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Divulgué : une substance qui pourrait être essentielle pour réduire la consommation d’énergie des ordinateurs et des appareils électroniques

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Divulgué : une substance qui pourrait être essentielle pour réduire la consommation d’énergie des ordinateurs et des appareils électroniques

Une équipe de l’Université du Minnesota Twin Cities a, pour la première fois, fabriqué une fine couche d’un matériau semi-métallique topologique unique qui a le potentiel de générer plus de puissance de calcul et de stocker de la mémoire tout en utilisant beaucoup moins d’énergie. Les chercheurs ont également pu étudier le matériau de plus près, ce qui a conduit à des découvertes importantes sur la physique derrière ses propriétés uniques.

L’étude a été publiée dans Communications naturellesIl s’agit d’une revue scientifique à comité de lecture couvrant les sciences naturelles et l’ingénierie.

Fabrication de semi-conducteurs

Comme le démontre la récente loi américaine sur les puces et la science, il existe un besoin croissant d’augmenter la fabrication de semi-conducteurs et de soutenir la recherche visant à développer les matériaux qui alimentent les appareils électroniques partout dans le monde.

Alors que les semi-conducteurs traditionnels constituent aujourd’hui la technologie derrière la plupart des puces informatiques, les scientifiques et les ingénieurs sont toujours à la recherche de nouveaux matériaux capables de générer plus de puissance en utilisant moins d’énergie pour rendre l’électronique meilleure, plus petite et plus efficace.

L’un de ces candidats pour les nouvelles puces informatiques améliorées est une classe de matériaux quantiques appelés semi-métaux topologiques. Les électrons de ces matériaux se comportent de différentes manières, ce qui leur confère des propriétés uniques que les isolants et les métaux typiques utilisés dans les appareils électroniques n’ont pas.

Pour cette raison, son utilisation est étudiée dans les dispositifs électroniques à spin, qui constituent une alternative aux dispositifs semi-conducteurs conventionnels qui utilisent le spin des électrons plutôt que la charge électrique pour le stockage de données et le traitement de l’information.

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Dans cette étude, une équipe multidisciplinaire de chercheurs de l’Université du Minnesota a réussi à fabriquer un matériau en couche mince et a démontré qu’il présente un potentiel de haute performance avec une faible consommation d’énergie.

Stratégie de dopage magnétique

« Cette recherche montre pour la première fois qu’il est possible de passer d’un isolant topologique faible à un semi-métallique topologique en utilisant une stratégie de dopage magnétique », a déclaré Jianping Wang, auteur principal de l’article et professeur émérite McKnight et Robert F. Hartmann. Chaire du Département de génie électrique et informatique de l’Université du Minnesota.

« Nous recherchons des moyens de prolonger la durée de vie de nos appareils électriques tout en réduisant la consommation d’énergie, et nous essayons de le faire de manière non conventionnelle et non conventionnelle. »

Les chercheurs travaillent sur les matériaux topologiques depuis des années, mais l’équipe de l’Université du Minnesota est la première à utiliser un processus de pulvérisation breveté et compatible avec l’industrie pour créer ce semi-métallique sous forme de film mince. Parce que leur processus est compatible avec l’industrie, a déclaré Wang, la technologie peut être plus facilement adoptée et utilisée pour fabriquer des appareils du monde réel.

« Chaque jour dans notre vie, nous utilisons des appareils électroniques, de nos téléphones portables aux lave-vaisselle en passant par les fours à micro-ondes. Ils utilisent tous des puces. Tout consomme de l’énergie », explique Andrei Mokhoyan, auteur principal de l’article et président de Ray D et Mary T. Johnson. Professeur au Département de génie chimique et de science des matériaux de l’Université du Minnesota.

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« La question est de savoir comment minimiser la consommation d’énergie ? Cette recherche est un pas dans cette direction. Nous proposons une nouvelle classe de matériaux offrant des performances similaires, voire meilleures, mais utilisant beaucoup moins d’énergie. »

Parce que les chercheurs ont fabriqué un matériau de très haute qualité, ils ont également pu analyser en détail ses propriétés et ce qui le rend unique.

« L’une des principales contributions de ce travail d’un point de vue physique est que nous avons pu étudier certaines des propriétés fondamentales de ce matériau », déclare Tony Lu, l’un des auteurs principaux de l’article et professeur agrégé Paul Palmberg à l’Université de New York. université. Département de génie électrique et informatique du Minnesota.

résistance négative

« Normalement, lorsqu’un champ magnétique est appliqué, la résistance longitudinale d’un matériau augmente, mais dans ce matériau topologique spécifique, nous nous attendions à ce qu’elle diminue. Nous avons pu étayer notre théorie avec des données de transport mesurées et confirmer qu’il existe en fait une résistance négative.

