Новый путь на Венеру, эффекты от тиамина и тайная жизнь ингибиторов

Наука и жизньНаука

Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным за 2023 год

Материалы подготовили Татьяна Зимина, Алексей Понятов, Кирилл Стасевич и Максим Абаев.

Премия Правительства Москвы молодым учёным учреждена десять лет назад для поддержки молодых талантливых исследователей. Присуждается она ежегодно в двух областях: за достижение выдающихся результатов фундаментальных и прикладных научных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук (исследования) и за разработку и внедрение новых технологий, техники, приборов, оборудования, материалов и веществ, содействующих повышению эффективности деятельности в реальном секторе экономики и социальной сфере города Москвы (разработки). В каждой области — 11 номинаций.

Оценивают работы эксперты Российской академии наук и члены Совета по науке при Департаменте образования и науки города Москвы. В 2023 году конкурс оказался как никогда высоким: на соискание премии было представлено почти 1300 работ, из которых награды удостоились 50. Размер премии составил 2 млн рублей. Торжественная церемония награждения победителей конкурса состоялась в феврале 2024 года.

Представляем работы нескольких лауреатов за исследования и разработки, выполненные в номинациях: математика, механика и информатика; химия и науки о материалах; медицинские науки; передовые промышленные технологии; приборостроение.

Слоистые кристаллы для спинтроники

Необычные свойства двумерных материалов привлекают внимание исследователей во всём мире. Вслед за открытием графена в 2004 году стали появляться многочисленные сообщения о других 2D-материалах. Но лишь в 2016 году вышли первые научные публикации о магнитных 2D-материалах с необычными магнитными и транспортными свойствами. Причём, как и графен, их можно получать простым отслаиванием, что вызвало к ним особый интерес. Ведь другие методы получения однослойных плёнок, например эпитаксия, сложны и дороги.

Магнитные двумерные материалы считают весьма перспективными для спинтроники — быстро развивающегося направления, которое существенно может продвинуть развитие электроники и информационных технологий. В настоящее время электроника основана на использовании процесса переноса заряда электрона. Но у электрона есть и собственный магнитный момент — «спин». Использование этой второй фундаментальной характеристики электрона сулит создание принципиально новых устройств микро- и наноразмеров — высокочувствительных датчиков магнитных полей, элементов хранения информации с более высокой плотностью записи и большей скоростью переключений, новых методов вычислений и кодировки информации, использующих квантовые когерентные эффекты и т. д.

Магнитные 2D-материалы относят к так называемым ван-дер-ваальсовым материалам. Они представляют собой кристаллы, состоящие из атомарно-тонких слоёв, связанных слабыми (по сравнению, например, с валентной связью) силами Ван-дер-Ваальса, что и позволяет получать 2D-слои простым отщеплением, а также комбинировать их со слоями других материалов и формировать на их основе магнитные ван-дер-ваальсовы гетероструктуры, в которых возможны эффекты спинтроники.

На сегодняшний день свойства магнитных 2D-материалов ещё недостаточно изучены, и многие научные группы в мире активно их исследуют, открывая новые соединения с нужными характеристиками. Проблема в том, что постоянные магнитные свойства (ферромагнетизм, антиферромагнетизм) двумерные материалы теряют выше некоторой критической температуры, которая у них крайне низкая. Но, как уже известно, двумерные материалы значительно отличаются от своих объёмных аналогов в некоторых аспектах. Например, магнитные свойства объёмного материала никак не изменяются во внешнем электрическом поле. Для двумерного материала магнитный порядок может быть стимулирован с помощью электрического потенциала, что открывает новые возможности управления магнетизмом двумерных устройств. При этом поиск материалов, у которых магнитные свойства могут быть стабилизированы при достаточно высоких температурах, вплоть до комнатной, в том числе и с помощью внешних воздействий, очень важен.

Подобными исследованиями занимаются на химическом факультете МГУ им. М. В. Ломоносова. Группа под руководством кандидата химических наук Валерия Верченко изучила фундаментальные свойства (магнетизм, электронную структуру, транспортные свойства) соединений железа и марганца — теллуридов, селенидов, сульфидов, на основе которых разработала новые двумерные материалы для квантовых магнитоэлектронных устройств. В этих соединениях переходные металлы содержатся в ван-дер-ваальсовых слоях, подобно графену. Для примечательного соединения Fe3GeTe2 с помощью порошковой нейтронографии удалось впервые экспериментально обнаружить ферромагнитную структуру. Это соединение — великолепный материал для спинтроники, оно показывает рекордную спин-поляризацию тока электронов в простом спинэлектронном устройстве. (Степень спин-поляризации характеризует электрический ток, при котором одновременно с переносом электрического заряда переносится и спин.) И интересно тем, что ферромагнетизм для него может быть стабилизирован в двумерном материале при комнатной температуре.

