Насос размером с клетку

Физики создали самый маленький в мире насос, размер которого сравним с размером эритроцита — красной клетки крови. В основе конструкции насоса лежит электрод, сделанный из стекла — материала, в норме не проводящего электрический ток. Статья с описанием изобретения опубликована в журнале Nature Nanotechnology. Кратко работу описывает Scientific American.

Организовать прохождение тока через устройства наноразмеров весьма сложно, так как на них физически нет места для проводов. Задача становится еще более непростой при использовании диэлектриков — веществ, которые не обладают электрической проводимостью. Тем не менее, в определенных условиях сопротивление диэлектриков резко падает и они могут кратковременно проводить ток — это явление получило название диэлектрического пробоя. Обычно диэлектрический пробой приводит к разрушению структуры диэлектрика из-за очень сильного нагрева. Однако на наноуровне тепло гораздо более эффективно отводится в окружающую среду, и поэтому диэлектрический пробой не приводит к повреждениям.

Ученые решили использовать повышенную устойчивость "нанодиэлектриков" для создания миниатюрного проводящего устройства. Оно представляет собой крошечную стеклянную пластинку, в которой при помощи лазера проделаны каналы шириной всего 600 нанометров. Два канала идут навстречу с противоположных концов пластинки и почти встречаются посередине — между ними остается только узкий стеклянный зазор.

Исследователи заполнили каналы раствором электролита — жидкости, проводящей электрический ток. При приложении разности потенциалов созданное авторами устройство начинало проводить ток — диэлектрический пробой превращал стеклянную преграду в электрод. Такие свойства начинали проявляться уже при напряжении в 10 вольт.

Ученые использовали свойства стеклянных электродов для создания миниатюрного водного насоса. Он проводит жидкость за счет явления электроосмоса — способности жидкостей двигаться по капиллярам при наложении внешнего электрического поля. Диаметр канала созданного физиками насоса составляет всего 4 микрометра (микрометр — одна миллионная доля метра) — примерно таков диаметр эритроцита. Насос может прокачивать жидкость со скоростью от одной тысячной до одной триллионной литра за секунду.

Несмотря на то что наноструктуры в последние годы очень активно изучаются, многие свойства наносистем ученым пока неизвестным. Например, недавно коллектив физиков выяснил, что законы трения в наномире не отличаются от классических законов.

Кислород уходит из атмосферы Земли

Недавно с помощью спутников Cluster удалось определить физический механизм, вызывающий уход кислорода из атмосферы Земли. Выяснилось, что на этот процесс влияет магнитное поле нашей планеты. Результаты основаны на данных, собранных Cluster с 2001 по 2003 годы. В этот период спутники накапливали информацию о потоках электрически заряженных атомов кислорода, ионах, которые "улетали" в космос из полярных зон Земли. Там, где Cluster находили такие потоки, они также замеряли силу и направление действия магнитного поля планеты.

Ученые, проанализировав данные группировки Cluster, пришли к выводу, что поток ионов кислорода, покидающих атмосферу Земли, усиливался при возникновении изменений в направлении действия магнитного поля. Наличие четырех спутников на орбите позволило в достаточно широком диапазоне проводить измерения градиента магнитного поля и определять, как он меняет направления в зависимости от времени.

Энергетически заряженные частицы, из которых состоит "солнечный ветер", движутся по линиям магнитного поля. Их взаимодействие с атмосферой Земли вызывает эффект полярного сияния. В то же время это вызывает своего рода обратный эффект: ионы кислорода, обладающие достаточным зарядом, покидают атмосферу. При этом, по наблюдениям Cluster, чем выше от Земли находятся ионы, тем быстрее они движутся.

В настоящее время явление ухода кислорода из атмосферы нашей планеты не вызывает опасений, поскольку количество "улетающих" ионов ничтожно. Но этот процесс станет более интенсивным, когда Солнце, старея, начнет нагреваться. Сейчас механизм, вызывающий "бегство" кислорода, стал известен, благодаря исследованиям Cluster, и на основании этих данных ученые смогут создать модель того, как будет выглядеть этот процесс в будущем.

Миссия группировки Cluster началась в феврале 2001 году и продолжится до декабря 2009. Первоначальная задача миссии — определить, какое влияние солнечные ветра (постоянные потоки субатомных частиц от Солнца) оказывают на нашу планету, изучить взаимодействия Земли и Солнца. Об этом сообщает CNews.ru со ссылкой на пресс-службу Роскосмоса и агентство ESA.