Расчеты из первых принципов физических свойств орторомбического HfxA1-xO2 (A = Zr, Ti)
Расчеты из первых принципов физических свойств орторомбического HfxA1-xO2 (A = Zr, Ti)
А. А. Резник$^{1,2,3}$, А. А. Резванов$^{1,2}$, В. С. Константинов$^{1,2}$
В работе производится оценка структурных, электрофизических и механических свойств диоксидов IV-B и соединения HfxA1-xO2 (A = Zr, Ti) методом теории функционала плотности в программном пакете Quantum ESPRESSO. Установлено, что орторомбический TiO2 диоксид титана не проявляет сегнетоэлектрических свойств, обладает узкой запрещенной зоной и высоким значением диэлектрической проницаемости по сравнению с орторомбическими диоксидами гафния и циркония. Введение атомов циркония в элементарную ячейку диоксида гафния не вызывает существенных изменений в структуре, приводит к уменьшению запрещенной зоны и увеличению остаточной поляризации. Соединения типа HfxZr1-xO2 (x = 0.25, 0.5) обладают высоким значением объемного модуля упругости, по сравнению со стехиометрическими HfO2 и ZrO2.
Показать АннотациюПланирование траектории движения мобильного робота в среде с препятствиями на основе модифицированного алгоритма оптимизации роя частиц
Планирование траектории движения мобильного робота в среде с препятствиями на основе модифицированного алгоритма оптимизации роя частиц
Ш. -. Ян
В данной статье исследуется создание интеллектуальной системы для планирования траектории движения мобильного робота в среде с препятствиями. Для решения этой проблемы авторы предлагают использовать модифицированный алгоритм оптимизации роя частиц (PSO). Модификация включает в себя три аспекта. Первый аспект вводит два параметра в качестве детекторов для поиска частицы, которая не может улучшить свой личный оптимум и глобальный оптимум в заранее определенном количестве последовательных итераций, и заменяет на перестроенные. Второй изменяет ограничение скорости и таким образом увеличивает разнообразие популяции. Третий аспект вводит переменный параметр ω, который уравновешивает способности глобального и локального поиска. Эта модификация увеличивает разнообразие популяции, уравновешивая возможности глобального и локального поиска, и позволяет избежать стагнации и проблем локальной оптимизации без потери свойства быстрой сходимости PSO. Моделирование и анализ полученных данных позволяют сделать вывод, что предложенный модифицированный алгоритм PSO эффективен для планирования траектории движения мобильного робота в среде с препятствиями.
Показать АннотациюМатематическое моделирование кинетики накопления наночастиц серебра в организме млекопитающего
Математическое моделирование кинетики накопления наночастиц серебра в организме млекопитающего
М. А. Логинова$^1$, А. А. Анциферова$^2$, П. К. Кашкаров$^2$
В работе предложена математическая модель биокинетики наночастиц серебра в организме лабораторных мышей с применением концепции физиологически обоснованного фармакокинетического моделирования и ранее полученных с помощью высокопрецизионного метода инструментального нейтронно-активационного анализа экспериментальных данных. Построены аналитическое и численные решения для данной модели. Рассмотрена и обоснована применимость различных допущений. Проведен анализ полученных решений и рассчитаны биокинетические константы скоростей перехода, времена выхода на плато, массовые содержания стабильного равновесия. Численные параметры сравнены с ранее полученными параметрами в другой работе по биокинетике наночастиц серебра такой же торговой марки. Сделан вывод о хорошей применимости предложенного подхода к моделированию биокинетики наночастиц серебра в живом организме.
Показать АннотациюВолоконные лазеры двухмикронного диапазона для медицины
Волоконные лазеры двухмикронного диапазона для медицины
П. А. Алешина$^1$, Т. К. Чехлова$^2$
Статья посвящена исследованию воздействия волоконного лазера двухмикронно-го диапазона на биологическую ткань. В работе описываются результаты экспе-риментов, проведенных с использованием непрерывного и ультракороткого им-пульсного лазерного излучения с энергиями от 1,5 до 20 Дж в спектральном диа-пазоне 2 мкм на биологической ткани. Были получены экспериментальные зави-симости глубины и диаметра зоны воздействия от энергии, а также установлено, что диаметр и глубина зоны абляции и коагуляции фиксируются при энергии воздействия ∼10 Дж в импульсном режиме. В целом, результаты работы могут быть использованы для оптимизации процедур лечения биологической ткани с использованием лазерного воздействия.
Показать АннотациюОсобенности применения технологии esCCO для диагностики состояния человека
Особенности применения технологии esCCO для диагностики состояния человека
Е. В. Порфирьева, В. В. Давыдов
Обоснована необходимость расширения применения технологии esCCO в целях определения состояния здоровья человека, особенно когда он находится в критическом состоянии или близком к нему. В таких ситуациях быстрое и точное получение информации о сердечном выбросе является важным фактором для принятия решений врачами и обеспечения оптимальной медицинской помощи. Преимуществом технологии esCCO является ее способность предоставлять необходимую информацию за более короткий промежуток времени, чем с использованием других методов. Это позволяет врачам быстро оценить изменения в сердечном выбросе и принять соответствующие меры для нормализации состояния пациента. Рассмотрены особенности технологии esCCO для определения состояния здоровья человека в различных ситуациях, где изменения сердечного выброса играет ключевую роль. Представлены примеры регистрации различных параметров, необходимых для расчета сердечного выброса по методике esCCO и экспериментальные исследования изменения сердечного выброса во времени.
