33. Ядерный магнитный резонанс (ямр)

Радиоспектроскопический метод основан на измерении поглоще­ния веществом радиоизлучения определенной частоты вследствие энергетических переходов атомных ядер в сильном магнитном поле с одного энергетического уровня на другой. Сигнал ЯМР-обнаружи­вается только на ядрах со спиновым квантовым числом, отличным от нуля. Наиболее удобны для ЯМР-спектроскопии ядра, имеющие

спин 1/2 например, Ядра, не имеющие спинового

магнитного момента, такие как, например, , не дают сигнала

ЯМР. Наиболее широко применяется протонный магнитный резонанс (ПМР). Переходы, отвечающие изменению ориентации спина, могут быть вызваны электромагнитным полем со­ответствующей резонансной частоты. Типичные спектрометры дают магнитное поле напряженностью 15 кЭ, которое вызывает расщеп­ление энергетических уровней, соответствующее частоте 60 МГц (длина волны ~ 5 м, энергия кванта 2,4 эВ), при напряженности 50 кЭ частота излучения увеличивается до 200 МГц. В методе ЯМР, как и в ЭПР, при проведении эксперимента на образец воздействуют излу­чением с фиксированной радиочастотой, а напряженность магнит­ного поля увеличивают до тех пор, пока не наступит наиболее силь­ное поглощение высокочастотного излучения. Это и есть условие ре­зонанса. Протоны в различном химическом окружении резонируют при различных напряженностях внешнего магнитного поля — это на­зывается химическим сдвигом резонанса. Он связан с тем, что маг­нитная энергия ядра зависит от локального магнитного поля, кото­рое складывается из внешнего поля и индуцированных им локаль­ных дополнительных магнитных полей. Для определения химических сдвигов водородных атомо в спектрах ПМР вводится стандарт — сигнал ПМР водородных атомов тетраметилсилана (ТМС). Для этого соединения химический сдвиг принят равным нулю . Химический сдвиг определяется выражением:

Интервалы между резонансами измеряются в герцах. Посколь­ку обычно интервалы между резонансами не превышают пример­но 100 кГц, а рабочая частота спектрометра имеет порядок 100 МГц, масштаб химических сдвигов составляет ~10-⁵ и выражается в мил­лионных долях (м.д.). Сильно экранированные протоны имеют малые сдвиги, и их резонансы находятся вблизи линии ТМС, слабо экрани­рованные протоны имеют большие сдвиги, и их резонансы сдвинуты далеко от линии ТМС в сторону слабого поля. При высоком разрешении наблюдается тонкая структура линий в спектре ЯМР. Если рядом находится один водородный атом, то сигнальная линия расщепляется на две, если два — на три и т.д. Так как его содержание около 1,1% и сигналы мало интенсивны, необходима специальная аппаратура. На образец подается импульс радиоволн, и при помощи ЭВМ отыскива­ются поглощенные частоты. Сигналы накапливаются до определен­ной интенсивности при напряженности магнитного поля 23500 Э. Область поглощения С находится при 25 МГц. Стандартом служит ТМС.Метод ЯМР является самым эффективным для опреде­ления структуры органических и неорганических соединений при

измерении всей гаммы ядер . Широкое при­менение метод ЯМР нашел в медицинской практике в медицинс­ких томографах.

34. Квантовые компьютеры. Используя законы квантовой механики, можно создать принципиально новый тип вычислительных машин, которые позволят решать некоторые задачи, недоступные даже самым мощным современным суперкомпьютерам. Резко возрастет скорость многих сложных вычислений; сообщения, посланные по линиям квантовой связи, невозможно будет ни перехватить, ни скопировать. Американский математик и физик венгерского происхождения Иоганн фон Нейман (1903- 1957), автор трудов по функциональному анализу, квантовой механике, логике, метеорологии. Внес большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения. Американский физик-теоретик Ричард Филлипс Фейнман (1918-1988), лауреат Нобелевской премии по физике 1965 года за фундаментальные работы в области квантовой электродинамики. Разработал математический аппарат, сыгравший первостепенную роль в развитии квантовой теории поля. Квантовый компьютер представляет собой регистр из и кубитов, управляемых внешними (классиче­скими) сигналами. Квантовый компьютер встроен в классическое окружение, состоящее из управляющего классического компьютера и генераторов импульсов, управляющих эволюцией кубитов, а также средствами измерений состояния кубитов. В ходе вычислений к регистру и можно добавить другие регистры, играющие вспомогательную роль. Для решения задачи на квантовом компьютере надо изготовить необходимое количество кубитов, инициали­зировать их, управлять их квантовой эволюцией, выпол­нить преобразование U|i/_in> и измерить состояния куби­тов, описываемых вектором _ U|i/_in>. Управлять компьютером, — значит, упра­влять процессами а;,;(t), т.е. по способу управления кван­товый компьютер является аналоговым компьютером.

Такое сочетание свойств — аналоговый способ упра­вления, вероятностный характер представления цифро­вого решения — не присутствует ни в одном типе классических компьютеров. Квантовый компьютер выглядит минотавром в мире компьютеров, сочетая несовместимые в классическом мире свойства аналого­вых и цифровых классических компьютеров.

35. гигантское магнетосопротивление (сокр. ГМС) — квантовомеханический эффект, наблюдаемый в тонких плёнках, состоящих из чередующихся ферромагнитных и немагнитных слоёв. В такой системе эффект проявляется в существенном уменьшении электросопротивления в присутствии внешнего магнитного поля. ГМС было открыто независимо друг от друга в 1988-89 гг. двумя группами под руководством Альбера Фера и Петера Грюнберга, за что им была присуждена Нобелевская премия по физике за 2007 год. Эффект ГМС позволяет создавать структуры, в которых незначительное изменение магнитного поля приводит к значительному изменению электрического сопротивления системы. Это открытие отнесено к сфере нанотехнологии, нашло практическое применение при разработке компьютерных жестких дисков, что позволило в последние годы значительно уменьшить их размеры и увеличить емкость. Работы ученых позволили революционно изменить технологию хранения информации на жестких носителях