Обнаружив ферромагнетизм для Fe3GeTe2, московские химики изучили родственные ему соединения и получили аналогичные по структуре соединения (такие как Fe3AsTe2) и более сложные ферромагнитные материалы, содержащие в ван-дер-ваальсовых слоях до пяти атомов железа (Fe5AsTe2). Такие богатые железом слоистые теллуриды, благодаря сохранению свойств при комнатной температуре, весьма близки к практическому применению для будущих ван-дер-ваальсовых гетероструктур и новых спинтронных архитектур.

Дальнейший поиск интересных соединений среди различных теллуридов увенчался успехом: исследователи обнаружили соединение NbFe1,5Te3, обладающее не только слоистым строением, но и легко управляемыми магнитными свойствами, включая индуцированный ферромагнетизм, что весьма интересно для практического применения.

Темнопольное изображение кристаллической структуры NbFe1,5Te3, полученное с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии. Атомы железа, ниобия и теллура показаны на вставке красным, синим и зелёным цветом соответственно. Фото из статьи: Verchenko V. Yu., Stepanova A. V., Bogach A. V. et al. Cleavable crystals, crystal structure, and magnetic properties of the NbFe1+xTe3 layered van der Waals telluride. Dalton Trans. 2023, 52, 5534-5544.

Материаловеды МГУ изучили также поведение тройных халькогенидов — селенидов и сульфидов железа и марганца, образующих ван-дер-ваальсовы слои, то есть их объёмные кристаллы можно расщеплять и получать двумерные наноматериалы для спинтронных устройств. В результате исследований удалось открыть целое семейство соединений с многообещающими функциональными свойствами. Были получены несколько двумерных материалов со стабильной поверхностью (FeAl2Se4, MnAl2S4 и MnAl2Se4), для которых наблюдается уникальное квантовое взаимодействие электронных и магнитных свойств, индуцирующее ферромагнитное поведение, требуемое для спинэлектронных устройств. Исследования Валерия Верченко и его коллег поддержаны грантом Российского научного фонда № 21-73-10019.

За работу «Исследование соединений железа и марганца для создания двумерных магнитных материалов» Валерий Юрьевич Верченко удостоен премии Правительства Москвы молодым учёным за 2023 год в номинации «Химия и науки о материалах».

Новый путь на Венеру

Венера — один из основных объектов исследования Солнечной системы. Только в СССР было проведено восемнадцать успешных миссий на эту планету (16 миссий «Венеры» и 2 миссии «Веги»), десять из которых закончились посадкой на её поверхность. Первую мягкую посадку на планету произвела в 1970 году межпланетная станция «Венера-7». Единственным спускаемым аппаратом США, передавшим данные с поверхности Венеры, стал «Пионер-Венера-2» в 1978 году.

Большой интерес исследователей Солнечной системы к Венере связан сразу с несколькими факторами. Во-первых, это ближайшая к нам планета, наименьшее расстояние до неё «всего» 38 миллионов километров. Во-вторых, она — близнец Земли по размеру и составу. А, в-третьих, её эволюция по неизвестным пока нам причинам пошла по другому пути и условия на её поверхности кардинально отличаются от земных. В частности, там чрезвычайно высокая температура (порядка 450 градусов Цельсия) и давление (около 90 атмосфер). Решение загадки, почему две близкие и похожие планеты стали настолько разными, позволит планетологам ответить на важнейшие вопросы о том, не ждёт ли нашу Землю подобная судьба и распространены ли землеподобные планеты во Вселенной.

Интерес к исследованию Венеры значительно возрос после 2020 года, когда группа учёных обнаружила следы фосфина на высотах 50—60 км над её поверхностью. Это может указывать на присутствие жизни в атмосфере Венеры, хотя существуют и альтернативные объяснения. В настоящее время учёные разных стран разрабатывают шесть научных миссий на планету, две из которых, DAVINCI+ (NASA) и «Венера-Д» (Роскосмос), предполагают посадку спускаемого аппарата на поверхность Венеры. Эскизный проект миссии «Венера-Д» планируется разработать к 2026 году, а запуск осуществить после 2030 года.

Решающее значение для успеха миссии как с технической, так и с научной точки зрения имеет выбор места посадки. Основные критерии — безопасность посадки и научная значимость, но при этом выбор ограничен требуемыми параметрами траектории полёта. Какие области будут достижимы для приземления, определяется особенностями движения Венеры, прежде всего, периодом её вращения вокруг своей оси (243 земных суток), небольшой продолжительностью окна старта (примерно две недели), величиной максимальной перегрузки, которую способен выдержать аппарат при спуске в плотных слоях венерианской атмосферы, зависящей от угла входа спускаемого модуля. Если миссия состоит из орбитального аппарата, работающего одновременно с посадочным модулем, возникают дополнительные ограничения. Все эти факторы не позволяют осуществить посадку в любой, важной с научной точки зрения области на Венере. Реально для посадки в случае традиционных траекторий полёта доступна площадь менее 2% от всей поверхности планеты. Поэтому очень важно уметь построить такую траекторию космического аппарата, которая обеспечила бы посадку в нужном районе.

