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Détection de nouveaux cas limites délimités

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Détection de nouveaux cas limites délimités

Newswise – L'exploration de la propagation et de la localisation des ondes dans différents milieux constitue un objectif fondamental dans le domaine de l'optique et de l'acoustique. Plus précisément, dans le domaine de la photonique et de l’acoustique, les scientifiques ont consacré leurs efforts à comprendre et à contrôler le comportement des ondes lumineuses et sonores dans les milieux périodiques. Grâce à leurs propriétés de bande interdite uniques, les cristaux photoniques constituent une excellente plateforme pour étudier la propagation et la localisation des ondes. Ces bandes interdites, résultant de la structure périodique du cristal, peuvent contrôler la propagation des ondes et même bloquer complètement les ondes dans certaines gammes de fréquences. Traditionnellement, on pensait que les modes limites dans les cristaux photoniques étaient fortement influencés par la taille du cristal (nombre de sites sur le réseau). Il a généralement été supposé que ces modes se limitent plus facilement aux grands systèmes (avec de nombreux sites de réseau) où la probabilité de tunneling diminue considérablement à mesure que la taille du système augmente. Ce phénomène est crucial dans la conception et la mise en œuvre de dispositifs photoniques hautes performances, notamment dans la poursuite d’une intégration et d’une miniaturisation élevées des dispositifs. De plus, dans la recherche sur les cristaux photoniques, les états liés en série (BIC) ont attiré l'attention car ils révèlent que certains modes uniques peuvent être confinés dans des régions spécifiques, même dans le spectre continu. Ce phénomène offre une nouvelle perspective pour comprendre et contrôler la localisation des ondes lumineuses. Il présente un grand potentiel dans des applications pratiques, telles que l’amélioration des performances et de l’efficacité des dispositifs optiques.

ce recherche (https://doi.org/10.1038/s41377-024-01417-1) propose et confirme de manière innovante l'existence de situations limitées par des barrières limitées. Le spectre du système se compose généralement de spectres continus et discrets (panneau de gauche de la figure 1). La sagesse conventionnelle veut que le spectre des valeurs propres des états corrélés soit discret, tandis que les états non corrélés forment un spectre continu. Par exemple, dans les systèmes électroniques, si l’énergie d’une particule est inférieure à l’énergie potentielle à l’infini, l’état est associé à un spectre discret ; Alors que les particules dont l'énergie est supérieure à l'énergie potentielle se dispersent pour former un spectre continu. Pour les ondes lumineuses et sonores, des états discrets se forment en raison de conditions aux limites imposées par une barrière, telle qu'une « bande interdite ». Ces états entièrement discrets peuvent être localisés dans des conditions idéales (largeur de barrière infinie, Figure II-1). Cependant, lorsque la largeur de la barrière est limitée, il est possible que l’État traverse la barrière et devienne un état résonnant (Figure III-1). Notamment, les états liés dans le continuum (BIC) sont spatialement corrélés dans la plage énergie/fréquence du spectre du continuum (Figure 1-I). Cette étude introduit un concept contre-intuitif parallèle aux BIC : certains états peuvent être entièrement liés à des matériaux à bande interdite très fine, les rendant incapables de traverser le matériau à bande interdite (Figures 1-IV et 1-V).

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L’étude décrit d’abord une structure spéciale de bande de cristaux photoniques symétriques en miroir dans laquelle la transition des modes limites peut être contrôlée avec précision. Lorsque la largeur du cristal photonique (le nombre de sites du réseau le long de la direction y, Ny) est petite, les modes limites des deux côtés interagissent et sont divisés en modes pairs et impairs. (Photo 2publicité) À certains vecteurs d'onde (nœuds), la force de couplage des modes limites est nulle. Même si la largeur (Ny) du cristal photonique est très petite, le mode limite ne peut pas passer d'un côté à l'autre du cristal photonique. (Photo 2ef) En général, on pense que plusieurs sites de réseau sont nécessaires pour supprimer le couplage des modes limites. Cependant, cette étude remet en question cette vision et ouvre une nouvelle façon de manipuler le comportement des photons au niveau microscopique.

