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Des physiciens ouvrent une nouvelle voie vers une étrange forme de supraconductivité

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Des physiciens ouvrent une nouvelle voie vers une étrange forme de supraconductivité

Les physiciens ont identifié un mécanisme derrière la supraconductivité oscillante, appelé ondes de paires de densité, à travers des structures connues sous le nom de particules de van Hove. Cette découverte permet de mieux comprendre les états supraconducteurs non conventionnels présents dans certains matériaux, notamment les supraconducteurs à haute température.

Les chercheurs ont publié un nouveau cadre théorique.

Les physiciens ont identifié un mécanisme responsable de la création de supraconducteurs oscillants, appelés ondes à paires de densité. Les résultats, qui mettent en évidence un état atypique de haute supraconductivité observé dans certains matériaux comme les supraconducteurs à haute température, sont publiés dans Lettres d’examen physique.

« Nous avons découvert que les structures connues sous le nom de singularités de Van Hove peuvent produire des états de supraconductivité modifiés et oscillants », explique Louise Santos, professeure adjointe de physique à l’Université Emory et auteur principal de l’étude. « Notre travail fournit un nouveau cadre théorique pour comprendre l’émergence de ce comportement, un phénomène qui n’est pas bien compris. »

Le premier auteur de l’étude est Pedro Castro, un étudiant diplômé en physique d’Emory. Les co-auteurs sont Daniel Shaffer, un boursier postdoctoral du groupe Santos, et Yi-Ming Wu de l’Université de Stanford.

Santos est un scientifique théoricien spécialisé dans la physique de la matière condensée. Il étudie les interactions de la matière quantique – de petites choses comme les atomes, les photons et les électrons – qui ne se comportent pas selon les lois de la physique classique.

La supraconductivité, ou la capacité de certains matériaux à conduire l’électricité sans perdre d’énergie lorsqu’ils sont refroidis à une température extrêmement basse, est un exemple de comportement quantique intéressant. Ce phénomène a été découvert en 1911 lorsque le physicien néerlandais Heike Kamerling Onnes a montré que le mercure perdait sa résistance électrique lorsqu’il était refroidi à 4 Kelvin, soit moins 371 degrés. F. Il s’agit d’une température Uranusla planète la plus froide du système solaire.

Il a fallu aux scientifiques jusqu’en 1957 pour trouver une explication de comment et pourquoi la supraconductivité se produit. Aux températures normales, les électrons errent plus ou moins indépendamment. Ils entrent en collision avec d’autres particules, les obligeant à changer de vitesse et de direction et à dissiper de l’énergie. Cependant, à des températures plus basses, les électrons peuvent s’organiser dans un nouvel état de la matière.

Luis Santos

Louise Santos, professeur adjoint de physique à l’Université Emory, est l’auteur principal de l’étude. Crédit : Université Emory

« Ils forment des paires liées ensemble dans un état collectif qui agissent comme une seule entité », explique Santos. « Vous pouvez les considérer comme des soldats dans une armée. S’ils se déplacent isolément, ils sont faciles à dévier. Mais lorsqu’ils marchent ensemble à un rythme régulier, il est très difficile de les déstabiliser. Cet état collectif porte le courant dans un moyen puissant.

La supraconductivité recèle un énorme potentiel. En théorie, cela pourrait permettre au courant électrique de traverser les fils sans les chauffer ni perdre d’énergie. Ces fils peuvent alors transporter beaucoup plus d’électricité, et avec beaucoup plus d’efficacité.

« L’un des grands sanctuaires de la physique est la supraconductivité à température ambiante, qui est suffisamment pratique pour les applications quotidiennes », déclare Santos. « Cette percée pourrait changer la forme de la civilisation. »

De nombreux physiciens et ingénieurs travaillent sur cette ligne de front pour révolutionner la transmission de l’électricité.

