. В работе они использовали герменевтический анализ фильмов (изучает стереотипы, идеологическое наполнение, социокультурный контекст, характеры персонажей и развитие сюжета), антропологический (рассматривает человека как медийного персонажа на основе фото- и видеоматериалов) и гендерный анализ (исследует образы, положение и роли героев разного пола).

Ученые составили список отечественных фильмов на тему образования, в него вошел 351 фильм, снятый с 1919 по 2017 года. Больше половины (62%) из них вышли в период «застоя» (1969–1985 годы) и в российский период (1992–2017 годы). Если распределить фильмы по жанрам, то больше всего окажется драм (63%), меньше – комедий (24%), еще меньше – мелодрам (11%). Вне перечисленных выше периодов комедии и мелодрамы о школе почти не снимались.

Значительно различаются основные проблемы, которые поднимаются в фильмах разных эпох. В первые десятилетия советской власти преобладают темы и образы, связанные со становлением нового общества, борьбой с пережитками прошлого. Фильмы периода «оттепели» (1956–1968 годы) чаще затрагивают мировоззренческие, нравственные вопросы, обращаются к личности героев, их выбору. В период «перестройки» (1986–1991 годы) обостряются социальные проблемы, это отражается и в фильмах о школах.

В советских фильмах, снятых до 1930 года, важную роль играла идеологическая составляющая. Такое кино служило воспитательным целям и должно было передавать детям и подросткам идеалы и мировоззрение взрослых. Появлялись и фильмы, в которых дети играли большую роль в революционных событиях и Гражданской войне, фильмы о перевоспитании беспризорников.

В сталинскую эпоху (1931–1955 годы) еще больше усилилось идеологическое давление на кинематограф, фильмы о школе приобрели пропагандистскую окраску, а их цель стало воспитание преданности идеалам социализма и интересам коллектива. Создатели фильмов не стремились реалистично показывать школьную жизнь, использовали довольно стереотипные сюжеты и образы: активного и самоотверженного школьника-борца и его проводника – уважаемого учителя.

В период «оттепели» (1956–1968 годы) расширяется набор тем, проблем и образов, появляющихся на экране. Больше внимания уделяется внутреннему миру, личным взаимоотношениям школьников и учителей, проблемам взросления. Фильмы показывают изменения в системе образования, отход от жестких рамок в обучении, учителя в них обретают черты реальных людей, сомневающихся и выбирающих свой путь.

Период «застоя» (1969–1985 годы) привнес в кино о школьниках и студентах еще большее разнообразие образов и конфликтов, и взятый курс на общечеловеческие ценности продолжился. В кино находилось место социальным проблемам, усталости учителей и цинизму учеников. В фильмах на тему студенчества идеологические ноты звучат еще слабее, расширился спектр социальных типов студентов и преподавателей.

В последние годы советской власти (1986–1991 годы) в фильмах ярче отражены проблемы школы, падение престижа педагогов в глазах учеников и общества в целом, усложняются отношения между учителями и школьниками. В фильмах о молодежи, в частности, студентах, одной из заметных проблем становятся отношения с родителями или преподавателями, которые показывают разрыв в ценностях этих поколений.

Российские фильмы и сериалы о школе (сняты в 1992–2017 годах) намного чаще, чем раньше, становятся развлекательными, в основном, это комедии или мелодрамы. Их воспитательная функция сведена к минимуму, заметно падение статуса учителя и школы или вуза, внимание в фильмах уделяется досугу подростков, а не учебе или труду.

«Образы школы, вуза, школьников, студентов, учителей и преподавателей тесно связаны с политической, экономической, социокультурной обстановкой в стране. К примеру, степень востребованности учителя, его статус с 20-х годов ХХ века до XXI века постепенно менялся. От мудрого наставника, окруженного всеобщим уважением и авторитетом (1920-е–1950-е годы) через кризис утраты иллюзий и усталость (1960-е–1970-е годы) к потере авторитета, былого социального статуса, материальной нищете (время «перестройки» и 1990-е годы) и бюрократическому (и часто коррупционному) функционалу в современном российском кино. Сейчас наша группа работает над второй монографией, посвященной тому, как тема школы и вуза отражалась в кинематографе западных стран. Один из предварительных выводов научного коллектива состоит в том, что именно в XXI веке обозначилось сближение идей и сюжетов российского и западного кинематографа о школе и вузе, которое очень хорошо прослеживается, например, в российском римейке испанского сериала "Физика или химия"», – рассказал руководитель исследования, профессор Ростовского государственного экономического университета, член Союза кинематографистов России Александр Федоров.

