parÉlisabeth A. Thomson, Laboratoire de recherche sur les matériaux au Massachusetts Institute of Technology 21 novembre 2021
Le travail a des applications potentielles dans Statistiques quantitativeset offre une nouvelle façon de révéler les secrets de la supraconductivité.
Avec Des physiciens et collègues ont démontré une étrange forme de supraconductivité dans un nouveau matériau que l’équipe a fabriqué il y a à peine un an. Bien que prévu dans les années 1960, ce type de supraconductivité s’est jusqu’à présent avéré difficile à stabiliser. De plus, les scientifiques ont découvert que le même matériau peut être manipulé pour afficher une autre forme tout aussi exotique de supraconductivité.
Le travail a été rapporté dans le numéro du 3 novembre 2021 du magazine tempérer la nature.
La démonstration de la supraconductivité à impulsion finie dans un cristal en couches connu sous le nom de super-réseau naturel signifie que le matériau peut être modifié pour créer différents modèles de supraconductivité dans le même échantillon. Ceci, à son tour, pourrait avoir des implications pour l’informatique quantique et plus encore.
Le matériau devrait également devenir un outil important pour percer les secrets des supraconducteurs non conventionnels. Cela peut être utile pour les nouvelles technologies quantiques. Concevoir de telles techniques est difficile, en partie à cause de la difficulté d’étudier les matériaux qui les composent. Le nouveau matériel pourrait simplifier ces recherches car, entre autres, il est relativement facile à réaliser.
Diagramme montrant trois modes différents de supraconductivité obtenus dans un nouveau matériau synthétisé au MIT. Crédit : Image reproduite avec l’aimable autorisation de Checkelsky Lab
« L’un des sujets importants de nos recherches est que la nouvelle physique provient de nouveaux matériaux », explique Josef Chikilsky, chercheur principal sur le travail et professeur agrégé de physique dans le développement de carrière à Mitsui. Notre rapport initial portait l’an dernier sur cette nouvelle substance. Ce nouveau travail rappelle une nouvelle physique. »
Les co-auteurs de Checkelsky sur l’article actuel incluent l’auteur principal Aravind Devarakonda PhD ’21, qui est maintenant en Université de Columbia. Le travail était une partie essentielle de la thèse de Devarakonda. Les co-auteurs sont Takehito Suzuki, un ancien chercheur au MIT, aujourd’hui Toho University au Japon ; Xiang Fang, chercheur postdoctoral au Département de physique du Massachusetts Institute of Technology. Junpo Chu, étudiant diplômé en physique au Massachusetts Institute of Technology ; David Graf du Laboratoire national de champ magnétique élevé ; Markus Kreiner du RIKEN Center for Emerging Materials Science au Japon ; Liang Fu, professeur adjoint de physique au Massachusetts Institute of Technology ; Euphthymus Cacceiras de l’Université Harvard.
La physique classique peut être utilisée pour expliquer un certain nombre de phénomènes qui sous-tendent notre monde – jusqu’à ce que les choses deviennent adorablement petites. Les particules subatomiques telles que les électrons et les quarks se comportent différemment, de manières encore mal comprises. Entrez dans la mécanique quantique, le domaine qui tente d’expliquer leur comportement et les effets qui en résultent.
Checkelsky et ses collègues ont découvert un nouveau matériau quantique, ou un matériau qui présente les propriétés particulières de la mécanique quantique à l’échelle microscopique. Dans ce cas, le matériau en question est un supraconducteur.
Récemment, explique Checkelsky, il y a eu un boom dans la réalisation de supraconducteurs spéciaux qui sont bidimensionnels, ou juste quelques couches atomiques d’épaisseur. Ces nouveaux supraconducteurs minces sont importants en partie parce qu’ils devraient donner un aperçu de la supraconductivité elle-même.
Mais il y a des défis. Par exemple, les matériaux d’une épaisseur ne dépassant pas quelques couches atomiques sont difficiles à étudier car ils sont très sensibles. Pourrait-il y avoir une autre approche pour sonder leurs secrets ?
Le nouveau matériau fabriqué par Checkelsky et ses collègues peut être considéré comme l’équivalent supraconducteur d’un couche de gâteau, où une couche est une couche ultra-mince d’un matériau supraconducteur, et la suivante est une couche d’espacement super-mince qui la protège. L’empilement de ces couches les unes sur les autres donne un gros cristal (cela se produit naturellement lorsque les éléments constitutifs soufre, niobium et baryum sont chauffés ensemble). « Et ce cristal macroscopique, que je peux tenir dans ma main, se comporte comme un supraconducteur bidimensionnel. C’était tellement incroyable », dit Czekelski.
