Connect with us

science

Les quasiparticules difficiles à déplacer glissent sur les bords de la pyramide

Published

on

28 novembre 2023

(Actualités NanworkUn nouveau type de « fil » pour piloter les excitons, développé à l’Université du Michigan, pourrait contribuer à la création d’une nouvelle classe de dispositifs, comprenant peut-être des ordinateurs quantiques à température ambiante.

En outre, l’équipe a observé une violation significative de la relation d’Einstein, utilisée pour décrire la façon dont les particules se propagent dans l’espace, et l’a exploitée pour déplacer les excitons dans des faisceaux beaucoup plus petits qu’il n’était possible auparavant.

Prises principales

  • Un nouveau « fil » pour transporter les excitons, qui pourrait permettre des progrès dans l’informatique quantique et l’efficacité des appareils actuels.
  • Observation d’écarts significatifs par rapport à la théorie de la diffusion des particules d’Einstein, entraînant un mouvement des excitons plus compact.
  • Les excitons, qui sont des paires électron-trou, offrent des avantages en informatique en raison de leur charge neutre et de leur facilité de conversion vers/depuis la lumière.
  • L’informatique quantique à température ambiante est une application potentielle, tirant parti des excitons pour coder et traiter l’information quantique.
  • Une nouvelle structure hiérarchique pour un transport précis des excitons, surmontant le défi du déplacement de ces particules neutres.
  • Une pyramide à trois côtés, avec un côté d'environ six micromètres de long et un quart de micromètre de long.  Dans un coin de la base de la pyramide se trouve une ligne verte qui ressemble à une courbe en cloche.  La flèche rouge pointe vers le bord supérieur de la pyramide vers le sommet.  La pyramide est située sur une surface bleue et est bleue en bas, blanche au milieu et rouge en haut. Micrographie couleur à force atomique d’une pyramide de dioxyde de silicium recouverte d’une seule couche de diséléniure de tungstène. La ligne verte est un histogramme de la distribution des excitons et la flèche rouge montre son chemin depuis le bas de la pyramide. Les couleurs du toit et de la pyramide indiquent l’élévation à cet endroit. (Image : Laboratoire d’excitons et de photonique et Laboratoire de théorie quantique, Université du Michigan)
    READ  Fait scientifique versus science-fiction

    recherche

    « La nature utilise des excitons dans la photosynthèse. Nous utilisons des excitons dans les écrans OLED, certaines LED et les cellules solaires », a déclaré Parag Deutari, co-auteur de l’étude, dans la revue. ACS Nano (« Amélioration du transport par dérive des excitons grâce à la suppression de la diffusion dans des guides unidimensionnels. ») Superviseur des travaux expérimentaux et professeur agrégé de génie électrique et informatique. « Être capable de déplacer les excitons là où nous le souhaitons nous aidera à améliorer l’efficacité des appareils qui utilisent déjà des excitons et à élargir la portée des excitons en informatique. »

    Un exciton peut être considéré comme une particule (et donc une quasi-particule), mais il s’agit en réalité d’un électron lié à un espace vide chargé positivement dans le réseau de la matière (« un trou »). Étant donné qu’un exciton n’a pas de charge électrique nette, les excitons en mouvement ne sont pas affectés par la capacité parasite, qui est une interaction électrique entre les composants adjacents d’un dispositif provoquant une perte d’énergie. Les excitons sont également faciles à convertir vers et depuis la lumière, ce qui ouvre la voie à des ordinateurs très rapides et efficaces utilisant une combinaison d’optiques et d’excitons plutôt que d’électronique.

    Cette combinaison pourrait contribuer à permettre l’informatique quantique à température ambiante, a déclaré Makelo Kira, co-auteur de l’étude et professeur de génie électrique et informatique. Les excitons peuvent coder des informations quantiques et peuvent les conserver plus longtemps que les électrons à l’intérieur des semi-conducteurs. Mais ce temps se mesure toujours en picosecondes (10-1 2 secondes) au mieux, alors Kira et d’autres ont découvert comment utiliser les impulsions laser femtoseconde (10-15 secondes) pour traiter les informations.

