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« Purple Bronze Discovery » révèle la « clé parfaite » de la technologie future

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« Purple Bronze Discovery » révèle la « clé parfaite » de la technologie future

Les scientifiques quantiques ont découvert un phénomène dans le bronze violet, un métal unidimensionnel, qui lui permet de basculer entre les états isolant et supraconducteur. Cette commutation, provoquée par des stimuli minimes tels que la chaleur ou la lumière, est due à une « symétrie émergente ». Cette découverte pionnière, qui a débuté avec des recherches sur la magnétorésistance du métal, pourrait conduire au développement de commutateurs parfaits dans les dispositifs quantiques, une étape potentielle dans la technologie quantique.

Les scientifiques quantiques ont découvert un phénomène dans le bronze violet qui pourrait être essentiel au développement du « commutateur parfait » dans les dispositifs quantiques qui basculent entre le rôle d’isolant et celui de supraconducteur.

Recherche menée par l’Université de Bristol et publiée dans les sciencesCes deux états électroniques opposés se trouvent dans le bronze violet, un métal unidimensionnel unique composé de chaînes d’atomes conducteurs individuels.

Par exemple, de petits changements dans un matériau, déclenchés par un petit stimulus tel que la chaleur ou la lumière, peuvent déclencher une transition instantanée d’un état isolant à conductivité nulle à un état supraconducteur à conductivité illimitée, et vice versa. Cette diversité de polarisation, connue sous le nom de « symétrie émergente », a le potentiel de fournir un parfait interrupteur marche/arrêt dans les futurs développements de la technologie quantique.

Représentation de symétrie émergente

L’image montre une représentation de symétrie émergente, montrant une goutte d’eau parfaitement symétrique émergeant d’une couche de glace. En revanche, les cristaux de glace dans la neige ont une forme complexe et sont donc moins symétriques qu’une goutte d’eau. La couleur violette indique le matériau violet-bronze dans lequel ce phénomène a été découvert. Crédit : Université de Bristol

Un voyage de 13 ans

Auteur principal Nigel Hussey, professeur de physique à l’Université de Université de Bristol« C’est une découverte vraiment passionnante qui pourrait fournir une clé parfaite pour les futurs dispositifs quantiques », a-t-il déclaré.

« Ce voyage fascinant a commencé il y a 13 ans dans mon laboratoire lorsque deux doctorants, Xiaofeng Xu et Nick Wickham, ont mesuré la magnétorésistance – le changement de résistance provoqué par un champ magnétique – du bronze violet.

En l’absence de champ magnétique, la résistance du bronze violet dépendait fortement de la direction dans laquelle le courant électrique entrait. Sa dépendance à la température était également complexe. À température ambiante, la résistivité est métallique, mais à mesure que la température diminue, elle s’inverse et le matériau semble se transformer en isolant. Puis, aux températures les plus basses, la résistance diminue à nouveau à mesure qu’elle se transforme en supraconducteur. Malgré cette complexité, la magnétorésistance est étonnamment simple. C’était essentiellement le même quelle que soit la direction dans laquelle le courant ou le champ était aligné et suivait une dépendance linéaire parfaite de la température depuis la température ambiante jusqu’à la température de transition supraconductrice.

« Aucune explication cohérente n’a pu être trouvée à ce comportement déroutant, et les données sont restées dormantes et non publiées pendant les sept années suivantes. Un écart comme celui-ci est inhabituel dans la recherche quantique, même si la raison n’en est pas un manque de statistiques », a déclaré le professeur Hussey. expliqué.

« Une telle simplicité dans la réponse magnétique dissimule toujours une origine complexe, et il s’avère que sa solution potentielle ne surviendra que par une rencontre fortuite. »

Une rencontre fortuite mène à une percée

En 2017, le professeur Hussey travaillait à l’université de Radboud et a vu une annonce pour un séminaire du physicien Dr Piotr Chudzinski sur le thème du bronze violet. À l’époque, peu de chercheurs consacreraient un colloque entier à cette substance inconnue, ce qui a piqué son intérêt.

