Черноголовка — удивительное место, подарившее миру трёх Нобелевских лауреатов, "напитки" и Вкусвилл.

(много ли для города в 20 тыс.?)

Всем привет! Сегодня второй пост из серии #мискариса . Знакомьтесь, установка ультразвуковой микросварки (в народе бондер (от англ.wire bonder), так же производные от него: бонд -- стежок, бондить -- работать за бондером). По принципу действия эта чудо-машина похожа на швейную машинку. Игла с вдетой ниткой -- пожалуйста, лапка для движения иглой тоже. Но есть один нюанс. В случае бондера нитка имеет толщину около 30 микрон, и разглядывать её стежки и сам образец приходится через микроскоп (спойлер: у меня было стойкое убеждение, что мелкая моторика это не мое и мне к таким вещам близко подходить нельзя, так что мой восторг от таких занятий можете представить сами).

По сути за бондером вы делаете контакты к образцу. Из тонюсенькой металлической нитки. Нитка вдета в иглу. В момент касания с поверхностью образца по игле проходит ультразвуковой импульс, и она "втирает" нитку в образец. Далее вы приподнимаете нитку над поверхностью (её кончик закрепился при касании) и ведёте к второй точке. Касаетесь снова. Получился своеобразный мостик для тока. Вы великолепны!

Сложности и тонкости этой работы лежат на поверхности: надо быть усидчивым человеком с твердой рукой, а еще! Еще надо уметь вставлять нитку в иголку. Здесь тоже не без нюансов: отверстие находится с обратной стороны иглы от вас (с жопы, да) и оно микроскопическое. Поэтому глазом его не видно. Более того, чтобы нитка вошла, ее надо подводить под правильным углом, немножко заглядывая сбоку (чтобы хоть в каком-то приближении разглядеть, куда целиться, вам в лицо шарашит свет как на допросе). Таким образом, вы, изогнувшись в пренеприятной позе, замираете и ме-е-едленно пытаетесь попасть ниткой в иголку на ощупь)0 Пока я пыталась впервые это сделать, у меня даже возникло впечатление, что это все конспирологическая теория об отверстии в игле, на самом деле его нет, а все вокруг боятся признаться и делают вид, что куда-то эту нитку можно вставить. К слову, в первый раз я потратила на одно вдевание нитки 10 (десять!!) часов. Шея еще пару дней была повернута вбок.

О том, научилась ли я бондить, чего мне это стоило, а также про мою пост-бондерную реабилитацию, читайте далее)

Вернулась в рабочую неделю супер бодрой психологически, хотя у меня, вероятно, невысокая температура (от перегрева на питерском солнышке, не поверите!) и ломит все тело. Прям хочется работать, взаимодействовать с установками, статьи читать. Конкретно сегодня очень сосредоточенно удалось поготовиться к экзамену и тихонечко почитать, поразбираться, уложить все в голове. Немного удивлена такому бусту самочувствия, но пусть будет) может это моя вчерашняя пробежка меня так бодрит.

П.с. неочевидный факт: если прийти с работы после 21, все равно устаешь как собака. Вуф!

Лейтмотив переживаний последних недель — взросление. Здесь и сепарация от мамы, и взятие на себя ответственности за свою жизнь и принятие нового восприятия себя (может и без отречения от меня-подростка или меня-ребенка, но с твердым осознанием, что главный взрослый в моей жизни это я).

Последние полтора-два года мы с моим научным братом (так принято называть кого-то в твоей группе одного с тобой возраста/уровня) были младшими в нашей маленькой исследовательской группе. В этом году мы берем новых молодых ребят и научник троллит нас:
Я надеюсь, мне не надо говорить, что скоро в нашей группе появится новый человек, но мама и папа любят вас всех одинаково?

Если серьезно, я очень положительно отношусь к появлению новых людей, хотя бы потому что для меня лично это значит перекладывание на них более механических задач и более интеллектуальных на нас (эх, это студенческое время). Вообще очень забавно наблюдать, как люди приходят в лабу в том же возрасте, когда и я здесь появилась и наглядно видеть разницу в своих знаниях и навыках. Пропасть между мной из 2021 и мной сейчас — огромная. И пусть я немного боюсь прихода новых людей (здесь не совсем про страх, скорее про неизвестность того, как я буду себя в этом чувствовать, какую позицию я займу), происходящее есть не что иное, как симптом моего роста в лабе и это круто. Пусть маленькая Соня переживает, я возьму ее с собой и покажу, как много всего мы сможем сделать.

Из забавного последних дней:
- Соня, зачем ты несешь рюкзак с работы? Может кинуть его там (здесь надо понимать, что у нас на работе ок оставлять вещи и тяжелый ноут с его скарбом я почти всегда оставляю в лабе на пятидневку)? Что ты несешь в рюкзаке?
- Я несу в нем свою РИГИДНОСТЬ.

