Reduction of the Casimir force using aerogels

By using silicon oxide based aerogels we show numerically that the Casimir force can be reduced several orders of magnitude, making its effect negligible in nanodevices. This decrease in the Casimir force is also present even when the aerogels are deposited on metallic substrates. To calculate the Casimir force we model the dielectric function of silicon oxide aerogels using an effective medium dielectric function such as the Clausius-Mossotti approximation. The results show that both the porosity of the aerogel and its thickness can be use as control parameters to reduce the magnitude of the Casimir force.Comment: to appear J. Appl. Phy

Instruments to Choose Priorities of the Spatial Development of the Region in the Context of Smart Specialization

The article is devoted to studying the processes of spatial development and geo-economic integration of the subjects of the Central Black Earth macroregion in Russia. The authors have developed and tested the methodology for analyzing the spatial potential and assessing the geo-integration of territories. It has been determined that all areas of the Central Black Earth macroregion have high spatial potential. However, a high level of geo-economic integration is characteristic only for the Lipetsk Region. The list of critical breakthrough technologies has been made, and the technological profile of the Central Black Earth macroregion has been formed. A management matrix for selecting priorities and scenarios for the spatial development of the region in the context of smart specialization has been worked out. According to the results of the study, the strategy of international technological specialization in the area of basic technologies of power electrical engineering, nano-, bio-, information and cognitive technologies is promising for the Lipetsk Region. The Belgorod, Voronezh, Kursk and Tambov Regions should choose a strategy of local technological specialization based on the interregional interaction in priority technological sectors

Steady Stokes flow with long-range correlations, fractal Fourier spectrum, and anomalous transport

We consider viscous two-dimensional steady flows of incompressible fluids past doubly periodic arrays of solid obstacles. In a class of such flows, the autocorrelations for the Lagrangian observables decay in accordance with the power law, and the Fourier spectrum is neither discrete nor absolutely continuous. We demonstrate that spreading of the droplet of tracers in such flows is anomalously fast. Since the flow is equivalent to the integrable Hamiltonian system with 1 degree of freedom, this provides an example of integrable dynamics with long-range correlations, fractal power spectrum, and anomalous transport properties.Comment: 4 pages, 4 figures, published in Physical Review Letter

Statistical Description of Hydrodynamic Processes in Ionic Melts with taking into account Polarization Effects

Statistical description of hydrodynamic processes for ionic melts is proposed with taking into account polarization effects caused by the deformation of external ionic shells. This description is carried out by means of the Zubarev nonequilibrium statistical operator method, appropriate for investigations of both strong and weak nonequilibrium processes. The nonequilibrium statistical operator and the generalized hydrodynamic equations that take into account polarization processes are received for ionic-polarization model of ionic molten salts when the nonequilibrium averaged values of densities of ions number, their momentum, dipole momentum and total energy are chosen for the reduced description parameters. A spectrum of collective excitations is investigated within the viscoelastic approximation for ion-polarization model of ionic melts.Comment: 24 pages, RevTex4.1-format, no figure

ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В СВЯЗИ С ПРОБЛЕМОЙ ПРОГНОЗА СЕЙСМИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ

Results of the experimental long-term monitoring programme are presented. It is aimed at studying natural geophysical fields located above the gas deposit in the zone impacted by the active regional fault, and its objectives are to reveal how such fields are changing with time and to establish a relationship between the temporal changes and seismicity. According to the database it determines several typical indicators of variations in the geophysical fields, which take place only above the gas deposit. It is concluded that periods, when natural geophysical fields located above the gas deposit are unstable, are preceding the final phase of preparation of seismic events.Рассматриваются результаты экспериментальных исследований, направленных на изучение ха­рактера временных изменений естественных геофизических полей (ЕГП) над залежью газа, расположенной в зоне влияния активного регионального разлома, а также выявление связи этих изменений с сейсмичностью. Определен ряд характерных признаков изменения полей, проявляющихся только над залежью газа. Установлено, что проявляющиеся периоды нестабильности ЕГП над залежью газа предшествуют конечной фазе подготовки сейсмических событий

ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА РАЙОНА ВПАДИНЫ ДЕРЮГИНА (ОХОТСКОЕ МОРЕ) ПО СТРУКТУРНО-ВЕЩЕСТВЕННЫМ (ЛИТОФИЗИЧЕСКИМ) ПРИЗНАКАМ

In terms of tectonics, the Deryugin basin (Fig. 1) is a part of the epi-Mesozoic Okhotsk plate comprising the heterogeneous basement that is mainly pre-Cenozoic (the lower structural stage) and the sedimentary cover that is mainly represented by the Paleogenic-Neogenic-Quaternary deposits with the Upper Cretaceous sedimentary rocks observed locally without a visible hiatus (the upper structural stage).The acoustic basement (AB) is composed of the metamorphosed Upper Cretaceous-Paleogenic silty-clayey-siliceous deposits (the western part of the region), amphibolites, gneisses, crystalline schists, weakly metamorphosed sandstones, siltstones, and mudstones (often siliceous), as well as intrusive and effusive rocks of basic, intermediate, and rarely persilic composition (the eastern part of the region). AB is generally dated as Mesozoic–Paleozoic.Results of tectonic zoning of the sedimentary cover based on material (lithophysical) indicators (Fig. 2) are represented in the format of maps showing lithophysical complexes (LC) within the limits of four regional seismo-stratigraphic complexes/structural layers (RSSC I-IV) corresponding to the following time intervals: the pre-Oligocene К2–P1-2 (RSSC I), the Oligocene – Lower Miocene P3–N11 (RSSC II), the Lower – Mid Miocene N11–2 (RSSC III), and the Upper Miocene – Pliocene N13–N2 (RSSC IV). Diverse lithological-facies associations composing the RSSCs are grouped into the following lithophysical complexes (LC): 1 - coal-bearing silty-clayey-sandy terrigenous, 2 - sandy-silty-clayey terrigenous, 3 - silty-clayey-siliceous, and 4 - sandy-silty-clayey volcanic [Sergeyev, 2006]. In the studied area (Fig. 2), the deposits of the pre-Oligocene RSSC are identified in limited areas within its northern, northwestern, and southwestern parts; they are represented by coal-bearing silty-clayey-sandy terrigenous and silty-clayey-siliceous LCs. Other RSSCs (II, III, and IV) in this area represented mostly by sandy-silty-clayey terrigenous and silty-clayey-siliceous LCs, and only the extreme southwestern part along the eastern Sakhalin coast contains narrow bands of the coal-bearing silty-clayey-sandy LC. The sandy-silty-clayey volcanic LC is absent in the Deryugin basin.Tectonic zoning of the sedimentary cover based on structural indicators is carried out with reference to the sediment-thickness map [Sergeyev, 2006] that was significantly revised in its segment showing the area of the Deryugin basin. Results of such zoning are represented in the format of a structural-tectonic map (Fig. 3) showing orientations and morphology of the structural elements of the sedimentary cover, the thickness of the sedimentary cover, and amplitudes of relative uplifts and troughs.With reference to the structural-tectonic map (see Fig. 3), the structural elements of different orders are grouped by their sizes, spatial positions and orientations and thus comprise structural zones (Fig. 4) that include relative uplifts and troughs that are considered as structural elements of smaller sizes (Fig. 5).Tectonic zoning of the sedimentary cover based on structural-material (lithophysical) indicators (Fig. 7–10) is carried out with reference to the maps of the lithophysical complexes of the four regional seismo-stratigraphic complexes/structural layers (see Fig. 2) and the map of high-order structural elements in the sedimentary cover (see Fig. 5).  Район впадины Дерюгина (рис. 1) в тектоническом отношении рассматривается как часть Охотоморской эпимезозойской плиты, в строении которой выделяются гетерогенный фундамент, преимущественно докайнозойского возраста (нижний структурный этаж), и осадочный чехол, представленный в основном палеоген-неоген-четвертичными отложениями и на отдельных участках без видимого перерыва - нормально-осадочными образованиями верхнего мела (верхний структурный этаж).