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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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Le brouillard rencontre les montagnes des Salomon

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Le brouillard rencontre les montagnes des Salomon

Prise par un astronaute à bord de la Station spatiale internationale oblique – oblique Une photo des monts Salomon, au centre du Pakistan. Cette amplitude est due à la lente collision des plaques tectoniques indienne et eurasienne qui a commencé il y a environ 60 millions d'années. Les sommets s'élèvent à plus de 3 000 mètres (10 000 pieds) au-dessus du niveau de la mer dans la partie nord de la chaîne de montagnes, comme le montre cette image.

Les monts Salomon forment une barrière naturelle entre les plateaux à l'ouest et la vallée de l'Indus à l'est. Les vents soufflant de l'océan Indien et de la plaine inondable de l'Indus transportent l'humidité et les particules vers l'intérieur des terres, provoquant des inondations. Un mélange de brume, de brume et de nuages Se former du côté sous le vent de la chaîne de montagnes.

Les nuages ​​et le brouillard ne peuvent pas traverser les terrains montagneux de haute altitude. Flux forcé du terrain Au lieu de cela, des conduits d'air autour de la cuisinière. Cependant, un petit courant de vapeur peut être vu passer à travers des brèches dans la barrière près de la ville de Dana Sar, où il traverse une vallée de montagne.

Une caractéristique unique de la photographie des astronautes de la Terre est la capacité des membres de l'équipage à mettre en valeur les caractéristiques du paysage en prenant des photos de Attentes – Opinions Autre que le rectum (anadir). Cette photo profite de la vue oblique pour mettre en valeur la robustesse des monts Salomon en mettant en valeur les ombres créées par le terrain.

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Photo d'un astronaute ISS070-E-42565 Acquis le 17 décembre 2023 avec un appareil photo numérique Nikon D5 utilisant une focale de 460 mm. Il est fourni par l’installation d’observation de la Terre de l’équipage de la Station spatiale internationale et l’unité des sciences de la Terre et de télédétection du Johnson Space Center. La photo a été prise par l'un des membres Equipage d'expédition 70. L'image a été recadrée et améliorée pour améliorer le contraste, et les éléments de lentille ont été supprimés. le Programme de la Station spatiale internationale Accompagne le laboratoire dans le cadre de Laboratoire national de l'ISS Aider les astronautes à prendre des images de la Terre qui seront d'une grande valeur pour les scientifiques et le public, et rendre ces images librement accessibles sur Internet. Des photos supplémentaires prises par les astronautes et les astronautes peuvent être consultées sur NASA/JSC Portail pour les photographies de la Terre par les astronautes. Commentaire de Kadan Cummings, Jacobs, contrat JETS II à la NASA-JSC.

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Le satellite chinois Einstein Probe prend ses premières photos en orbite – Xinhua

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Le satellite chinois Einstein Probe prend ses premières photos en orbite – Xinhua
Cette image montre une vue prise par le télescope à rayons X à grand champ (WXT) pointé vers le centre de la Voie lactée pendant environ 40 000 secondes. (Centre national des sciences spatiales de l'Académie chinoise des sciences/communiqué via l'agence de presse Xinhua)

BEIJING, 27 avril 2020 (Xinhua) – Le satellite astronomique chinois Einstein Probe, envoyé dans l'espace en janvier de cette année, a capturé les premières images de découverte en orbite, qui ont été présentées lors d'un forum parallèle au Forum Zhongguancun 2024 à Pékin. Le samedi.

Inspiré par les fonctions des yeux de homard, l'EP utilise une nouvelle technologie de détection aux rayons X pour détecter de mystérieux phénomènes transitoires dans l'univers qui clignotent comme des feux d'artifice.

Depuis le lancement de la sonde le 9 janvier de cette année, des tests opérationnels ont été effectués, confirmant la fonctionnalité et les spécifications, a déclaré Yuan Weimin, chercheur principal de la mission EP et chercheur aux Observatoires astronomiques nationaux de l'Académie chinoise des sciences. Performances du satellite EP et de ses instruments scientifiques.

Pendant la phase d'exploitation, EP a détecté 17 transitoires de rayons X et 127 éruptions stellaires. Ces résultats ont guidé un groupe de télescopes au sol et dans l'espace lors d'observations ultérieures dans plusieurs bandes d'ondes, a déclaré Yuan.

Yuan a ajouté que l'analyse préliminaire des données de l'EP et d'autres télescopes a confirmé la capacité de l'EP à détecter diverses sources de rayons X et même de nouveaux types d'objets, ainsi que son rôle important dans la révélation de l'évolution de l'univers et de la structure de l'espace-temps.

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« Grâce à de grands efforts, notre équipe a rendu possible cette mission presque impossible », a déclaré Yuan.

