La rentrée universitaire coïncide avec la scientifique et
les publications de physique expérimentale se multiplient
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Une mémoire quantique optique qui se rétrécit à l'échelle nanométrique
Optical quantum memory shrinks to the nanoscale
Sep 4, 2017
4 septembre 2017
Image du microscope électronique de la cavité optique
utilisée pour créer une mémoire quantique
Effet Stark: la cavité optique
Un nouveau type de mémoire optique qui pourrait être intégré
à d'autres composants sur une puce a été dévoilé par des physiciens aux
États-Unis. Le dispositif surmonte un défi important auquel font face les
chercheurs qui tentent de faire des ordinateurs quantiques basés sur la lumière
- comment capturer efficacement les photons dans une structure de taille
inférieure à celle du micron.
Depuis l'envoi de messages susceptibles d'être cryptés
jusqu’à relier les ordinateurs quantiques à l'Internet quantique, la
possibilité d'échanger des informations quantiques peut être vitale pour
l'avenir de la technologie. Cela ne sera cependant pas possible, sans mémoire
quantique, pour stocker les états quantiques et les libérer au besoin.
Dans Internet d'aujourd'hui, les informations sont envoyées
entre les ordinateurs via une série distribuée de nœuds appelés routeurs.
"Les paquets [d'informations] sont peut-être stockés pendant un certain
temps et ensuite ils sont envoyés", explique Andrei Faraon, du California
Institute of Technology, "Il existe un certain contrôle sur le calendrier
du paquet". Un réseau optique qui utilise des photons pour transporter des
informations quantiques nécessiterait des nœuds analogues pour stocker des
chaînes de zéro (bits) mais aussi des états quantiques complets de photons individuels
(bits quantiques ou qubits).
Il existe actuellement plusieurs mémoires quantiques
différentes en développement - certaines stockant enqubits les excitations
collectives dans des ensembles d'atomes, d'autres utilisant des cristaux à
l'état solide. Parmi le deuxième groupe, les cristaux dopés avec des ions de
métaux des terres rares se sont révélés efficaces parce que les ions de terres
rares ont des transitions électroniques tranchées et stables qui peuvent se
coupler aux photons et conserver leurs états quantiques. Cependant, absorber un
photon nécessite généralement des épaisseurs de matériau allant du millimètre
au centimètre, ce qui rend les mémoiresquantiques assez importantes.
, Faraon et ses collègues ont produit une cavité optique
résonnante de seulement 0,056 μm3 de volume dans un orthovanadate d'yttrium dopé au néodyme -
qui est un matériau cristallin utilisé dans les lasers à l'état solide.
L'interaction entre les photons individuels et la matière est fortement
améliorée dans la cavité, explique Faraon: "Les photons sont capturés par
les atomes dans un volume beaucoup plus petit. C'est ce qui nous a permis de
créer un appareil beaucoup plus petit".
Après avoir refroidi la cavité à 480 mK, l'équipe la couple
à une fibre optique alimentée par un laser. Lorsqu'une série de paires
d'impulsions lumineuses est injectée dans la cavité, les chercheurs reviennent
environ 75 ns plus tard. La fidélité de la mémoire (la proportion de photons
retrouvés dans l'état quantique correct) est de 96,8%. Ceci est dû à la hauteur des mémoires quantiques de ce
type à la fine pointe de la technologie. Cependant, l'efficacité de la mémoire
(la proportion de photons récupérée du tout) n'était que de 2,5%. "Nous
montrons un chemin clair vers la façon dont cette efficacité peut être
améliorée", explique Faraon.
Pour contrôler le moment où les impulsions stockées sont
relâchées, les chercheurs appliquent un deuxième ensemble d'impulsions laser
qui sont légèrement hors résonance de la fréquence de la cavité. Ces impulsions
compriment l'espacement des niveaux d'énergie dans la cavité grâce à l'effet
Stark. Les chercheurs ont constaté que cela entraînait un léger retard dans le
moment de la sortie du photon. Comme ils augmentent l'intensité de ces
"impulsions Stark", le délai augmente à un maximum d'environ 10 ns.