Suite à la configuration précédente, les chercheurs ont supprimé l’une des limites PEC du cristal photonique, révélant ainsi une nouvelle configuration. Ils découvrent que les modes limites restants au niveau de vecteurs d’ondes nodaux spécifiques sont complètement piégés, formant des états de confinement finis activés par des barrières dans le continuum (FBIC). Ces FBIC présentent des propriétés non radiatives en raison de la séparation des deux modes limites. Aux nœuds, où la force de couplage des modes limites est nulle, il existe un état avec un coefficient de rayonnement nul lorsqu'un côté du PEC est supprimé, et sa fréquence correspond à la fréquence nodale trouvée dans le scénario double PEC, le définissant comme FBI. . De plus, en changeant le diélectrique circulaire en elliptique pour briser la symétrie du miroir d'origine et en introduisant un nouveau paramètre géométrique η, l'étude a identifié un nombre en zigzag dans l'espace des paramètres kx-η, révélant les propriétés topologiques des FBIC et confirmant ces modes en tant que BIC. . (Fig. 3Pére) Compte tenu de la perte diélectrique inévitable aux fréquences micro-ondes, l'étude a validé expérimentalement les FBIC en mesurant l'atténuation aux modes limites (Figure 3)CD), démontrant une localisation complète des modes limites dans très peu de sites de réseau (Ny = 2, 3, etc.), offrant une nouvelle approche pour réaliser des BIC.

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Cette étude pionnière explore de nouveaux phénomènes physiques dans les cristaux photoniques et permet un contrôle précis des modes limites. Ce travail fournit non seulement une nouvelle compréhension théorique de l'effet tunnel et de la localisation des modes limites dans les cristaux photoniques, mais confirme également la localisation complète des modes limites sur des vecteurs d'onde spécifiques grâce à des expériences micro-ondes, apportant une nouvelle perspective au domaine de la photonique. La recherche révèle de nouvelles façons de manipuler le comportement des photons, ce qui est important pour le développement de dispositifs photoniques hautement intégrés. Il présente également de nouvelles stratégies d’utilisation des cristaux photoniques pour améliorer les interactions lumière-matière, ce qui pourrait conduire à des percées dans le domaine de l’optique non linéaire et des interactions lumière-matière 2D. Ces résultats pourraient inspirer de futures recherches, telles que l’application de ces principes à d’autres systèmes d’ondes tels que les cristaux phononiques.

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Les références

EST CE QUE JE

10.1038/s41377-024-01417-1

URL source d'origine

https://doi.org/10.1038/s41377-024-01417-1

Informations de financement

Ce travail est soutenu par le plan de recherche conjoint de la Fondation nationale des sciences naturelles du Conseil des subventions de recherche Chine-Hong Kong (NFSC-RGC) (subvention n° 12321161645) et par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subvention n° 12274332, n° 12274330). ) et n° 12334015). . Le CTC est soutenu par le Research Grants Council (RGC) de Hong Kong à travers la subvention AoE/P-502/20 et la Fondation Croucher (CAS20SC01). YL est soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subventions n° 12174188 et n° 11974176). DW est également soutenu par le programme d'innovation des connaissances Wuhan-Shuguang (subvention n° 2022010801020125) et le programme Xiaomi Young Scholar de l'Université de Wuhan.

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sur Lumière : science et applications

le Lumière : science et applications Il publiera principalement de nouveaux résultats de recherche sur des sujets de pointe et émergents en optique et photonique, en plus de couvrir des sujets traditionnels en ingénierie optique. La revue publiera des articles et des critiques originaux de haute qualité, d’un grand intérêt et de résultats de grande envergure.