Zhang Chen, chercheur principal adjoint à l'EP, a déclaré que la sonde avait pris des images aux rayons X de divers objets célestes pendant sa phase de fonctionnement. Ces observations ont démontré les capacités exceptionnelles des deux instruments scientifiques de l'EP : le télescope à rayons X à grand champ (WXT) pour observer un panorama du ciel en rayons X, et le télescope à rayons X de suivi (FXT) pour fournir une vue rapprochée du ciel aux rayons X. -Affiche et identifie les sources transitoires capturées par WXT.

Zhang a ajouté qu'EP poursuivrait ses activités d'étalonnage en orbite dans les mois à venir.

La mission EP fait partie d’une série de missions scientifiques spatiales dirigées par CAS. Il s'agit également d'une mission de coopération internationale avec la contribution de l'Agence spatiale européenne (ESA), de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) en Allemagne et de l'agence spatiale française CNES.

La mission vise à aider les scientifiques à capturer la première lumière des explosions de supernova, à rechercher et à localiser les signaux de rayons X accompagnant les événements d'ondes gravitationnelles, et à détecter les trous noirs dormants et d'autres corps célestes faibles, éphémères et variables dans les confins de l'univers.

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L'écran de communication laser de la NASA transmet des données à plus de 140 millions de kilomètres

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L'écran de communication laser de la NASA transmet des données à plus de 140 millions de kilomètres

La démonstration de la technologie Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA, qui se déroule à bord du vaisseau spatial Psyche de la NASA, continue de battre des records. Bien que le vaisseau spatial ne repose pas sur les communications optiques pour envoyer des données, la nouvelle technologie a démontré sa capacité en envoyant une copie des données techniques à une distance de plus de 140 millions de miles (226 millions de kilomètres), soit 1,5 fois la distance entre la Terre et le Soleil. .

Il s’agit d’une réalisation record qui donne un aperçu de la manière dont les engins spatiaux utiliseront les communications optiques à l’avenir. Cette technologie pourrait permettre des communications à débit de données plus élevé pour des informations scientifiques complexes, ainsi que des images et des vidéos haute définition, le tout pour soutenir le prochain pas de géant de l'humanité : envoyer des humains sur Mars.

Le vaisseau spatial a été lancé le 13 octobre 2023 et est maintenant en route vers la principale ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter pour visiter l'astéroïde Psyché. Sa technologie de communication laser est conçue pour transmettre des données depuis l’espace lointain à des vitesses 10 à 100 fois plus rapides que les systèmes radiofréquences actuellement utilisés dans les missions dans l’espace lointain.

La démonstration de communications optiques de la NASA a montré qu'elle peut transmettre des données de test à un débit maximum de 267 mégabits par seconde (Mbps) à partir du laser de liaison descendante proche infrarouge de son émetteur-récepteur laser. Cette vitesse est comparable aux vitesses de téléchargement Internet haut débit, ce qui en fait un développement passionnant pour l’avenir des communications par satellite.

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Le 11 décembre 2023, la NASA a pu envoyer une vidéo ultra haute définition de 15 secondes vers la Terre à une distance de 19 millions de kilomètres, soit environ 80 fois la distance entre la Terre et la Lune. La vidéo, ainsi que d'autres données de test, y compris des versions numériques d'œuvres d'art inspirées de l'ASU, ont été téléchargées sur l'émetteur-récepteur laser de l'aviation avant le lancement de Psyché l'année dernière.

Le taux de transfert de données du vaisseau spatial diminuait considérablement à mesure qu'il s'éloignait. Lors du test du 8 avril, le vaisseau spatial a pu transmettre des données de test à un débit maximum de 25 Mbps, bien au-dessus de l'objectif minimum du projet de 1 Mbps.

Cette visualisation montre la position du vaisseau spatial Psyché le 8 avril lorsque l'émetteur-récepteur laser aéronautique DSOC a transmis des données à un débit de 25 mégabits par seconde sur une portée de 140 millions de miles vers une station de liaison descendante sur Terre. Source de l'image : NASA/JPL-Caltech

De plus, l'équipe du projet a testé avec succès le système de communication optique de l'émetteur-récepteur en envoyant une partie des mêmes données au télescope Hale de l'observatoire Palomar de Caltech, et en transmettant en même temps les données au Deep Space Network de la NASA via un canal radiofréquence.

Après le lancement de Psyché, l'affichage des communications visuelles a été utilisé pour la première fois pour relier des données préchargées, qui comprenaient des données célèbres. Vidéo du chat Taters. Depuis lors, le projet a démontré que l'émetteur-récepteur peut recevoir des données provenant d'un laser de liaison montante à haute énergie situé dans les installations du JPL à Table Mountain, près de Wrightwood, en Californie.

Lors d'une récente « expérience de transformation », le projet a pu envoyer des données à un émetteur-récepteur, puis le relier à la Terre la même nuit, réalisant ainsi un aller-retour allant jusqu'à 280 millions de miles (450 millions de kilomètres). Parallèlement aux données du test, l'expérience a également transféré des photos numériques des animaux de compagnie vers Psyché et vice versa. De plus, il met en corrélation de grandes quantités de données techniques pour la démonstration technologique afin d'étudier les caractéristiques de la liaison de communication optique.

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