    READ  L’élément clé de la vie découvert au dernier endroit prédit par les astronomes : ScienceAlert

    « Les applications de l’information quantique complète restent un défi car la dégradation de l’information quantique est trop rapide pour l’électronique ordinaire », a-t-il déclaré. « Nous explorons actuellement l’électronique à ondes lumineuses comme moyen d’augmenter la puissance des excitons avec des capacités de traitement très rapides. »

    Cependant, l’absence de charge nette rend très difficile le transport des excitons. Auparavant, Diotari avait mené une étude qui faisait passer des excitons à travers un semi-conducteur à l’aide d’ondes sonores. Désormais, la structure hiérarchique permet une transmission plus précise d’un petit nombre d’excitons, confinés à une seule dimension comme un fil.

    Cela fonctionne comme ceci :

    L’équipe a utilisé un laser pour créer un nuage d’excitons dans le coin de la base de la pyramide, provoquant le rebond des électrons de la bande de valence du semi-conducteur vers la bande de conduction, mais les électrons chargés négativement étaient toujours attirés vers les trous chargés positivement restant dans la pyramide. . Bande de Valence. Le semi-conducteur est une seule couche de semi-conducteur au diséléniure de tungstène, d’une épaisseur de seulement trois atomes, drapée sur la pyramide comme un tissu extensible. L’étirement des semi-conducteurs modifie le paysage énergétique rencontré par les excitons.

    Il semble contre-intuitif que les excitons s’élèvent jusqu’au bord de la pyramide et s’installent au sommet lorsque l’on imagine un paysage énergétique régi principalement par la gravité. Au lieu de cela, le paysage est régi par la distance entre les bandes de valence et de conduction du semi-conducteur. L’écart énergétique entre les deux, également connu sous le nom de bande interdite du semi-conducteur, diminue à mesure que le semi-conducteur s’étire. Les excitons migrent vers l’état d’énergie le plus bas, se dirigent vers le bord de la pyramide où ils montent ensuite jusqu’à son sommet.

    READ  Un impact géant pourrait avoir façonné la lune en quelques heures : étude

    L’équation formulée par Einstein est généralement efficace pour décrire comment un groupe de particules se propage vers l’extérieur et dérive. Cependant, le semi-conducteur était imparfait et ces imperfections servaient de pièges qui capturaient certains des excitons lorsqu’ils tentaient de dériver. Étant donné que les défauts à l’arrière du nuage d’excitons ont été comblés, ce côté de la distribution s’est étendu vers l’extérieur comme prévu. Mais l’avant-garde ne s’est pas encore étendue. La relation d’Einstein variait d’un facteur de plus de 10.

    « Nous ne disons pas qu’Einstein avait tort, mais nous avons montré que dans des cas complexes comme celui-ci, nous ne devrions pas utiliser sa relation pour prédire le mouvement des excitons issus de la diffusion », a déclaré Matthias Florian, co-premier auteur de l’article. Chercheur et chercheur en génie électrique et informatique, travaillant sous la supervision de Kira.

    Pour mesurer les deux directement, l’équipe devait détecter des photons uniques, émis lorsque des électrons liés et des trous se combinent spontanément. À l’aide de mesures de temps de vol, ils ont également détecté la source des photons avec suffisamment de précision pour mesurer la répartition des excitons dans le nuage.

    Continue Reading
    Click to comment

    Leave a Reply

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

    science

    Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

    Published

    on

    Développement de nouveaux aptamères d’ADN de mélanopsine pour réguler les rythmes circadiens

    résumé:

    Les aptamères d’ADN de mélanopsine qui régulent l’horloge des rythmes biologiques ont été développés par l’Université de technologie de Toyohashi et le groupe de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST).

    Les aptamères d’ADN peuvent se lier spécifiquement aux biomolécules pour moduler leur fonction, ce qui en fait des agents thérapeutiques idéaux pour les oligonucléotides. Nous avons examiné l’aptamère ADN mélanopsine (OPN4), un photopigment bleu de la rétine qui joue un rôle clé dans l’utilisation des signaux lumineux pour réinitialiser la phase des rythmes circadiens de l’horloge centrale.