Outre les économies possibles en matériaux et en espace, la
mémoire nanophotonique présente plusieurs avantages par rapport à ses homologueactuelles
« s en vrac ». Par exemple, avant que la cavité ne puisse accepter un
photon, les spins de néodyme doivent être polarisés à l'aide d'impulsions laser
répétées. «Ces étapes de préparation sont nettement plus rapides dans la cavité
[que dans le système en vrac]», explique Faraon.
Margherita Mazzera de l'Institut des sciences photoniques de
Barcelone décrit le travail comme «significatif», ajoutant: «Il existe
plusieurs aspects nouveaux, mais le plus important, c'est que c'est la première
fois que la capacité de la mémoire a été démontrée etre au niveau du photon
unique dans un système nanophotonique de terres rares ".
Il souligne toutefois que des augmentations drastiques à la
fois de l'efficacité (à environ 90%) et du temps de stockage, ainsi que
l'introduction de la libération à la demande du photon sont nécessaires avant
que le système ne puisse constituer une mémoire quantique pratique. Le
protocole habituel pour obtenir une lecture à la demande, dit-elle, est «une
étape très difficile» que les chercheurs n'ont pas encore démontrée. Elle
décrit l'utilisation d'impulsions Stark pour retarder la libération du photon
comme «une solution intermédiaire».
Nicolas Gisin, de l'Université de Genève, affirme que le
travail est «significatif mais aussi assez spécialisé» et accepte qu'il reste
beaucoup de travail avant que l'appareil ne puisse former une mémoire quantique
utile. À son avis, cependant, le retard d'émission dû à l'effet Stark est la
caractéristique la plus importante du travail en termes de science
fondamentale. "Je trouve fascinant d'arrêter le photon et de décider quand
il revient, et de revenir avec ses propriétés quantiques intactes".
La recherche est décrite dans Science : Tim Wogan is a
science writer based in the UK
MON COMMENTAIRE /Je
trouve intéressant d’utiliser l’effet
Stark comme frein de sortie ! Cela
dit que d’efforts pour viser cet ordinateur quantique futuriste
et qui sera trop complexe pour un usage public !
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Comment protéger les personnes et les biens contre les
bombes volcaniques
How to protect people and property from volcanic ballistics
Sep 5, 2017
5 sept. 2017
Photographie de Mount Ontake au Japon
Zone de danger: Mount Ontake du Japon
Les bombesbalistiques
volcaniques sont des fragments de lave et de roche - de taille allant de
quelques centimètres à des dizaines de mètres de diamètre - expulsés par des
éruptions explosives à des températures supérieures à 1000 ° C. Traversant
l'air à des vitesses atteignant des centaines de mètres par seconde, ils se
déplacent dans des arcs paraboliques et sont capables de frapper jusqu'à 10 km
du volcan qui les a lancés. Bien qu’ils présentent un risque important pour les
personnes et les infrastructures, les évaluations de la vulnérabilité de ces
balistiques - à partir desquelles des stratégies de gestion des risques peuvent
être développées - font défaut jusqu’à présent.
Dans une nouvelle étude, cependant, Tom Wilson et ses
collègues de l'Université de Canterbury en Nouvelle-Zélande et l'Institut de
recherche Mount Fuji au Japon ont simulé l'impact des projectiles volcaniques
en utilisant un canon pneumatique pour tirer de vraies roches volcaniques sur
des sections de mur et des revêtements de toit. C'est la première étude
balistique à utiliser des roches de dimensions et de poids réalistes pour
simuler des bombes volcaniques plutôt que, par exemple, des projectiles à base
de mastic. On a testé quatre types de gaines couramment utilisés: la tôle, les
planches de bois, des bordure de bois et le béton armé - dont chacun était
monté sur un cadre en bois. Diverses vitesses d'impact, masses et angles ont
été utilisés pour trouver le seuil de différentes sévérités. Chaque impact a
été enregistré, à partir duquel la vitesse balistique, la trajectoire d'impact et
le chemin des éclats résultants ont été mesurés.
