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Away Team Tech: Icefin Diving Droid offre une visibilité sans précédent sous la banquise antarctique

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Away Team Tech: Icefin Diving Droid offre une visibilité sans précédent sous la banquise antarctique

Le véhicule sous-marin télécommandé Icefin, développé par une équipe dirigée par Brittney Schmidt, peut être vu abaissé via une corde à fibre optique de 4,3 mm à travers un trou de forage pour commencer l’une des trois plongées sous Ross Ice près du glacier Stream Camp en décembre 2019. la couleur de l’abri de la tente se reflète dans la neige. Icefin/NASA PSTAR RISE UP/Schmidt/Quartini

En haut d’une étroite crevasse remplie d’eau de mer à la base de la plus grande plate-forme de glace de l’Antarctique, des caméras sur une motoneige à ailettes submersible télécommandée transmettent un brusque changement de décor.

Les parois de glace de météorite lisse et frittée sont soudainement devenues vertes et de texture plus rugueuse, se transformant en glace de mer salée.

À environ 1 900 pieds au-dessus de la surface de la plate-forme de glace Ross qui rencontre le Camp Ice Stream, l’équipe de recherche américano-néo-zélandaise a reconnu ce changement comme une preuve de « pompage de glace » – un processus qui n’avait pas été directement observé auparavant dans la crevasse de la plate-forme de glace, et important pour sa stabilité.

a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center for Astrophysics and Planetary Sciences du College of Arts and Sciences (A&S). « Et puis c’est devenu encore plus bizarre à mesure que nous montions. »

Le regard sans précédent du robot Icefin à l’intérieur de la faille et les observations révélant plus d’un siècle de processus géologiques sous la banquise sont détaillés dans « Des signatures de regel et de retrait de faille ont été observées dans la zone d’échouement du Camp Glacier», publié le 2 mars dans Nature Geoscience.

Le document rapporte les résultats d’une campagne de terrain de 2019 sur le Kamb Ice Stream soutenue par l’Antarctique de la Nouvelle-Zélande et d’autres agences de recherche néo-zélandaises, dirigée par Christina Holby, professeur à l’Université d’Otago, et ses collègues. Avec le soutien du programme d’astrobiologie de la NASA, une équipe de recherche dirigée par Brittney Schmidt, professeure associée d’astronomie et de sciences de la Terre et de l’atmosphère chez A&S et Cornell Engineering, a pu rejoindre la mission et déployer l’Icefin. Le Laboratoire d’habitabilité et de technologie planétaires de Schmidt développe l’Icefin depuis près d’une décennie, en commençant par le Georgia Institute of Technology.

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Les membres de l’équipe Icefin de Brittney Schmidt après avoir terminé leur première mission d’exploration des conditions sous la plate-forme de glace de l’Antarctique, près de l’endroit où le flux de glace du Camp converge, en décembre 2019. – Icefin/NASA PSTAR RISE UP/Schmidt

Combinée à des enquêtes récemment publiées sur le glacier Thwaites en évolution rapide – exploré au cours de la même saison par un deuxième rover Icefin – la recherche devrait améliorer les modèles d’élévation du niveau de la mer en fournissant les premières vues haute résolution des interactions entre la glace, l’océan et le fond marin dans systèmes glaciaires contrastés sur la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental.

Thwaites, exposé aux courants océaniques chauds, est l’un des glaciers les plus instables du continent. Le Camp Ice Stream, où l’océan est si froid, stagne depuis la fin du XIXe siècle. Kamb compense actuellement une partie de la perte de glace de l’Antarctique occidental, mais s’il est revitalisé, il pourrait augmenter la contribution de la région à l’élévation du niveau de la mer de 12 %.

« L’Antarctique est un système complexe et il est important de comprendre les deux extrémités du spectre – les systèmes qui subissent déjà des changements rapides ainsi que les systèmes plus silencieux où les changements futurs présentent un risque », a déclaré Schmidt. « Regarder Kamb et Thwaites ensemble nous aide à en savoir plus. »

La NASA a financé le développement d’Icefin et l’exploration Kamb pour étendre l’exploration océanique au-delà de la Terre. La glace de mer comme celle de la faille pourrait être un analogue des conditions sur la lune glacée de Jupiter Europa, la cible de la mission orbitale Europa Clipper de la NASA dont le lancement est prévu en 2024. Les missions d’atterrisseur ultérieures pourraient un jour rechercher directement la vie microbienne dans la glace.

