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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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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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Trouver un fossile de dinosaure dans le Fujian change la donne

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Trouver un fossile de dinosaure dans le Fujian change la donne


Le plus grand Deinonychusaurus connu est représenté chez cet artiste. Des traces d’espèces de dinosaures disparues ont été récemment découvertes dans la province du Fujian. (Photo fournie au China Daily)

Des scientifiques chinois et étrangers dans la province du Fujian ont découvert de grandes traces de dinosaures, qui, selon eux, étaient les plus grandes traces de dinosaures jamais connues, et ont conduit à la création d’une nouvelle espèce du genre des empreintes digitales.

Un article de recherche sur cette découverte a été publié le mois dernier dans la revue universitaire iScience.

L’équipe de recherche a découvert que sur un grand site de traces de dinosaures datant de la période du Crétacé supérieur (il y a 110,5 à 66 millions d’années) découvert dans le comté de Shanghang, à Longyan, il y avait de grandes traces de dinosaures, la longueur des espèces éteintes étant estimée à au moins 5 mètres de long et son corps. Avec une hauteur d’environ 2 mètres, la taille est comparable à celle du tyrannosaure et de l’Utahraptor de Chine méridionale, deux dinosaures redoutables déjà découverts.

Une équipe de scientifiques chinois et étrangers dirigée par l’Université chinoise des géosciences (Pékin) et le Musée d’histoire naturelle lithique du Fujian Yingliang a annoncé la découverte lundi.

En 2020, le musée et l’université ont travaillé en équipe commune d’exploration scientifique pour rechercher des fossiles de dinosaures dans le Fujian. L’année dernière, l’équipe de l’expédition a baptisé le grand site de traces de dinosaures du Crétacé supérieur découvert à Shanghai le « Groupe de traces de dinosaures du Fujian Longxiang », et l’article correspondant a été publié dans l’Academic Journal of Cretaceous Research.

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Xing Lida, professeur agrégé à l’université, a déclaré que le site de l’empreinte présente une vaste superficie, une bonne préservation et une forte diversité. Actuellement, au moins huit espèces de dinosaures ont été identifiées, dont de grands sauropodes, théropodes et autres. Parmi eux, il y a 12 empreintes de dinosaures théropodes à deux doigts, qui peuvent être clairement divisées en deux types de dinosaures déinonychosauriens en fonction de leur taille et de leur forme.

Les dinosaures ont vécu de la période jurassique (il y a 199,6 à 145,5 millions d’années) jusqu’au Crétacé (il y a 145 à 66 millions d’années). Leur deuxième orteil sur le pied arrière a une grande griffe en forme de faucille, et la griffe meurtrière est généralement levée vers le haut lors du mouvement, laissant une empreinte à deux doigts du troisième et du quatrième orteil sur le sol.

Parmi les empreintes à deux doigts découvertes, les plus grandes empreintes à deux doigts mesurent en moyenne environ 36,4 cm de longueur et 16,9 cm de largeur – dépassant de loin la longueur des empreintes de Deinonychusaurus du Shandong précédemment découvertes, qui étaient de 28,5 cm, ce qui en fait les plus grandes, a déclaré Xing. Le plus grand nombre de pattes de dinosaure jamais trouvées.

« D’un point de vue morphologique, les grandes empreintes à deux doigts de Longxiang ne correspondent pas aux caractéristiques de tous les genres de pieds de Deinonychosaure précédemment identifiés », a-t-il déclaré. Sur la base des besoins de recherche, l’équipe a créé un nouveau groupe pour classer les empreintes et a nommé cette espèce Fujianipus yingliangi, qui était probablement une empreinte laissée par un grand dinosaure mégalosauridé.

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Stephen Brusatte, expert renommé en dinosaures de l’Université d’Edimbourg au Royaume-Uni, a déclaré : « Au milieu du Crétacé asiatique, les grands allosauroïdes ont progressivement disparu et des groupes de dinosaures célèbres tels que le Tyrannosaure et le grand Dionysaure semblaient rivaliser pour la couronne des dinosaures de taille moyenne. des prédateurs de grande taille. » Le fabricant d’empreintes digitales Fujianipus yingliangi a été l’une des tentatives les plus audacieuses de cette compétition.

Niu Qicheng, directeur du Musée d’histoire naturelle lithique du Fujian Yingliang, estime que la découverte du Fujian Yingliang élargit considérablement la gamme de tailles des empreintes de dinosaures deinonychosaurus, démontrant le potentiel de recherche du site de traces de dinosaures de Fujian Longxiang et sa grande importance pour l’étude du Crétacé supérieur. . Animaux dinosaures en Chine.


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