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Deux façons de les créer et de diriger leur mouvement

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Deux façons de les créer et de diriger leur mouvement

Figure 1 : Des skyrmions distribués de manière aléatoire au contrôle de la position nanométrique dans les couches minces magnétiques : deux méthodes utilisant l’irradiation aux ions hélium ou des masques réfléchissants à l’arrière permettent un contrôle spatial de la création et du mouvement des skyrmions à l’échelle nanométrique. Le contraste noir et blanc représente la magnétisation du film pointant soit « vers le haut » soit « vers le bas » par rapport au plan. Le ciel apparaît sous forme de points noirs sur le fond du film mince magnétique (blanc) de manière uniforme. Les skyrmions sont générés soit par un courant électrique (flèche bleue), soit par des impulsions laser (flèche rouge). Dans le cas de films minces non segmentés, ils sont répartis de manière aléatoire dans le film, tandis qu’ils sont formés à des positions prédéterminées dans un réseau carré en utilisant les procédés de structuration décrits. Crédit : MBI/Lisa Marie Kern

Les magnétosphères célestes sont de petits tourbillons d’aimantation très stables, souvent appelés « quasiparticules topologiques » car l’invariance résultante englobe ce groupe de spin. Ainsi, le ciel peut être manipulé tout en conservant sa forme. Dans les films minces magnétiques, ils peuvent facilement être formés par un courant électrique plus rapide ou une impulsion laser, bien qu’à ce jour à des positions aléatoires dans le matériau. Les skyrmions sont scientifiquement intéressants de deux points de vue : d’une part, le ciel magnétique est considéré comme porteur d’informations dans les futures technologies de l’information. D’autre part, les crêtes de ciel dans les films minces magnétiques peuvent servir de banc d’essai idéal pour étudier la dynamique des quasi-particules topologiques non triviales.


Cependant, pour progresser dans ce domaine, une génération fiable de rails magnétiques à des positions contrôlées est nécessaire. Une équipe de chercheurs, dirigée par l’Institut Max Born, a maintenant réalisé un contrôle complet à l’échelle nanométrique de la génération du ciel avec deux approches indépendantes utilisant He+Irradiation ionique ou utilisation de masques arrière réfléchissants.

Au cours des dernières années, des progrès significatifs ont été signalés dans les domaines de l’obstétrique, de l’élimination et de la motilité. skyrmions magnétiques en couches minces magnétiques. L’outil principal pour examiner ces structures magnétiques à l’échelle du nano au micromètre est de les imager directement – soit en utilisant lumière visible ou radiographies. Si nous voulons étudier les propriétés dynamiques ainsi que les propriétés spatiales, nous devons enregistrer un film composé de plusieurs images. Cependant, l’enregistrement direct de Skyrmion sur des échelles de temps pertinentes pour les nano – voire les picosecondes est presque possible – et le temps d’acquisition requis pour une seule image est généralement très long.

Ce problème est généralement résolu en utilisant des mesures stroboscopiques répétées – les expériences dites pompe-sonde – où le même processus est répété encore et encore pendant l’imagerie. Pour permettre de telles mesures résolues en temps, la dynamique du ciel magnétique doit être à la fois contrôlable et déterministe. Une équipe de chercheurs dirigée par le Max Born Institute a créé deux façons de créer de manière fiable des hauteurs de ciel aux positions souhaitées et de diriger leur mouvement – des étapes clés vers l’enregistrement vidéo du ciel en mouvement.

La première méthode est basée sur l’irradiation du film magnétique hébergeant le ciel avec un faisceau focalisé d’hélium-ion pour créer de manière flexible des motifs de différentes formes et tailles dans le matériau magnétique. Il est important de noter que cette modification locale utilisant des ions très légers n’affecte que les propriétés magnétiques du matériau alors que le film reste structurellement intact. En utilisant des ions d’hélium, il est possible de prédéterminer les situations où les Skyrmions apparaissent après avoir été libérés avec une courte impulsion de courant électrique ou lumière laser (Voir la figure 1, où les noyaux sont nucléés en deux rangées de points isolés).