Реально не понимаю, почему я ношу рюкзак, там вечно какой-то хаос и бесконечное количество мелочей не первой необходимости, но не могу перестать его таскать. Эх(

В редкие дни, когда у меня на работе ничего не взрывается, не ломается, и РАБОТАЕТ, я могу внезапно получать несколько часов свободного времени. Например, я сегодня за пару часов с утра сделала ежедневную рутину, все настроила и впереди меня ждёт ~6 часов условно свободного времени, пока не придёт время выполнять вечернюю рутину. Конечно, это свободное время я займу какими-то второстепенными, но важными задачами, но возможность пить кофе, читать статьи и работать в своём темпе — бесценно.

Прикладываю картинку, ради которой я билась головой об стену несколько дней (если не недель)

Что имеют ввиду, когда говорят, что величина квантуется? Не пугаемся сложной физики и не разбегаемся, всё будет максимально просто.

Итак, обычно квантованием называют дискретное изменение некоторой величины. Сразу с примером: сколько у вас друзей? Один, два, несколько. Сколько бы ни вышло, число друзей всегда будет целым и изменяться оно может на одного, не меньше (вспомнили двух с половиной землекопов, поехали дальше). В физике многие величины квантуются по своей природе. Одной из таких величин является электрический заряд. В школе мы узнаем о существовании электрона -- частицы, переносящей заряд. Так вот электроны они как друзья, их может быть только какое-то конкретное число. И величина электрического заряда всегда будет иметь вид N*e -- число электронов на элементарный заряд одного.

Некоторые величины квантуются не сами по себе, а при очень определённых условиях. Об одном из таких эффектов, удостоившемся Нобелевской премии, поговорим завтра :)

#науч_поп

Пилила-пилила пост про международный день метрологии 20 мая и решила разбить длиннопост на много длиннопостов.

В честь прошедшего международного дня метрологии объявляю Неделю Метрологии!

Как квантовая физика, которой я занимаюсь, позволила отменить эталон килограмма? Читайте на этой неделе в нашем вестнике.

#неделя_метрологии

Всем привет! Неделю метрологии начнём с разговора про эффект Холла.

В конце девятнадцатого века выяснилось, что при пропускании тока через образец в магнитном поле напряжение появляется не только вдоль, но и поперек направлению тока. Этот эффект противоречит интуитивным представлениям, когда ток течет по направлению приложения напряжения. А дело тут вот в чем.

При включении магнитного поля на электрон начинает действовать сила Лоренца, которая тащит электроны поперек направления тока. В итоге ненулевым будет как продольное напряжение (то, что есть и без магнитного поля), так и поперечное, называемое холловским. Чтобы говорить о величинах, характеризующих образец, обычно эти напряжения делят на силу тока, чтобы получить сопротивление. Тогда говорят о продольном сопротивлении и холловском соответственно.

В оригинальной статье (написанной в лучших традициях мемуаров) Холл выводит зависимость названного его именем сопротивления от магнитного поля. Как выяснится позднее, в ней кроется много интересного о микроскопических свойствах образцов. Об этом мы продолжим говорить завтра.

#неделя_метрологии

Ну вы посмотрите на вёрстку статьи 1879 и на этого франта! Пишет, мол, читал в университете Максвелла (далее цитата), обсудил это со своим лектором, решили, Максвелл не прав, далее описание экспериментов).
В сравнении со статьями наших дней просто какая-то книга сказок, не иначе.

#неделя_метрологии

Среда, друзья! Сегодня сделаем небольшой шаг от эффекта Холла и окажемся у... эффекта Холла. Но квантового) Удивительно, как быстро можно перескакивать между физическими явлениями, открытие которых разделяет почти столетие.

Обычно, когда говорят о квантовой физике, представляют модельные идеи микроскопического масштаба: электроны как частицы (и волны), плотность вероятности найти электрон в объеме, уровни, заполненные электронами и так далее. Эти абстракции описывают эксперименты и вписываются в общую картину физики. Но как их можно пощупать?

Квантовый эффект Холла представляет собой такое макроскопическое явление. Макро — значит можно померить напрямую. Макроскопическими характеристиками образца могут быть его размеры, масса и да, сопротивление! В конце двадцатого века Клаус фон Клитцинг показал, что если пропускать ток через двумерный образец в сильном магнитном поле и мерить его холловское сопротивление, оно будет квантоваться (меняться ступеньками). Природа этого эффекта лежит в структуре энергетических уровней двумерной системы в сильном магнитном поле: их можно будет считать дискретными полочками, места на которых занимают электроны.

Это открытие породило целую область физики конденсированного состояния и вот спустя почти 50 лет я прикладываю руку к её исследованиям.