De nombreux capteurs que les scientifiques utilisent pour étudier les supraconducteurs bidimensionnels sont difficiles à utiliser sur des matériaux atomiquement minces. Étant donné que le nouveau matériau est trop grand, « nous avons maintenant de nombreux outils [to characterize it] », dit Chikilsky. En effet, pour les travaux présentés dans le présent article, les scientifiques ont utilisé une technique qui nécessitait d’énormes échantillons.
Des supraconducteurs étranges
Le supraconducteur transporte la charge d’une manière spéciale. Au lieu d’un seul électron, deux électrons liés ensemble portent la charge dans ce qu’on appelle la paire de Cooper. Cependant, tous les supraconducteurs ne sont pas identiques. Certaines formes inhabituelles de supraconductivité ne peuvent apparaître que lorsque les paires de Cooper se déplacent sans entrave à travers la matière sur des distances relativement longues. Plus la distance est longue, plus le matériau sera « propre ».
Le matériel de l’équipe Checkelsky est très propre. En conséquence, les physiciens étaient impatients de voir s’il pouvait montrer l’état inhabituel de la supraconductivité, ce qu’il fait. Dans le présent article, l’équipe démontre que leur nouveau matériau est un supraconducteur à impulsion finie lorsqu’un champ magnétique est appliqué. Ce type particulier de supraconductivité, qui a été proposé dans les années 1960, est resté un aimant pour les scientifiques.
Aravind Devarakonda PhD ’21 est l’auteur principal d’un article de recherche décrivant une forme particulière de supraconductivité. Crédit : Dennis Paest
Alors que la supraconductivité est généralement détruite par des champs magnétiques modestes, un supraconducteur à impulsion finie peut persister davantage en formant un motif régulier de régions avec beaucoup de paires de Cooper et de régions sans. Il s’avère que ce type de supraconducteur peut être manipulé pour former une variété de motifs inhabituels lorsque les paires de Cooper se déplacent entre des orbitales de mécanique quantique connues sous le nom de niveaux de Landau. Cela signifie, dit Chikilsky, que les scientifiques devraient désormais être en mesure de créer différents modèles de supraconductivité dans le même matériau.
« C’est une expérience incroyable capable de démontrer le mouvement des paires de Cooper entre les niveaux de Landau dans un supraconducteur, quelque chose qui n’a jamais été observé auparavant. Honnêtement, je ne m’attendais pas à voir cela dans un cristal que vous pouvez tenir dans votre main, donc cela est très excitant. Pour observer cet effet insaisissable, les auteurs doivent effectuer des mesures minutieuses et de haute précision sur un supraconducteur bidimensionnel unique qu’ils ont découvert précédemment. C’est une réalisation remarquable, non seulement en termes de difficulté technique, mais aussi en termes d’intelligence, dit Kyle Sheen, professeur de physique à l’Université Cornell.
De plus, les physiciens ont réalisé que leur matériau contenait également des composants d’un autre type exotique de supraconductivité. La supraconductivité topologique implique le mouvement de la charge le long des bords ou des frontières. Dans ce cas, cette charge peut voyager le long des bords de chaque motif supraconducteur interne.
L’équipe de Checkelsky travaille actuellement pour voir si leur matériau est effectivement capable de supraconductivité topologique. Si tel est le cas, » Pouvons-nous combiner les deux nouveaux types de supraconductivité ? Qu’est-ce que cela pourrait apporter ? « , demande Chekelsky.
Il conclut que « la réalisation de ce nouveau matériel a été très intéressante ». « Au fur et à mesure que nous comprenions mieux ce qu’il pouvait faire, il y a eu un certain nombre de surprises. C’est vraiment excitant quand de nouvelles choses arrivent auxquelles nous ne nous attendons pas. »
Référence : « Empreintes digitales des niveaux bosoniens de Landau dans un supraconducteur à impulsion finie » par A. 3 novembre 2021, tempérer la nature. DOI : 10.1038 / s41586-021-03915-3
Ce travail a été soutenu par la Gordon and Betty Moore Foundation, l’Office of Naval Research, le US Department of Energy (DOE) Office of Science, la National Science Foundation (NSF) et le Rutgers Center for Material Theory.
Les calculs ont été faits à l’Université de Harvard. D’autres parties du travail ont été effectuées au National High Magnetic Field Laboratory, qui est soutenu par la NSF, l’État de Floride et le ministère de l’Énergie.