L'équipe a comparé ces données avec des mesures qui ont eu
des effets balistiques sur les bâtiments de la vie réelle suite aux éruptions
récentes du Mount Ontake et du Mont Usu de Japon, ainsi que des données
similaires déjà enregistrées dans d'autres volcans à travers le monde, en
recherchant des similitudes dans les modèles de dégâts.
De tous leurs résultats, les chercheurs ont développé des
modèles de construction de vulnérabilité à une attaque balistique d'une
éruption volcanique. Ils ont constaté que le béton était le matériau le plus
résistant aux chocs et que plus l'impact était oblique, moins il a causé des
dégâts obliques, et les éclats qu'ils ont
créés, ont tendance à ricocher plus loin de la gaine. En outre, les bâtiments
peuvent offrir une résistance aux chocs améliorée lorsque les bombes
volcaniques les frappent dans des zones directement supportées par leur
structure de châssis.
L'équipe conclut que l'endroit idéal pour se protéger serait
le côté d'un immeuble avec un toit en béton armé, une structure d'encadrement
dense, des étages multiples et une couche intérieure secondaire - et qui pourrait être renforcée en accumulant des
meubles, des matelas, etc., pour ajouter d'autres couches de blindage - bien
que, dans l'ensemble, toute structure soit plus sûre qu'aucune.
L'étude est décrite dans Journal of Volcanology and
Geothermal Research.
A propos de l'auteurIan Randall est un écrivain scientifique
basé en Nouvelle-Zélande
MON COMMENTAIRE /Ayant vécu des éruptions actives je juge ce travail intéressant mais illusoire
quant à son application grand public ….
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Untrou noir de taille moyenne se cache dans la voie lactée
Medium-sized black hole seen lurking in the Milky Way
Sep 5, 2017
5 sept. 2017
L'impression de l'artiste sur la voie lactée
Black-hole haven: l'impression de l'artiste sur la voie
lactée
Des astronomes au Japon disent qu'ils détiennent maintenant
la meilleure preuve que les trous noirs de masse intermédiaire (IMBH) existent
- et de plus, il pourrait y en avoir un
dans la voie lactée. Pesant dans 100 000 masses solaires, l'objet est sur le
côté lourd pour IMBH et aurait pu être créé dans une galaxie naine qui a
ensuite fusionné avec la Voie lactée.
Il existe de très bonnes preuves que les trous noirs
supermassifs (SMBH) dominent les centres de nombreuses galaxies. Ces monstres
ont des masses équivalant à 100 000ou à des milliards de Soleils et leurs
énormes champs gravitationnels peuvent entraîner des émissions spectaculaires
de rayonnement. À l'autre extrémité de l'échelle de masse, il existe également
de fortes preuves de l'existence de trous noirs «de masse stellaire» (plusieurs
à dizaines de masses solaires) à partir d'observations astronomiques indirectes
et de la détection des ondes gravitationnelles qui sont dégagées lorsque de telles
paires de trous noirs fusionnent.
Ce qui n'est pas compris, cependant, c'est la façon dont les
SMBH sont créés. Une possibilité est que les IMBH sont formés pour la première
fois lorsqu'un groupe compact d'étoiles subit un effondrement gravitationnel.
Ensuite, un certain nombre de ces IMBH se coalescent au centre d'une galaxie
pour former un SMBH. Bien que les
astronomes aient identifié de nombreux objets qui pourraient être des IMBH,
aucune de ces observations n'est acceptée comme définitive
.Récemment, Tomoharu Oka et ses collègues de l'Université
Keio ont étudié le «nuage moléculaire particulier» situé près du centre de la
Voie lactée et a conclu qu'il abrite un trou noir pesant environ 100 000 masses
solaires - le mettant à la fin de la
plus massive Classification IMBH.
Appelé CO-0.40-0.22, le nuage est particulier en raison de
la distribution inhabituelle des vitesses de ses molécules constitutives. Ceci,
disons Oka et ses collègues, s'explique mieux par la présence d'IMBH près du
centre du nuage qui donne aux molécules un «coup de pied gravitationnel».