Le professeur Hussey a déclaré : « Lors du symposium, Chudzinski a suggéré que la résistance élevée pourrait être causée par une interférence entre des électrons de conduction et des particules composites insaisissables connues sous le nom d’« excitons sombres ». Nous avons discuté après le symposium et avons proposé ensemble une expérience pour tester sa théorie. les mesures ultérieures l’ont essentiellement confirmé.

Grâce à ce succès, le professeur Hussey a relancé les données de magnétorésistance de Shaw et Wakeham et les a présentées au Dr Chudzinski. Deux caractéristiques clés des données – la linéarité avec la température et l’indépendance par rapport à la direction et au champ du courant – ont intrigué Chudzinski, tout comme le fait que le même matériau peut présenter un comportement isolant et supraconducteur en fonction de sa croissance.

Le Dr Chudzinski s’est demandé si l’interaction entre les porteurs de charge et les excitons qu’il a présentée plus tôt, plutôt que de se convertir entièrement en isolants, pourrait amener les premiers à graviter vers la frontière entre les états isolant et supraconducteur à mesure que la température diminue. Aux mêmes limites, la probabilité qu’un système soit isolant ou supraconducteur est essentiellement la même.

Le professeur Hussey a déclaré : « Une telle symétrie physique est un état inhabituel, et développer une telle symétrie dans un métal à mesure que la température diminue, d’où le terme « symétrie émergente », constituerait une première mondiale. »

Les physiciens connaissent bien le phénomène de rupture de symétrie : l’abaissement de la symétrie d’un système électronique lors du refroidissement. L’arrangement complexe des molécules d’eau dans un cristal de glace est un exemple de cette symétrie brisée. Mais l’inverse est un événement extrêmement rare, pour ne pas dire unique. Pour en revenir à l’analogie eau/glace, c’est comme si, une fois la glace refroidie davantage, la complexité des cristaux de glace « fondait » à nouveau en quelque chose de cohérent et lisse comme une goutte d’eau.

La symétrie émergente : un phénomène rare

Le Dr Chudzinski, aujourd’hui chercheur à l’Université Queen’s de Belfast, a déclaré : « Imaginez un tour de magie où une forme terne et déformée se transforme en une belle sphère parfaitement symétrique. En bref, c’est l’essence de la symétrie émergente. La question est notre matière, le bronze violet, tandis que notre magicien est la nature elle-même. » .

Pour tester davantage si la théorie contient de l’eau, 100 cristaux individuels supplémentaires, certains isolants et d’autres supraconducteurs, ont été examinés par un autre doctorant, Martin Berbin, qui travaille à l’Université Radboud.

Le professeur Hussey a ajouté : « Après les efforts titanesques de Martin, l’histoire est terminée et la raison pour laquelle différents cristaux semblent avoir des états fondamentaux si complètement différents devient claire. En regardant vers l’avenir, il sera peut-être possible d’exploiter cette « nouveauté » pour créer des commutateurs dans circuits quantiques où de petits stimuli déclenchent des changements profonds et de grande ampleur dans la résistance de commutation.

Référence : « Symétrie émergente dans un supraconducteur de faible dimension sur le bord de Mottness » par P. Chudzinski, M. Berben, Xiaofeng Xu, N. Wakeham, B. Bernáth, C. Duffy, R. D. H. Hinlopen, Yu-Te Hsu, S. Weidman, B. Tinnemans, Rongying Jin, M. Greenblatt, NE Hussey, 16 novembre 2023, les sciences.
est ce que je: 10.1126/science.abp8948

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L'épaisseur de la croûte de glace révèle la température de l'eau sur les mondes océaniques

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Les astrobiologistes de l'Université Cornell ont mis au point une nouvelle façon de déterminer la température des océans sur des mondes lointains en fonction de l'épaisseur de leurs coquilles de glace, réalisant ainsi efficacement une océanographie depuis l'espace.