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Comment les chauves-souris de Salomon défient leur apparence

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Comment les chauves-souris de Salomon défient leur apparence

Les chercheurs ont découvert une diversité génétique significative parmi les chauves-souris à nez feuille des Îles Salomon, révélant que les chauves-souris de tailles similaires sur différentes îles sont des espèces génétiquement distinctes. Cette découverte remet en question les classifications morphologiques précédentes et a des implications pour la conservation et la compréhension des processus évolutifs. Crédit : SciTechDaily.com

L’analyse génétique des chauves-souris à nez feuille des Îles Salomon montre une diversité inattendue, suggérant des besoins de conservation uniques et remettant en question les classifications précédentes basées sur la taille.

Des chercheurs de l’Université de Melbourne et de l’Université du Kansas ont découvert une diversité génétique significative parmi les chauves-souris à nez feuille des Îles Salomon, malgré leur apparence similaire dans différentes îles. Cette recherche est publiée dans la revue développementCollecte d’échantillons sur le terrain et analyse génétique.

« Il s’agit d’un genre de chauves-souris appelé Hipposideros multiple Classer « Partout en Asie du Sud-Est dans le Pacifique », a déclaré le co-auteur Rob Moyle, conservateur principal en ornithologie à l’Institut de la biodiversité et au Musée d’histoire naturelle de l’UCLA, dont le laboratoire a effectué une grande partie des recherches. « Aux Îles Salomon, où nous effectuons beaucoup de travaux de terrain, il peut y avoir quatre ou cinq espèces différentes sur chaque île, et elles sont analysées en termes de taille corporelle : petites, moyennes et grandes – ou s’il y en a. plus de trois espèces, il y en a de petites. Sur une île, il y en a cinq, moyennes, grandes et très grandes, il y a donc une petite île supplémentaire.

Détails et résultats de l’étude

Selon Rob Moyle, qui est également professeur de biologie évolutive à l’UCLA, des recherches antérieures basées uniquement sur des caractéristiques physiques ont conclu que les chauves-souris de taille similaire provenant de différentes îles appartenaient toutes à la même espèce. « Vous vous déplacez d’île en île et vous trouverez des espèces de taille moyenne semblables à celles d’autres îles », a-t-il déclaré. Les biologistes ont toujours examiné ces choses et ont dit que c’était évident. Il existe des espèces de petite, moyenne et grande taille réparties sur plusieurs îles.

Îles du Lac Vuna Vuna

Îles du lagon Vuna Vuna du groupe de Nouvelle-Géorgie, Îles Salomon. Ce groupe d’îles héberge quatre espèces de chauves-souris hyposiderus, dont les deux espèces mentionnées dans l’étude de l’évolution convergente à travers l’archipel. Crédit : RG Moyle

Cependant, Moyle et ses collaborateurs disposaient d’analyses plus modernes. En séquence ADN À partir des chauves-souris collectées sur le terrain (ainsi que de spécimens provenant de collections de musées), l’équipe a découvert que les grandes et très grandes espèces de chauves-souris n’étaient en réalité pas étroitement apparentées.

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« Cela signifie que ces populations sont parvenues d’une manière ou d’une autre à cette taille et à cette apparence corporelles identiques, non pas en étant étroitement liées – mais nous pensons normalement que les objets d’apparence identique le sont parce qu’ils sont vraiment étroitement liés », a déclaré Moyle. « Cela soulève des questions telles que ce qui est si unique sur ces îles, que vous puissiez converger en termes de taille et d’apparence corporelle vers des classes de taille vraiment cohérentes sur différentes îles. »

L’équipe a effectué des mesures précises sur des chauves-souris de différentes îles, confirmant ainsi les travaux antérieurs menés par des scientifiques des Îles Salomon.