Dans l'Astronomie Naturelle, l'équipe affirme que la
présence d'IMBH est soutenue par des observations d'une région compacte de gaz
dense près du centre du nuage. Dans cette région compacte, il existe une source
ponctuelle d'émissions radio, qui pourrait être créée par un gaz accéléré par
un IMBH.
Ce qui n'est pas clair, cependant, c'est la façon dont
l'IMBH aurait pu se former. La théorie actuelle suggère qu'un trou noir de
masse solaire de 100 000 est plus susceptible de se former dans une galaxie
naine voisine - plutôt que dans un groupe d'étoiles dans la voie lactée. En
conséquence, l'IMBH aurait pu se former en dehors de la voie lactée et aurait
ensuite été incorporée dans notre galaxie avec sa galaxie naine parentale. En
effet, l'équipe souligne qu'il existe des preuves qu'une telle fusion s'est
produite il y a environ 200 millions d'années.
Hamish Johnston est rédacteur en chef de physicsworld.com
Mon commentaire/Je ne doute pas de la possibilité présentée
pour une grosse galaxie spirale d’avaler une galaxie naine …En revanche en
chiffrer la date me semble audacieux !La dynamique de l’évolution des
galaxies n est dessinée qu’à grands
traits
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Garder les bâtiments frais en envoyant de la chaleur dans
l'espace
ar
Keeping buildings cool by sending heat into outer space
Sep 6, 2017
Photonic devices could cut air-conditioning bills
6 septembre 2017
Photographie de panneaux de refroidissement sur le toit
Cool running: panneaux de refroidissement sur le toit
Avec environ 15% de l'électricité mondiale utilisée pour le
refroidissement, rendre les systèmes de climatisation plus efficaces pourrait
contribuer à atténuer la demande d'énergie future. Un groupe de scientifiques
en Californie ensoleillée estime que cela peut être fait par
"refroidissement radiatif" - un processus nécessitant essentiellement
une source de puissance externe qui transmet la chaleur indésirable au froid de l'espace
par émission infrarouge. Les chercheurs ont montré qu'un appareil capable de
réfléchir presque tous les rayonnements entrants du Soleil tout en émettant
simultanément dans l'infrarouge pourrait réduire la consommation d'électricité
des climatiseurs d'au moins un cinquième.
Les objets émettent des rayonnements électromagnétiques avec
un spectre qui atteint un sommet à une longueur d'onde particulière en fonction
de la température de l'objet. Le refroidissement par rayonnement exploite le
fait que le pic à température ambiante réside dans la gamme étroite des
longueurs d'ondes infrarouges (8-13 μm) qui traverse l'atmosphère terrestre
avec une absorption relativement faible. Cela permet à un objet placé à
l'extérieur d'une vue dégagée des cieux de perdre une fraction significative de
son énergie thermique dans l'espace extra-atmosphérique qui, ayant une
température de seulement 3 K, sert d'énorme dissipateur de chaleur.
Ce principe a été exploité pendant de nombreuses années pour
refroidir les bâtiments et d'autres objets quand il fait sombre. Les objets sont simplement couverts par une
couche appropriée d'isolation thermique pour s'assurer que l'énergie qu'ils
émettent dans l'espace n'est pas contrebalancée par la convection et la
conduction qui les conserverait normalement en équilibre thermique. De cette
façon, ils peuvent être refroidis jusqu'à 15 ° en dessous de la température
ambiante.