Les données disponibles montrant la variation de l'épaisseur de la glace permettent déjà de prédire la partie supérieure de l'océan d'Encelade, l'une des lunes de Saturne, et l'étude orbitale prévue par la NASA sur la croûte glacée d'Europe devrait faire de même pour la lune jovienne, beaucoup plus grande, renforçant ainsi les conclusions de la mission quant à savoir si elle pourrait soutenir la vie. .

Les chercheurs suggèrent qu'un processus appelé « pompage de glace », qu'ils ont observé sous les plates-formes de glace de l'Antarctique, a probablement formé la face inférieure des coquilles glacées d'Europe et d'Encelade, mais doit également être à l'œuvre sur Ganymède et Titan, qui sont de grandes lunes de Jupiter et Saturne. successivement. Ils ont montré que les plages de températures dans lesquelles la glace et les océans interagissent – ​​des régions importantes où des composants de la vie peuvent être échangés – peuvent être calculées en fonction de la pente de la croûte de glace et des changements du point de congélation de l’eau à différentes pressions et salinités.

« Si nous pouvons mesurer le changement d'épaisseur de ces coquilles de glace, nous pourrons obtenir des contraintes de température dans les océans, ce qu'il n'y a pas d'autre moyen de faire sans les percer », a déclaré Brittney Schmidt, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique. . Sciences de la Terre et de l'atmosphère. « Cela nous donne un autre outil pour essayer de comprendre le fonctionnement de ces océans. La grande question est : les choses y vivent-elles, ou peuvent-elles y vivre ? »

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Avec les membres actuels et anciens du Planetary Habitability and Technology Laboratory, Schmidt a co-écrit le livre « Ice-Ocean Interactions on Ocean Worlds Affecting the Topography of Ice Shells », publié dans la revue Journal de recherche géophysique : Planètes.

En 2019, à l'aide du robot télécommandé Icefin, l'équipe de Schmidt a observé de la glace pompée dans une fissure au fond de la plate-forme de glace de Ross, en Antarctique.

Les chercheurs ont cartographié les plages d'épaisseur, de pression et de salinité possibles de la croûte pour les mondes océaniques avec une gravité variable, et ont conclu que le pompage de glace se produirait dans les scénarios les plus probables, mais pas dans tous les scénarios. Ils ont découvert que les interactions entre la glace et les océans sur Europe pourraient être similaires à celles observées sous la plate-forme de glace de Ross, preuve que ces régions pourraient être parmi les plus semblables à la Terre sur des mondes extraterrestres, a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center. . d'astrophysique et de sciences planétaires et responsable de programme chez Honeybee Robotics.

La sonde Cassini de la NASA a produit suffisamment de données pour prédire la plage de température de l'océan d'Encelade, en fonction de l'inclinaison de sa croûte de glace des pôles à l'équateur : -1 095°C à -1 272°C. Connaître les températures permet de comprendre comment la chaleur circule dans les océans et comment elle se propage, affectant l'habitabilité.

Les chercheurs s'attendent à ce que le pompage de glace soit faible sur Encelade, une petite lune (aussi large que l'Arizona) avec une topographie spectaculaire, tandis que sur Europe plus grande – qui a à peu près la taille de la lune terrestre – ils s'attendent à ce qu'il fonctionne rapidement pour ramollir et aplatir la croûte glacée. . un socle.

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Ce travail montre comment la recherche sur le changement climatique sur Terre peut également bénéficier à la science planétaire, a déclaré Schmidt, c'est pourquoi la NASA a soutenu le développement d'ICEVEN.

« Il existe une relation entre la forme de la croûte de glace et la température de l'océan », a déclaré Schmidt. « C'est une nouvelle façon d'obtenir plus d'informations à partir des mesures de la croûte de glace que nous espérons pouvoir obtenir pour Europe et d'autres mondes. »

La recherche a été soutenue par les futurs chercheurs du programme FIESST (Earth and Space Science and Technology) de la NASA et par la National Science Foundation.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation planétaire

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Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

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Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

Nos résultats montrent comment la présence d’eau peut influencer l’évolution d’un système planétaire, tout comme elle l’a fait il y a environ 4,5 milliards d’années dans notre système solaire.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

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Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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