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L’avancée pionnière du MIT en matière de topologie
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La spectroscopie des rayons X et des neutrons de pointe révèle que la présence de singularités topologiques dans les cristaux de matériaux topologiques stabilise le magnétisme bien au-dessus de la température de transition classique. Crédit : Ella Maru Studio
Des chercheurs du MIT montrent comment la topologie peut contribuer à créer du magnétisme à des températures plus élevées.
Les chercheurs qui ont travaillé pendant des années pour comprendre l’arrangement électronique, ou la topologie, et le magnétisme de certains métalloïdes ont été frustrés par le fait que les matériaux ne présentent pas de propriétés magnétiques à moins d’être refroidis à des températures de quelques degrés seulement supérieures. Zéro absolu.
nouveau Massachusetts Institute of Technology L’étude a été dirigée par Mingda Li, professeur agrégé de sciences et d’ingénierie nucléaires, et co-écrite par Nathan Drucker, assistant de recherche diplômé au sein du Quantum Measurement Group du MIT et doctorant en physique appliquée à Harvard, avec Thanh Nguyen et Phum Sirivipoon. , étudiants du MIT. Les diplômés travaillant dans le groupe de quantification remettent en question les idées reçues.
La recherche est en libre accès, récemment publiée dans la revue Communications naturellesPour la première fois, cela montre que la topologie peut stabiliser l’ordre magnétique, même bien au-dessus de la température de transition magnétique, point auquel le magnétisme s’effondre normalement.
« L’analogie que j’aime utiliser pour décrire pourquoi cela fonctionne est d’imaginer une rivière pleine de troncs d’arbres, qui représentent des moments magnétiques dans la matière », explique Drucker, premier auteur de l’article. « Pour que le magnétisme fonctionne, il faut que tous ces enregistrements pointent dans la même direction, ou aient un certain modèle. Mais à des températures élevées, les moments magnétiques sont tous pointés dans des directions différentes, comme s’il s’agissait de rondins dans une rivière, et le le magnétisme s’effondre.
Il poursuit : « Mais ce qui est important dans cette étude, c’est que c’est l’eau qui change réellement. » « Ce que nous avons montré, c’est que si vous modifiez les propriétés de l’eau elle-même, plutôt que celles des bûches, vous pouvez modifier la façon dont les bûches interagissent les unes avec les autres, conduisant au magnétisme. »
Le rôle de la topologie dans l’amélioration du magnétisme
Essentiellement, dit Lee, la recherche révèle comment les structures topologiques connues sous le nom de nœuds de Weyl trouvées dans CeAlGe – un quasi-métal exotique composé de cérium, d’aluminium et de germanium – peuvent augmenter considérablement la température de fonctionnement des dispositifs magnétiques, ouvrant ainsi la porte à un large éventail de possibilités. de possibilités. Un ensemble d’applications.
Bien qu’ils soient déjà utilisés pour construire des capteurs, des gyroscopes, etc., les matériaux topologiques ont été étudiés pour un large éventail d’applications supplémentaires, de la microélectronique aux dispositifs thermoélectriques et catalytiques. En montrant un moyen de maintenir le magnétisme à des températures beaucoup plus élevées, l’étude ouvre la porte à davantage de possibilités, explique Nguyen.
« Les gens ont montré de nombreuses opportunités – dans ce matériau et dans d’autres matériaux topologiques », dit-il. « Cela montre une méthode générale qui peut améliorer considérablement la température de travail de ces matériaux », ajoute Serivibone.
Ce résultat « surprenant et complètement contre-intuitif » aura un impact majeur sur les futurs travaux sur les matériaux topologiques, ajoute Linda Yee, professeur adjoint de physique au Département de physique, de mathématiques et d’astronomie de Caltech.
« La découverte de Drucker et de ses collaborateurs est intéressante et importante », déclare Ye, qui n’a pas participé à la recherche. » Leurs travaux suggèrent que les nœuds topologiques électroniques jouent non seulement un rôle dans la stabilisation des ordres magnétiques statiques, mais peuvent plus largement jouer un rôle dans la génération de fluctuations magnétiques. Un corollaire de ceci est que les effets des états topologiques de Weyl sur les matériaux peuvent s’étendre au-delà de beaucoup plus loin. » qu’on ne le pensait auparavant.
université de Princeton Andrei Bernvig, professeur de physique, est du même avis, qualifiant les résultats de « déroutants et fascinants ».
« On sait que les nœuds Files sont topologiquement protégés, mais l’effet de cette protection sur les propriétés thermodynamiques d’une phase n’est pas bien compris », explique Andre Bernvig, qui n’a pas participé aux travaux. « L’article du groupe du MIT montre que l’ordre à courte portée, au-dessus de la température d’ordre, est régi par un vecteur d’onde interférant entre les fermions de Weyl qui apparaissent dans ce système… suggérant que le blindage des nœuds de Weyl affecte d’une manière ou d’une autre le champ magnétique. fluctuations ! »
Percer le mystère magnétique
Bien que ces résultats surprenants remettent en question une compréhension de longue date du magnétisme et de la topologie, ils sont, selon Lee, le résultat d’expériences minutieuses et de la volonté de l’équipe d’explorer des domaines qui autrement pourraient être négligés.