Показать АннотациюИсследование нефтяных парафинов и смол методом ЯМР релаксации
Исследование нефтяных парафинов и смол методом ЯМР релаксации
Т. А. Казбаев, Д. С. Иванов
В силу сложности химического и молекулярного состава нефти при её исследовании обычно принято выделять четыре основных компоненты: асфальтены, смолы, парафины и масла. При этом, согласно принятым Методикам ГОСТ 11851085, М 01-12-81 парафины выделяются не непосредственно из нефти так, как, например, асфальтены, а из предварительно выделенных масел. В данной работе проведены результаты исследования методом ЯМР бензольных и спиртобензольных смол, выделенных из нефти по стандартизованной методике ГОСТ 11858-66. Обнаружено, что для бензольных смол наблюдается характерный для систем с фазовым переходом первого рода гистерезис в характеристиках ЯМР, в то время как для спиртобензольных с точностью до погрешности эксперимента признаки гистерезиса не обнаруживаются во всём температурном диапазоне: от минус 80 до плюс 65 градусов Цельсия. Высказано предположение о том, что вследствие особенностей взаимодействия смол и парафинов последние выделяются из нефти преимущественно в составе бензольных смол.
Показать АннотациюОптическая бистабильность в системе широкоапертурного полупроводникового лазера
Оптическая бистабильность в системе широкоапертурного полупроводникового лазера
Е. А. Ярунова$^{1,2}$, А. А. Кренц$^{1,2}$, Н. Е. Молевич$^{1,2}$
В работе рассматривается широкоапертурный поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL), управляемый внешнем оптическим излучением, что обеспечивает наличие оптической бистабильности в системе. Исследуется устойчивость пространственно-однородного приосевого режима лазерной генерации. Взаимодействие большого числа поперечных мод приводит к модуляционной неустойчивости, в результате чего могут формироваться пространственные паттерны, солитоны и нерегулярная динамика. Исследуется условия существования бистабильных режимов на фоне модуляционной неустойчивости. Построена кривая однородного стационарного решения и показана корреляция между ее бистабильностью и наличием неустойчивостей. Система дифференциальных уравнений решалась численно, для подтверждения эффекта переключения между стационарными значениями в бистабильной области. Получено, что рост значения фактора Генри увеличивает области модуляционной неустойчивости и неустойчивости плоской волны, которая также может реализовываться в данной системе.
Показать АннотациюВосстановление волнового фронта фемтосекундных лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазона при помощи методов машинного обучения
Восстановление волнового фронта фемтосекундных лазерных импульсов среднего инфракрасного диапазона при помощи методов машинного обучения
Н. В. Якушкин$^1$, А. В. Митрофанов$^{2,3,4}$, М. В. Рожко$^{1,3}$, Н. Г. Ирошников$^1$, Д. А. Сидоров-Бирюков$^{1,3,4}$
В работе показана возможность применения свёрточных нейронных сетей для задач восстановления волнового фронта лазерного пучка по распределению интенсивности излучения в поперечной плоскости на некотором расстоянии за фокусирующей системой. Найдено оптимальное расстояние от фокусирующей системы до плоскости снятия интенсивности для восстановления параметров лазерного пучка, при котором ошибка для среднеквадратичного отклонения амплитуд полиномов Цернике резко уменьшается. На сгенерированной компьютером выборке пучков с различными типами аберраций обучена нейронная сеть для восстановления волнового фронта реальных пучков при наличии шумов.
Показать АннотациюКвантовые ямы AlGaInAs для спектрального диапазона 1300-1550 нм
Квантовые ямы AlGaInAs для спектрального диапазона 1300-1550 нм
Р. В. Дибольский$^1$, А. Н. Туркин$^1$, А. А. Мармалюк$^2$
Создание высокоэффективных полупроводниковых лазеров спектрального диапазона 1300-1550 нм является одной из важных практических задач современной квантовой электроники. Ведущим направлением использования таких лазеров является передача информации по оптическому волокну. Совершенствование указанных приборов требует повышения выходной мощности, уровень которой для лазеров рассматриваемого спектрального диапазона во многом определяется конструкцией квантово-размерной активной области. В частности, введение упругих напряжений в квантовые ямы активной области способствует снижению интенсивности протекания процессов Оже-рекомбинации и благоприятствует повышению выходной мощности и температурной стабильности. Настоящая работа направлена на поиск путей создания квантовых ям с повышенным уровнем упругих напряжений, излучающих в районе 1300-1550 нм. В статье учтено влияние упругих напряжений на длину волны излучения, выполнен расчёт геометрии квантовых ям, обеспечивающих получение длины волны излучения 1300-1550 нм, определена критическая толщина таких квантовых ям, при превышении которой начинается процесс генерации дислокаций несоответствия. Также изучены подходы по компенсации упругих напряжений в квантовых ямах, показано, что использование барьерных слоёв с упругими напряжениями противоположного знака позволяет отодвинуть порог генерации дислокаций несоответствия и улучшить излучательную эффективность.
Показать АннотациюРазработка автономного малогабаритного цифрового микроскопа с регулировкой увеличения до 1250 крат
Разработка автономного малогабаритного цифрового микроскопа с регулировкой увеличения до 1250 крат
Д. В. Шевченко$^1$, В. В. Давыдов$^{1,2}$
В статье обоснована необходимость разработки компактного мобильного цифрового микроскопа высокого разрешения для проведения исследований. Рассмотрены недостатки современных конструкций мобильных цифровых микроскопов. Определены требования по обеспечению необходимым характеристик в малогабаритном микроскопе по разрешающей способности, контрасту изображения и размеру. Разработана и собрана конструкция компактного мобильного цифрового микроскопа. Введено условие для обеспечения необходимого увеличения микроскопа. Выполнена оценка параметров микроскопа для обеспечения кратности 1250 крат. Представлены изображения различных объектов с разрешением по изображению от 2 мкм до 90 нм. Проведено сопоставление полученных результатов с параметрами лабораторных микроскопов для исследования различных сред.
Показать Аннотацию