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Les petits aimants peuvent détenir le secret d’une nouvelle qualité

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Image : Schéma de principe du circuit de couplage distal Magnon-Magon. Deux sphérules YIG monocristallines sont intégrées dans le circuit résonateur supraconducteur planaire NbN, dans lequel le photon micro-onde assure une interaction magnéto-magnétique cohérente.
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Crédit : (Photo publiée avec l’aimable autorisation de Yi Li/Argonne National Laboratory.)

Les interactions magnétiques peuvent faire référence à des dispositifs quantiques à petite échelle.

Des appareils d’IRM au stockage sur disque dur d’ordinateur, le magnétisme a joué un rôle dans des découvertes cruciales qui remodèlent notre société. Dans le nouveau domaine de l’informatique quantique, les interactions magnétiques pourraient jouer un rôle dans la transmission de l’information quantique.

Dans une nouvelle recherche du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE), des scientifiques ont obtenu un couplage quantique efficace entre deux dispositifs magnétiques distants, qui peuvent héberger un type spécifique d’excitations magnétiques appelées magnétons. Cette excitation se produit lorsqu’un courant électrique génère un champ magnétique. Le couplage permet aux magnétons d’échanger de l’énergie et des informations. Ce type de couplage peut être utile pour créer de nouveaux dispositifs pour l’informatique quantique.

« Le couplage à distance des magnétons est la première étape, ou presque une condition préalable, pour effectuer un travail quantique à l’aide de systèmes magnétiques », a déclaré le scientifique en chef d’Argonne, Valentin Novosad, auteur de l’étude. « Nous montrons la capacité de ces aimants à communiquer instantanément entre eux à distance. »

Cette communication instantanée ne nécessite pas l’envoi d’un message entre les aimants liés à la vitesse de la lumière. C’est similaire à ce que les physiciens appellent l’intrication quantique.

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Suivre de Etude 2019Les chercheurs ont cherché à créer un système qui permettrait aux excitations magnétiques de se parler à distance dans un circuit supraconducteur. Cela permettrait aux magnétons de former la base d’une sorte d’ordinateur quantique. Pour les fondations fondamentales d’un ordinateur quantique viable, les chercheurs ont besoin que les particules soient couplées et restent liées pendant longtemps.

Afin d’obtenir un fort effet de couplage, les chercheurs ont construit un circuit supraconducteur et ont utilisé deux petites billes magnétiques de grenat de fer et d’yttrium (YIG) intégrées dans le circuit. Ce matériau, qui supporte l’excitation magnétique, assure un couplage efficace et à faibles pertes des champs magnétiques.

Les deux sphères sont connectées magnétiquement à un résonateur supraconducteur commun au circuit, qui agit comme une ligne téléphonique pour créer un couplage fort entre les deux sphères même lorsqu’elles sont à moins d’un centimètre l’une de l’autre – 30 fois la distance de leurs diamètres.

« Il s’agit d’une réalisation importante », a déclaré Yi Li, spécialiste des matériaux à Argonne, auteur principal de l’étude. « Des effets similaires peuvent également être observés entre les magnétons et les résonateurs supraconducteurs, mais cette fois nous l’avons fait entre deux magnétrons sans interaction directe. Le couplage provient de l’interaction indirecte entre les deux domaines et le co-résonateur supraconducteur. »

Une amélioration supplémentaire par rapport à l’étude de 2019 comprenait la cohérence plus longue des magnétons dans le MR. « Si vous parlez dans une grotte, vous pourriez entendre un écho », a déclaré Novosad. « Plus le son résonne longtemps, plus la cohérence est grande. »

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« Avant, nous avons certainement vu une relation entre les magnétons et un résonateur supraconducteur, mais dans cette étude, leurs temps de cohérence sont beaucoup plus longs en raison de l’utilisation de sphères, c’est pourquoi nous pouvons voir des preuves que des magnétons séparés se parlent. » Lee a ajouté.

Selon Li, étant donné que les spins magnétiques sont fortement concentrés dans l’appareil, l’étude pourrait indiquer des dispositifs quantiques à petite échelle. « Il est possible que de minuscules aimants cachent le secret des nouveaux ordinateurs quantiques », a-t-il déclaré.