Icefin transporte une suite complète d’instruments océanographiques sur un châssis standard de plus de 12 pieds de longueur et de moins de 10 pouces de diamètre. Il a été descendu sur une corde à travers un trou de forage que l’équipe néo-zélandaise avait foré à travers la banquise avec de l’eau chaude.

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Au cours de trois plongées s’étendant sur plus de trois miles près de la zone d’échouement où Kamb se transforme en plateau flottant de Ross, Icefin a cartographié cinq fissures – une vers le haut – et le fond marin, enregistrant les conditions de l’eau, y compris la température, la pression et la salinité.

L’équipe a observé diverses caractéristiques de la glace qui fournissent des informations précieuses sur le mélange de l’eau et les taux de fonte. Ils comprenaient des fossettes en forme de balle de golf, des ondulations, des passages verticaux et les formations «plus étranges» près du sommet de la faille: des boules de glace et des saillies en forme de doigts ressemblant à des contreforts.

Crédit Icefin télécommandé : Icefin/NASA PSTAR RISE UP/Schmidt/Lawrence

Le robot Icefin travaille à distance sous l’eau après avoir effectué une plongée sous la plate-forme de glace de Ross près du Kamb Ice Stream en 2019.

Le pompage de la glace observé dans la crevasse, selon les chercheurs, contribue probablement à la stabilité relative de la plate-forme de glace de Ross – la plus grande au monde en superficie et de la taille de la France – par rapport au glacier Thwaites.

« C’est une façon pour ces grandes plates-formes de glace de se protéger et de se soigner », a déclaré Peter Washam (A&S), océanographe polaire de l’équipe Icefin Sciences et deuxième auteur de l’article. « Une grande partie de la fonte qui se produit à des profondeurs proches de la ligne du sol, puis cette eau gèle et s’accumule sur le sol de glace sous forme de glace de mer. »

Au fond de la mer, l’Icefin a cartographié les parallèles des crêtes que les chercheurs pensent être des empreintes laissées par les failles de la banquise – et a enregistré 150 ans d’activité depuis la stagnation du courant de Kamb. Au fur et à mesure que la ligne d’échouement reculait, la banquise s’est amincie, provoquant le soulèvement des failles. Le lent mouvement de la glace au fil du temps a déplacé les fissures vers la mer à partir de la crête.

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« Nous pouvons examiner ces caractéristiques du fond marin et les relier directement à ce que nous avons vu sur la base de glace », a déclaré Lawrence, auteur principal de l’article, maintenant responsable de programme et scientifique planétaire chez Honeybee Robotics. « Nous pouvons, en quelque sorte, inverser le processus. »

Le contour de conduite thermique arrière dans la colonne d’eau du rift (Vidéo supplémentaire 4 Extended Fig. 5) est approximé à partir des points d’échantillonnage blancs (trajectoire du véhicule), la ligne de contour de 0 ° C définissant l’horizon de surfusion. Les encarts de a à i montrent différentes textures et formations de glace dans l’ordre de rencontre (images complètes dans Extended Data Fig. 5); c et g montrent l’apparition de la glace de mer le long des parois latérales opposées du rift à peu près à la même hauteur. La trajectoire du véhicule est désalignée d’environ 5 à 10 m par rapport au profil du glacier en raison du mouvement vers le sud le long de l’axe longitudinal de la fissure (en page) et de l’erreur accumulée de position du véhicule ; Cependant, toutes les données (et la longueur du ROV Icefin) sont à l’échelle ; 2 x exagération horizontale. Sciences naturelles de la Terre

la source d’information

Outre Lawrence Wosham et Schmidt, les co-auteurs de Cornell sont les ingénieurs de recherche seniors Matthew Meister, qui dirigeait l’équipe d’ingénierie d’ISWINE, et Andrew Mullin. l’ingénieur de recherche Daniel Disick ; et la directrice du programme Enrica Quartini. L’équipe de Schmidt comprend également l’ingénieur de recherche Frances Bryson17 et, à Georgia Tech, les doctorants Benjamin Horowitz et Anthony Spears.