Lu, Mokhian et Wang travaillent ensemble depuis plus d’une décennie sur les matériaux topologiques destinés à la prochaine génération d’appareils et de systèmes électroniques. Cette recherche n’aurait pas été possible sans la combinaison de leur expertise en théorie, en calcul, en croissance et en caractérisation des matériaux. . Fabrication d’appareils.

« Il faut non seulement une vision inspirante, mais aussi une grande patience dans les quatre disciplines et un groupe dévoué de membres de l’équipe pour travailler sur un sujet aussi important mais aussi stimulant, qui a le potentiel de permettre le transfert de technologie du laboratoire à l’industrie », déclare Wang. . .

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Une soufflerie historique teste la fusée Mars Ascent Vehicle de la NASA

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Une soufflerie historique teste la fusée Mars Ascent Vehicle de la NASA

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Un modèle réduit du véhicule Mars Ascent est chargé par l’ingénieur d’essai en soufflerie Sam Schmitz dans la soufflerie à trois vagues du Marshall Space Flight Center de la NASA pour des tests. Le tunnel de 14′ x 14′ a été utilisé pour tester les configurations des lanceurs pour Artemis, Redstone, Jupiter-C, Saturn et plus encore. Crédit : NASA/Jonathan Dale

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Un modèle réduit du véhicule Mars Ascent est chargé par l’ingénieur d’essai en soufflerie Sam Schmitz dans la soufflerie à trois vagues du Marshall Space Flight Center de la NASA pour des tests. Le tunnel de 14′ x 14′ a été utilisé pour tester les configurations des lanceurs pour Artemis, Redstone, Jupiter-C, Saturn et plus encore. Crédit : NASA/Jonathan Dale

L’équipe MAV (Mars Ascent Vehicle) a récemment terminé des essais en soufflerie au Marshall Space Flight Center de la NASA, dans une installation qui a joué un rôle important dans les missions de la NASA depuis le programme Apollo.

La même installation qui a fourni des tests précieux pour les missions de la NASA en orbite terrestre basse et sur la Lune aide désormais l’agence à préparer le lancement de sa première fusée depuis Mars. Le MAV est un élément important du plan conjoint entre la NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne) visant à amener sur Terre des échantillons martiens scientifiquement sélectionnés au début des années 2030.

Le test s’est déroulé du 10 au 15 juillet et a permis à l’équipe de collecter des données aéroacoustiques pour les aider à comprendre la dynamique de conception du MAV à l’aide de modèles réduits imprimés en 3D.

Un modèle réduit du Mars Ascent Vehicle a été testé dans la soufflerie à trois vagues de Marshall. Les sections du tunnel ne mesurent que 14 pouces de haut et de large, mais peuvent atteindre des vitesses de vent allant jusqu’à Mach 5. Crédit image : NASA

« Grâce à ces tests réussis, nous améliorons notre compréhension de l’aérodynamique, des performances intégrées, de la contrôlabilité et du chargement du véhicule du MAV », a déclaré Steve Gaddis, chef de projet MAV. « Nous utiliserons les résultats pour guider notre conception et apporter les améliorations nécessaires au puissant MAV nécessaire pour mettre en orbite des échantillons de roches martiennes. »

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La section d’essai de la soufflerie Marshall ne mesure que 24 pouces de long, 14 pouces de haut et 14 pouces de large. Cependant, il peut atteindre des vitesses hypersoniques allant jusqu’à Mach 5 (environ 3 800 mph) et teste depuis longtemps des fusées célèbres, notamment Redstone, Jupiter-C et Saturn, ainsi que la navette spatiale et le SLS (Space Launch System). dessins. .

Cette illustration montre le Mars Ascent Vehicle (MAV) de la NASA en vol propulsé. Le MAV transportera des tubes contenant des échantillons de roches et de sol martiens vers l’orbite martienne, où le vaisseau spatial Earth Return Orbiter de l’ESA les enfermera dans une capsule de confinement hautement sécurisée et les livrera sur Terre. Crédit : NASA

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Cette illustration montre le Mars Ascent Vehicle (MAV) de la NASA en vol propulsé. Le MAV transportera des tubes contenant des échantillons de roches et de sol martiens vers l’orbite martienne, où le vaisseau spatial Earth Return Orbiter de l’ESA les enfermera dans une capsule de confinement hautement sécurisée et les livrera sur Terre. Crédit : NASA

L’équipe a testé des modèles réduits sous plusieurs angles à l’intérieur de la soufflerie pour voir comment le flux d’air pourrait affecter la structure du MAV, a déclaré Annie Katherine Barnes, responsable de la division aéroacoustique du MAV, qui a été co-responsable de la campagne d’essais de juillet. Barnes l’a comparé aux turbulences dans un avion.

