Рентген против рака и нейросеть-детектив. Топ новых разработок российских учёных 

Гонка за нанометрами в микроэлектронике упёрлась в физический предел. Чтобы печатать современные чипы, единственная в мире компания, освоившая EUV-литографию, уже применяет жёсткий ультрафиолет (13,5 нм). Но что делать, когда потребуются топологии в 1–3 нм, недоступные даже для этой технологии? Российские физики из Центра Келдыша, ТРИНИТИ и Института спектроскопии РАН предлагают радикальный скачок — переход в рентгеновский диапазон с длиной волны 6,7 нм. Правда, на пути к этому стоит не только сложность оптики, но и, казалось бы, сугубо «металлургическая» проблема. Как получить облако газа из гадолиния или тербия, которые плавятся при 1500°C и кипят почти при 3000, не загубив при этом дорогостоящие зеркала? Инженеры нашли уникальное решение, которое может позволить России пропустить сразу несколько поколений литографических машин. 

Мы продолжаем рассказывать о свежих достижениях российской науки, и на этот раз речь пойдёт о портативном приборе для обнаружения ранних признаков рака, который можно использовать даже в машине скорой помощи; о нетканом материале, который не горит даже при 800°C; о системе, которая по письменному тексту определяет пол автора; а также о цифровой модели квантовой механики, которая представляет координаты частиц в виде дискретных числовых рядов, позволяя моделировать квантовые явления на обычном компьютере без бесконечных сумм и с нулевой энергией вакуума. Подробнее обо всём рассказываем в нашем материале.

Российские учёные придумали, как сделать сверхточный литограф для чипов будущего

Фото: компания ASML  

Современные микросхемы сегодня печатают с помощью ультрафиолета длиной 13,5 нм — этой технологии достигла нидерландская компания ASML. Российские физики из Центра Келдыша, ТРИНИТИ и Института спектроскопии РАН предложили следующий шаг, перейдя в рентгеновский диапазон с волной 6,7 нм. Это позволит создавать чипы топологией 1–3 нм, недоступные для обычного ультрафиолета. 

Чтобы получить такое жёсткое излучение, нужна лазерная плазма из паров редкоземельных металлов гадолиния или тербия. Проблема в том, что эти металлы плавятся при температуре выше полутора тысяч градусов, а для перехода в газообразное состояние их надо разогреть почти до трёх тысяч.

Российские инженеры нашли уникальное решение, предложив вместо традиционных лазеров, создающих микроскопические капли металла, использовать электронный нагрев в среде буферного газа. Технология позволяет получить газовое облако гадолиния без твёрдых частиц, которые засоряют дорогие оптические системы.

Расчётная мощность нагревателя составляет всего около 1,2 киловатта, что делает установку вполне компактной. А нагревать металл предлагается в тиглях из особо прочного вольфрам-рениевого сплава.

Переходить на новую длину волны стало возможно благодаря успехам в создании специальных зеркал из чередующихся сверхтонких слоёв лантана и бора. По расчётам, такие зеркала отражают до 80% излучения 6,7 нм, что сопоставимо с характеристиками оптики в современных зарубежных литографах.

Авторы работы подчёркивают: прямых зарубежных аналогов такой системы подачи газовой мишени в открытой печати не зафиксировано. Следующий этап — создание лабораторного макета, сначала на более дешёвом молибдене для отработки технологий, а затем уже на вольфрам-рениевом сплаве.

Если проект будет реализован, российская микроэлектроника получит шанс совершить рывок, минуя сразу несколько технологических поколений.

В России создали портативный прибор для ранней диагностики рака с точностью до 90%

Учёные Пермского Политеха совместно с коллегами из МГУ, Российского квантового центра и Университета Сонгюнгван (Южная Корея) разработали первый в мире компактный прибор для обнаружения единичных наночастиц. Устройство предназначено для поиска микропластика и биомаркеров опухолей, работая прямо на месте отбора пробы с точностью 85–90%. 

Главная проблема современных методов диагностики заключается в транспортировке образцов. Биомаркеры рака, например внеклеточные везикулы, способны разрушиться уже через полчаса после забора крови, в то время как классическое лабораторное оборудование стоит миллионы рублей и требует неподвижной установки.

Новая технология помещается на ладони и устойчива к вибрациям. В основе прибора лежит оптоволоконный кабель толщиной 50 микрон (половина человеческого волоса) с нанесённой на торец металинзой — пластинкой из миллионов кремниевых наностолбиков.

Принцип работы основан на флуоресцентной корреляционной спектроскопии. Исследуемые частицы обрабатывают красителем, после чего по кабелю подаётся лазерный импульс. Металинза сжимает луч в точку, а когда он попадает на объект, тот испускает ответный сигнал, улавливаемый тем же волокном и передаваемый на компьютер для анализа.

Учёные провели эксперименты со светящимися пластиковыми частицами разного размера и отдельными белковыми молекулами. «Прибор уверенно обнаруживал даже сверхнизкие концентрации — несколько сотен миллионов частиц на литр жидкости. Это как найти иголку в стоге сена», — рассказал профессор ПНИПУ Александр Сюй.