Les partenaires néo-zélandais ont également contribué au National Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA); Université d’Auckland Université d’Otago et Université Victoria de Wellington.

La NASA a soutenu la recherche par le biais de la science et de la technologie planétaires du projet RISE UP du programme de recherche analogique (Ross Ice Shelf et Europa Underwater Probe) et des futurs chercheurs du programme Earth and Space Science and Technology de la NASA. Un soutien supplémentaire est venu de la plateforme scientifique antarctique en Nouvelle-Zélande, du programme antarctique américain et de la Hot Water Drilling Initiative de l’Université Victoria de Wellington.

Des signatures de regel et de retrait de faille ont été observées dans la zone d’échouement du Camp GlacierNature Géoscience (accès libre)

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Super accélérateur de rayons cosmiques – Des astronomes chinois ont découvert une goutte géante de rayons gamma à haute énergie

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Super accélérateur de rayons cosmiques – Des astronomes chinois ont découvert une goutte géante de rayons gamma à haute énergie

Le LHAASO a identifié un superaccélérateur de rayons cosmiques dans une bulle de rayons gamma dans la région du Cygne, ce qui représente une avancée majeure dans la compréhension des rayons cosmiques dont les énergies dépassent 10 PeV et de leurs origines dans la Voie lactée. Vue de la structure d’une bulle géante de rayons gamma de très haute énergie. Crédit : China Media Group

Le Large High-Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) a découvert une structure géante de bulles de rayons gamma de très haute énergie dans la région de formation d'étoiles du Cygnus, marquant pour la première fois l'origine de rayons cosmiques d'énergie supérieure à 10 péta- les électrons volts (PeV, 1PeV) ont été déterminés = 1015eV) détecté.

Cette réalisation a été publiée sous la forme d'un article de couverture dans Bulletin scientifique Le 26 février.

La recherche a été réalisée grâce à une collaboration LHAASO dirigée par le professeur Cao Zhen en tant que porte-parole de l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences. Le Dr Gao Quandong, le Dr Li Cong, le professeur Liu Ruiyu et le professeur Yang Ruizi sont co-auteurs de cet article.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées provenant de l’espace, principalement composées de protons. L’origine des rayons cosmiques est l’une des questions les plus importantes de l’astrophysique moderne. Les mesures des rayons cosmiques au cours des dernières décennies ont révélé une rupture d'environ 1 PeV dans le spectre énergétique (c'est-à-dire la distribution de l'abondance des rayons cosmiques en fonction de l'énergie des particules), appelée le « genou » du spectre énergétique des rayons cosmiques en raison de sa forme semblable à une articulation du genou.

La propagation des rayons cosmiques de très haute énergie dans l'espace interstellaire

Démonstration de la propagation des rayons cosmiques de haute énergie dans l'espace interstellaire. Crédit : China Media Group

Les scientifiques pensent que les rayons cosmiques dont l'énergie est inférieure à celle du « genou » proviennent d'objets astrophysiques situés dans l'univers. Voie LactéeLa présence du « genou » indique également que la limite d'énergie pour accélérer les protons provenant de la plupart des sources de rayons cosmiques dans la Voie lactée est d'environ quelques PeV. Cependant, l'origine des rayons cosmiques dans la région du « genou » reste un mystère non résolu et constitue l'un des sujets les plus intéressants de la recherche sur les rayons cosmiques ces dernières années.

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Découverte du super accélérateur de rayons cosmiques

LHAASO a détecté une structure géante de bulles de rayons gamma ultra-énergétiques dans la région de formation d'étoiles du Cygnus, avec plusieurs photons dépassant 1 PeV à l'intérieur de la structure, l'énergie la plus élevée atteignant 2,5 PeV, indiquant la présence d'un superaccélérateur de rayons cosmiques. À l'intérieur de la bulle, qui accélère en permanence les particules de rayons cosmiques à haute énergie avec une énergie allant jusqu'à 20 PeV et les injecte dans l'espace interstellaire. Ces rayons cosmiques à haute énergie entrent en collision avec le gaz interstellaire et produisent des rayons gamma. L'intensité des photons gamma est clairement liée à la répartition du gaz environnant, et un amas d'étoiles massif (liaison OB, Cygnus OB2) près du centre de la bulle est considéré comme un candidat prometteur pour un superaccélérateur de rayons cosmiques. Cygnus OB2 est constitué de nombreuses étoiles jeunes, chaudes et massives dont la température de surface dépasse environ 35 000°C (étoiles de type O) et 15 000°C (étoiles de type B).