Un vaisseau spatial lancé l’année dernière devrait revenir en orbite autour de la Terre et de la Lune le mois prochain dans le cadre d’une première manœuvre à haut risque au monde alors qu’il traverse le système solaire jusqu’à Jupiter.
La sonde Juice de l’Agence spatiale européenne a été lancée en avril 2023 pour découvrir si les lunes glacées de Jupiter, Ganymède, Callisto et Europe, sont capables d’héberger une vie extraterrestre dans leurs vastes océans cachés.
Le vaisseau spatial sans pilote, qui pèse six tonnes, se trouve actuellement à 10 millions de kilomètres de la Terre.
Mais il reviendra sur la Lune puis sur la Terre les 19 et 20 août, où il utilisera leur poussée gravitationnelle pour fournir du carburant lors de son voyage sinueux de huit ans vers Jupiter.
Le personnel du Centre d’opérations spatiales de l’ESA à Darmstadt, en Allemagne, a commencé cette semaine à préparer cette manœuvre complexe.
Le jus devrait atteindre le système de Jupiter en juillet 2031.
Le voyage empruntera une route panoramique. Le lancement du vaisseau spatial Europa Clipper de la NASA est prévu pour octobre, mais il a battu Joyce d’un an pour atteindre les lunes de Jupiter.
Une route longue et sinueuse
Joyce choisit la route la plus longue, en partie parce que la fusée Ariane 5 utilisée pour lancer la mission n’était pas assez puissante pour lancer une fusée directement sur Jupiter, située à environ 800 millions de kilomètres.
Sans une fusée massive, envoyer Juice directement vers Jupiter nécessiterait 60 tonnes de carburant à bord – et Juice n’en a que trois tonnes, selon l’Agence spatiale européenne.
« La seule solution est d’utiliser des aides gravitationnelles », a expliqué à l’AFP Arnaud Boutonnais, responsable des analyses de la mission à l’ESA.
t’as entendu? Du 19 au 20 août, #ESA_jus Le vaisseau spatial réalisera deux premières mondiales : le tout premier survol de la Lune et de la Terre, et la première double manœuvre assistée par la gravité.
– Mission Juice de l’Agence spatiale européenne (ESA_JUICE) 26 juillet 2024
En volant à proximité des planètes, les vaisseaux spatiaux peuvent profiter de leur gravité, ce qui peut modifier leur trajectoire, les accélérer ou les ralentir.
De nombreuses autres missions spatiales ont utilisé des planètes pour augmenter la gravité, mais le survol de la Terre et de la Lune le mois prochain sera une « première mondiale », a déclaré l’Agence spatiale européenne.
L’agence a déclaré qu’il s’agirait de la première « manœuvre d’assistance à double gravité » utilisant des poussées provenant de deux mondes successifs.
Juice parcourra 750 kilomètres au-dessus de la Lune le 19 août, avant de passer par notre planète natale le lendemain.
La sonde quittera la Terre à une vitesse de « 3,3 kilomètres par seconde – au lieu de trois kilomètres si on n’avait pas ajouté la Lune », a précisé Boutonnais.
La sonde Goss passant très rapidement à proximité de la Terre et de la Lune, elle en profitera pour prendre des photos et tester nombre de ses instruments.
Sur Terre, certains prendront des photos de la planète. Certains observateurs du ciel chanceux, équipés de télescopes ou de jumelles puissants, pourront peut-être repérer la planète lors de son passage au-dessus de l’Asie du Sud-Est.
Cette étape a été soigneusement calculée depuis de nombreuses années, mais ce ne sera pas une promenade de santé.
« Notre objectif est de créer un trou de souris », a confirmé Boutone.
La moindre erreur lors de son orbite autour de la Lune serait aggravée par la gravité terrestre, créant un faible risque que le vaisseau spatial puisse entrer et brûler dans l’atmosphère terrestre.
L’équipe sur Terre surveillera de près le vaisseau spatial et disposera de 12 à 18 heures pour calculer sa trajectoire et l’ajuster si nécessaire, a déclaré Boutonnet.
Il craignait avant tout un scénario dans lequel la quantité de corrections de cap nécessaires effacerait les gains réalisés grâce au double lance-pierre pour le monde, ce qui signifierait qu’ils « feraient tout cela pour rien ».
Si tout se passe bien, Juice se dirigera à nouveau vers l’espace interplanétaire – au moins pendant un petit moment.
Il se dirigera d’abord vers Vénus pour un nouvel élan en 2025.
