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Les chercheurs contournent un obstacle de longue date en observant la structure de spin dans le graphène « à angle magique »

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Les chercheurs contournent un obstacle de longue date en observant la structure de spin dans le graphène « à angle magique »

Des chercheurs de l’Université Brown et des collaborateurs ont trouvé un moyen d’observer directement le spin électronique dans des matériaux bidimensionnels tels que le graphène, une propriété auparavant difficile à mesurer dans ces matériaux. L’équipe a utilisé une nouvelle technique pour détecter de petits changements dans la résistance électronique, ouvrant la voie aux progrès de l’informatique quantique et des technologies de communication. Crédit : Jia Li/Université Brown

Une équipe de scientifiques, dirigée par des chercheurs de l’Université Brown, a découvert une solution à un obstacle de longue date dans le monde de l’électronique bidimensionnelle, en étudiant la structure de spin de «l’angle magique».[{ » attribute= » »>graphene.

Over the past twenty years, physicists have been attempting to directly influence the spin of electrons in 2D materials such as graphene. Successfully achieving this could catalyze significant progress in the rapidly developing realm of 2D electronics,, a field where super-fast, small and flexible electronic devices carry out computations based on quantum mechanics.

However, a major obstacle is that the standard method scientists use to gauge the spin of electrons — an essential behavior that gives everything in the physical universe its structure — usually doesn’t work in 2D materials.

This makes it incredibly difficult to fully understand the materials and propel forward technological advances based on them. But a team of scientists led by Brown University researchers believes they now have a way around this longstanding challenge. They describe their solution in a new study published in Nature Physics.

In the study, the team — which also include scientists from the Center for Integrated Nanotechnologies at Sandia National Laboratories, and the University of Innsbruck — describe what they believe to be the first measurement showing direct interaction between electrons spinning in a 2D material and photons coming from microwave radiation. Called a coupling, the absorption of microwave photons by electrons establishes a novel experimental technique for directly studying the properties of how electrons spin in these 2D quantum materials — one that could serve as a foundation for developing computational and communicational technologies based on those materials, according to the researchers.

“Spin structure is the most important part of a quantum phenomenon, but we’ve never really had a direct probe for it in these 2D materials,” said Jia Li, an assistant professor of physics at Brown and senior author of the research. “That challenge has prevented us from theoretically studying spin in these fascinating materials for the last two decades. We can now use this method to study a lot of different systems that we could not study before.”

The researchers made the measurements on a relatively new 2D material called “magic-angle” twisted bilayer graphene. This graphene-based material is created when two sheets of ultrathin layers of carbon are stacked and twisted to just the right angle, converting the new double-layered structure into a superconductor that allows electricity to flow without resistance or energy waste. Just discovered in 2018, the researchers focused on the material because of the potential and mystery surrounding it.

“A lot of the major questions that were posed in 2018 have still yet to be answered,” said Erin Morissette, a graduate student in Li’s lab at Brown who led the work.

Physicists usually use nuclear magnetic resonance or NMR to measure the spin of electrons. They do this by exciting the nuclear magnetic properties in a sample material using microwave radiation and then reading the different signatures this radiation causes to measure spin.

The challenge with 2D materials is that the magnetic signature of electrons in response to the microwave excitation is too small to detect. The research team decided to improvise. Instead of directly detecting the magnetization of the electrons, they measured subtle changes in electronic resistance, which were caused by the changes in magnetization from the radiation using a device fabricated at the Institute for Molecular and Nanoscale Innovation at Brown. These small variations in the flow of the electronic currents allowed the researchers to use the device to detect that the electrons were absorbing the photos from the microwave radiation.

The researchers were able to observe novel information from the experiments. The team noticed, for instance, that interactions between the photons and electrons made electrons in certain sections of the system behave as they would in an anti-ferromagnetic system — meaning the magnetism of some atoms was canceled out by a set of magnetic atoms that are aligned in a reverse direction.

The new method for studying spin in 2D materials and the current findings won’t be applicable to technology today, but the research team sees potential applications the method could lead to in the future. They plan to continue to apply their method to twisted bilayer graphene but also expand it to other 2D materials.

“It’s a really diverse toolset that we can use to access an important part of the electronic order in these strongly correlated systems and in general to understand how electrons can behave in 2D materials,” Morissette said.

Reference: “Dirac revivals drive a resonance response in twisted bilayer graphene” by Erin Morissette, Jiang-Xiazi Lin, Dihao Sun, Liangji Zhang, Song Liu, Daniel Rhodes, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, James Hone, Johannes Pollanen, Mathias S. Scheurer, Michael Lilly, Andrew Mounce and J. I. A. Li, 11 May 2023, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-023-02060-0

The experiment was carried out remotely in 2021 at the Center for Integrated Nanotechnologies in New Mexico. Mathias S. Scheurer from the University of Innsbruck provided theoretical support for modeling and understanding the result. The work included funding from the National Science Foundation, the U.S. Department of Defense, and the U.S. Department of Energy’s Office of Science.