Les dispositifs magnétiques ont été fabriqués au Center for Nanoscale Materials d’Argonne, une installation utilisateur du DOE Office of Science.

document basé sur l’étude, « Couplage cohérent de deux résonateurs magnétiques distants par des circuits supraconducteurs», dans le numéro du 24 janvier de Physical Review Letters.

Les autres auteurs de l’étude sont Volodymyr Yevremenko d’Argonne, Marharyta Lisovenko, Tomas Polakovic, Thomas Cecil, Pete Barry, John Pearson, Ralu Divan, Clarence Chang, Ulrich Welp et Wai-Kwong Kwok. Cody Trevelyan et Vasyl Tiberkevich de l’Université d’Oakland au Michigan ont également contribué à la recherche.

La recherche a été financée par le Bureau des sciences du Département de l’énergie (Bureau des sciences énergétiques fondamentales).

Laboratoire National d’Argonne Il cherche à trouver des solutions aux problèmes nationaux urgents en matière de science et de technologie. Argonne, premier laboratoire national du pays, mène des recherches scientifiques fondamentales et appliquées révolutionnaires dans presque toutes les disciplines scientifiques. Les chercheurs d’Argonne travaillent en étroite collaboration avec des chercheurs de centaines d’entreprises, d’universités et d’agences fédérales, étatiques et municipales pour les aider à résoudre leurs problèmes spécifiques, faire progresser le leadership scientifique américain et préparer la nation à un avenir meilleur. Avec des collaborateurs de plus de 60 pays, Argonne est dirigée par UChicago Argonne, LLC pour Bureau des sciences du département américain de l’énergie.

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Bureau des sciences du département américain de l’énergie C’est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s’efforce de relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https://energy.gov/science.


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Le rover Curiosity de la NASA a accidentellement découvert des cristaux de soufre pur sur Mars

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Le rover Curiosity de la NASA a accidentellement découvert des cristaux de soufre pur sur Mars

Des scientifiques de la NASA affirment que du soufre pur a été découvert sur Mars pour la première fois après que le rover Curiosity ait accidentellement découvert un amas de cristaux jaunes lors de son passage au-dessus d’un rocher. La zone semble pleine de soufre. C’est une découverte inattendue : alors que des minéraux contenant du soufre ont été observés sur la planète rouge, le soufre élémentaire n’a jamais été observé seul auparavant. « Le soufre ne se forme que dans une gamme étroite de conditions que les scientifiques n’ont pas liées à l’histoire de ce site », ont déclaré les scientifiques de la NASA. .

Le rover Curiosity a réussi à fendre la roche le 30 mai alors qu’il traversait une zone connue sous le nom de canal Gedes Valles, où des roches similaires ont été vues partout. On pense que le canal a été creusé il y a longtemps par l’eau et les coulées de débris. « Trouver un champ de pierres faites de soufre pur, c’est comme trouver une oasis dans le désert », a déclaré Ashwin Vasavada, scientifique du projet Curiosity. « Il ne devrait pas être là, alors maintenant nous devons l’expliquer. C’est la découverte de choses étranges et inattendues. rend l’exploration planétaire extrêmement passionnante.

Une roche sur laquelle Curiosity est passée s'est fissurée, révélant des cristaux de soufre jaunes

Programme NASA/JPL/Caltech/Cyberscience et sécurité

Après avoir repéré les cristaux jaunes, l’équipe a ensuite utilisé une caméra montée sur le bras robotique de Curiosity pour les examiner de plus près. Le rover a ensuite échantillonné une autre roche à proximité, où les morceaux de roche qu’il a brisés étaient trop fragiles pour être forés. Le rover Curiosity est équipé d’instruments qui lui permettent d’analyser la composition des roches et du sol, et la NASA affirme que le spectromètre à rayons X de particules alpha (APXS) a confirmé qu’il avait trouvé du soufre élémentaire.

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Des signes de vie pourraient être trouvés près de la surface de deux lunes proches.

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Des signes de vie pourraient être trouvés près de la surface de deux lunes proches.