« L’hypothèse était qu’il n’y avait rien de nouveau à découvrir au-dessus de la température de transition magnétique », explique Lee. « Nous avons utilisé cinq méthodes expérimentales différentes et avons pu créer cette histoire globale de manière cohérente et assembler ce puzzle. »
Pour prouver l’existence du magnétisme à une température plus élevée, les chercheurs ont commencé par fusionner du cérium, de l’aluminium et du germanium dans un four pour former des cristaux de matériau de taille millimétrique.
Ces échantillons ont ensuite été soumis à une batterie de tests, notamment des tests de conductivité thermique et électrique, chacun révélant le comportement magnétique inhabituel du matériau.
« Mais nous avons également utilisé des méthodes plus exotiques pour tester ce matériau », explique Drucker. « Nous avons frappé le matériau avec un faisceau de rayons X calibré au même niveau d’énergie que le cérium présent dans le matériau, puis nous avons mesuré la diffusion de ce faisceau.
« Ces tests devaient être effectués dans une très grande installation, dans un laboratoire national du ministère de l’Énergie », poursuit-il. « En fin de compte, nous avons dû mener des expériences similaires dans trois laboratoires nationaux différents pour montrer que ce système caché était là, et c’est ainsi que nous avons trouvé les preuves les plus solides. »
Selon Nguyen, une partie du défi réside dans le fait que réaliser de telles expériences sur des matériaux topologiques est généralement très difficile et ne fournit généralement que des preuves indirectes.
« Dans ce cas, nous avons mené plusieurs expériences avec différents capteurs, et en les réunissant, cela nous a donné une histoire très complète », dit-il. « Dans ce cas, il existe cinq ou six éléments de preuve différents, ainsi qu’une longue liste d’outils et de mesures qui ont joué un rôle dans cette étude. »
Implications et orientations futures
À l’avenir, dit Lee, l’équipe prévoit d’explorer si la relation entre la topologie et le magnétisme peut être démontrée dans d’autres matériaux.
« Nous pensons que ce principe est général », dit-il. « Nous pensons donc que cela pourrait être présent dans de nombreux autres matériaux, ce qui est passionnant car cela élargit notre compréhension de ce que la topologie peut faire. Nous savons que cela peut jouer un rôle dans l’augmentation de la conductivité, et nous avons maintenant montré qu’il peut jouer un rôle dans le magnétisme aussi. »
Lee affirme que d’autres travaux futurs porteront également sur les applications potentielles des matériaux topologiques, notamment leur utilisation dans des dispositifs thermoélectriques qui convertissent la chaleur en électricité. Bien que ces appareils aient déjà été utilisés pour alimenter de petits appareils, tels que des montres, ils ne sont pas encore suffisamment efficaces pour alimenter des téléphones portables ou d’autres appareils plus gros.
« Nous avons étudié beaucoup de bons matériaux thermoélectriques, et ce sont tous des matériaux topologiques », explique Lee. « S’ils peuvent démontrer cette performance avec le magnétisme, ils libéreront de très bonnes propriétés thermoélectriques. Par exemple, cela les aidera à fonctionner à des températures plus élevées. Actuellement, beaucoup d’entre eux ne fonctionnent qu’à des températures très basses pour collecter la chaleur perdue. Un résultat très naturel. Il en va de même pour leur capacité à fonctionner à des températures plus élevées.
Mieux comprendre les matériaux topologiques
En fin de compte, dit Drucker, la recherche souligne le fait que, bien que les métalloïdes topologiques soient étudiés depuis plusieurs années, leurs propriétés sont relativement peu connues.
« Je pense que notre travail met en évidence le fait que lorsque vous examinez ces différentes échelles et utilisez différentes expériences pour étudier certains de ces matériaux, certaines de ces propriétés thermiques, électriques et magnétiques importantes commencent à émerger. » Il dit. « Donc, je pense que cela donne également une indication non seulement sur la façon dont nous pouvons utiliser ces éléments pour différentes applications, mais également sur d’autres études fondamentales pour suivre la manière dont nous pouvons mieux comprendre les effets des fluctuations thermiques. »
Référence : « Fluctuations topologiques stables dans un quasi-nodal magnétique » par Nathan C. Drucker, Thanh Nguyen, Fei Hanh, Phum Cerevipon, Xi Le, Nina Andrejevic, Ximing Zhu, Gregory Bednik, Quynh Thi. Nguyen, Zhantao Chen, Linh K. Nguyen, Tongtong Liu, Travis J. Williams, Matthieu B. Pierre, Alexandre Ier. Kolesnikov, Song Xiuqi, Jaime Fernández Baca, Christy S. Nelson, Ahmed Alatas, Tom Hogan, Alexander A. Boritsky, Xingxi Huang, Yu Yu et Mingda Li, 25 août 2023, Communications naturelles.
est ce que je: 10.1038/s41467-023-40765-1
Ce travail a été soutenu par un financement du Département américain de l’énergie, de l’Office of Science, Basic Energy Sciences ; La National Science Foundation (NSF) conçoit des matériaux pour révolutionner nos futurs logiciels et ingénierie ; et un prix NSF Convergence Accelerator.
29 août 2024
Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.
Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.
« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »
L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.
Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.
« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.
Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.
Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.
« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »
Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.
« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »
En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.
« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.
science
À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides
Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP
Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.
Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».
Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.
Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.
Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg
Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694
Astrobiologie
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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.
La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.
après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.
Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.
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La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.
« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.
« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.
Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.
L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.
L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.
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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »
Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.
Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.
« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »
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