Pendant ce temps, la supraconductivité a déjà trouvé des applications. Les bobines supraconductrices fonctionnent grâce à l’énergie magnétique utilisée dans les appareils d’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour le diagnostic médical. Une poignée de trains à lévitation magnétique sont maintenant en service dans le monde, construits sur des aimants supraconducteurs dix fois plus puissants que les électroaimants ordinaires. Les aimants se repoussent lorsque les pôles identiques se font face, générant un champ magnétique capable de soulever et de propulser le train.

Le Large Hadron Collider, un accélérateur de particules que les scientifiques utilisent pour rechercher la structure de base de l’univers, est un autre exemple de technologie qui fonctionne grâce à la supraconductivité.

La supraconductivité continue d’être découverte dans de plus en plus de matériaux, dont beaucoup sont supraconducteurs à des températures plus élevées.

L’un des axes de recherche de Santos est de savoir comment les interactions entre les électrons peuvent conduire à des formes de supraconductivité qui ne peuvent être expliquées par la description de la supraconductivité de 1957. Un exemple de phénomène dit exotique est la supraconductivité oscillante, lorsque des électrons appariés dansent en ondes, modifiant la capacité .

Dans un projet indépendant, Santos a demandé à Castro d’étudier certaines propriétés des singularités de van Hove, des structures dans lesquelles de nombreux états électroniques deviennent proches en énergie. Le projet Castro a révélé que les singularités semblent avoir le bon type de physique pour ensemencer des supraconducteurs oscillants.

Cela a incité Santos et ses collaborateurs à creuser plus profondément. Ils ont découvert un mécanisme qui permettrait aux états ondulatoires dansants de la supraconductivité d’émerger des singularités de van Hove.

« En tant que physiciens théoriciens, nous voulons pouvoir prédire et classer le comportement afin de comprendre le fonctionnement de la nature », explique Santos. « Ensuite, nous pouvons commencer à poser les questions technologiques pertinentes. »

Certains supraconducteurs à haute température – qui fonctionnent à des températures trois fois plus froides qu’un congélateur domestique – ont ce comportement d’onde dansante. Comprendre comment ce comportement émerge des singularités de van Hove fournit une base aux expérimentateurs pour explorer le monde des possibilités qu’il présente.

« Je doute que Kamerlingh Onnes ait pensé aux lévitations ou aux accélérateurs de particules lorsqu’il a découvert la supraconductivité », déclare Santos. « Mais tout ce que nous apprenons sur le monde a des applications potentielles. »

Référence : « Emergence of the Supercharged Chern Wave and Pair Density by High-level Van Hove Singularities in the Haldane-Hubbard Model » par Pedro Castro, Daniel Schafer, Ye-Ming Wu et Louise H. Santos, 11 juillet 2023, disponible ici. Lettres d’examen physique.
DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.026601

Le travail a été financé par le Bureau des sciences énergétiques de base du Département américain de l’énergie.

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« Situé sur une mer de roche volcanique refroidie » : un vaisseau spatial de la NASA capture un vaisseau spatial chinois sur la face cachée de la Lune