« Toutes les grandes îles de différentes îles regroupées dans leurs mesures », a déclaré Moyle. « Ce n’est pas seulement que les premiers biologistes ont fait une erreur. Ils les ont regardés et ont dit : « Oh, oui, c’est la même chose. » Et en fait, ce n’est pas le cas. Nous les avons mesurés, et ils sont tous regroupés. , même s’il s’agit d’espèces différentes. Nous avons vérifié – une espèce Quoi – à partir de ce travail morphologique précédent.

Chauve-souris des Îles Salomon

Photographies du site de Guadalcanal montrant la différence de taille entre les espèces sympatriques H. diadema et H. des dinosaures. Crédit : Lavery et coll.

« Lorsque nous avons créé des arbres généalogiques à l’aide de l’ADN de chauve-souris, nous avons découvert que ce que nous pensions n’être qu’une seule espèce de grande chauve-souris dans les Îles Salomon était en réalité un cas où de plus grandes chauves-souris évoluaient à partir d’espèces plus petites plusieurs fois dans différentes îles », a déclaré Lavery. « Nous pensons que ces chauves-souris plus grosses ont peut-être évolué pour profiter de proies que les chauves-souris plus petites ne mangent pas. »

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Implications pour la conservation et la biologie évolutive

Derad a déclaré que le travail pourrait être « extrêmement important » pour les efforts de conservation visant à identifier les unités évolutives importantes dans ce groupe.

« La taille de l’objet a induit la classification en erreur », a déclaré Dirad. « Il s’avère que les très grandes populations de chauves-souris de chaque île sont fondamentalement génétiquement uniques et méritent d’être préservées. Comprendre cela est vraiment utile. Il y a des problèmes de déforestation. Si nous ne savons pas si ces populations sont uniques, il est difficile de savoir si elles sont uniques. Nous aurions dû faire un effort pour le préserver.

Selon DeCicco, la nouvelle compréhension des chauves-souris à nez feuille était fascinante sur le plan purement théorique.

« Nous étudions les processus évolutifs qui conduisent à la biodiversité », a-t-il déclaré. « Cela montre que la nature est beaucoup plus complexe. Nous, les humains, aimons essayer de trouver des modèles, et les chercheurs aiment essayer de trouver des règles qui s’appliquent à de larges groupes d’organismes. C’est assez fascinant de trouver des exceptions à ces règles.  » À partir de différents taxons sur de nombreuses îles différentes – une grande et une petite, ou deux espèces étroitement apparentées qui diffèrent d’une manière ou d’une autre dans la répartition de leur environnement, nous constatons qu’il existe de nombreux scénarios évolutifs différents. cela pourrait produire le même modèle.

Référence : « Évolution parallèle dans un archipel insulaire révélée par le séquençage du génome des chauves-souris à nez feuille Hipposideros » par Tyrone H Lavery, Devon A DeRaad, Piokera S Holland, Karen V Olson, Lucas H DeCicco, Jennifer M Seddon, Luke KP Leung et Robert . JMuel, le 08 mars 2024, développement.
est ce que je: 10.1093/évolut/qpae039

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Une équipe de la NASA dirigée par un scientifique d’origine indienne a révélé la raison de la température élevée de la zone d’amarrage du soleil.