Grand observatoire de douches aériennes à haute altitude dans le comté de Daocheng

Le grand observatoire des douches aériennes à haute altitude dans le comté de Daocheng, dans la province chinoise du Sichuan (sud-ouest). Crédit : China Media Group

La luminosité radiative de ces étoiles est des centaines, voire des millions de fois supérieure à celle du Soleil, et la pression de rayonnement massive emporte les matériaux de surface des étoiles, formant des vents stellaires dynamiques qui atteignent des vitesses de plusieurs milliers de kilomètres par seconde. La collision des vents stellaires avec le milieu interstellaire environnant et la violente collision des vents stellaires créent des sites idéaux pour une accélération efficace des particules. Il s’agit du premier superaccélérateur de rayons cosmiques identifié à ce jour. À mesure que le temps d'observation augmente, LHAASO devrait découvrir davantage d'accélérateurs de rayons cosmiques et, espérons-le, résoudre le mystère de l'origine des rayons cosmiques dans la Voie Lactée.

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L'observation du LHAASO a également indiqué que le super accélérateur de rayons cosmiques à l'intérieur de la bulle augmente considérablement la densité des rayons cosmiques dans l'espace interstellaire environnant, dépassant de loin le niveau moyen des rayons cosmiques dans la Voie Lactée. L'extension spatiale de l'hyperdensité dépasse la plage observée pour les bulles, fournissant une explication possible de l'augmentation de l'émission diffuse de rayons gamma du plan galactique précédemment détectée par LHAASO.

Le professeur Elena Amato, astrophysicienne renommée de l'Institut national italien d'astrophysique (INAF), a souligné l'impact de cette découverte sur l'origine des rayons cosmiques en général. Elle a également commenté que ces résultats « ont non seulement un impact sur notre compréhension de l’émission diffuse, mais ont également des conséquences très pertinentes pour notre description du transport des rayons cosmiques (CR) dans la galaxie ».

Référence : « Bulle de rayons gamma ultra-énergétiques alimentée par la superstructure PeVatron » par la collaboration LHAASO, 23 décembre 2023, Bulletin scientifique.
est ce que je: 10.1016/j.scib.2023.12.040

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Quelle est la profondeur du lac temporaire de la Vallée de la Mort ?

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Quelle est la profondeur du lac temporaire de la Vallée de la Mort ?

La Vallée de la Mort en Californie, l'endroit le plus sec d'Amérique du Nord, héberge un lac éphémère depuis fin 2023. Une récente analyse de la NASA a calculé les profondeurs d'eau du lac éphémère sur plusieurs semaines en février et mars 2024, démontrant les capacités de la coalition américaine. . Eaux de surface et topographie des océans (huile de coude) les satellites, qui Lancé En décembre 2022.

L'analyse a révélé que la profondeur de l'eau du lac variait d'environ 3 pieds (1 mètre) à moins de 1,5 pied (0,5 mètre) sur une période d'environ six semaines. Cette période comprenait une Une série de tempêtes Qui a balayé l’État de Californie, apportant des quantités de pluie record.

Une série d’images (ci-dessus) et d’animations (ci-dessous), basées sur les données SWOT, montrent certains de ces changements dans la profondeur de l’eau du lac. Les zones profondes sont bleues, les zones peu profondes sont jaunes.

Pour estimer la profondeur du lac, connu officieusement sous le nom de lac Manly, les chercheurs ont utilisé les données sur le niveau d'eau collectées par SWOT et ont soustrait les informations correspondantes sur l'élévation des terres de l'US Geological Survey pour le bassin de Badwater.