Прелесть квантового эффекта Холла удивительна: в эксперименте мы измеряем макроскопическую характеристику образца (сопротивление), при этом получаем представление и МИКРОскопической структуре: сколько уровней заполнено электронами, есть ли где-то фазовый переход, и более сложные вещи можно распознать по зависимости сопротивления от магнитного поля.

#неделя_метрологии

Перейдем наконец к теме нашей недели. Сегодня обсудим историю метрологии и культуру отмены в ней.

Давным давно никакой метрологии не было, но задачи измерять длину, массу и время были. Первые меры были естественными. Люди находили их в себе (пяди, локти, сажень) и окружающем мире (гран как вес одного ячменного зерна).

С развитием международной торговли и науки задача точных и воспроизводимых измерений встала более остро. Миру нужна была универсальная система единиц измерения. Ей стала привычная нам метрическая система мер, закрепившаяся вскоре после французской революции, и распространившаяся по всему миру за редким исключением (США, Мьянма, Либерия). Так во французской палате мер и весов появились эталоны метра и килограмма. Они представляли из себя бруски фиксированного размера и считались надёжными эталонами вплоть до середины 20 века.

С увеличением запросов учёных, инженеров началось движение от привычных эталонов и их определений. Так международная палата мер и весов переопределила секунду: раньше секундой было принято называть 1/86400 долю суток, сейчас секунда жёстко привязана к более фундаментальной вещи: внутренним переходам между уровнями энергии атома цезия-133. Развитие современных технологий (например, GPS) требовало все более и более точного определения значения скорости света. Прежний, материальный эталон метра не смог удовлетворить ненасытных учёных. Можно было бы делать все более и более точные эталоны, но надёжным оказался принципиально иной путь. Было принято решение жёстко зафиксировать значение скорости света и определить метр через него. Теперь метр — длина, которую свет пройдет в вакууме за 1/299792458 долю секунды.

Пусть вас не пугают мои сообщения об изменении всего и вся: на бытовом уровне секунда та же и метр тоже. Но для некоторых задач пришлось определить эти величины точно. Нет, совсем-совсем точно. И на помощь пришли мировые константы: скорость света, постоянная тонкой структуры, постоянная Планка и другие.

О том, как квантовый эффект Холла позволил избавиться от лишнего килограмма, читайте в следующих выпусках!

#неделя_метрологии

Про квантовый эффект Холла всё-таки поговорим завтра, а пока про мои насыщенные выходные:
Купила машину и впервые сходила к пародонтологу. Угадайте, что из этого кажется мне более взрослым и потратило очень много эмоциональных сил?
Конечно, зубной)

Как физика помогает сбросить лишние килограммы?

Давайте разбираться, как всё-таки связаны квантовый эффект Холла (КЭХ) с килограммом.

Вскоре после открытия КЭХ стало понятно, что холловское сопротивление можно померить с невероятной точностью и очень-очень воспроизводимо. Более того, величина ступеньки сопротивления является константой, выражающейся через постоянную Планка и заряд электрона. Так КЭХ стал способом максимально точно измерить сопротивление через постоянную Планка и лег в основу метрологической реформы СИ 2019 года.

Основной идеей этой реформы является твердое закрепление значений постоянной Планка и электрического заряда, а также определение килограмма через них.

Экспериментально соответствие между постоянной Планка и килограммом устанавливается следующим образом. Для этого используется прибор — весы Киббла (или Ватт-весы). Они позволяют установить соответствие между электрической мощностью (внезапно измеряемой в ваттах) и килограммом. Принцип действия прост: у вас есть провод, по которому течет электрический ток. На такой провод в магнитном поле начинает действовать сила Ампера. Чтобы провод оставался в покое, соответствующую силу надо уравновесить силой тяжести (Киббл предложил чуть более хитрую двухступенчатую схему, чтобы повысить точность, но принцип действия тот же). Отсюда можно пересчитать значение массы в электрическое напряжение и ток. Наиболее точные эталоны вольта и амрера завязаны на квантовых эффектах: эффекте Джозефсона, который позволяет связать напряжение с частотой, и квантовом эффекте Холла, который помогает создать точный эталон сопротивления.

Таким образом, квантовый эффект Холла лег в основу определения не только интуитивно близких ему величин (Ома — единицы сопротивления), но и килограмма! Фанфакт: лауреат Нобелевской премии за КЭХ Клаус фон Клитцинг, любит приезжать на конференции со своей медалью и всем показывать) Он же на конференции по физике полупроводников 2018 анонсировал новую метрологическую реформу, которую мы сегодня обсуждали. И 20 мая 2019 года (в Международный день метрологии) она была принята. Ура!

Спасибо, что читали меня на этой неделе. Ставьте реакции/пишите, если такой формат заходит.

Начало недели метрологии можно почитать здесь.