En particulier, la modulation magnétique s’est avérée suffisamment douce pour permettre une séparation contrôlée du Skyrmion du site de production et son mouvement ultérieur sans entrave. De plus, en combinant le chantier de construction de Skyrmion avec un canal de guidage, l’équipe a pu démontrer le mouvement continu d’un ciel magnétique entraîné par des impulsions de courant électrique sur des dizaines de micromètres d’avant en arrière sur une soi-disant piste de course magnétique – supprimant complètement tout Mouvement latéral, partie intégrante du ciel entraîné par le courant qui s’élève.

Skyrmions magnétiques - prêts à décoller ?

Les skyrmions se déplacent dans un chemin magnétique rayonnant d’ions d’hélium. Crédit : MBI/Michael Schneider

Dans une deuxième approche des sites d’intention précédemment identifiés par Skymion, les chercheurs ont conçu des masques réfléchissants à nano-motifs au verso du matériau magnétique. Ces masques permettent de contrôler les amplitudes d’excitation atteintes lorsque le film magnétique est frappé par le laser, ce qui se traduit par une résolution à l’échelle nanométrique de la distribution spatiale du ciel magnétique généré (voir Fig. 1, où le ciel est nucléé sur une grille carrée ).

Etant donné que les masques sont préparés sur la face arrière du film magnétique correspondant à la surface éclairée par laser, le procédé conserve un accès libre à la face avant du film magnétique pour, par exemple, une détection de la hauteur du ciel. L’application de cette approche de masque arrière grâce à son accès sans entrave au film magnétique peut facilement être transférée à d’autres phénomènes de commutation photo-générés afin d’ajouter un contrôle nanométrique sur les régions transformées.

Les résultats de ces études publiés dans nanomessages Et le examen physique b, peuvent également influencer la recherche sur de nouveaux concepts informatiques et de stockage de données. Au cours des dernières décennies, nous avons observé une demande de densités de stockage de données toujours croissantes et de capacités de calcul efficaces, ce qui a suscité un intérêt industriel important pour l’exploration des effets magnétiques énergétiques à des échelles ultrarapides et ultramicroscopiques pour des applications technologiques. Un candidat potentiel pour la prochaine génération de supports d’information est le ciel magnétique. Avec le niveau de contrôle atteint pour la génération et le mouvement de Skyrmion et le potentiel de miniaturisation supplémentaire, la technologie pourrait éventuellement ouvrir la voie à de futurs appareils potentiels, tels que les mémoires de piste de course Skyrmion, les registres à décalage et skyrmion Portes logiques, portes logiques.


Une manipulation définitivement intégrée du ciel magnétique a été réalisée dans un dispositif nanostructuré


Plus d’information:
Lisa Marie Kern et al., Génération déterministe et mouvement dirigé de skyrmions magnétiques en focalisant est le rayonnement ionique + -, nanomessages (2022). DOI : 10.1021 / acs.nanolett.2c00670

L.-M. Kern et al., Personnalisation de l’excitation optique pour contrôler la nucléation magnétique, examen physique b (2022). DOI : 10.1103/ PhysRevB.106.054435

Soumis par le Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI)

la citation: Magnetic Heavens: Two Ways to Create and Direct Their Motion (2022, 7 septembre) Extrait le 7 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-magnetic-skyrmions-methods-motion.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Nonobstant toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

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La synthèse de deux nouveaux carbures offre une perspective sur la manière dont les structures carbonées complexes existent sur d'autres planètes

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La synthèse de deux nouveaux carbures offre une perspective sur la manière dont les structures carbonées complexes existent sur d'autres planètes

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Structure cristalline de HP-CaC2 Avec une moyenne cumulative de 44(1). Modèle boule-et-bâton avec cellule unitaire définie ; Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues sur deux sites cristallographiques distincts, C1 (site Wyckoff de 4 g) et C2 (4 h), respectivement. (b) Géométrie d'un nanoruban polyacyne déprotoné ; Les distances C–C et les angles sont étiquetés CCC. Les coupes efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée sont représentées dans des plans perpendiculaires (c) et parallèles (d) aux nanorubans de polyacène. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Structure cristalline de HP-CaC2 Avec une moyenne cumulative de 44(1). Modèle boule-et-bâton avec cellule unitaire définie ; Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues sur deux sites cristallographiques distincts, C1 (site Wyckoff de 4 g) et C2 (4 h), respectivement. (b) Géométrie d'un nanoruban polyacyne déprotoné ; Les distances C–C et les angles sont étiquetés CCC. Les coupes efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée sont représentées dans des plans perpendiculaires (c) et parallèles (d) aux nanorubans de polyacène. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