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Une équipe de la NASA dirigée par un scientifique d’origine indienne a révélé la raison de la température élevée de la zone d’amarrage du soleil.
NEW DELHI : Le mystère a toujours entouré la relation entre la zone ensoleillée et son ventre Couches de l’atmosphère Il subit un processus de chauffage impressionnant allant de 10 000 degrés Fahrenheit à près de 1 million de degrés Fahrenheit, soit 100 fois plus chaud que la surface brillante adjacente. Des recherches récentes, dirigées par le scientifique Sovik Bose, ont mis en lumière augmentation de la température Mécanisme d’action à l’intérieur de la mousse.
La recherche a utilisé des données recueillies auprès de NASALa fusée-sonde High-Resolution Imaging Coronal (Hi-C) et la mission Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS), combinées à des simulations 3D complexes, pour révéler le rôle potentiel des courants électriques dans le processus de chauffage.
Dans cette région se trouve un réseau complexe de lignes de champ magnétique, ressemblant à des brins invisibles de spaghetti. Cet enchevêtrement magnétique génère des courants électriques qui chauffent les matériaux sur une large plage de températures, allant de 10 000 à 1 million de degrés Fahrenheit. Ce réchauffement localisé dans la mousse semble compléter la chaleur émanant de la couronne torride de plusieurs millions de degrés au-dessus. Ces résultats, détaillés dans Nature Astronomy du 15 avril, fournissent des informations importantes pour comprendre pourquoi la couronne solaire dépasse la température de surface.
« Grâce à nos observations à haute résolution et à nos simulations numériques avancées, nous sommes en mesure de découvrir une partie de ce puzzle qui nous laisse perplexes depuis un quart de siècle », a déclaré l’auteur Sovik Bose, chercheur scientifique chez Lockheed Martin Solar et Lockheed Martin Solar. Laboratoire d’astrophysique, Bay Area Environmental Institute et NASA Ames Research Center dans la Silicon Valley, en Californie. « Cependant, ce n’est qu’une partie du puzzle, cela ne résout pas tout le problème. »
D’autres opportunités de percer le mystère se profilent à l’horizon : Hi-C devrait être lancé à nouveau ce mois-ci pour capturer une éruption solaire, incluant probablement une autre région d’algues en plus d’IRIS. Cependant, pour obtenir des observations suffisamment complètes pour montrer comment la couronne et les algues se réchauffent, scientifiques et ingénieurs développent activement de nouveaux instruments pour la future mission Multi-Eaperture Solar Energy Explorer (MUSE).
La structure minuscule, brillante et inégale constituée de plasma dans l’atmosphère solaire présente une ressemblance frappante avec les plantes terrestres, ce qui a amené les scientifiques à l’appeler « algues ». Cette mousse a été découverte pour la première fois en 1999 par la mission TRACE de la NASA. Ils se forment principalement autour du centre des amas de taches solaires, là où les conditions magnétiques sont fortes.

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Malgré le changement climatique mondial, la Terre est étonnamment pauvre en carbone

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Malgré le changement climatique mondial, la Terre est étonnamment pauvre en carbone

Malgré toutes les inquiétudes suscitées par la quantité de carbone qui fait des ravages sur notre climat mondial, la Terre est remarquablement pauvre en carbone. Le carbone n’est qu’un oligoélément dans la Terre et un élément mineur dans le Soleil, écrivent les auteurs de cet article. Le sixième élément : Comment le carbone façonne notre mondesera publié le mois prochain par Princeton University Press.

Malgré les problèmes liés à l’utilisation par l’humanité des combustibles fossiles à base de carbone, notre existence entière dépend de la capacité de cet élément à créer une chimie riche, ont déclaré les co-auteurs Theodore B. Snow, professeur émérite à l’Université du Colorado à Boulder et Don Brownlee, professeur émérite à l’Université du Colorado à Boulder. Université de Washington à Seattle, P.S.

Ce qui est surprenant, c’est la rareté du carbone sur la Terre entière ; L’abondance totale de carbone n’est que de quelques centaines de parties par million, m’a dit Brownlee par e-mail. Cependant, sur Terre, le carbone était certainement l’élixir crucial qui a conduit à l’évolution des molécules complexes et des voies chimiques qui ont rendu la vie possible, dit-il.

Ironiquement, la plupart des objets riches en carbone du système solaire ne sont pas le soleil ou les planètes, mais des corps plus petits tels que les comètes et les astéroïdes, les éléments constitutifs des planètes restantes qui ont survécu à des collisions planétaires ou ont été éjectées des orbites solaires pendant plus de 4 milliards d’années. , écrivent Snow et Brownlee.

Cependant, la Terre a une structure en couches et le carbone – le sixième élément du tableau périodique – est présent à tous les niveaux, depuis le sommet de l’atmosphère jusqu’au cœur de notre planète.