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« Situé sur une mer de roche volcanique refroidie » : un vaisseau spatial de la NASA capture un vaisseau spatial chinois sur la face cachée de la Lune
NASALe Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) a capturé le premier aperçu des Chinois Vaisseau spatial Chang’e 6Qui se trouve actuellement sur la face cachée de la Lune, et le vaisseau spatial apparaît comme un petit groupe de pixels lumineux au centre de l’image prise par l’observatoire. LRO Le 7 juin 2024.
Le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) a capturé des images du vaisseau spatial chinois de retour d’échantillons Chang’e 6 sur la surface lunaire. Face cachée de la luneC’était cinq jours après son atterrissage réussi, selon les rapports de la NASA.
Le site d’atterrissage de Chang’e 6 est situé sur l’unité persane, une « mer » de roche volcanique refroidie, située à la limite sud de la Lune. Bassin d’Apollon.
L’équipe de la Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC) a déterminé les coordonnées exactes du site d’atterrissage à 41,6385 degrés de latitude nord et 206,0148 degrés de longitude est, à une altitude de 17 244 pieds (moins 5 256 mètres) par rapport à la surface moyenne de la lune. La précision horizontale estimée du site d’atterrissage est de plus ou moins 100 pieds (30 mètres).
« La luminosité accrue du terrain entourant l’atterrisseur est due aux turbulences dans le moteur de l’atterrisseur et est similaire à la zone d’explosion observée autour d’autres atterrisseurs lunaires », a écrit l’équipe LROC.
Il a également partagé une photo de la même zone prise le 3 mars 2022, avant l’atterrissage de Chang’e 6, pour souligner la présence du vaisseau spatial à la surface de la lune et fournir une comparaison.
Selon Mark Robinson, scientifique principal du système de caméra haute résolution à bord du LRO, l’atterrisseur Chang’e 6 était pris en sandwich entre deux cratères de taille comparable à celle du vaisseau spatial lui-même, situés à la périphérie d’un cratère moins proéminent d’environ 165 pieds (50 mètres) de diamètre.
Selon Robinson et ses collègues de l’Arizona State University, la lave basaltique est entrée en éruption au sud du cratère Chaffee S il y a environ 3,1 milliards d’années et a coulé vers l’est jusqu’à ce qu’elle rencontre une élévation topographique locale, probablement associée à une faille.
Selon la NASA, la description de l’image LROC indique : « Plusieurs crêtes ridées dans cette zone ont déformé et soulevé la surface de la jument. Le site d’atterrissage est approximativement à mi-chemin entre deux de ces crêtes. La coulée de lave chevauche également une coulée légèrement plus ancienne. (environ 3,3 Ga Hz), peut être observé plus à l’est, mais la coulée plus jeune se distingue car elle contient de plus grandes abondances d’oxyde de fer (FeO) et d’oxyde de titane (TiO2). Dans ce contexte, le mot « Ga » est une abréviation utilisée par les scientifiques pour désigner « il y a un milliard d’années ».
Après avoir réussi à obtenir des échantillons lunaires, la partie ascendante de la sonde a été lancée depuis la surface de la Lune le 3 juin, transportant sa charge utile inestimable.
Le segment ascendant a ensuite rencontré l’orbiteur Chang’e 6, où les échantillons lunaires ont été transportés. Une fois sa mission terminée, le segment de retour reste en orbite lunaire, attendant patiemment le bon moment pour commencer son voyage de retour vers la Terre.
Si tout se passe comme prévu, la capsule de retour de la mission, ainsi que ses objets de valeur lunaires, devraient atterrir sur Terre vers le 25 juin. La capsule atterrira à l’aide de parachutes à un endroit prédéterminé sur la bannière de Siziwang, située à l’intérieur des terres. Région autonome de Mongolie, dans le nord de la Chine, marquant la conclusion réussie de la 53e semaine espace une tâche.
Chang’e 6, une mission d’exploration lunaire, a démarré son voyage depuis la province de Hainan, dans le sud de la Chine, le 3 mai. L’objectif principal de cette mission est de réaliser un exploit historique en rapatriant des échantillons lunaires de la face cachée de la Lune, un exploit qui n’a jamais été accompli auparavant.

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Un événement unique visible à l’œil nu : ScienceAlert

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Un événement unique visible à l’œil nu : ScienceAlert

Au cours des prochains mois, un spectacle pourrait illuminer le ciel du nord.

Là, dans la constellation de la Couronne Boréale, en A Une distance de plus de 2500 années-lumièreune étoile appelée T Coronae Borealis se cache, déclenchant une explosion qui fera temporairement de l’étoile l’un des objets les plus brillants du ciel nocturne.

Les astronomes attendent avec impatience que cette chose explose, non seulement parce qu’elle sera spectaculaire, mais aussi en raison de la richesse des données que nous pourrons collecter sur un type d’explosion stellaire appelé « explosion d’étoiles ». Classique Nova.

La raison pour laquelle nous savons que T Coronae Borealis (T CrB en abrégé) va exploser est que cela se produit une fois tous les 80 ans, pendant au moins huit siècles.

Cela signifie qu’il est très proche d’un événement unique et que la technologie dont nous disposons désormais pour le détecter dépasse largement celle dont nous disposions lors de son dernier vol, en février 1946.