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Il a été découvert que cette planète rocheuse brûlante, deux fois plus grande que la Terre, possède une atmosphère épaisse

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Il a été découvert que cette planète rocheuse brûlante, deux fois plus grande que la Terre, possède une atmosphère épaisse
Les soi-disant super-Terres – connues sous le nom de 55 Cancri e – font partie des rares planètes rocheuses en dehors de notre système solaire dotées d’une atmosphère importante.
En savoir plus
Une atmosphère épaisse a été découverte autour d’une planète deux fois plus grande que la Terre dans un système solaire voisin, ont rapporté mercredi des scientifiques. Les soi-disant super-Terres – connues sous le nom de 55 Cancri e – font partie des rares planètes rocheuses en dehors de notre système solaire dotées d’une atmosphère importante, recouverte d’une couverture de dioxyde de carbone et de monoxyde de carbone. Les montants exacts ne sont pas clairs. L’atmosphère terrestre est un mélange d’azote, d’oxygène, d’argon et d’autres gaz.

« C’est peut-être la preuve la plus solide à ce jour que cette planète possède une atmosphère », a déclaré Ian Crosfield, un astronome qui n’a pas participé à la recherche publiée dans la revue Nature. Le terme Super Terre fait référence à la taille de la planète, plus grande que la Terre mais plus petite que Neptune. Les températures d’ébullition de la planète – qui peuvent atteindre 2 300 degrés Celsius – signifient qu’il est peu probable qu’elle abrite la vie.

Au lieu de cela, les scientifiques affirment que cette découverte est un signe prometteur selon lequel il pourrait exister d’autres planètes rocheuses dotées d’une atmosphère épaisse qui pourraient être plus habitables. L’exoplanète, située à 41 années-lumière, est huit fois plus lourde que la Terre et orbite si étroitement autour de son étoile Copernic qu’elle a des côtés jour et nuit permanents. Une année-lumière équivaut à environ 9,7 billions de kilomètres. Sa surface est recouverte d’océans magmatiques.

Pour en savoir plus sur la composition de l’atmosphère de la planète, les chercheurs ont étudié les observations du télescope spatial Webb avant et après le passage de la planète derrière son étoile. Ils ont séparé la lumière émise par la planète de son étoile et ont utilisé les données pour calculer la température de la planète. Il est prouvé que la chaleur de la planète était répartie uniformément sur sa surface, une astuce bien connue pour créer une ambiance festive. Les gaz libérés par les océans magmatiques peuvent jouer un rôle clé dans le maintien de la stabilité de leur atmosphère. L’exploration de cette super-Terre pourrait également fournir des indices sur l’évolution de la Terre et de Mars. « C’est une fenêtre rare », a déclaré Renyu Hu du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui a participé à la recherche.

Fin de l’article

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L’équipe de propulsion de White Sands teste un composant du moteur Orion imprimé en 3D

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L’équipe de propulsion de White Sands teste un composant du moteur Orion imprimé en 3D

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Essai routier de l’injecteur du moteur principal Orion. Crédit : NASA

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Essai routier de l’injecteur du moteur principal Orion. Crédit : NASA

Lorsque le vaisseau spatial Orion transportera les premiers équipages Artemis vers la Lune et retour, il s’appuiera sur le module de service européen fourni par l’ESA (Agence spatiale européenne) pour effectuer le voyage. Le module de service assure la production d’énergie électrique, la propulsion, le contrôle de la température et le stockage des consommables pour Orion, jusqu’au moment où il se sépare du module d’équipage avant de rentrer dans l’atmosphère terrestre.

Pour les six premières missions Artemis – Artemis 1 à Artemis 6 – la NASA et l’ESA utiliseront un moteur Orbiter Maneuvering System (OMS) remis à neuf du programme de la navette spatiale comme moteur principal du module de service européen. Après Artemis VI, la NASA aura besoin d’un nouveau moteur pour prendre en charge Orion.

Ce besoin sera satisfait par le moteur principal Orion (OME) en cours de développement avec Aerojet Rocketdyne (maintenant connu sous le nom de L3 Harris), mais avant que le moteur principal Orion puisse voler, tous ses composants doivent être minutieusement testés.

Entrez dans le bureau d’essais de propulsion du centre d’essais de White Sands de la NASA. De novembre 2023 à janvier 2024, cette équipe a mené des tests rigoureux sur un composant essentiel de l’OME : l’injecteur qui fournit le propulseur pour démarrer le moteur et fournit la poussée nécessaire pour ramener Orion de la Lune.

Les tests ont été menés sur le banc d’essai 301A dans la zone de propulsion 300 à White Sands. L’injecteur a été monté sur un moteur d’essai et a tiré plusieurs fois pendant trois secondes chacune, pour un total de 21 tests. À chaque test, l’équipe de White Sands a cherché à démontrer la capacité de l’injecteur OME à maintenir une combustion constante et contrôlée et à revenir à des opérations normales si le processus de combustion est artificiellement perturbé.

Plusieurs membres de l’équipe de White Sands ont participé à cet effort. James Hess, chef de projet et directeur des opérations, a veillé à ce que les tests soient réalisés en toute sécurité et avec succès en supervisant les opérations et en s’assurant que les exigences des tests étaient respectées. James Mahoney a géré le calendrier et le budget des tests en tant que chef de projet, tandis que Jordan Addai a dirigé les opérations et les tests proprement dits.

