Наноалмазные коллективные электронные состояния и их локализация

The collective states despite their importance are rarely used to describe the electron structure of dielectric materials. The nature of the unrelated to impurities unpaired spins found experimentally in the nanodiamond is still under discussion. We propose the explanation of their nature in terms of the collec- tive electron states. Collective states are studied by solving a one-particle one-dimensional Schr¨odinger equation in the Kronig–Penney potential and by ab initio computations of ground state wavefunctions of diamondoids C78H64, C123H100 and C211H140 at the DFT R-B3LYP/6-31G(d,p) level of theory. Three distinct classes were found: collective bonding states resembling modulated particle in a box solutions; surface-localized non-bonding conductive Tamm states and subsurface-localized bonding states for nonuniformly compressed nanodiamond. The existence of the unpaired spins is supposed to result from the spin-density fluctuation effects significant on the nanoscale collective and spread subsurface statesКоллективные электронные состояния, несмотря на их важность, редко используются для описания электронной структуры диэлектриков. Природа не связанных с примесями неспаренных спинов, наблюдаемых экспериментально в наноалмазе, всё ещё обсуждается. Мы предлагаем описание их природы в терминах коллективных электронных состояний. Коллективные состояния исследованы точным решением одночастичного одномерного уравнения Шрёдингера в потенциале Кронига Пенни и первопринципными расчетами волновых функций основных состояний для алмазоидов C78H64, C123H100 и C211H140 методом DFT R-B3LYP/6-31G(d,p). Найдены три различных класса: коллективные связывающие орбитали, соответствующие модулированным решениям для частицы в потенциальной яме; поверхностные несвязывающие проводящие состояния Тамма и подповерхностные связывающие состояния для неоднородно сжатого наноалмаза. Существование неспаренных спинов предположительно объясняется флуктуациями спиновой плотности, значительными для наноразмерных коллективных и протяженных подповерхностных состояний

Анализ параметров активной фазированной антенной решетки радиотелескопа ГУРТ

Представлены методика расчета и результаты численного анализа параметров активной фазированной антенной решетки (АФАР) Гигантского украинского радиотелескопа (ГУРТ) декаметрового и метрового диапазонов волн, который сооружается в настоящее время вблизи г. Харькова на территории Радиоастрономической обсерватории им. С. Я. Брауде Радиоастрономического института Национальной академии наук Украины. Методика базируется на матричной теории антенных решеток, сочетающей в себе электродинамический подход к анализу решетки излучателей с методами теории многополюсников СВЧ для описания фидерной схемы АФАР. Приведены и проанализированы результаты численного расчета эффективной площади АФАР и коэффициента передачи, который в случае пассивной ФАР ассоциируется с КПД, в широком секторе сканирования луча в диапазоне частот 10- 80 МГц.Надаються методика розрахунку та результати числового аналізу параметрів активної фазованої антенної решітки (АФАР) Гігантського українського радіотелескопу (ГУРТ) декаметрового та метрового діапазонів хвиль, що наразі споруджується поблизу м. Харкова на території Радіоастрономічної обсерваторії ім. С. Я. Брауде Радіоастрономічного інституту Національної академії наук України. Методика базується на матричній теорії антенних решіток, що поєднує електродинамічний підхід до аналізу решітки випромінювачів з методами теорії багатополюсників НВЧ для опису фідерної схеми АФАР. Наведені та проаналізовані результати числового розрахунку ефективної площі АФАР та коефіцієнту передачі, що в разі пасивної ФАР асоціюється з ККД, у широкому секторі сканування променя в діапазоні частот 10 - 80 МГц.The calculation technique results of numerical analysis of parameters of active phased antenna array (APAA) of the Giant Ukrainian Radio Telescope (GURT) of decameter and meter wavelengths which is being built now nearby Kharkiv at the area of S. Ya. Braude Radio Astronomy Observatory of the Institute of Radio Astronomy of the National Academy of Sciences of Ukraine are presented. The technique is based on the matrix theory of antenna arrays which combines an electromagnetic approach to analysis of radiators array with the methods of microwave multiport theory for the APAA feed network description. The results of numerical calculation of the APAA effective area and its gain, which in case of passive array is associated with its efficiency, are given and analyzed for a wide scan range within 10 to 80 MHz