Les preuves s’accumulent selon lesquelles la vie pourrait théoriquement continuer à exister sur deux lunes actuellement en orbite autour de planètes de notre système solaire.Les scientifiques ont fait un certain nombre de découvertes qui suggèrent que la lune glacée de Jupiter, Europe, et la lune de Saturne, Encelade, contiennent les conditions nécessaires à la vie. Ces conditions incluent la production de quantités abondantes de Oxygène Sur les océans liquides de la surface et du sous-sol d’Europe sur les deux lunes. Le phosphore, élément vital à la vie, présente de nombreux bienfaits. est trouvé Dans les colonnes de glace et d’eau émises par Encelade.

Or, une récente expérience de la NASA a révélé que si la vie existe sur ces lunes, ses signes, tels que les molécules organiques telles que les acides aminés ou nucléaires, peuvent être détectés beaucoup plus près de la surface qu’on ne le pensait auparavant, malgré d’énormes niveaux de rayonnement. C’est une bonne nouvelle pour toutes les futures missions qui rechercheront des signes de vie partageant l’attraction gravitationnelle de notre Soleil, car les véhicules robotiques n’auront pas besoin de creuser aussi profondément pour les trouver.

« Sur la base de nos expériences, la profondeur d’échantillonnage « sûre » pour les acides aminés sur Europe est d’environ 8 pouces aux hautes latitudes de l’hémisphère tardif (l’hémisphère opposé à la direction du mouvement d’Europe autour de « Jupiter) dans la région où la surface n’a pas été détectée ». été très perturbé par les impacts de météorites. Dans un communiqué de presse« La détection des acides aminés sur Encelade ne nécessite pas d’échantillonnage souterrain ; ces molécules survivront à la désintégration radioactive n’importe où sur la surface d’Encelade à moins d’un dixième de pouce (moins de quelques millimètres) de la surface. »

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Pour arriver à cette conclusion, Pavlov et ses collègues ont pris des acides aminés et les ont mélangés avec de la glace ultra froide – 321 degrés Fahrenheit en dessous de zéro. D’autres échantillons ont été mélangés non seulement à de la glace mais aussi à de la poussière de silicate pour simuler la présence éventuelle de matière provenant de météorites ou des profondeurs de la Lune. Les échantillons, scellés dans des flacons sans air, ont été exposés aux rayons gamma, une forme de rayonnement dangereuse. Certains autres échantillons ont également testé l’effet des acides aminés s’ils étaient cultivés dans des bactéries mortes, simulant la possibilité d’une vie microscopique sur Encelade et Europe.

Les résultats ont été publiés dans la revue AstrobiologieL’étude a montré le taux de décomposition des acides aminés dans ces conditions, et il s’avère que ces acides sont capables de survivre suffisamment longtemps pour être surveillés par une mission d’atterrissage. Mais aucune mission de ce type n’est prévue pour l’instant pour aucun des deux satellites.

« La lenteur de la destruction des acides aminés dans les échantillons biologiques dans des conditions de surface similaires à celles d’Europe et d’Encelade renforce l’argument en faveur de futures mesures de détection de vie par des missions d’atterrissage sur Europe et Encelade », a déclaré Pavlov. « Nos résultats indiquent que les taux de décomposition des biomolécules organiques potentielles dans les régions riches en silice d’Europe et d’Encelade sont plus élevés que ceux de la glace pure, et par conséquent, les futures missions potentielles vers Europe et Encelade devraient être prudentes dans l’échantillonnage des sites riches en silice. sur les deux lunes.

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Concevoir des cellules pour diffuser leur comportement peut aider les scientifiques à étudier leur fonctionnement interne

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Concevoir des cellules pour diffuser leur comportement peut aider les scientifiques à étudier leur fonctionnement interne

Les vagues sont Répandu dans la nature et la technologieQu’il s’agisse de la montée et de la descente des marées océaniques ou du balancement d’un pendule d’horloge, les rythmes prévisibles des vagues créent un signal qui peut être facilement suivi et distingué des autres types de signaux.