Дата публикации: 06 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

В МФТИ создали квантовый чип со звуковым резонатором

1 week 6 days ago
 Исследователи из России и Великобритании продемонстрировали искусственную квантовую систему, в которой квантовый бит взаимодействует с акустическим резонатором в квантовом режиме. Это позволит изучать на акустических волнах известные эффекты квантовой оптики, и развить альтернативный (акустический) подход к созданию квантовых компьютеров, который может обеспечить им большую устойчивость в работе и компактность. Статья с результатами опубликована в Physical Review Letters.

«До нас никто не связывал кубит с резонатором на поверхностных акустических волнах в квантовом режиме. Были отдельно изучены резонаторы такого типа, но без кубита, и отдельно кубиты с поверхностно акустическими волнами, но бегущими, не в резонаторе. На объёмных резонаторах квантовый режим был показан, но дело далеко не пошло, возможно, из-за сложности производства. Мы же использовали однослойную структуру, которая делается с помощью существующих технологий», — рассказывает Алексей Болгар, научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, в которой было выполнено исследование.

Рисунок. Схема чипа. Резонатор Фабри-Перо состоит из двух Брэгговских зеркал — каждое состоит из 200 параллельных полос (показаны жёлтым), отстоящих друг от друга на половину длины акустической волны. Длина волны равна 0,98 мкм, или 980 нм. В резонаторе находится кубит (трансмон) и два встречно-штыревых преобразователя — приёмник и излучатель. Сквид — часть трансмона, чувствительная к слабому магнитному полю. По рисунку авторов статьи, дизайнер — Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

 

Учёные изучали взаимодействие сверхпроводящего кубита — трансмона — с поверхностными акустическими волнами в резонаторе. Трансмон ведёт себя как искусственный атом, то есть у него есть энергетические уровни, между которыми он может переходить (см. рисунок 1). Есть стандартный микроволновый подход: если на одном чипе с кубитом расположить микроволновый резонатор, который будет поддерживать и усиливать волну, то кубит может с ним взаимодействовать. Кубит может переходить в возбуждённое или основное состояние, поглощая из резонатора или излучая в него фотон с частотой, равной частоте перехода кубита. При этом резонансная частота самого резонатора изменяется в зависимости от состояния кубита. Таким образом, измеряя характеристики резонатора, можно производить чтение информации с кубита. Не так давно появилось новое направление, в котором вместо микроволнового излучения (фотонов) используется механическое воздействие (фононы) в виде акустических волн. Несмотря на то, что квантовоакустический подход развит далеко не так сильно, как микроволновый, у него есть много преимуществ.

Рисунок 2. Микроволновый чип. На квадратном участке — их всего семь — расположен кубит. Изогнутые линии — это микроволновые резонаторы, у каждого из них своя резонансная частота. Дизайнер: Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

Скорость распространения акустических волн в 100 тыс. раз меньше скорости света, следовательно и длины волн во столько же раз меньше. Размер резонатора должен «подходить» под длину волны. В микроволновой квантовой системе длина волны будет составлять в лучшем случае около одного сантиметра. Для этого требуется большой резонатор, а чем больше резонатор, тем больше в нём оказывается дефектов, которые всегда присутствуют на поверхности чипа. Эти дефекты приводят к короткому времени жизни состояния кубита, что мешает производить масштабные квантовые вычисления и тормозит создание квантового компьютера. Мировые рекорды составляют порядка 100 микросекунд (0,0 001 секунды). В случае с акустикой длина волны составляет около 1 микрометра, что позволяет размещать высокодобротные резонаторы размером 300 микрон компактно на чипе.

Кроме того, из-за большой длины волны в микроволновый электромагнитныйрезонатор сложно поместить два кубита, которые бы взаимодействовали с ним на разных частотах. Поэтому в микроволновом случае для каждого кубита приходится делать отдельный резонатор (см. рисунок 2). В акустическом случае можно сделать несколько кубитов, немного отличающиеся по частоте перехода, и разместить их в одном механическом резонаторе. Таким образом, квантовый чип на звуковых волнах должен быть гораздо компактнее тех, что производят сейчас. К тому же акустодинамика может решить проблему чувствительности квантово-вычислительных систем к электромагнитному шуму.