#неделя_метрологии

Только мы с вами закончили неделю метрологии, у нас в институте началась конференция. В связи с этим схлестнулись 1001 задача под конец семестра и нерабочий вайб, который создаёт конфа. Вроде и работать надо, есть что мерить, есть к каким экзаменам готовиться. Но тут доклады, тут фуршет, тут знакомые из других институтов приезжают. В итоге я не работаю толком, а играю в музыкальные, блин, стулья, чтобы и здесь успеть, и там, и ещё где-то. Нет никаких идей, как эту неделю себе облегчить, поэтому план — пережить. Свехтревожность и большая загрузка компенсируется тем, что эта неделя всё-таки довольно социальная и не рутинная (хотя у нас порой что ни день, то происшествие), поэтому оп-оп, живём-живём.

Сегодня уронила горячий паяльник и усилием воли заставила себя отскочить. Уже тянулась ловить его, ага. По привычке тяжело себя остановить.

Записываем: мы НЕ ЛОВИМ горячие, холодные, острые предметы. Себе дороже.

Моя работа научила меня мыть руки лучше, чем ковидная пандемия. Без шуток.
Большая часть моей работы представляет из себя делание чего-то руками вроде:

- ой, ты паяешь с припоем? привет, там свинец)

- о, образцы точишь и весь перемазался в смеси алмазной пасты и крошки/пыли от образцов. а что точишь? Галий арсенид (GaAs)? Мммм, вкусно (лат. arsenicum — МЫШЬЯК).

- О, ты крепишь деталь паяльной пастой? Она выделяет какое-то говно при нагревании.

- Клеишь образец на цианокрилат? Что там в технике безопасности? ожоги, астма)

Короче каждое второе действие если не пытается тебя убить, то просто очень токсичное, а ты потом будешь есть/трогать лицо. Надеюсь, у вас не возникло желание вызывать службу по защите научных сотрудников) на самом деле все не так опасно, но лучше все-таки эти нюансы иметь в виду и лучше перебдеть.

Так что, друзья, моем руки почаще и скоблим под ногтями, да-да!

Сегодня в силу почти отсутствия сна (ничего особенного, мы готовили доклады, пока кошки бесоебили и отскакивали от стен) я старое больное животное. Тем временем карнавал конференции продолжается. В программе:

- студенческие лекции с утра
- доклады нашей секции до обеда
- экскурсия для студентов после обеда
- постерная сессия вечером

По плану вообще было много работать, но нетрудно догадаться, что основная часть времени/сил уходит на лавирование всех активностей, жонглирование делами и попытки урывками что-то толковое поделать. Дополнительные препятствия обеспечивают коллеги, уже на низком старте готовые к пятнице.

Надеюсь, такое нерабочее настроение не будет экстраполироваться дальше этой недели. Хотя случилось лето и очень хотелось бы, до конца сезона еще месяца полтора и мне надо-надо домучить свои измерения по диплому.

В честь моего недосыпа держите мем

Пока я всё ещё не в себе держите кулстори в форме треда:

@ я по ощущениям с какого-то лютого похмелья (на самом деле простуда/аллергия/отсутствие нормального сна/полбанки пива вчера), с квадратной головой, соплями, заложенными ушами
@ слышу какой-то глухой гудящий звук, который похож на приглушённый ор от бесперебойника (обычно посторонние звуки это очень плохой знак, либо что-то не так с насосом, либо газ утекает)
@ убеждаюсь, что это не он и решаю, что это просто звук в моей голове (это подтверждается тем, что я слышу этот звук не постоянно)
@ думаю спросить у коллеги, который работает со мной в одной комнате, про звук, но стесняюсь узнать, что это реально звук в моей голове (Как говорила Гермиона, даже в мире волшебников экспериментаторов слышать голоса — плохой признак)
@ приходит научник и спрашивает меня, что за звук
@ крайне удивляюсь
@ начинаем исследовать и понимаем, что это из Лейдена (дорогущего криостата растворения)
@ проверяем показатели, все в норме, звук то появляется, то пропадает
@ понимаем, что у Лейдена СДЫХАЕТ ТУРБИНА

Я сегодня (сейчас же еще суббота, да?) на работе чуть ли не раньше, чем в будний день, оказалась. Так хотелось отоспаться, но криостаты мои, криостаты. Всю ночь писался сериал, пришла выключить его, посмотреть данные, проверить, что вчерашней грозой не вырубило что-то (и такое бывает). Попутно впервые побывала на взрослом азотном дежурстве. Прикладываю вам видюшку, как я медленно заливаю азот в дьюар и криостат (всего вышло 3 криостата, 2 дьюара и 2 ccd камеры).

прикинула, что дьюар с азотом весит 8.5 (пустой) + 12.8 (16л жидкого азота) = 21 кг, что вообще норм физкультура)