Les chercheurs ont découvert que les niveaux d’eau variaient dans l’espace et dans le temps au cours de la période d’environ 10 jours séparant les observations SWOT. Immédiatement après une série de tempêtes début février, le lac temporaire mesurait environ 10 km de long et 5 km de large. Chaque pixel de l'image représente une zone d'environ 330 pieds sur 330 pieds (100 mètres sur 100 mètres).

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« C'est un très bon exemple de la façon dont SWOT suit le fonctionnement de systèmes lacustres uniques », a déclaré Tamlin Pavelski, responsable scientifique de l'eau douce à la NASA pour SWOT et hydrologue à l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.

Contrairement à de nombreux lacs dans le monde, le lac Death Valley est temporaire et relativement peu profond, et des vents forts suffisent à déplacer la masse d'eau douce de quelques kilomètres, comme cela s'est produit du 29 février au 2 mars. Comme il n’y a généralement pas d’eau dans le bassin de Badwater, les chercheurs ne disposent pas d’instruments permanents pour étudier l’eau dans cette zone. Une analyse SWOT peut combler le manque de données lorsque des endroits comme celui-ci et d’autres dans le monde sont inondés.

Peu de temps après son lancement, SWOT a mesuré une augmentation Presque toute l'eau à la surface de la Terre, développant l'une des vues les plus détaillées et les plus complètes des océans, des lacs d'eau douce et des rivières de la planète. Non seulement le satellite peut détecter l’étendue de l’eau, comme le font d’autres satellites, mais SWOT peut également mesurer les niveaux de surface de l’eau. Parallèlement à d'autres types d'informations, les mesures SWOT peuvent produire des données sur la profondeur de l'eau pour les éléments intérieurs tels que les lacs et les rivières.

L'équipe scientifique SWOT effectue ses mesures à l'aide d'un interféromètre radar en bande Ka (Karen) un outil. Avec deux antennes espacées de 10 mètres sur la flèche, KaRIn produit une paire d'ensembles de données alors qu'il orbite autour du globe, faisant rebondir les impulsions radar sur les surfaces de l'eau pour collecter des informations sur l'élévation de la surface.

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« Nous n'avons jamais fait voler un radar en bande Ka comme l'instrument KaRIn sur un satellite auparavant », a déclaré Pavelski. Les données représentées par le graphique ci-dessus sont donc également importantes pour que les scientifiques et les ingénieurs puissent mieux comprendre comment ce type de radar fonctionne depuis l'orbite. . .

Image de l'Observatoire de la Terre de la NASA par Lauren Dauphin, utilisant les données SWOT fournies par Équipe scientifique SWOT Et les données Landsat de Commission géologique des États-Unis. Histoire de Jane Lee (NASA Jet Propulsion Laboratory).

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Un nanopapillon magnétique prêt à faire progresser les technologies quantiques

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Un nanopapillon magnétique prêt à faire progresser les technologies quantiques

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Une impression visuelle du « papillon » magnétique hébergeant quatre cycles imbriqués sur les « ailes » (à gauche) et son image correspondante à l’échelle atomique obtenue par microscopie à sonde à balayage (à droite). Crédit : Université nationale de Singapour

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Une impression visuelle du « papillon » magnétique hébergeant quatre cycles imbriqués sur les « ailes » (à gauche) et son image correspondante à l’échelle atomique obtenue par microscopie à sonde à balayage (à droite). Crédit : Université nationale de Singapour

Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont développé un nouveau concept pour créer la prochaine génération de matériaux quantiques à base de carbone, sous la forme de minuscules nanographes magnétiques en forme de papillon unique qui hébergent des spins hautement corrélés. Cette nouvelle conception a le potentiel d’accélérer les progrès des matériaux quantiques qui sont essentiels au développement de technologies informatiques quantiques de pointe, prêtes à révolutionner le traitement de l’information et les capacités de stockage haute densité.

L'équipe était dirigée par le professeur agrégé Luo Jeong du département de chimie de l'université nationale de Singapour et de l'institut des matériaux fonctionnels intelligents, ainsi que par le professeur Wu Jishan, également du département de chimie de l'université nationale de Singapour, et des collaborateurs internationaux. . La recherche a été publiée dansChimie naturelle.