Испытания показали, что результаты остаются стабильными даже при переноске устройства, сгибании кабеля и работе в руках. По словам разработчиков, новая технология позволит проводить экспресс-анализ на месте — на производстве, в машине скорой помощи или районной поликлинике, помогая быстрее диагностировать онкологические заболевания на ранних стадиях.

В России разработали нетканые материалы, выдерживающие нагрев до 800 градусов

Учёные из Ивановского института химии растворов РАН разработали нетканые материалы нового поколения, способные выдерживать температуру около 800 градусов Цельсия. Новинка предназначена для спецодежды, строительства и автомобилестроения.

Результаты испытаний подтвердили, что материалы не прожигаются при экстремальном нагреве, их кислородный индекс превышает 35 процентов. Это значит, что полотно не только плохо горит, но и препятствует сквозному проникновению огня.

Секрет разработки заключается в уникальных антипиренах серий «Тезагран» и «Термотекс». Эти составы на основе азотсодержащих производных фосфоновых кислот активируются при нагреве и создают на поверхности прочный карбонизованный слой — своего рода коксовую броню. Она блокирует разрушение волокон и резко замедляет горение.

Также исследователи добились снижения выделения угарного газа и синильной кислоты во время термического разложения. По этому показателю российская разработка превосходит зарубежные аналоги.

В основе лежит эффект фосфор-азотного синергизма, когда фосфор и азот многократно усиливают защитное действие друг друга. Благодаря этому удалось обойтись без галогенов, что повышает экологическую безопасность.

Учёные провели испытания пожаробезопасности и биостойкости материалов из натуральных волокон (лён, конопля) и синтетики (преокс, ариламид). Опытно-промышленные партии уже прошли успешные испытания в ОАО «РЖД». Технология защищена патентами РФ.

Авторы работы уверены, что нетканые полотна будут востребованы в качестве термостойких прослоек и изоляции в строительстве, огнестойких компонентов салона и моторного отсека в автомобилестроении, а также для создания спецодежды пожарных, металлургов и спасателей.

Российские физики создали цифровую модель квантовой механики для компьютеров

Учёные Московского физико-технического института (МФТИ) построили цифровой аналог квантовой механики. Новая математическая модель позволяет естественно моделировать любые квантовые явления на обычном компьютере. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Теоретическая и математическая физика».

Ключевая проблема квантовых вычислений заключается в работе с непрерывными данными, например координатами и импульсами частиц. Обычные компьютеры оперируют дискретными числами. Команда МФТИ предложила решение. Физики разработали способ представлять непрерывные величины в виде цифровых рядов. При этом каждая цифра становится самостоятельной квантовой наблюдаемой величиной. Это позволило создать цифровую квантовую механику, пригодную для численного моделирования.

Особый интерес вызывает устранение расходимостей. В классической квантовой теории часто возникают бесконечные суммы. Примером служит «ультрафиолетовая катастрофа» прошлого века, которую решили квантованием излучения. В новой модели дискретность числовой решётки естественным образом избавляет от бесконечностей. Учёные также показали, что энергия вакуума для широкого класса решёточных теорий равна нулю.

Развитие работы идёт по двум направлениям. Первое, прикладное, касается методов вычислений на квантовых и классических компьютерах. Второе, фундаментальное, связано с теорией перенормировок и основами квантовой теории поля. Оба направления уже приносят результаты, подтверждённые публикациями.

Российские физики обучили нейросеть определять пол по тексту 

Специалисты НИЯУ «МИФИ», Курчатовского института и Воронежского государственного университета разработали метод, позволяющий искусственному интеллекту определять пол автора по письменному тексту. Точность технологии достигает 80 процентов, сообщает РИА Новости со ссылкой на пресс-службу вуза. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда и опубликовано в журнале Procedia Computer Science.

Учёные давно заметили, что письменная речь человека отражает его пол, возраст, уровень образования и даже психологические черты. По анализу текста можно выявить признаки депрессии, деменции или склонность к суициду. Эти методы уже используют кадровые службы и специалисты по безопасности.

В ходе работы исследователи сравнили несколько подходов. Классические алгоритмы машинного обучения — метод опорных векторов и градиентный бустинг — конкурировали с продвинутыми нейросетями: свёрточными и рекуррентными сетями на основе долгой краткосрочной памяти.

«Мы достигли высоких результатов благодаря современным нейросетевым моделям в условиях, когда автор не скрывает свой пол. На очереди — определение пола при его намеренном сокрытии», — пояснил доцент МИФИ Александр Сбоев.

В качестве примера учёные привели тексты с сайтов знакомств, подписанные именами противоположного пола. Нейросеть вскрыла обман в десяти случаях из десяти. Лучше всего задачу решила свёрточная нейронная сеть.

В ближайших планах специалистов — обучить искусственный интеллект распознавать возраст автора по тексту.

Текст: Ирина Леонова

Изображения сгенерированы shedevrum.ai