Рисунок 3. Акустический чип. Размер всей системы соизмерим с размером квадратного участка на рисунке 2. Дизайнер: Елена Хавина, пресс-служба МФТИ

Авторы статьи использовали резонатор, который работает на поверхностных акустических волнах — это волны, как на поверхности моря, но возникающие на поверхности твёрдого тела. Собранный чип показан на рисунке 3. На пьезоэлектрическую подложку из кварца напыляется алюминиевая схема из трансмона, резонатора и двух встречно-штыревых преобразователей (ВШП). Один ВШП действует как излучатель, другой — как приёмник, между ними лежит пьезоэлектрик — материал, преобразующий электромагнитное воздействие в механическое и наоборот. На пьезоэлектрике возникает поверхностно-акустическая волна, которая бежит и запутывается между зеркалами резонатора. Внутри резонатора находится кубит (трансмон) с двумя энергетическими уровнями, ёмкость кубита тоже организована в виде ВШП. Целью исследования было показать, что он может взаимодействовать с резонатором, возбуждаясь и релаксируя, как квантовый объект. Измерения проводились в криостате, охлаждённом до десятков милликельвин.

Характерным эффектом для квантового режима является так называемое антипересечение, или квазипересечение, энергетических уровней (см. рисунок 4). Частотой перехода кубита можно управлять с помощью внешнего магнитного поля — для этого у трансмона есть СКВИД-магнетометр. Там, где частота резонатора совпадает с частотой перехода кубита, происходит расщепление в энергетическом спектре кубита: при одном значении магнитного потока имеются две характерных частоты перехода. Учёные пронаблюдали это явление в созданном ими чипе и доказали, что трасмон и акустический резонатор взаимодействуют в квантовом режиме.

Основная глобальная цель — показать, что явления и эффекты квантовой оптики работают на акустике. Кроме того, это альтернативный путь к созданию квантового компьютера. Хотя на микроволновых интерфейсах собирают уже по 50 кубитов и акустическим пока до этого далеко, у квантовой акустики много преимуществ, которые могут пригодиться в будущем.

Кроме сотрудников лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, в работе принимали участие учёные из МИСиС, МГПУ, Лондонского университета.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда и Министерства образования и науки РФ на технологическом оборудовании МФТИ.

Дата публикации: 05 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Russian physicists supervised the formation of higher manganese silicide films

1 week 6 days ago
 A team from Kirensky Institute of Physics (Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences) together with colleagues from Siberian Federal University offered an approach for the controlled synthesis of semiconducting higher manganese silicide thin films. The films may be used in thermoelectric converters and other devices. The team also suggested other areas of application for these materials. The results of the work were published in Journal of Materials Science.

Higher manganese silicides (MnSi~1.75 ) are a group of manganese and silicon compounds with an exotic crystal structure called "chimney-ladder". Manganese atoms form the chimney itself, and silicon is shaped similar to helices. Compounds attributed to this group differ from each other by the twist of helices. In Mn4Si7, the most famous member of the group, it is the least twisted than in other eleven phases known it gets tighter. Still, the twist maximum of helices in such structure is unknown, as well as the means of targeted synthesis of a particular structure belonging to the group. There is also an ambiguity in their physical properties. To carry out the targeted synthesis of different phases of higher manganese silicides on a silicon substrate, which may be used for thermoelectric and photovoltaic converters, optoelectronic and spintronic devices, is still rather difficult for the scientists. As a rule, to obtain higher manganese silicide thin films, manganese and silicon are placed on the silicon substrate, and afterwards, the system is annealed. In such condition, silicon atoms diffuse from the silicon substrate to the reaction zone and may change the phase formation sequence drastically as the amount of silicon in different higher manganese silicide phases varies within less than one atomic percent. Due to such diffusion, it is impossible to obtain a desirable higher manganese silicide phase on silicon substrate just placing the required amount of manganese and silicon, and then heating the system. Silicon atoms from the silicon substrate change the silicon content in the film uncontrollably. The team aimed to resolve this issue during the study.

Two phases of higher manganese silicides were selected for targeted synthesis: Mn4Si7 with the least and Mn17Si30 with the most twisted helices. Like the majority of well-known higher manganese silicides, the first phase has p-type conduction. When the substance is heated, covalent links in it are distorted, and free electrons occur and start moving around. This creates holes that move in the direction opposite to that of the electrons. The second phase shows n-type conduction. In this case, the free electrons are the charge carriers.

"In this work, we used an unusual approach to the synthesis of samples. We assumed that if higher manganese silicides uncontrollably form from the amorphous mix, their formation from the mixtures of phases of other manganese silicides with higher manganese content shall differ as well for different phases. Whatever the elements on the silicon base, a compound from the higher manganese silicide family will always be the last stage. Having conducted some simple thermodynamic calculations, we found out what should be placed on the base for Mn4Si7 and Mn17Si30 phases to form," - explained Ivan Tarasov, one of the authors of the article, a candidate of physical-mathematical sciences, and research fellow at the laboratory of the physics of magnetic phenomena, Kirensky Institute of Physics (Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences).