« Il existe quelques novae récurrentes avec des cycles très courts, mais en général, nous ne voyons pas d’explosion répétée au cours d’une vie humaine, et elle est rarement relativement proche de notre système. » dit l’astronome Rebecca Hounsell Du Goddard Space Flight Center de la NASA.

« C’est très excitant d’avoir ce siège au premier rang. »

À ne pas confondre avec la quasi-effacement des étoiles lors d’explosions cataclysmiques appelées supernovae, les novae classiques sont des explosions plus petites qui laissent l’étoile plus ou moins intacte. En fait, ce n’est pas la première fois que cet être cosmique vit cette expérience.

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La raison pour laquelle T CrB explose si fréquemment et dans les délais prévus est une bizarrerie du type d’étoile dont il s’agit. Il s’agit d’un système stellaire binaire contenant les restes du noyau effondré d’une étoile semblable au Soleil appelée naine blanche, et une géante rouge gonflée.

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Les naines blanches sont très petites et très denses, dont la taille varie entre la taille de la Terre et celle de la Lune, et leur masse de cette taille équivaut à la masse de 1,4 soleils. Cela signifie qu’il est très attractif ; S’ils ont un compagnon binaire sur une orbite suffisamment proche, ils ont tendance à attirer de la matière, principalement de l’hydrogène.

Au fil du temps, cet hydrogène s’accumule à la surface de la naine blanche, pressé par la force de gravité. Finalement, la pression et la chaleur sur la couche sous-jacente d’hydrogène deviennent si intenses que tout s’enflamme dans une explosion thermonucléaire incontrôlable qui expulse violemment l’excès d’hydrogène dans l’espace de manière spectaculaire.

C’est Nova. Pour T CrB, la période nécessaire est d’environ 80 ans.

Au cours de la dernière décennie, les astronomes ont Notez le système binaire Présenter un comportement similaire à celui que vous aviez avant l’explosion de 1946 ; en particulier, Diminution de la luminosité Ce qui annonce l’éruption prochaine. Leur analyse suggère que cela pourrait arriver très prochainement, dès septembre 2024.

Cela signifie que les astronomes surveillent de près une petite partie du ciel remplie de constellations d’étoiles – Lyra, Hercule et Botes – et un petit arc d’étoiles pris en sandwich entre elles. C’est la Couronne Boréale.

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Où peut-on trouver la Corona Borealis dans le ciel ? Attention à la « nouvelle » star ! (NASA)

Nous espérons entendre parler de la nova dès qu’elle se produira. Il fleurira dans le ciel, devenant visible à l’œil nu, puis disparaîtra progressivement au cours d’une semaine. Vous devriez donc avoir le temps de sortir et de le regarder, s’il attire votre attention.

En fait, si vous le pouviez, ce serait génial. Des scientifiques citoyens sont également appelés à collecter des données. Plus nous avons d’yeux sur T CrB, mieux nous pouvons comprendre ses éclats flashy.

Et bien sûr, il y aura autant de télescopes que possible qui pourront être réglés, depuis les ondes radio les plus longues jusqu’aux rayonnements X et gamma les plus puissants.

« Les novae répétées sont imprévisibles et paradoxales. » dit l’astrophysicien Koji Mukai Goddard de la NASA. « Quand vous pensez qu’il n’y a aucune raison pour qu’ils suivent un certain modèle, ils le font – et dès que vous commencez à compter sur eux pour répéter le même modèle, ils s’en écartent complètement. Nous verrons comment se comporte T CrB. « 

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Moment incroyable : un mystérieux calmar des grands fonds a été aperçu en train de bercer des œufs géants, tandis que les experts découvrent des preuves de l’existence d’une nouvelle espèce.

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Moment incroyable : un mystérieux calmar des grands fonds a été aperçu en train de bercer des œufs géants, tandis que les experts découvrent des preuves de l’existence d’une nouvelle espèce.

C’est le moment incroyable où un calmar des grands fonds inconnu a été repéré portant des œufs translucides, incitant les experts à découvrir des preuves de l’existence d’une nouvelle espèce.