Faire la même chose pendant la journée, cependant - lorsque
le refroidissement est le plus nécessaire –a été beaucoup plus difficile. La plupart des
matériaux qui émettent facilement des rayonnements sont également de bons
absorbeurs de lumière solaire et la chaleur qu'ils perdent dans l'espace
extra-atmosphérique tend à être largement compensée par l'énergie qu'ils
absorbent du Soleil. L'astuce consiste à trouver un matériau qui est un bon
réflecteur solaire mais qui émet également dans l'infrarouge. Les métaux tels
que l'argent, par exemple,conviennent , mais pas à cette dernière condition
Il y a trois ans, Shanhui Fan et ses collègues de
l'Université de Stanford ont montré qu'il était possible d'avoir votre gâteau
et de le manger. Ils ont développé un matériau de seulement 1,8 μm d'épaisseur,
fabriqué à partir de sept couches de dioxyde de silicium et d'oxyde de hafnium
posé sur le ruban, ce qui reflète 97% de la lumière du soleil en le frappant
tout en émettant la partie pertinente du spectre infrarouge. En isolant le film
à l'aide de polyéthylène, de bois et d'air, et en le plaçant sur un toit à
Stanford en journée d'hiver ensoleillée, les chercheurs ont constaté qu'ils
pourraient le refroidir à environ 5 ° en dessous de la température ambiante.
Cependant, selon Fan, le développement de l'appareil
lui-même n'est qu'une partie du défi. Si l'appareil doit être utilisé pour
refroidir les bâtiments, il souligne qu'un mécanisme est nécessaire pour "délivrer
la froideur de l'extérieur à l'intérieur". Parce que de nombreux bâtiments
modernes sont très bien isolés, ils disent qu'ils ne refroidiront pas leur toit
beaucoup plus bas que leur température interne.
Dans leurs dernières recherches, ils exploitent plutôt le
fait que de nombreux bâtiments contiennent déjà des systèmes de climatisation.
L'idée, explique-t-il, est de refroidir radicalement l'eau utilisée dans
certains grands climatiseurs pour abaisser la température du réfrigérant. Pour
tester l'idée, Fan et ses collègues ont échangé le dioxyde de silicium et
l'oxyde de hafnium de leur dispositif antérieur contre un copolymère extrudé -
qui a des propriétés photoniques similaires mais est plus facile à agrandir -
puis a ajouté un échangeur de chaleur et un boîtier isolant pour créer un
certain nombre de "panneaux de refroidissement", chacun autour d'un
tiers de mètre carré.
De retour à leur toit de Stanford, les chercheurs ont relié
trois panneaux et pompé à travers les échangeurs de chaleur. Ils ont constaté
que, pour des températures de l'air allant jusqu'à environ 30 °, ils pourraient
refroidir l'eau qui coule entre 3-5 ° - l'extrémité supérieure de la gamme,
disent-ils, égale à environ 70 W de puissance de refroidissement pour chaque
mètre carré de panneau. Ensuite, ils ont branché ces chiffres dans un modèle
qui a simulé le système de climatisation d'un immeuble de bureaux de deux
étages dans Las Vegas chaud et sec et calculé que les panneaux pourraient réduire la
consommation électrique de 21%.
Fan et ses collègues ne sont pas les seuls à travailler sur
le refroidissement radiatif pendant la journée. Plus tôt cette année, un groupe
de l'Université du Colorado Boulder a signalé une puissance de refroidissement
moyenne de 110 W / m2 à partir d'un film polymère à l'aide d'un dos contenant
des billes de dioxyde de silicium fabriqué à l'aide d'un procédé de roulement à
rouleau. Mais le membre de l'équipe du Colorado, Xiaobo Yin, se félicite du
groupe de Stanford pour ses «progrès passionnants» avec la démonstration à base
d'eau, en acceptant que la technologie «puisse être intégrée à la construction
de systèmes de climatisation».
Selon Eli Yablonovitch à l'Université de Californie,
Berkeley, le refroidissement radiatif pourrait être compétitif avec l'énergie
solaire. Il explique que les panneaux solaires ont une densité de puissance
plus élevée, mais ne contribuent que pendant environ un quart de jour, alors que
les dispositifs radiatifs peuvent refroidir l'eau en permanence. Pour les
climats secs chauds, dit-il, cela pourrait les classer » bonne option»
comme technologie d'économie d'énergie.