The scientists decided to implement this idea and obtained the structures targeted. Afterwards, their physical properties were studied as well. The n-type conductivity of Mn17Si30 was not confirmed. Theoretical calculations showed that the reason for this might be silicon vacancies, i.e. the absence of atoms in the places where they are expected to be in the Mn17Si30 crystal structure. The team registered the highest charge carrier mobility in higher manganese silicide films.

"After studying the properties of the new phase of higher manganese silicide we obtained quite interesting results. Most importantly, the approach we developed for synthesising such films proved to be effective. In the future we will improve it and further use to obtain different silicides with the properties required for use in actual thermoelectric and photovoltaic devices," - concluded Anton Tarasov, a co-author of the article, candidate of physical and mathematical sciences, senior lecturer at the basic department of solid state physics and nanotechnologies, Institute of Engineering Physics and Radioelectronics of Siberian Federal University.

###

This study was available online on February 2018, ahead of the peer-review and publication this month.

The team worked in cooperation with the scientists from Mikheev Institute of Metal Physics (Ural Department of the Russian Academy of Sciences), Institute of Chemistry and Chemical Technology (Siberian Department of the Russian Academy of Sciences), Ural Federal University, and Siberian State Aerospace University within the framework of a project of Russian Science Foundation.

Дата публикации: 05 июня 2018 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Ученые предложили «зеленый» метод получения силиконов

1 week 6 days ago
 Российские ученые разработали новый метод получения особого класса кремнийорганических соединений – силоксанолов. Он позволит создавать вещества с использованием дешевых и безопасных реагентов, при комнатной температуре и атмосферном давлении, с применением молекулярного кислорода. Полученные силоксанолы открывают перспективы для создания уникальных механически прочных, самозалечивающихся, электропроводящих и других материалов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Green Chemistry, а также были представлены на VI научной молодежной школе-конференции «Химия, физика, биология: пути интеграции» и XIV Андриановской конференции. Работа поддержана грантами Российского научного фонда, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе фонда.

Материалы, объединенные под общим названием «силиконы», или «силоксаны», состоят из чередующихся атомов кислорода и кремния. При сравнительно небольших объемах производства они обеспечивают развитие авиационного и космического аппаратостроения, электронной техники, имеют огромное значение для создания комфортной среды обитания человека. Такая обширная область применения силиконовых материалов связана с их уникальными свойствами: устойчивостью к низкой и высокой температуре, радиации, совместимостью с биологическими тканями и так далее.

Несмотря на все эти преимущества, у силиконов имеются существенные недостатки, которые сужают область их применения: низкая механическая прочность и несовместимость с органическими полимерами. Это связано с очень слабым межмолекулярным взаимодействием между цепями таких соединений. Если добавить в цепочку так называемые полярные функциональные группы, например, гидроксильную (-OH), то можно усилить межмолекулярное взаимодействие полимерных цепей и, как следствие, придать материалу механическую прочность. Однако большинство существующих методов либо не позволяет внедрить полярную функциональную группу из-за жестких условий проведения процесса, либо является неприемлемым в силу дороговизны, коммерческой недоступности и токсичности реагентов.

Авторы нового исследования нашли эффективный способ получить силоксаны с полярной гидроксильной группой – силоксанолы – в условиях аэробного окисления коммерчески доступных силоксанов определенного типа. Новая методика, позволяющая получать силоксанолы по принципам «зеленой» химии (сводя негативное влияние на окружающую среду к минимуму), описана в исследовании ученых из Института элементоорганических соединений (ИНЭОС) имени А.Н. Несмеянова РАН в сотрудничестве с ученными из Института синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова и Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН.

«Одним из наиболее привлекательных подходов для решения этих проблем являются процессы аэробного окисления – процессы, в которых окислителем, либо источником атома кислорода в составе конечного продукта служит кислород. С использованием процессов аэробного окисления в мягких условиях – комнатная температура, атмосферное давление – с применением дешевых и коммерчески доступных реагентов можно получать как новые, так и промышленно важные продукты. На этом методе основан ряд промышленно важных процессов», — рассказал один из авторов исследования, Ашот Арзуманян, старший научный сотрудник лаборатории кремнийорганических соединений имени К.А. Андрианова ИНЭОС РАН.