Des chercheurs de l'Université de Bayreuth ont acquis de nouvelles connaissances dans le domaine de la chimie du carbone à haute pression : ils ont synthétisé deux nouveaux carbures – des composés de carbone et d'un autre élément chimique – dotés de structures uniques. Les résultats pourraient fournir une explication inattendue de la répartition généralisée des hydrocarbures aromatiques polycycliques dans l’univers. La recherche est publié Dans le magazine Communications naturelles.

Les carbures sont des composés de carbone et d'un autre élément chimique. Les carbures nouvellement synthétisés ressemblent à des composés de type organométallique et pourraient fournir de nouvelles informations sur le comportement de structures carbonées complexes sous des pressions et des températures extrêmement élevées.

La possibilité de l’existence ou de la formation de tels composés dans les conditions intérieures de la planète pourrait avoir des implications importantes pour les sciences de la Terre et l’astrobiologie, où ils pourraient être à l’origine d’hydrocarbures et jouer un rôle dans l’origine de la vie.

Sous la direction du professeur Leonid Dobrovinsky de l'Institut géologique bavarois et du professeur Dr Natalia Dobrovinskaya du laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, des recherches sur de nouveaux composés carbonés révèlent qu'ils contiennent des éléments structurels similaires à ceux trouvés dans des composés complexes. composés organiques. Molécules, mais déprotonées (c'est-à-dire qu'elles ne contiennent pas d'hydrogène).

Pour y parvenir, les chercheurs ont utilisé des cellules à enclume en diamant qui ont compressé de minuscules cristaux de carbure de calcium à des pressions de l'ordre du gigapascal à trois chiffres et les ont simultanément chauffés à des températures d'environ 3 000 degrés Celsius. Ces conditions sont cohérentes avec celles trouvées à une profondeur de 2 900 km à l’intérieur de la Terre. Le changement de pression et de température a entraîné la formation de carbure de calcium en deux nouveaux carbures : le polymorphe haute pression de CaC2 Et la Californie3C7.

Structure cristalline du Ca3C7 Avec une moyenne cumulative de 38 (1). Projection de la structure de Ca3C7 le long de l'axe a, en se concentrant sur des chaînes 2D d'atomes de carbone alignées le long de l'axe b. Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues dans les deux positions cristallographiques distinctes C1 (4c) et C2 (8d), respectivement. Les atomes de carbone, appelés C3(8d) et C4(8d), sont représentés par des sphères grises. (b) Géométrie de la chaîne discrète semi-poly (indénoindène) (p-PInIn) étiquetée avec les distances C-C et les angles C-C-C. c, d Des coupes efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée dans les deux plans différents contenant les chaînes p-PInIn sont présentées. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Structure cristalline du Ca3C7 Avec une moyenne cumulative de 38 (1). Projection de la structure de Ca3C7 le long de l'axe a, en se concentrant sur des chaînes 2D d'atomes de carbone alignées le long de l'axe b. Les atomes de calcium apparaissent sous forme de sphères blanches et les atomes de carbone sous forme de sphères rouges et bleues dans les deux positions cristallographiques distinctes C1 (4c) et C2 (8d), respectivement. Les atomes de carbone, étiquetés C3(8d) et C4(8d), sont représentés par des sphères grises. (b) Géométrie de la chaîne discrète semi-poly (indénoindène) (p-PInIn) étiquetée avec les distances C-C et les angles C-C-C. c, d Montrer les sections efficaces de la fonction de localisation électronique (ELF) calculée dans les deux plans différents contenant les chaînes p-PInIn. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

Bien que le polymorphisme haute pression de CaC2 Il a la même composition chimique que la substance primaire, mais en diffère par la disposition spatiale des atomes et par ses propriétés chimiques. Le polymorphe possède des chaînes carbonées qui peuvent exister dans des conditions bien au-delà de celles connues pour exister dans les composés organiques conventionnels.