Cet étonnant calmar des grands fonds a d’abord fasciné les chercheurs lorsqu’il a été enregistré en train d’incuber des œufs géants en 2015, quelque chose qu’ils n’avaient jamais vu auparavant.

Un calmar des grands fonds inconnu a été aperçu portant des œufs transparentsCrédit : Mbari
Un étonnant calmar des grands fonds a amené les experts à découvrir des preuves de l’existence d’une nouvelle espèceCrédit : Mbari
Des images étonnantes ont été capturées dans le golfe de Californie d’un calmar non identifié en action.Crédit : Mbari

Ces images époustouflantes ont été capturées dans le golfe de Californie, où l’on pensait initialement que le calmar faisait partie de la famille des Gonatidae.

Près d’une décennie plus tard, les chercheurs pensent qu’il s’agit d’une espèce inconnue qui a été découverte grâce à une combinaison d’indices contenus dans les images.

Les calmars des grands fonds sont essentiels aux réseaux trophiques océaniques. Ce sont de grands prédateurs qui dévorent les poissons et les invertébrés, comme les vers, dans les eaux intermédiaires.

À leur tour, ils sont mangés par ceux qui sont beaucoup plus gros qu’eux, comme les gros poissons, les requins, les baleines, les dauphins, les phoques et les oiseaux marins.

Malgré leur importance écologique et économique incroyablement importante, ces créatures à dix membres restent un mystère pour les chercheurs, en particulier les espèces peu connues capturées dans les images.

Des indices fascinants

Les experts pensaient initialement que ces œufs de 1,5 pouce de large n’étaient pas des calmars des grands fonds typiques.

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Les soupçons ont été confirmés car d’anciennes observations du calmar Gonatus faisaient état d’œufs deux fois plus petits que ceux des images, mesurant seulement 0,25 pouce de large.

Le manque d’œufs – estimé à moins de 40 œufs – a également dérouté les chercheurs.

En comparaison, le calmar gonatus commun en contient beaucoup plus, certains incubant dans le passé jusqu’à 3 000 œufs à la fois.

Les seiches sont rarement vues vivantes dans un environnement aussi froid et sombre.

La simple profondeur à laquelle le calmar a été capturé donne de fortes indications sur le fait qu’il ne s’agissait pas d’une espèce connue.

Voir des calmars des grands fonds protéger leurs œufs après la ponte est un spectacle extrêmement rare, disent les experts, car le processus peut entraîner la mort maternelle des œufs à couver.

« Notre rencontre inattendue avec le calmar géant en train d’incuber ses œufs a attiré l’attention de tout le monde dans la salle de contrôle du navire », a déclaré Stephen Haddock, scientifique principal et chef d’expédition au Monterey Bay Aquarium Research Institute.

« Cette découverte remarquable souligne la diversité des façons dont les animaux s’adaptent aux défis uniques de la vie en profondeur. »

Le mystère des profondeurs marines : comment seule une petite partie des créatures des profondeurs marines aurait été découverte

Les océans et l’eau représentent environ 71 pour cent de la surface de la Terre et sont pratiquement épargnés par l’activité humaine.

Cela a laissé des millions de vie marine inexplorées.

Les scientifiques s’attendent à ce que jusqu’à deux millions d’espèces différentes nagent dans l’océan, et seulement 250 000 ont été découvertes jusqu’à présent, selon le Registre mondial des espèces marines.

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Certaines des créatures les plus étranges jamais découvertes comprennent des « écureuils gommeux » de concombre de mer gélatineux, des vers polychètes colorés, des fantaisies roses translucides, des vers d’arbre de Noël et même une multitude de dragons de mer en papier.

Une partie de l’énorme problème vient de la capacité limitée de l’équipe de recherche à explorer les fonds marins en raison de leur profondeur dans certaines parties du monde.

Le manque de visibilité à distance et les températures glaciales signifiaient que la technologie devait rattraper son retard avant de pouvoir explorer pleinement l’océan.

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