Le nanographène magnétique, une petite structure constituée de molécules de graphène, présente des propriétés magnétiques remarquables dues au comportement de certains électrons dans les orbitales des atomes de carbone. En concevant soigneusement la disposition de ces atomes de carbone à l’échelle nanométrique, le comportement de ces électrons uniques peut être contrôlé. Cela rend le nanographène très prometteur pour créer de très petits aimants et pour fabriquer les éléments de base nécessaires aux ordinateurs quantiques, appelés bits quantiques ou qubits.

La structure unique en forme de papillon du graphène magnétique développée par les chercheurs contient quatre triangles arrondis ressemblant à des ailes de papillon, chacune de ces ailes portant un électron non apparié responsable des propriétés magnétiques observées. La structure a été obtenue grâce à une conception atomiquement précise du réseau électronique π dans le graphène nanostructuré.

« Le nanographène magnétique, une petite molécule composée d'anneaux benzéniques fusionnés, est très prometteur en tant que matériau quantique de nouvelle génération pour héberger des spins quantiques exquis en raison de sa diversité chimique et de son long temps de cohérence de spin », a déclaré le professeur agrégé Lu. est une tâche ardue mais essentielle pour construire des réseaux quantiques complexes et évolutifs.

Cette réalisation est le résultat d'une étroite collaboration entre des chimistes de synthèse, des scientifiques des matériaux et des physiciens, dont les principaux contributeurs, le professeur Pavel Jelinek et le Dr Libor Vai, de l'Académie tchèque des sciences de Prague.

Nanographène magnétique à spin hautement intriqué de nouvelle génération

Les propriétés magnétiques du nanographène proviennent généralement de la disposition de ses électrons, appelés électrons π, ou de la force de leurs interactions. Cependant, il est difficile de faire fonctionner ces propriétés ensemble pour créer plusieurs cours interconnectés. Le nanographène présente également principalement un arrangement magnétique unique, dans lequel les spins sont alignés soit dans la même direction (ferromagnétisme), soit dans des directions opposées (antimagnétisme).

Les chercheurs ont développé un moyen de surmonter ces défis. Le nanographène en forme de papillon, doté de propriétés ferromagnétiques et antiferromagnétiques, est formé en combinant quatre triangles plus petits en un losange au centre. Le nanographène mesure environ 3 nanomètres.

Pour produire le nanographène « papillon », les chercheurs ont d’abord conçu un précurseur de molécule spéciale via la chimie conventionnelle en solution. Ce matériau de départ a ensuite été utilisé pour la synthèse de surface ultérieure, un nouveau type de réaction chimique en phase solide réalisée dans un environnement sous vide. Cette approche a permis aux chercheurs de contrôler avec précision la forme et la structure du nanographène au niveau atomique.

Un aspect intéressant du nanographène « papillon » réside dans ses quatre électrons non appariés, avec des spins délocalisés principalement dans les régions des « ailes » et enchevêtrés ensemble. À l’aide d’un microscope à sonde cryogénique doté d’une pointe en niclocine comme capteur de spin au niveau atomique, les chercheurs ont mesuré le magnétisme des nanographènes papillon. De plus, cette nouvelle technique aide les scientifiques à diriger les spins intriqués pour comprendre comment fonctionne le magnétisme du nanographène au niveau atomique.

Cette percée non seulement répond aux défis existants, mais ouvre de nouvelles possibilités pour contrôler avec précision les propriétés magnétiques à la plus petite échelle, conduisant à des développements passionnants dans la recherche sur les matériaux quantiques.

« Les connaissances acquises grâce à cette étude ouvrent la voie à la création d’une nouvelle génération de matériaux quantiques organiques dotés d’architectures de spin quantiques sur mesure. À l’avenir, notre objectif est de mesurer la dynamique de spin et le temps de cohérence au niveau d’une seule molécule et de les manipuler de manière cohérente. « Les spins intriqués », a déclaré le professeur agrégé Lu. « Cela représente une étape majeure vers la réalisation de capacités de traitement et de stockage de l'information plus puissantes. »

Plus d'information:
Xiaotang Song et al., Nanographène multiradicalaire hautement intriqué avec une forte corrélation et une frustration topologique, Chimie naturelle (2024). est ce que je: 10.1038/s41557-024-01453-9

Informations sur les magazines :
Chimie naturelle


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