Il est possible que la formation de tels composés dans les conditions présentes à l’intérieur des planètes ait joué un rôle dans l’origine de la vie, car ils pourraient être à l’origine des hydrocarbures.

Le composé de formule chimique Ca3C7 Ils n’ont jamais été observés auparavant, leur synthèse et l’élucidation de leur structure représentent donc une avancée importante dans la compréhension du comportement des matériaux à base de carbone dans des conditions extrêmes.

« Nos découvertes repoussent non seulement les limites de la chimie connue du carbone, mais offrent également une nouvelle perspective sur la manière dont les structures complexes du carbone existent au plus profond de la Terre et peut-être sur d'autres planètes », a expliqué le professeur Leonid Dobrovinsky, chercheur principal de l'étude. Des cadavres. »

Le professeur Natalia Dobrovinskaya a ajouté : « Les similitudes entre ces carbures à haute pression et les composés organométalliques déprotonés ouvrent des possibilités passionnantes pour la conception de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques, magnétiques et optiques uniques. »

Plus d'information:
Sayana Kandarkhayeva et al., Extension de la chimie du carbone à haute pression via la synthèse de CaC2 Et la Californie3C7 Avec du polyacène déprotoné et des nanorubans de type poly(indinoindine), Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-47138-2

Informations sur les magazines :
Communications naturelles


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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial

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La station spatiale chinoise a été impliquée dans un accident spatial
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut.
La Station spatiale chinoise Tiangong vue d'en haut. CMSA

Les membres de l'équipage à bord de la station spatiale chinoise ont terminé avec succès les réparations après que des débris ont provoqué une panne de courant partielle dans l'installation, ont révélé mercredi des responsables de l'Agence chinoise pour l'espace habité (CMSA) lors d'une conférence de presse.

Les débris spatiaux ont heurté les câbles d'alimentation reliés aux ailes solaires du module central et ont été réparés par les astronautes lors de deux sorties dans l'espace à la station spatiale Tiangong, la plus récente au début du mois dernier.

L'équipage devrait revenir sur Terre le 30 avril après que les opérations de la station auront été transférées à l'équipage entrant de Shenzhou-18. Les médias d'État ont rapporté.

La CMSA s'efforce d'améliorer les procédures d'avertissement et d'évitement des collisions spatiales et a réduit le taux de fausses alarmes de 30 %, ont indiqué des responsables de l'agence. Dans le cadre d'une autre mesure visant à améliorer la sécurité, la caméra haute définition installée sur le bras robotique de Tiangong, ainsi que les caméras portables utilisées par les astronautes lors des sorties dans l'espace, seront utilisées pour examiner attentivement l'état de l'extérieur de la station afin de vérifier et d'analyser toute frappe. Mécanisme d'impact de petits débris.

La station spatiale chinoise orbite à environ 280 milles au-dessus de la Terre et à environ 30 milles au-dessus de la Station spatiale internationale. Cela place les deux installations en orbite proche de la Terre, là où se trouvent la plupart des déchets spatiaux dangereux.

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Les débris spatiaux sont constitués de satellites déclassés, de parties de fusées usées et d'un grand nombre de petits fragments résultant de collisions aléatoires impliquant ces objets. Ils voyagent autour de la Terre à une vitesse fulgurante et toute frappe sur l’une ou l’autre station spatiale peut potentiellement causer des dégâts considérables.

Les opérateurs des deux installations orbitales disposent de systèmes pour surveiller les déchets les plus gros, et si l'un d'entre eux est considéré comme étant sur le point d'entrer en collision avec une station, l'installation est déplacée vers une orbite supérieure ou inférieure pour l'éviter.

Lors d'un incident dramatique survenu en 2021, les membres de l'équipage à bord de la Station spatiale internationale ont reçu l'ordre de se réfugier dans leur vaisseau spatial lorsqu'un nuage de débris spatiaux dangereux – créé par un essai antimissile russe qui a détruit un vieux satellite – s'est approché de manière alarmante de la station. . Heureusement, la Station spatiale internationale a pu éviter tout dommage et l'équipage a été autorisé à reprendre ses fonctions normales.