Fan reconnaît que son groupe doit encore surmonter un
certain nombre d'obstacles avant que ses appareils puissent entrer sur le
marché, y compris prouver leur fiabilité. Mais lui et ses deux co-auteurs - Eli
Goldstein et Aaswath Raman - ont néanmoins mis en place une société connue sous
le nom de Skycool Systems pour commercialiser la technologie. En ce qui
concerne le prix, Raman est haussier, affirmant que les dispositifs
récupéreront leurs coûts en termes de factures d'électricité inférieures à
«plusieurs années» de mise en marche.
La recherche est publiée dans Nature Energy.
A propos de l'auteur
Edwin Cartlidge est un écrivain scientifique basé au Royaume-Uni
MON COMMENTAIRE /Il me serait facile de décrire ce procédé
comme une usine à gaz !Mais il se trouve que les problèmes de
réfrigération deviennent en périodes de
canicule préoccupants et certains pays , le Japon par exemple consacrent de l’énergie électrique en plein été à hauteur de 40 % dans ce but…Donc je suis persuadé que la
solution des auteurs sera appliqué sur des habitations collectives dès sa mise
au point économique …..
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Par lévitation les
gouttelettes partent avec le flux
Levitating droplets go with the flow
Sep 7, 2017
7 sept., 2017
Image de microscope montrant un ensemble de gouttelettes
Rejeter: les gouttelettes formées sur l'eau (à droite)
migrent vers un patch sec
Regardez attentivement une tasse de café ou de thé et vous
verrez peut-être un brouillard blanc sur la surface. On pense que ce sont des
gouttelettes de liquide de taille micrométrique, que les physiciens savent
faire léviter sur la surface d'un liquide chaud. Parfois, les gouttelettes lévitantes
peuvent même s'arranger dans une matrice 2D régulière lorsqu'elles s'accrochent
dans l'air.
Ce phénomène est mal compris, mais il a des implications
importantes pour la thermodynamique de l'évaporation - et pourrait également
avoir une gamme d'applications allant de la fabrication de produits chimiques à
la livraison de médicaments aux patients.
Oleg Kabov et ses
collègues de l'Université d'Etat de Novossibirsk et de la recherche nationale
Université polytechnique de Tomsk en Russie, ainsi que la Southern Methodist
University aux États-Unis ont-vu à un arrangement similaire de minuscules
gouttelettes sur une surface solide chaude. Ils ont développé un nouveau modèle
pour expliquer l'effet, ce qui, selon eux, pourrait expliquer le comportement
des gouttelettes sur les liquides chauds.
La lévitation des gouttelettes sur les surfaces sèches
chaudes s'appelle l'effet Leidenfrost et la plupart des études précédentes ont
été effectuées avec des surfaces bien au-dessus du point d'ébullition du
liquide. Cependant, l'équipe a fait ses expériences sur un bloc de cuivre
chauffé à seulement 85 ° C. Cela permet à la surface d'être partiellement
couverte par une mince couche d'eau, ce qui leur permet d'étudier la lévitation
sur les surfaces humides et sèches. Le bloc est surveillé par un microscope
connecté à une caméra haute vitesse qui voit une zone mesurant environ 1 mm de
largeur.
L'expérience commence par le cuivre recouvert d'une couche
d'eau uniforme de 400 μm de profondeur. Un jet d'air est tiré à la surface,
créant un patch sec d'environ 750 μm de diamètre. La surface chauffée est
ensuite allumée et les gouttelettes commencent à se former au-dessus de la
couche liquide. Certaines de ces gouttelettes migrent ensuite sur le patch sec,
où elles lévitent.
Proposé dans Physical Review Letters, l'équipe souligne que
la température de la surface est bien inférieure à la « température de Leidenfrost » classique pour laquelle des goutelettes vont créer une
couche de vapeur isolante telle que les
deux arrêtent l'évaporation et empêchent
de tomber sur la surface chaude.
L'équipe a donc dû développer un nouveau modèle pour
expliquer cette lévitation sur une surface sèche à basse température. Leur
théorie implique des vapeurs qui sortent d'une gouttelette et reflètent de la
surface du cuivre, provoquant ainsi la lévitation. Ils estiment également que
cette sortie de vapeurs crée une interaction répulsive entre les gouttelettes,
ce qui provoque de multiples gouttelettes pour former des tableaux réguliers.