D’autres rôles clés incluent l’ingénieur électricien principal Sal Muniz et l’ingénieur en instrumentation Jesus Lujan Martino. Sean D’Souza d’Aerojet Rocketdyne a servi de responsable des articles de test, garantissant que l’injecteur fonctionnait comme prévu et répondait aux exigences du scénario de test. Un soutien supplémentaire a été fourni par les membres de l’équipe du programme OME du Johnson Space Center et du Glenn Research Center de la NASA.

Les résultats ont confirmé que l’injecteur OME pouvait maintenir une combustion stable et l’équipe a déterminé que les tests étaient réussis. Un aspect unique de l’injecteur OME est qu’il est fabriqué selon un processus de fabrication additive appelé fabrication laser sélective – essentiellement une impression 3D utilisant des poudres métalliques au lieu de plastique. Démontrer l’efficacité des composants imprimés en 3D peut aider la NASA et ses partenaires à réduire les coûts et à accroître l’efficacité des processus de développement.

La conception de l’injecteur sera désormais intégrée dans l’OME complet qui sera testé en tant qu’ensemble moteur complet à White Sands une fois prêt.

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Dernière chance de briller pour les astrophotographes en herbe de Dublin

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Dernière chance de briller pour les astrophotographes en herbe de Dublin

Les passionnés de photographie et d’astronomie de Dublin ont une dernière chance de soumettre leurs candidatures pour l’astrophotographie « Reaching for the Stars », avant la date limite du vendredi 10 mai.

Le concours, organisé par le Dublin Institute for Advanced Study (DIAS), recherche les meilleures images astronomiques prises en Irlande entre le 28 avril 2023 et le 10 mai 2024.

Commentant l’approche de la date limite, le Dr Eucharia Meehan, PDG et registraire de DIAS, a déclaré : « La date limite de 2024 approche à grands pas et nous sommes ravis de voir les candidatures arriver.

« L’ajout d’une nouvelle catégorie cette année, appelant à des candidatures prises sur smartphone, est une excellente opportunité et j’encourage toute personne à Dublin qui s’intéresse à l’astronomie et au ciel nocturne à sortir et à s’impliquer.

« Vous n’avez pas besoin d’être un photographe professionnel pour apprécier notre ciel nocturne, ni de posséder un télescope. Nous vous demandons simplement de suivre attentivement les directives du concours pour vous assurer que vos photos répondent aux critères.

« J’encouragerais vraiment les habitants de Dublin à sortir avec leur appareil photo ou leur téléphone au cours de la semaine prochaine, avant la date de clôture. »

Détails du concours

Les candidatures au concours « Reach for the Stars » seront jugées par le professeur Peter Gallagher, chef du département d’astrophysique du DIAS, aux côtés de Brenda Fitzsimmons, rédactrice photo au Irish Times ; John Flannery, vice-président de la Société irlandaise d’astronomie ; et Niamh Breathnach, directrice des relations publiques d’Alice.

Les participants peuvent soumettre jusqu’à deux photos par catégorie au concours. La date limite de candidature est le vendredi 10 mai 2024 à 17 heures. Les candidatures peuvent être soumises dans cinq catégories différentes.

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  1. Le ciel nocturne à portée de main : des photos d’un spectacle astronomique prises avec un simple smartphone et sans télescope.
  1. Hors de ce monde – Planètes : Images de planètes, du soleil et de la lune.
  1. Hors de ce monde – Ciel profond : images d’objets célestes situés au-delà de notre système solaire, tels que des nébuleuses, des amas d’étoiles et des galaxies.
  1. Retour à la Terre – Paysages : images qui représentent une caractéristique d’importance astronomique en tant que caractéristique et éléments importants tels que la nature, la terre ou l’eau.
  1. Retour sur Terre – Points de repère : images qui représentent une caractéristique d’intérêt astronomique en tant que caractéristique et éléments importants tels que des paysages urbains, des bâtiments, des maisons, des structures historiques ou des monuments.

Forfait prix

Les photographes gagnants dans les différentes catégories recevront divers prix, notamment : des billets pour les trois sites des observatoires astronomiques irlandais – l’observatoire Dunsink (la salle d’évasion Race to Space), l’observatoire d’Armagh et le château de Pere Demesne ; Bons pour du matériel photographique/télescopique ; et abonnements numériques à The Irish Times.

DIAS a l’intention que les images gagnantes et très acclamées soient également incluses dans une exposition au DIAS en 2024.

De plus, toutes les images présélectionnées seront incluses dans une galerie en ligne – à des fins de vote du public – sur le site Web du concours reachforthestars.ie.

Le concours « Reach for the Stars » du DIAS est organisé en partenariat avec The Irish Times et parrainé par Alice Public Affairs et les Irish Astronomical Observatories.

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La Société irlandaise d’astronomie soutient cette initiative.

Plus d’informations, y compris les directives du concours et le formulaire d’inscription, sont disponibles sur www.reachforthestars.ie

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