La sonde s’approchera encore deux fois de la Terre : une fois en 2026, puis une dernière fois en 2029 avant de finalement s’élancer vers Jupiter.
Vient ensuite la partie la plus difficile.
Une fois que Juice aura atteint Jupiter, il utilisera jusqu’à 35 assistances gravitationnelles pour rebondir autour des lunes océaniques de la planète.
Durant cette étape, le trajet de la sonde ressemble à « une véritable assiette de spaghettis », a déclaré Bottonet.
Il a ajouté : « Ce que nous faisons au système Terre-Lune n’est qu’une plaisanterie comparé à lui. »
Nous devrons tous attendre encore un peu pour assister au tout premier vol spatial privé.
SpaceX vise désormais la mi-août pour lancer Polaris Dawn, une mission financée par l’homme d’affaires milliardaire Jared Isaacman. Le prochain vol, qui utilisera le vaisseau spatial Crew Dragon et la fusée Falcon 9 de SpaceX, devait décoller au plus tard le 31 juillet.
SpaceX a annoncé le report du lancement aujourd’hui (26 juillet), lors d’une conférence de presse axée sur la prochaine mission de l’astronaute Crew-9 vers la Station spatiale internationale pour la NASA. La société a déclaré que le lancement du véhicule Crew-9 n’aurait pas lieu avant le 18 août, tandis que le véhicule Polaris Dawn serait lancé quelque temps après.
« Il se passe beaucoup de choses à bord de la Station spatiale internationale en ce moment », a déclaré Sarah Walker, directrice de la gestion de la mission Dragon chez SpaceX, lors de la conférence de presse d’aujourd’hui. « Nous avons choisi de lancer la mission Crew-9 comme notre premier vol. » [astronaut] « Nous sommes prêts à lancer le vaisseau spatial Polaris Dawn à la fin de l’été, une fois ces engagements respectés. »
On dirait que nous avons un peu de temps avant le lancement de Polaris Dawn, donc j’y serai en personne. Merci pour l’invitation @teslaownersSV https://t.co/VHNSeHajM825 juillet 2024
Plus tard au cours de la conférence de presse, Walker a précisé que « la fin de l’été » signifiait le mois prochain : « Pour le moment, nous prévoyons toujours de lancer Polaris Dawn en août. »
à propos de: Comment les astronautes de SpaceX à bord du vaisseau spatial privé Polaris Dawn tenteront la toute première sortie dans l’espace « entièrement civile »
Polaris Dawn est la première des trois missions prévues Programme Polaris, qui sera financé et dirigé par Isaacman. Il a fait de même pour le programme phare de SpaceX Inspiration4 La mission qui a transporté Isaacman et trois coéquipiers en orbite terrestre en septembre 2021.
Dernières actualités spatiales, dernières mises à jour sur les lancements de fusées, les événements d’observation du ciel et bien plus encore !
L’équipage de Polaris Dawn est composé d’Isaacman, du pilote Scott « Kid » Poteet, lieutenant-colonel à la retraite de l’US Air Force ; Et les spécialistes de mission Sarah Gillies et Anna Menon, toutes deux ingénieurs chez SpaceX.
Comme Inspiration4, Polaris Dawn sera un vaisseau spatial flottant librement, volant seul autour de la Terre plutôt que d’être relié à la Station spatiale internationale. Mais la prochaine mission s’élèvera à une altitude plus élevée que la précédente et comprendra au moins une sortie dans l’espace – la première activité extravéhiculaire privée jamais réalisée.
Ce n’est pas le premier retard de la mission Polaris Dawn ; Son lancement était initialement prévu fin 2022, mais la mission complexe et ambitieuse a été reportée à plusieurs reprises.
La conférence de presse d’aujourd’hui a eu lieu 15 jours seulement après un rare accident de la fusée Falcon 9. L’étage supérieur de la fusée n’a pas réussi à terminer sa mise en orbite prévue lors du lancement du 11 juillet, entraînant la perte des charges utiles – 20 des satellites Internet Starlink de SpaceX.
La cause immédiate était une fuite d’oxygène liquide. SpaceX a attribué ce problème à une fissure dans la conduite du capteur de pression dans le système d’oxygène liquide de l’étage supérieur et a pris des mesures pour garantir que le problème ne se reproduirait pas. En fait, le Falcon 9 devrait être de retour en action tôt samedi matin (27 juillet), avec un autre lancement Starlink.
Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.
Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.
De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.
Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.
Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.
Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.
Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.
« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.
« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »
Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.
« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »
Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.
Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.
Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.
Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.
Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.
« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.
Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.
