Физики из Калифорнийского Университета в Лос Анджелесе (UCLA) продемонстрировали самую маленькую в мире лампу накаливания с углеродной нанотрубкой в качестве нити, и в этом образце соединили казалось бы несоединяемые фундаментальные науки – термодинамику и квантовую механику.

Разработкой руководил д-р Крис Риган (Chris Regan), член Калифорнийского института наносистем при UCLA. Результаты исследований опубликованы в интернет издании журнала Physical Review Letters

Термодинамика – бриллиант в научной короне 19 века, описывает системы, содержащие множество частиц. Совсем наоборот, теория квантовой механики, открытая и продвинутая в 20-м веке, работает лучше всего, когда этих частиц – единицы. Ученые из Калифорнийского Университета создали свою разработку прямо на границе двух наук и используют ее для исследования закона излучения абсолютно черного тела Макса Планка, который был открыт в 1900 году и, как теперь понятно, является естественным для обеих теорий.

Лампа накаливания, изготовленная физиками из Калифорнийского Университета использует нить накала из одной единственной углеродной нанотрубки шириной всего в 100 атомов. Невооруженным глазом увидеть нить совершенно невозможно при выключенной лампе, но когда лампа включена, нить видна как светящаяся точка. Даже с помощью оптического микроскопа единственное, что можно наверняка определить, так это то, что нить накала имеет некоторые не нулевые размеры. Для получения изображений нити ученые используют электронный микроскоп с атомарным разрешением.

Художественное изображение лампы с углеродной нанотрубкой в качестве нити накала: верхняя часть – через оптический микроскоп, средний ярус – через электронный. Нить накала имеет длину 1,4 мкм и диаметр – 13 нм (примерно 100 атомов углерода). (Изображение: UCLA)

Размером менее, чем в 20 миллионов атомов, нанотрубка –нить накала достаточно велика для статистических вычислений по формулам термодинамики и, одновременно, может считаться достаточно малой – молекулярного размера – то есть квантово- механической системой.

По мнению д-ра Ригана, данная система обещает много, как объект исследования, поскольку, во-первых, находится на стыке двух наук, а кроме того, углеродная трубка, используемая как нить накала, обладает исключительной температурной стабильностью при столь малых размерах.

Забавно, что, хотя углеродные нанотрубки были открыты в 1991 году, применение угольных элементов в лампах накаливания – совсем не новая идея. Еще Томас Эдисон использовал угольные нити накала в своих первых электрических лампочках. Изделие исследователей из UCLA очень похожи на них, за той лишь разницей между ними, что углеродная нанотрубка в 100 тысяч раз уже и в 10 тысяч раз короче, чем нити накала в первых лампочках изобретателя.

Евгений Биргер