Ученые предложили универсальный и простой подход к введению гидроксильной группы в силоксаны, который позволит создавать уникальные силиконовые материалы с высокой механической прочностью, совместимостью с органическими полимерами, возможностью самозалечивания, электропроводящими, жидкокристаллическими и другими свойствами. По заявлению авторов, их разработка стоит на пути к получению гибридных силоксанов для нового поколения высокотехнологичных приборов, устройств и механизмов.

«В нашей работе предложен высокоэффективный метод синтеза кремнийорганических продуктов – силоксанолов, который основан на окислении кислородом соответствующих гидридсилоксанов. Данный подход базируется на «зеленых», коммерчески доступных, дешевых, простых реагентах и мягких реакционных условиях: атмосферном давлении и температуре 25–60 ℃. Реакция является общей для получения как мономерных, так и полимерных силоксанолов различной структуры: линейных, разветвленных и циклических. С применением этого метода получены как описанные, так и неописанные ранее силоксанолы. Таким образом, переход на «зеленые» реакционные условия оказался не только принципиально важным экологическим решением, но и, пожалуй, наиболее перспективным с синтетической точки зрения для выполнения поставленных задач», — добавил ученый.

Дата публикации: 05 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Ученые могут предсказывать изменения температуры с помощью математических моделей

1 week 6 days ago
 Группа ученых института естественных наук и математики УрФУ — Петр Галенко (руководитель проекта), Илья Стародумов, Ирина Низовцева, Дмитрий Александров, Алексей Малыгин и другие — проводит многомасштабное математическое моделирование эволюции арктического льда и выявляет его влияние на изменение климата. В 2016 году математики получили грант РНФ на проведение фундаментального научного исследования.

Суть проекта заключается в том, что с помощью математических моделей исследователи анализируют изменения климата Арктической зоны (таяние и замерзание льда под воздействием различных факторов); прогнозируют изменение ледяного покрова и климата в Арктике, что в конечном счете имеет последствия для глобального климата.

«С помощью динамических моделей мы можем предсказывать сезонные изменения температуры, — говорит младший научный сотрудник лаборатории многомасштабного математического моделирования ИЕНиМ УрФУ Илья Стародумов. — Сегодня существует огромная востребованность в развитии методов, которые не базируются на статистических данных, а содержат в качестве базиса некие фундаментальные принципы, как мы считаем. Статистические модели для масштабных прогнозов используют данные, накопленные лет за 50. А потом утверждается, что эта статистика и на следующие лет 50 примерно должна повториться. Эти модели работают, когда все более или менее уравновешенно, но не способны спрогнозировать то, что происходит непредсказуемо, к чему мы не готовы. Поэтому различные кризисы, катаклизмы застают всех врасплох».

По словам ученого, математические модели, которые сегодня создают на матмехе, могут проследить динамику в будущее — предсказать, что произойдет с определенной долей вероятности.

«Мы пытаемся восстановить сам процесс, а не анализировать его проявление ранее. Мы как бы заново воссоздаем математическими „шестеренками“ механизм, который исследуем. И воссоздав его, мы пытаемся запустить и посмотреть, как он будет работать в различных условиях, на длительных интервалах времени», — поясняет Илья Стародумов.

Вычисления ученые проводят как на персональных компьютерах, так и на суперкомпьютерах. По словам профессора кафедры теоретической и математической физики Дмитрия Александрова, миллионы лет можно смоделировать за полчаса. Также для решения определенных задач математики привлекают зарубежных коллег — из Испании, Франции, Германии.

«Этот проект очень масштабный. Исследований точно хватит еще лет на 50, — поясняет Дмитрий Александров. — Результатов, полученных за два года, также достаточно много. Часть из них опубликована в специальном номере Philosophical Transactions of the Royal Society A. Это очень известный журнал. Основан в 1660 году. И за несколько столетий статьи в нем публиковали такие исследователи, как Чарльз Дарвин, Майкл Фарадей, Уильям Гершель, Исаак Ньютон и другие. Мы в этом номере, к примеру, описали динамику замерзания льдов, пояснили, как растут дендритные структуры во льду и многое другое».

Уже сегодня ученые могут дать качественную оценку изменения Арктического климата, определить возможность изменения морских течений, повышение/понижение уровня океана, сезонные изменения температуры и влажность Арктической зоны, что может сказаться на климате северного полушария Земли.

Дата публикации: 05 июня 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru
Checked
10 minutes 20 seconds ago
Subscribe to Новости РНФ feed