« Nous recherchons des zones d’écoulement turbulent pour les lanceurs », a-t-elle déclaré. « Nous recherchons des oscillations de choc et de vastes zones de fluctuations de pression susceptibles de provoquer une réponse structurelle. »

L’équipe utilisera les données de la campagne d’essais de juillet et d’autres analyses pour mieux estimer les environnements que le MAV rencontrera lorsqu’il deviendra le premier véhicule à être lancé depuis la surface d’une autre planète.

Le MAV soutient la campagne prévue de retour d’échantillons sur Mars, qui amènera sur Terre des échantillons scientifiquement sélectionnés pour étude à l’aide des instruments les plus avancés au monde. Ce partenariat stratégique avec l’Agence spatiale européenne développe des technologies et des conceptions préliminaires pour des missions qui permettront de récupérer les premiers échantillons d’une autre planète. Les échantillons actuellement collectés par le rover Perseverance de la NASA alors qu’il explore un ancien delta de rivière ont le potentiel de révéler l’évolution précoce de Mars, y compris la possibilité d’une vie microbienne ancienne.

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Le MAV, géré par Marshall, sera lancé à bord d’un échantillon d’atterrisseur depuis la Terre pour un voyage de deux ans vers Mars. Il restera sur Mars environ un an pour recevoir les échantillons collectés par Perseverance.

Une fois que le bras de transfert d’échantillons de l’atterrisseur aura chargé les échantillons dans un conteneur sur la fusée, le MAV sera lancé en orbite autour de la planète, libérant le conteneur d’échantillons pour que le Earth Return Vehicle développé par l’ESA puisse les capturer.

Les échantillons devraient atteindre la Terre au début des années 2030. Le programme Mars Sample Return est géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.

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Une nouvelle étude montre que les trous noirs se déchirent et dévorent l’espace-temps beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant.

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Une nouvelle étude montre que les trous noirs se déchirent et dévorent l’espace-temps beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant.

Une étude récente menée par des chercheurs de l’Université Northwestern bouleverse les règles astrophysiques du jeu sur la manière dont les trous noirs supermassifs sont alimentés, révélant que ces géants cosmiques se déforment et déchirent violemment l’espace-temps pour consommer la matière à un rythme étonnamment rapide.

Cette découverte pourrait aider à résoudre des mystères de longue date sur des phénomènes tels que les quasars « d’apparence variable », qui éclatent soudainement puis disparaissent sans explication, remettant potentiellement en question des décennies de théories acceptées.

Pendant de nombreuses années, la sagesse conventionnelle a supposé que les trous noirs « mangeaient » et absorbaient progressivement et systématiquement la matière à un rythme glacial sur des dizaines de milliers d’années. Cependant, à l’aide de simulations 3D haute résolution, des chercheurs de l’Université Northwestern ont brossé un tableau très différent.

Selon cette nouvelle étude publiée le 20 septembre Journal d’astrophysiqueUn trou noir supermassif pourrait accomplir un cycle alimentaire en quelques mois seulement, contredisant les estimations précédentes.

« La théorie classique du disque d’accrétion prédit que le disque évolue lentement. » Nick Kazétudiant diplômé en astronomie à l’Université Northwestern Collège des arts et des sciences Weinberg Qui a dirigé l’étude en A déclaration. « Mais certains quasars – résultant de trous noirs mangeant le gaz de leurs disques d’accrétion – semblent changer radicalement avec le temps, au fil des mois, voire des années. »

« Cette différence est assez drastique. Il semble que l’intérieur du disque, où arrive la majeure partie de la lumière, soit détruit puis régénéré. La théorie classique du disque d’accrétion ne peut pas expliquer cette différence drastique. Mais les phénomènes que nous observons dans nos simulations peuvent l’expliquer. La luminosité et la gradation correspondent Dommages rapides aux zones internes du disque.

Utiliser l’équipe de recherche sommetl’un des plus grands superordinateurs du monde, hébergé au laboratoire national d’Oak Ridge, a exécuté des simulations de magnétohydrodynamique générale en 3D (GRMHD) pour explorer comment les trous noirs se dévorent sans pitié.