    Tout d’abord, 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts) ont été identifiés après huit cycles de Cell-SELEX en utilisant des cellules exprimant la mélanopsine sur la membrane cellulaire. Une analyse fonctionnelle ultérieure de Melapt a été réalisée dans une lignée cellulaire de fibroblastes exprimant de manière stable à la fois Période 2:ELuc et la mélanopsine en déterminant dans quelle mesure ils réinitialisent la phase des rythmes circadiens des mammifères en réponse à la stimulation de la lumière bleue. Période 2 L’expression rythmique a été surveillée sur une période de 24 heures Période 2 : ELuc: Thymidine kinase (TK):OPN4 Fibroblastes stables exprimant la mélanopsine. À l’aube, quatre mélaptes ont avancé leur phase de> 1, 5 h, tandis que sept mélaptes ont retardé leur phase de> 2 h. Un petit nombre de mélaptes a induit un déphasage d’environ 2 h, même en l’absence de stimulation lumineuse, peut-être parce que les mélaptes ne peuvent influencer que partiellement les signaux d’entrée pour le déphasage. De plus, quelques mélaptes ont provoqué des déphasages dans Période 1:: Des souris transgéniques luc (Tg) ont été utilisées pour surveiller les rythmes circadiens à travers… Période 1 Expression rythmique.

    Ces aptamères d’ADN pourraient avoir la capacité d’affecter la mélanopsine In vivoEn résumé, les aptamères Melapts peuvent réguler avec succès le signal d’entrée et le déphasage (à la fois avance de phase et retard de phase) des rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

    détails:

    Améliorer indirectement le cycle veille-sommeil en manipulant la capacité de la mélanopsine à transmettre des signaux à l’horloge centrale serait socialement et économiquement bénéfique.

    READ  Ce pulsar "Black Widow" est l'étoile à neutrons la plus massive à ce jour

    La mélanopsine est une protéine photoréceptrice exprimée dans les cellules ganglionnaires de la rétine qui absorbent la lumière bleue avec une absorption maximale de 477 nm. La mélanopsine est connue pour jouer un rôle important dans la réinitialisation de phase de l’horloge circadienne des mammifères par la lumière bleue et dans l’expression rythmique des gènes de l’horloge, par ex. Période 1,2 (Par1,2). La phase de l’horloge circadienne moléculaire est réinitialisée et dépend du moment de la stimulation lumineuse et de l’induction de la lumière transitoire. Pour chaque 1 Par les photorécepteurs de la mélanopsine (Figure 1). Récemment, les antagonistes de la mélanopsine acquis grâce au criblage chimique de bibliothèques chimiques contribuent principalement au retard de phase du rythme.

    Dans cette étude, nous avons utilisé l’évolution cellulaire systématique des ligands par la méthode d’enrichissement exponentiel (Cell-SELEX) pour identifier les aptamères d’ADN (ADN simple brin ; ADNsb) qui provoquent un déphasage de la mélanopsine dans les rythmes circadiens. Au total, 15 aptamères de mélanopsine (Melapts 1 à 15) ont été analysés pour évaluer leur capacité à déphaser les rythmes circadiens. Par2::ELuc oscillations vitales dans Par2:ELuc:TK:Mel cellules stables, où suit le rapporteur biologique Par2 La région promotrice qui contrôle l’amplificateur de la luciférase émet une couleur verte à partir de Periarinus tremeteluminans, avec une expression accrue de la mélanopsine sous le contrôle du promoteur de la thymidine kinase (TK). Dans ces lignées de fibroblastes stables, la voie de signalisation est intégrée dans un fibroblaste imitant la voie de signalisation allant de la rétine à l’horloge centrale (noyau ou noyaux suprachiasmatiques : SCN) par la mélanopsine (Figure 2).