Alors que de plus en plus de déchets spatiaux apparaissent constamment, un certain nombre d'entreprises explorent différentes façons de les éliminer afin de rendre les opérations en orbite proche de la Terre plus sûres, non seulement pour les stations spatiales, mais également pour les satellites opérationnels qui alimentent les services vitaux sur Terre. .

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

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L'enzyme forme des complexes avec des géométries fractales

Les chercheurs ont identifié une enzyme capable de s’assembler en complexes aux géométries fractales. Les fractales – des modèles hiérarchiques dans lesquels des caractéristiques structurelles à des échelles plus grandes sont répétées à des échelles plus petites – sont bien connues au niveau macroscopique, mais on n'a pas encore observé qu'elles se formaient spontanément à partir de molécules biologiques au niveau moléculaire dans des cellules ou in vitro.

Maintenant, George K. une. Hochberg de l'Institut Max Planck de microbiologie terrestre et de l'Université Philips de Marburg, Jan M. Schuller de l'Université Philips de Marburg et leurs collègues ont découvert que l'enzyme citrate synthase extraite des cyanobactéries Staphylocoque long Les complexes se forment selon un motif fractal appelé triangle de Sierpiński (nature 2024, identification numérique : 10.1038/s41586-024-07287-2). Les triangles de Sierpiński sont constitués de petits triangles équilatéraux imbriqués dans des triangles équilatéraux plus grands.

Forme motivationnelle de S. rectangle La citrate synthase est l'hexadécane. Ces hexamères peuvent s'assembler en triangles de Sierpiński avec 18 ou 54 copies de la protéine (3 ou 9 hexamères). Pour former des fractales, l’enzyme tourne dans le sens opposé à celui dans lequel elle tourne pour lier le substrat pendant la catalyse. Les fractales « corrigent quelque chose d’une manière qui rend la stimulation difficile », explique Hochberg.

L’enzyme ne forme ces structures plus grandes que la nuit, lorsque le pH des cyanobactéries est approximativement neutre. « Il est possible que cette chose soit un accident inoffensif, car elle ne crée cette structure folle qu'à un moment de la journée où vous n'avez de toute façon pas besoin de l'enzyme », explique Hochberg. Le 18-mer se forme à des concentrations si faibles que Hochberg est convaincu qu’il est présent dans les cellules. Il pense que le 54-mer ne s’est peut-être pas formé physiologiquement.

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Les chercheurs ont utilisé la reconstruction de la protéine ancestrale pour étudier comment l’enzyme a développé sa capacité à former des fractales. L'acide glutamique et l'histidine nécessaires à l'interface de formation des fractales étaient présents dans des protéines ancestrales qui ne formaient pas de fractales. Le remplacement de la glutamine par la leucine a supprimé l’interaction qui empêchait la formation fractale. Ce changement les a incités à se rassembler.

« C'est étrange d'un point de vue évolutionniste », dit Hochberg. « Ce que cela signifie, c'est que tous les liens positifs qui unissent cette chose étaient déjà là. »

« C'est un excellent exemple de la façon dont les caprices de l'évolution peuvent conduire à la formation de structures qui seraient autrement difficiles à réaliser grâce à la conception de protéines, car les contacts interfaciaux, les conflits stériques et la flexibilité angulaire doivent être programmés dans une hiérarchie de facteurs non covalents. interactions », a écrit François Panix, qui a conçu des matériaux contenant la protéine On à l’Université de Washington, a déclaré dans un e-mail : « Un seul élément constitutif est exposé lorsqu’il s’assemble en une fractale. »

L'élimination de la capacité de l'enzyme à former des fractales n'a eu aucun effet notable sur les cellules, explique Hochberg. « Il est si facile de produire ces choses pour l'évolution en une seule étape mutationnelle, que nous devrions en fait nous attendre à ce que cela se produise parfois par hasard », dit-il. Si quelqu'un découvre un assemblage étrange similaire dans un autre organisme, il pourrait se demander s'il ne s'agit que d'un accident inoffensif, explique Hochberg.

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