Les appareils électroniques utilisent des ondes radio pour envoyer et recevoir des données, comme un ordinateur portable, un routeur Wi-Fi ou un téléphone mobile et une tour de téléphonie cellulaire. De même, les scientifiques peuvent utiliser un autre type d’onde pour transmettre un autre type de données : des signaux provenant de processus et de dynamiques invisibles qui sous-tendent la manière dont les cellules prennent leurs décisions.

je Biologiste synthétiqueEt le mien Groupe de recherche La technologie a été développée Il envoie une vague de protéines génétiquement modifiées Voyagez à travers la cellule humaine pour ouvrir une fenêtre sur les activités cachées qui fournissent de l’énergie aux cellules lorsqu’elles sont en bonne santé et qui nuisent aux cellules lorsqu’elles sont hors de contrôle.

Les ondes peuvent être modifiées pour transporter différents types d’informations, comme la radio FM et AM.

Les vagues sont un puissant outil d’ingénierie

Le comportement oscillatoire des ondes est l’une des raisons pour lesquelles elles constituent des motifs géométriques si puissants.

Par exemple, des changements contrôlables et prévisibles dans les oscillations des ondes peuvent être utilisés pour coder des données, telles que des informations audio ou vidéo. Dans le cas d Radio à chaque station Il se voit attribuer une onde électromagnétique unique qui oscille à sa propre fréquence. Ce sont les chiffres que vous voyez sur le cadran de la radio.

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Les scientifiques peuvent étendre cette stratégie aux cellules vivantes. Mon équipe l’a utilisé Des vagues de protéines Transformer la cellule en une station radio microscopique qui diffuse en temps réel des données sur son activité pour étudier son comportement.

Animation d'ondes cyan et magenta formant une spirale

Les protéines bactériennes MinD (cyan) et MinE (magenta) peuvent s’organiser en motifs hélicoïdaux.

Convertir les cellules en stations de radio

L’étude de l’intérieur des cellules nécessite un type d’onde capable de communiquer et d’interagir spécifiquement avec les mécanismes et composants cellulaires.

Alors que les appareils électroniques sont constitués de fils et de transistors, les cellules sont construites et contrôlées par divers éléments chimiques. On les appelle des protéinesLes protéines remplissent diverses fonctions à l’intérieur de la cellule, depuis l’extraction de l’énergie du sucre jusqu’à déterminer si la cellule doit croître ou non.

Les ondes protéiques sont généralement rares dans la nature, mais certaines bactéries génèrent naturellement des ondes de deux protéines appelées Esprit et pensée – Ils sont souvent appelés ensemble MinDE – pour les aider à se diviser. Mon équipe a découvert que l’introduction de MinDE dans des cellules humaines provoque la réorganisation des protéines en un éventail surprenant de… Vagues et motifs.

Les ondes protéiques MinDE à elles seules n’interagissent pas avec d’autres protéines dans les cellules humaines. Cependant, nous avons constaté que MinDE peut être Conçu facilement Interagir avec l’activité de protéines humaines spécifiques responsables de la prise de décisions concernant la croissance, la signalisation aux cellules voisines, le mouvement et la division.

La dynamique des protéines qui déterminent ces fonctions cellulaires est difficile à détecter et à étudier dans les cellules vivantes, car l’activité des protéines est généralement invisible, même aux microscopes de grande puissance. Perturber ces modèles protéiques il est dans L’essence de beaucoup Cancers et troubles de la croissance.

Nous avons modélisé les liens entre les ondes protéiques MinDE et l’activité des protéines responsables des processus cellulaires clés. Or, l’activité de ces protéines provoque des changements dans la fréquence ou l’amplitude de l’onde protéique, tout comme la radio AM/FM. À l’aide de microscopes, nous pouvons détecter et enregistrer les signaux uniques diffusés par des cellules individuelles, puis les décoder pour récupérer la dynamique de ces processus cellulaires.

Nous commençons tout juste à explorer la manière dont les scientifiques utilisent les ondes protéiques pour étudier les cellules. Si l’histoire des vagues dans la technologie est une indication, leur potentiel est énorme.

Cet article a été republié à partir de Conversation Sous licence Creative Commons. Lire Article original.

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