    Les aptamères d’acide nucléique sont des molécules d’ARN/ARN courtes et simple brin qui peuvent se lier sélectivement à des cibles, protéines, peptides et autres molécules spécifiques, et peuvent être utilisées en clinique pour modifier la fonction des molécules cibles. Les principaux avantages de ces aptamères incluent leur spécificité cible élevée, leur immunogénicité et leur facilité de synthèse.

    READ  Une mystérieuse bactérie du désert a développé sa capacité unique de photosynthèse

    Parmi les 15 aptamères d’ADN de mélanopsine (Melapts), quatre melapts ont provoqué une avance de phase et sept melapts ont provoqué un retard des rythmes circadiens (de > 1,5 h et > 2 h, respectivement) chez Par2::Lignée cellulaire ELuc. Un petit nombre de cellules Melapts ont induit des déphasages d’une durée d’environ 2 h, même en l’absence de photostimulation dans le laboratoire.

    Melapt04 et Melapt10 ont induit une avance ou un retard de phase circadienne d’environ 3 heures, respectivement, dans CT22 et CT8 pendant le processus d’entrée du signal lumineux. Cela suggère que Melapt04 régule la phase des rythmes circadiens et facilite le sommeil et l’éveil, principalement par la progression des phases (Figure 3-5). Il existe deux types de mélaptes qui avancent et retardent le déphasage dans la même direction, quel que soit le moment du stimulus lumineux. Cependant, les trois Melaptes ont avancé et retardé le déphasage dans des directions opposées à l’aube et au crépuscule. Par conséquent, ces Melaptes devraient être utiles dans la régulation des phases des rythmes (Figures 6,7).

    Nous avons joué In vivo Expériences similaires à dans le laboratoire Expériences visant à déterminer si la liaison de Melapt à la mélanopsine dans la rétine s’étendant jusqu’au noyau suprachiasmatique affecte les déphasages de l’horloge centrale du noyau suprachiasmatique. Pour chaque 1::Luc Souris transgéniques : des souris qui Pour chaque 1::Luc Le gène recombiné a été inséré dans le génome de toutes les cellules. Pour chaque 1::Luc C’est un gène recombiné Pour chaque 1 La région promotrice suit l’enzyme luciférase dérivée de la luciole en tant que rapporteur pour surveiller les rythmes circadiens.

    Huit types de réponses de déphasage provoquant Melapt Par2 Des rythmes d’expression lors d’expériences in vitro ont été injectés dans des follicules oculaires Pour chaque 1:: souris Luc Tg à CT22 (Figure 8, 9). Melapt01, Melapt03, Melapt04, Melapt07, Melapt09 et Melapt10 ont montré des capacités de transformation de phase similaires à celles de Par2:ELuc:TK:Cellules stables Mel: In vivo Et dans le laboratoire.

    L’effet de Melabit sur la transformation de phase dans… In vivo Les expériences peuvent être prédites à partir de dans le laboratoire De plus, des déphasages brutaux de trois heures ont été identifiés chez des animaux intacts, quel que soit l’ampleur de l’avance ou du retard des mélaptes dans Par2:Eluk:TK:Cellules de Mel.

    READ  Fait scientifique versus science-fiction

    En conclusion:

    En résumé, Melapts a pu réguler les signaux d’entrée et les déphasages pour obtenir une avance et un retard de phase dans les rythmes circadiens des mammifères. dans le laboratoire Et In vivo.

    Les mélaptes pourraient contribuer aux recherches futures axées sur la réinitialisation des phases circadiennes. Les mélaptes pourraient nous aider à mieux nous adapter aux cycles de vie sociale modernes, permettre d’optimiser les cultures et les animaux domestiques pour une plus grande productivité et aider les travailleurs postés à surmonter le décalage social en ajustant les phases circadiennes. Ces mélaptes pourraient contribuer à réinitialiser la phase des horloges circadiennes dans les voies d’entrée photosynthétiques.