Fluid Viscosity Measurement by Means of Secondary Flow in a Curved Channel

This article presents a new approach to determining the viscosity of Newtonian fluid. The approach is based on the analysis of the secondary Dean flow in a curved channel. The study of the flow patterns of water and aqueous solutions of glycerin in a microfluidic chip with a U-microchannel was carried out. The advantages of a microfluidic viscometer based on a secondary Dean flow are its simplicity, quickness, and high accuracy in determining the viscosity coefficient of a liquid. A viscosity image in a short movie represents fluid properties. It is revealed that the viscosity coefficient can be determined by the dependence of the recirculation angle of the secondary Dean flow. The article provides a correlation between the Dean number and the flow recirculation angle. The results of the field experiment, presented in the article, correlate with the data obtained using computational fluid dynamics and allow for selecting parameters to create microfluidic viscometers with a U-shaped microchannel

Handheld Enzymatic Luminescent Biosensor for Rapid Detection of Heavy Metals in Water Samples

Enzymatic luminescent systems are a promising tool for rapid detection of heavy metals ions for water quality assessment. Nevertheless, their widespread use is limited by the lack of test procedure automation and available sensitive handheld luminometers. Herein we describe integration of disposable microfluidic chips for bioluminescent enzyme-inhibition based assay with a handheld luminometer, which detection system is based on a thermally stabilized silicon photomultiplier (SiPM). Microfluidic chips were made of poly(methyl methacrylate) by micro-milling method and sealed using a solvent bonding technique. The composition of the bioluminescent system in microfluidic chip was optimized to achieve higher luminescence intensity and storage time. Results indicate that developed device provided comparable sensitivity with bench-scale PMT-based commercial luminometers. Limit of detection for copper (II) sulfate reached 2.5 mg/L for developed biosensor. Hereby we proved the concept of handheld enzymatic optical biosensors with disposable chips for bioassay. The proposed biosensor can be used as an early warning field-deployable system for rapid detection of heavy metals salts and other toxic chemicals, which affect bioluminescent signal of enzymatic reaction

Наноалмазные коллективные электронные состояния и их локализация

The collective states despite their importance are rarely used to describe the electron structure of dielectric materials. The nature of the unrelated to impurities unpaired spins found experimentally in the nanodiamond is still under discussion. We propose the explanation of their nature in terms of the collec- tive electron states. Collective states are studied by solving a one-particle one-dimensional Schr¨odinger equation in the Kronig–Penney potential and by ab initio computations of ground state wavefunctions of diamondoids C78H64, C123H100 and C211H140 at the DFT R-B3LYP/6-31G(d,p) level of theory. Three distinct classes were found: collective bonding states resembling modulated particle in a box solutions; surface-localized non-bonding conductive Tamm states and subsurface-localized bonding states for nonuniformly compressed nanodiamond. The existence of the unpaired spins is supposed to result from the spin-density fluctuation effects significant on the nanoscale collective and spread subsurface statesКоллективные электронные состояния, несмотря на их важность, редко используются для описания электронной структуры диэлектриков. Природа не связанных с примесями неспаренных спинов, наблюдаемых экспериментально в наноалмазе, всё ещё обсуждается. Мы предлагаем описание их природы в терминах коллективных электронных состояний. Коллективные состояния исследованы точным решением одночастичного одномерного уравнения Шрёдингера в потенциале Кронига Пенни и первопринципными расчетами волновых функций основных состояний для алмазоидов C78H64, C123H100 и C211H140 методом DFT R-B3LYP/6-31G(d,p). Найдены три различных класса: коллективные связывающие орбитали, соответствующие модулированным решениям для частицы в потенциальной яме; поверхностные несвязывающие проводящие состояния Тамма и подповерхностные связывающие состояния для неоднородно сжатого наноалмаза. Существование неспаренных спинов предположительно объясняется флуктуациями спиновой плотности, значительными для наноразмерных коллективных и протяженных подповерхностных состояний

Droplet Reactors with Bioluminescent Enzymes for Real-Time Water Pollution Monitoring

Early detection of pollutants in wastewater, water coming out of treatment facilities, drinking water, and water for agricultural needs is a challenging problem. Effective water quality monitoring requires development of new methods for express detection of pollutants. Enzymes from bioluminescent bacteria can be used for the development of new express enzyme-based bioassay systems. This work demonstrates, for the first time, a microfluidic chip to generate emulsion droplets containing two enzymes of the bacterial bioluminescent system (luciferase and NAD(P)H:FMN-oxidoreductase) with reaction substrates. The developed chip generated “water-in-oil” emulsion droplets with a volume of 0.1 μL and a frequency of up to 12 droplets per second. A portable photomultiplier tube (PMT) was used to measure the bioluminescent signal in each individual droplet; the signal-to-noise ratio was 3000/1. The intensity of luminescence in droplets depended on the concentration of copper ions. The limit of detection (LOD) for copper sulfate was 1 mg/L. We showed that bioluminescent enzymatic reactions can be carried out in droplet reactors that can be applied for online monitoring of water quality. Thus, the suggested method of biological measurements has a good perspective for biosensing in general