Специалисты Института космических исследований РАН (ИКИ) — младший научный сотрудник Владислав Зубко и его научный руководитель Натан Андреевич Эйсмонт вместе с коллегами из МГТУ им. Н. Э. Баумана и АО «НПО Лавочкина» разработали новый подход построения траекторий космических аппаратов, позволяющий существенно расширить достижимые для посадки области поверхности Венеры. Он основан на применении гравитационного манёвра около Венеры для перевода космического аппарата на гелиоцентрическую орбиту, резонансную с орбитой планеты. В общем случае это означает, что гравитационное поле Венеры повернёт станцию на такую околосолнечную орбиту, что их периоды обращения будут соотноситься как целые числа: за m венерианских лет станция совершит n оборотов вокруг Солнца. Исследователи пришли к выводу, что оптимальным будет равенство периодов. В этом случае космический аппарат через венерианский год вернётся обратно к планете, но окажется уже над другим участком её поверхности, который становится достижимым для посадки. А ещё через год станет доступной следующая область. Это позволяет осуществить посадку в ту область, которая ранее была недостижимой, правда, за счёт увеличения продолжительности перелёта и, что важно, небольшого изменения скорости аппарата. Метод можно применить и для выбора орбиты для орбитального модуля.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Премия за самый короткий импульс света Премия за самый короткий импульс света

Как электроны связаны с современной наукой?

Наука и жизнь
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Резерфорд и рождение экспериментальной ядерной физики Резерфорд и рождение экспериментальной ядерной физики

Первое искусственное превращение химических элементов

Наука и жизнь
«Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю» «Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю»

Галина Вишневская и Мстислав Ростропович. Две выдающиеся личности

OK!
Сырые земли Сырые земли

Почему важно изучать водно-болотные угодья, или ветланды?

Наука и жизнь
Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2 Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2

Какими были отношения США и России накануне войны между Севером и Югом

Наука и техника
Большая добыча Большая добыча

Печальные последствия встречи человека с природой Антарктики

Вокруг света
Мертвые дети, неравенство и травмы Мертвые дети, неравенство и травмы

Настоящий мир вымышленного Питера Пэна

Weekend
BMW M5 BMW M5

Феерический V8 не скупится на ощущения

Quattroruote
Весна в облигациях Весна в облигациях

Бизнес не намерен снижать программы по капитальным инвестициям

Ведомости
Найти Эльдорадо Найти Эльдорадо

Колумбия — одна из модных точек, притягивающих гастротуристов со всего мира

Вокруг света
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса Физика в поисках ответа на разгадку бытия: от Эйнштейна до Хокинга и Лоуренса Краусса

Почему существует Вселенная? Почему существует мир, почему в нем есть мы?

Знание – сила
Новый поход ветеранов Троянской войны Новый поход ветеранов Троянской войны

Филистимляне и троянцы против египетских фараонов

Знание – сила
Когда медицинские практики прошлого у нас в крови… Когда медицинские практики прошлого у нас в крови…

На протяжении почти 2000 лет для лечения болезней использовалось кровопускание

Знание – сила
Вновь о темной материи Вновь о темной материи

Проблема темной материи всерьез привлекает ученых

Знание – сила
Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое» Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое»

Актриса Мария Мацель — о том, как снимаются фильмы-сны

Ведомости
Зарплатно-гендерный вопрос Зарплатно-гендерный вопрос

Удовлетворенность размером зарплаты среди мужчин и женщин практически сравнялась

Ведомости
Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели Гладкая мускулатура самолета – электродвигатели

Как выглядят авиационные электродвигатели, где установлены и как управляются?

Наука и техника
Керосиновая история Керосиновая история

Жизнь в послевоенном социализме делится на «время керосина» и «время газа»

Знание – сила
Авианосцы ВМС Индии XXI века Авианосцы ВМС Индии XXI века

История постройки авианосца «Викрант»

Наука и техника
Революция со счастливым концом Революция со счастливым концом

Рубеж XIX и XX веков отмечен бурными событиями в целом ряде наук

Знание – сила
«Галилея археологов» «Галилея археологов»

Археологи давно борются с искушением перекопать поглубже всю Святую Землю

Знание – сила
Коллекция суеверий Коллекция суеверий

Угличский музей мистики Дарьи Чужой переосмысляет фольклор

Отдых в России
Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед

Биология в 1900-х годах по темпам своего развития ничуть не отставала от физики

Знание – сила
Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики Перовскитные солнечные элементы как перспективное направление зеленой энергетики

Как перовскитные солнечные элементы сделают энергетическую систему экологичнее?

Наука и техника
Сверхурочная экономика Сверхурочная экономика

Власти и работодатели концептуально договорились об изменении Трудового кодекса

Ведомости
В одной упряжке В одной упряжке

Нарты и собаки: как романтика каюров стала частью туризма

Отдых в России
Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика? Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика?

Чем интересна перспектива использования ядерного двигателя в космосе?

Наука и техника
Система Юпитера: Ганимед и Каллисто Система Юпитера: Ганимед и Каллисто

Что делает Ганимед и Каллисто очень интересными космическими телами?

Наука и техника
Открыть в приложении