    Organisme de financement:

    Cette étude a été financée par un financement de recherche de TechnoPro Inc. TechnoPro R&D et le programme de parrainage des Jeunes Chercheurs en Recherche Interdisciplinaire de Pointe (RN). Le financement pour les scientifiques de Keban (n° RN 24590350 et 20H00614) a été obtenu de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS), de la Mitsubishi Science Foundation (à RN) et d’une subvention de recherche pour l’innovation en science et technologie à l’Université de Toyohashi. de technologie (à RN). Cette étude a également été soutenue par le ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, de la Science et de la Technologie du Japon (YN 21H02083).

    source:

    Référence dans le magazine :

    Nakazawa, K. et autres(2024). Les aptamères d’ADN de mélanopsine peuvent réguler les signaux d’entrée des rythmes circadiens des mammifères en modifiant la phase de l’horloge moléculaire. Frontières des neurosciences. est ce que je.org/10.3389/fnins.2024.1186677.

    Continue Reading

    science

    Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

    Published

    on

    Un chercheur développe une méthode pour convertir la chaleur en énergie pour les engins spatiaux

    La source d’énergie développée par Yi Cheng, professeur à la Northeastern University, utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre.

    Le tir à la tête de Ye Cheng.
    Yi Cheng, professeur adjoint de génie mécanique et industriel, mène des recherches sur le toit de Snell Engineering le 7 juin 2021. Photo : Robbie Wallau/Northeastern University

    Un chercheur de la Northeastern University développe un dispositif qui capte la chaleur perdue des équipements spatiaux et la lumière solaire réfléchie et la transforme en source d’énergie pour les vaisseaux spatiaux et les rovers martiens de l’US Air Force.

    « Même si cela ne peut fournir que 10 à 15 % d’énergie de secours pour l’électronique, nous pouvons prolonger la durée de vie de l’électronique et du vaisseau spatial », dit-il. Yi Chengprofesseur agrégé de génie mécanique et industriel et directeur du Nanoscale Energy Laboratory de Northeastern.

    Cheng travaillera sur le dispositif thermique en collaboration avec Faraday Technology, une société basée dans l’Ohio spécialisée dans le développement de technologies d’ingénierie électrochimique appliquée pour le gouvernement américain et les clients commerciaux.

    « Notre objectif est de concevoir un absorbeur et un émetteur thermique hautes performances capables d’absorber, de convertir et d’émettre de l’énergie à la longueur d’onde souhaitée », explique Cheng.

    Il affirme que cette technologie serait adaptée aux voyages spatiaux à court et à long terme, notamment à une utilisation sur la Lune, sur Mars ou même sur des satellites lancés depuis notre galaxie.

    Au cours des dernières années, Cheng a développé des matériaux pour la récupération et le stockage de l’énergie, les déchets d’énergie et les nanomatériaux.

    READ  une mystérieuse cascade de plasma vue sur le soleil ; CME déclenche un nouvel avertissement de tempête solaire pour la Terre

    Il affirme que la principale source d’énergie dans l’espace est généralement le soleil, avec des panneaux solaires haute performance convertissant la lumière du soleil en énergie pour alimenter les équipements spatiaux.

    La source d’énergie développée par Cheng utilisera la chaleur perdue générée par les équipements spatiaux et dissipée dans l’espace, ainsi que la lumière du soleil qui n’atteint pas la Terre et est réfléchie par l’atmosphère.

    Cheng affirme que les engins spatiaux et les équipements spatiaux doivent fonctionner dans des conditions extrêmes : des températures extrêmement basses (généralement moins 554 degrés Celsius ou moins 270 degrés Celsius) et un vide quasi total. De plus, la conduite d’engins spatiaux nécessite des ressources énergétiques.

    « Nous ne pouvons pas simplement libérer un autre réservoir d’oxygène [for example] « Pour voyager, explique Cheng.

    Les appareils électroniques fonctionnant sur des vaisseaux spatiaux ou sur des surfaces à haute température produiront un rayonnement thermique, ou lumière infrarouge, invisible à l’œil nu mais pouvant être détecté comme une sensation de chaleur sur la peau, explique Cheng. Cette chaleur se dissipera dans l’espace et sera perdue.

    La chaleur résiduelle existe presque partout, y compris sur Terre, explique Cheng. Par exemple, un moteur chaud ou un four chauffé à haute température dissipe également une partie de cette chaleur.