Акустический фундамент (АФ) сложен алеврито-глинисто-кремнистыми метаморфизованными образованиями верхнемелового–палеогенового возраста (западная часть района), амфиболитами, гнейсами, кристаллическими сланцами, слабометаморфизованными песчаниками, алевролитами, аргиллитами (часто кремнистыми), а также интрузивными и эффузивными породами основного, среднего и, реже, кислого состава (восточная часть района). В целом акустический фундамент датируется мезозоем–палеозоем.Тектоническое районирование осадочного чехла по вещественным (литофизическим) признакам (рис. 2) выполнено в форме карт литофизических комплексов в рамках четырех региональных сейсмостратиграфических комплексов (РССК I–IV-структурных ярусов), соответствующих следующим временным интервалам: доолигоценовый К2–P1–2 (РССК I), олигоцен-нижнемиоценовый P3–N11 (РССК II), нижне-среднемиоценовый N11–2 (РССК III) и верхнемиоцен-плиоценовый N13-N2 (РССК IV). Поскольку РССК включают в себя разные вещественно-фациальные ассоциации, то для их дифференциации введены следующие литофизические комплексы (ЛК): 1 – алеврито-глинисто-песчаный терригенный с углями, 2 – песчано-алеврито-глинистый терригенный, 3 – алеврито-глинисто-кремнистый и 4 – песчано-алеврито-глинистый вулканогенный [Sergeyev, 2006].В рассматриваемом районе (рис. 2) отложения доолигоценового РССК I устанавливаются на ограниченных площадях в северной, северо-западной и юго-западной его частях, где они представлены алеврито-глинисто-песчаным терригенным с углями и алеврито-глинисто-кремнистым ЛК. Остальные РССК (II, III и IV) сложены в основном песчано-алеврито-глинистым терригенным и алеврито-глинисто-кремнистым литофизическими комплексами, и лишь в крайней юго-западной части района вдоль восточного побережья Сахалина прослеживаются узкие полосы, представленные алеврито-глинисто-песчаным с углями литофизическим комплексом. Песчано-алеврито-глинистый вулканогенный ЛК в районе впадины Дерюгина отсутствует.Тектоническое районирование осадочного чехла по структурным признакам проведено на основании существенно уточненной для района впадины Дерюгина карты мощности осадочного чехла [Sergeyev, 2006], в результате чего составлена структурно-тектоническая карта (рис. 3), которая отражает ориентировку структурных элементов осадочного чехла, их морфологию, мощность осадков и амплитуды относительных поднятий и прогибов.На основе структурно-тектонической карты (рис. 3), в зависимости от размеров, пространственного положения и ориентировки структурных элементов разных порядков, проведено их объединение в структурные зоны (рис. 4), включающие более мелкие по размерам структурные элементы в форме относительных поднятий и прогибов (рис. 5).Тектоническое районирование осадочного чехла по структурно-вещественным (литофизическим) признакам (рис. 7–10) выполнено на основании карт литофизических комплексов четырех региональных сейсмостратиграфических комплексов (структурных ярусов) (рис. 2) и карты высокопорядковых структурных элементов осадочного чехла (рис. 5). 

Enabling magnetic resonance imaging of hollow-core microstructured optical fibers via nanocomposite coating

Optical fibers are widely used in bioimaging systems as flexible endoscopes capable of low-invasive penetration inside hollow tissue cavities. Here, we report on the technique which allows magnetic resonance imaging (MRI) of hollow-core microstructured fibers (HC-MFs), paving the way for combing MRI and optical bioimaging. Our approach is based on Layer-by-Layer assembly of oppositely charged polyelectrolytes and magnetite nanoparticles on the inner core surface of HC-MFs. Incorporation of magnetite nanoparticles into polyelectrolyte layers renders HC-MFs visible for MRI and induces the red-shift in their transmission spectra. Specifically, the transmission shifts up to 60 nm have been revealed for the several-layers composite coating along with the high-quality contrast of HC-MFs in MRI scans. Our results shed light on marrying fiber-based endoscopy with MRI that opens novel possibilities for minimally invasive clinical diagnostics and surgical procedures in vivo.Comment: 11 pages, 6 figure