Le supercalculateur a permis aux chercheurs d’intégrer la dynamique des gaz, les champs magnétiques et la relativité générale, fournissant ainsi une vue complète du comportement des trous noirs et fournissant l’une des simulations de disques d’accrétion à la plus haute résolution jamais produite.

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Grâce à des simulations, les chercheurs ont découvert que les trous noirs « déforment » l’espace-temps qui les entoure, déchirant le disque d’accrétion – un violent vortex de gaz qui les alimente – en sous-disques interne et externe.

Ce qui se passe ensuite est un processus presque cinématographique de dévoration, de reconditionnement et de répétition. Le trou noir consomme le disque interne, puis les débris du sous-disque externe se déversent vers l’intérieur pour remplir l’espace, pour être dévorés à leur tour.

« Les trous noirs sont des objets de la relativité générale extrême qui affectent l’espace-temps qui les entoure », a déclaré Kaz. « Ainsi, lorsqu’il tourne, il tire sur l’espace qui l’entoure comme un carrousel géant et le force à tourner également – un phénomène appelé » traînée de trame « . Cela crée un effet très fort à proximité du trou noir, qui devient de plus en plus faible. plus loin. »

Ces cycles rapides de « manger-remplir-manger » expliquent probablement le comportement déroutant des quasars dits « à apparence variable ».

Un quasar, abréviation de « source radio quasar-stellaire », est un noyau de galaxie intensément lumineux alimenté par un trou noir supermassif au centre galactique. Les quasars, qui émettent une énergie qui pourrait dépasser celle d’une galaxie entière, font partie des objets les plus brillants et les plus actifs de l’univers, souvent visibles à des milliards d’années-lumière.

Les quasars à « apparence variable » sont un sous-ensemble de quasars qui affichent des changements de luminosité inhabituellement rapides et drastiques, semblent s’allumer et s’éteindre et subissent d’importants changements de luminosité ou d’apparence générale. Ces changements se produisent sur de courtes périodes, souvent de quelques mois à quelques années seulement.

Les fluctuations erratiques des quasars d’apparence variable ont remis en question les théories astrophysiques traditionnelles, ce qui en fait l’objet d’études intenses alors que les chercheurs cherchent à comprendre les mécanismes à l’origine de transitions aussi spectaculaires.

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« La région interne du disque d’accrétion, d’où provient l’essentiel de la luminosité, pourrait disparaître complètement, très rapidement, en quelques mois », a expliqué Kaz. « Nous le voyons disparaître complètement. Le système cesse de s’éclairer. Puis il se rallume et le processus se répète. La théorie conventionnelle n’a aucun moyen d’expliquer pourquoi il a disparu en premier lieu, ni comment il se remplit si rapidement. »

Certains chercheurs ont fait censé Les quasars d’apparence variable pourraient être des étoiles qui sont passées près du trou noir et ont été déchirées. D’autres ont Proposition Ces phénomènes n’étaient pas des quasars, mais plutôt de puissantes supernovae.

Grâce à de récentes simulations à haute résolution, les chercheurs pensent que la disparition et la réapparition rapides de quasars d’apparence variable peuvent être liées à l’évolution rapide de la région interne de leurs disques d’accrétion.

Selon Kaz, les simulations montrent que la région où les sous-disques interne et externe se séparent est l’endroit où commence réellement la « frénésie alimentaire » du trou noir.

« Il existe une compétition entre la rotation du trou noir et la friction et la pression à l’intérieur du disque », a expliqué Kaz. « La zone de rupture est l’endroit où le trou noir gagne. Les disques interne et externe entrent en collision les uns avec les autres. Le disque externe rase les couches du disque interne, les poussant vers l’intérieur.




Les modèles traditionnels supposent souvent que les disques d’accrétion sont organisés et cohérents avec la rotation du trou noir. Cependant, Kaz affirme que des simulations récentes montrent que cette théorie est probablement incorrecte.

« Pendant des décennies, les gens ont supposé que les disques d’accrétion correspondaient à la rotation des trous noirs », a déclaré Kaz. « Mais le gaz qui alimente ces trous noirs ne sait pas nécessairement dans quelle direction le trou noir tourne, alors pourquoi s’alignerait-il automatiquement ? Changer l’alignement change radicalement la donne. »

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Au lieu de se déplacer uniformément, les simulations montrent que les sous-disques interne et externe vacillent indépendamment à des vitesses et à des angles différents autour du trou noir.