    Cheng affirme que la récupération de cette énergie a été étudiée au cours des dernières décennies et que son équipe appliquera des techniques récemment développées dans la conception de son système thermique.

    Premièrement, les chercheurs testeront différents matériaux et surfaces artificiels – respectivement appelés métamatériaux et métasurfaces – afin d’utiliser l’absorbeur de chaleur proposé. Les métamatériaux ont certaines propriétés que l’on ne remarque pas dans les matériaux naturels. Ils n’existent pas naturellement sur Terre, ils doivent donc être fabriqués à l’échelle nanométrique en laboratoire, explique Cheng.

    READ  Une mystérieuse bactérie du désert a développé sa capacité unique de photosynthèse

    Selon Cheng, le problème avec les matériaux courants est qu’ils n’ont pas de propriétés d’absorption ou d’émission élevées aux longueurs d’onde requises pour l’énergie infrarouge. Cheng dit que la longueur d’onde de la lumière infrarouge se situe entre 1,5 et 2,5 micromètres, ce qui est environ 12 à 24 fois inférieur au diamètre d’un cheveu humain.

    «Cela nécessite donc un travail théorique et expérimental de la part de notre groupe», dit-il. « En fait, mes intérêts de recherche se concentrent sur le réglage actif et dynamique des propriétés thermiques, rayonnantes et optiques. [of materials] ». »

    « Nous devons également équilibrer le poids et le coût », explique Cheng. « Nous devons équilibrer beaucoup de choses. Ainsi, étant donné le choix limité de matériaux utilisés dans l’espace, cela nous a amené à réfléchir à l’utilisation de la nanotechnologie pour concevoir des matériaux fonctionnels en tant que dispositif thermique. »

    Il affirme que même si la nanotechnologie, ou les nanomatériaux, coûte cher, elle fonctionne très bien. Sans nanotechnologie, il est impossible d’absorber des longueurs d’onde spécifiques dans des conditions extrêmes.

    Cheng affirme que les scientifiques utilisent des matériaux résistants à la chaleur pour fabriquer des nanomatériaux, qui sont stables, ont un point de fusion élevé dépassant 2 700 degrés (ou 1 500 degrés Celsius) et une longue durée de vie.

    Un bon candidat est le tungstène, un métal rare avec les points de fusion et d’ébullition les plus élevés parmi les éléments connus sur Terre, explique Cheng. Cheng ne s’appuie pas uniquement sur ce matériau, mais lorsqu’il est combiné avec d’autres matériaux, il peut être utile dans les conditions difficiles de l’espace.

    READ  Fait scientifique versus science-fiction

    Cheng passe cet été en tant que membre du corps professoral de la NASA au Glenn Research Center de Cleveland. Il mène des recherches sur la gestion de la chaleur pour la campagne Artemis qui vise à ramener les Américains sur la Lune en préparation de la première mission habitée vers Mars.

    « J’espère vraiment que ce que je fais pour l’Air Force et la NASA contribuera en fait aux futurs projets de voyages spatiaux plus longs », a déclaré Cheng.

    les sciences et la technologie

    Histoires modernes

    Actualités, découvertes et analyses du monde entier

    Continue Reading

    science

    Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

    Published

    on

    Regardez la lune recouvrir l’étoile géante bleue Spica le 13 juillet

    L’un des événements les plus intéressants de l’astronomie optique, et certainement le plus rapide, se produit lorsque la Lune éclipse une étoile. Le bord de la lune se rapproche, semble appuyer dessus pendant plusieurs secondes, puis l’étoile disparaît soudainement ! Il réapparaît à la même vitesse sur la face cachée de la Lune jusqu’à une heure ou plus plus tard.

    Le samedi 13 juillet, toute personne disposant d’un télescope et d’un ciel dégagé devrait se concentrer sur la lune de ce soir-là, juste après son premier quartier (éclairée à 52 %). À ce moment-là, la Lune passera devant l’étoile de première magnitude Cygnus Spongiosa vue d’Amérique du Nord.

    Continue Reading

    Trending

    Copyright © 2023