Pourquoi la Terre est-elle si pauvre en carbone ?

Brownlee dit que la Terre s’est formée dans la zone habitable du Soleil, où le carbone n’a pas formé de solides de manière efficace. Il dit que la Terre est très pauvre en carbone par rapport aux astéroïdes et comètes typiques qui se sont formés beaucoup plus gros que le Soleil et sont souvent considérés comme des éléments constitutifs préservés des planètes solides.

Mais le carbone peut causer des problèmes.

Le carbone est le seul élément chimique qui possède sa propre taxe ; Nous dépensons des milliards de dollars inconnus pour apprendre à y faire face ; Brownlee dit que nous entendons sans cesse dire que notre utilisation du carbone détruira la Terre. Il affirme que la production de combustibles fossiles est un cadeau de la nature, mais que le réchauffement climatique qui en résulte a de nombreux effets graves.

Défis à venir

Il affirme que la hausse des températures due à l’accumulation de dioxyde de carbone entraînera une élévation du niveau de la mer et entraînera des changements dans les zones de culture et des extrêmes climatiques mondiaux, mais il est impossible que tout ce que les humains peuvent faire actuellement puisse détruire notre planète.

Malgré sa relative rareté ici sur Terre, la capacité du carbone à se lier à des éléments pour former un nombre presque infini de composés est probablement la raison pour laquelle nous sommes ici pour en parler. Mais la vie dans notre système solaire aurait-elle pu fonctionner différemment et s’appuyer sur un élément comme le silicium au lieu du carbone ?

Le silicium n’est pas un élément cosmiquement rare (c’est le septième élément le plus abondant dans la galaxie), mais le carbone est environ quatre fois plus abondant, notent Snow et Brownlee. Ils ont écrit que le silicium est plus abondant sur Terre (26 % en masse) que le carbone.

Quant à trouver du silicium ici dans notre système solaire ?

Des météorites primordiales chaudes, humides et chargées de silicium ont été chauffées au cours des premiers millions d’années de l’histoire du système solaire, explique Brownlee. Il déclare : Nous avons examiné des milliers d’échantillons lunaires, des milliers de météorites et même des échantillons de comètes, mais nous n’avons trouvé aucune preuve que le silicium contenu dans ces matériaux vieux d’un milliard d’années était impliqué dans un processus pouvant être considéré comme une vie.

Qu’en est-il de la vie à base de silicium en dehors de votre système solaire ?

Même si nous disposions de milliers d’excellents spectres d’exoplanètes, nous ne serions probablement pas en mesure de connaître la vie à base de silicium, car il n’y aurait pas de gaz contenant du silicium dans leur atmosphère, explique Brownlee. Il affirme que la vie sur Terre est plus facile à découvrir pour les extraterrestres car ils ont créé une atmosphère exotique (azote, oxygène et dioxyde de carbone) qui ne peut exister par des processus chimiques normaux.

Comment le carbone est-il réparti au sein de notre galaxie ?

Brownlee dit qu’il existe peut-être une quantité idéale de carbone pour qu’il y ait de la vie sur une planète, mais qui sait ce que c’est ? Une trop grande quantité pourrait conduire à de mauvaises atmosphères (comme Vénus), et trop peu pourrait être trop faible pour que la vie puisse commencer, dit-il.

Des questions fondamentales demeurent

L’une de ces questions est de savoir comment le carbone parvient réellement à atteindre des planètes semblables à la Terre.

Le Soleil et le système solaire primitif contenaient d’énormes quantités de carbone (le quatrième élément le plus abondant après l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène), mais la Terre était formée de matériaux solides et la plupart des atomes de carbone étaient sous forme de monoxyde de carbone gazeux, explique Brownlee. .

C’est juste ce genre de puzzle Le sixième élément Points forts. Approfondi et complet, ce livre sera un atout pour les bibliothèques savantes pour les décennies à venir.

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