Les disques internes sont soumis à des oscillations beaucoup plus rapides que leurs homologues externes. Cette variation des forces de rotation provoque la déformation ou la déformation de l’ensemble du disque d’accrétion.

En conséquence, les molécules de gaz provenant de différentes zones du disque entrent en collision les unes avec les autres, produisant de vifs éclats de lumière et d’énergie. Ces collisions à haute énergie agissent comme un propulseur, poussant la matière de plus en plus près de la gravité du trou noir.

Ainsi, au lieu de s’écouler proportionnellement vers le centre du trou noir comme de l’eau tourbillonnante dans un égout, les chercheurs affirment que les sous-disques indépendants du trou noir se balancent comme les roues d’un gyroscope.

En plus de permettre une meilleure compréhension des habitudes alimentaires des trous noirs, les chercheurs espèrent que les nouvelles simulations fourniront des moyens intéressants d’étudier plus en profondeur la nature de ces mystérieux géants, qui ont la capacité de déformer la structure même de l’espace-temps.

« Il est finalement important de pouvoir lier nos résultats à des observations, ce qui peut être réalisé en produisant des observations synthétiques à partir de résultats de simulation tels que ceux présentés ici », ont souligné les chercheurs dans leurs remarques finales.

Tim McMillan est un responsable des forces de l’ordre à la retraite, journaliste d’investigation et co-fondateur de The Debrief. Ses écrits se concentrent généralement sur la défense, la sécurité nationale, la communauté du renseignement et des sujets liés à la psychologie. Vous pouvez suivre Tim sur Twitter : @LtTimMcMillan. Tim peut être contacté par e-mail : [email protected] ou par e-mail crypté : [email protected]

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La NASA capture le premier échantillon d’astéroïde lors de l’atterrissage d’OSIRIS-REx

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La NASA capture le premier échantillon d’astéroïde lors de l’atterrissage d’OSIRIS-REx

La mission de sept ans a donné à la NASA un échantillon de l’astéroïde, ce qui pourrait nous aider à en apprendre davantage sur les astéroïdes potentiellement dangereux et sur l’origine des matières organiques et de l’eau sur Terre.

La NASA a pu collecter le tout premier échantillon d’astéroïde après l’atterrissage réussi de la capsule OSIRIS-REx sur Terre.

La mission OSIRIS-REx a débuté en 2016, lorsque le vaisseau spatial a commencé son voyage pour cartographier et analyser l’astéroïde Bennu. Il s’agit de l’un des nombreux astéroïdes géocroiseurs de grande taille qui ont été classés comme susceptibles d’entrer en collision avec la Terre.

La mission de sept ans s’est terminée hier (24 septembre) lorsque la capsule OSIRIS-REx a atterri aux États-Unis, transportant des roches et de la poussière collectées sur l’astéroïde.

Cette capsule a été déplacée vers une salle blanche temporaire pour être inondée d’un flux continu d’azote. La NASA a déclaré que le flux d’azote empêcherait les contaminants terrestres d’entrer afin de garantir que l’échantillon d’astéroïde reste pur pour l’analyse scientifique.

On espère que cet échantillon en apprendra davantage aux scientifiques sur les astéroïdes potentiellement dangereux. Les échantillons pourraient également en révéler davantage sur la composition de la planète et l’origine des matières organiques, comme l’eau, qui ont donné naissance à la vie sur Terre.

Le professeur Dante Lauretta, chercheur principal de la mission OSIRIS-REx, a décrit ce résultat comme une étape importante pour la science « dans son ensemble » et un témoignage de « ce que nous pouvons réaliser lorsque nous nous unissons pour un objectif commun ».

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« Mais n’oublions pas que même si cela peut sembler la fin d’un chapitre incroyable, ce n’est en réalité que le début d’un autre », a déclaré Loretta. « Nous avons désormais une opportunité sans précédent d’analyser ces échantillons et d’approfondir les secrets de notre système solaire. »

La NASA prévoit d’autres missions liées aux astéroïdes, comme Psyché, qui vise à atteindre un astéroïde en orbite autour du soleil entre Mars et Jupiter. Ce vaisseau spatial devrait être lancé le mois prochain.

Cela fait également un an que la NASA a testé avec succès le test DART (Double Asteroid Redirection Test), capable de modifier l’orbite d’un astéroïde en entrant en collision avec lui à grande vitesse.

« Ces missions prouvent une fois de plus que la NASA fait de grandes choses », a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson. « Les choses qui nous inspirent et nous unissent. Les choses qui ne montrent rien sont hors de notre portée lorsque nous travaillons ensemble.

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