Une fois qu'ils ont développé leur modèle pour les surfaces
sèches, Kabov et ses collègues ont réfait la manip des gouttelettes sur les
surfaces humides et ont conclu que le même effet d'évaporation est responsable
de la lévitation des gouttelettes et de la formation de tableaux réguliers.
A propos de l'auteur
Hamish Johnston est rédacteur en chef de physicsworld.com
MON COMMENTAIRE / J i
si souvent vécu cet effet de « caléfaction » avec ma main
dans l air ou l azote liquide que
je m’étonne de cette recherche !!!
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Ions and atoms react in magneto-optical trap
Sep 8, 2017
Les atomes et les atomes réagissent dans un piège
magnéto-optique
8 septembre 2017
Photographie du piège magnéto-optique utilisé pour étudier
les oxydes alcalino-terreux hyperméthalliques
Réaction chimique: le piège magnéto-optique utilisé pour
étudier les oxydes alcalino-terreux hyperméthalliques
Un piège magnéto-optique a été utilisé par les physiciens
aux États-Unis pour étudier la façon dont les atomes et les atomes
interagissent pour créer des oxydes alcalino-terreux hyperméthalliques - des
matériaux qui ont des applications technologiques potentielles.
Les oxydes alcalino-terreux hyperméthalliques sont des
molécules linéaires dans lesquelles un atome d'oxygène est pris en sandwich entre
deux atomes alcalino-terreux. Les propriétés
de ces oxydes peuvent être affinées par le choix des atomes de terres
alcalines, créant des structures qui pourraient s'avérer utiles pour un large
éventail d'applications, y compris l'optique non linéaire, la science des
matériaux ou la synthèse chimique.
Actuellement, ces oxydes sont fabriqués et étudiés en
plasmas, ce qui signifie qu'il est difficile de contrôler le processus et de
comprendre comment ils se forment.
Prateek Puri et ses
collègues de l'Université de Californie, Los Angeles, de l'Université du
Connecticut et de l'Université du Missouri, ont mis au point un moyen de
fabriquer des oxydes alcalino-terreux hyperméthalliques en faisant réagir des
ions et des atomes dans un piège magnéto-optique. Le processus consiste à
refroidir les réactifs à des températures aussi faibles que 5 mK et à contrôler
les états quantiques initiaux des réactifs. En conséquence, ils ont pu faire
une étude extrêmement précise de la formation d'un ion oxyde alcalino-terreux
comprenant du baryum et du calcium (BaOCa +).
L'équipe a commencé par charger des ions de baryum dans le
piège magnéto-optique pour créer la chaîne d'ions également espacés - doublé en
cristal ionique. Ensuite, des ions moléculaires comprenant du baryum, de
l'oxygène et un groupe méthyle (BaOCH3 +) ont été introduits dans le piège.
Ceux-ci ont été refroidis par des interactions avec l'ion cristallin. Ensuite,
le nuage d'environ trois millions d'atomes de calcium réagit avec le BaOCH3 +
et le BaOCa + souhaité apparaît comme de nouveaux ions dans le cristal. Enfin,
le piège est éteint et tous les ions sont dirigés vers l'analyseur de masse qui
détermine la composition des produits de la réaction.
En faisant varier la température des réactifs - et donc l'énergie
cinétique avec laquelle ils entrent en collision - sur une plage de température
de 5 mK-30 K, Puri et collègues ont pu étudier l'effet de l'énergie de collision
sur la réaction . Ils ont également utilisé un laser pour mettre les atomes de
calcium dans des états quantiques spécifiques avant que la réaction ne se
produise. Cela leur a permis de déterminer que les atomes dans certains états
quantiques sont plus susceptibles de réagir que les atomes dans d'autres états.
La recherche est décrite dans Science.
A propos de l'auteur
Hamish Johnston est rédacteur en chef de physicsworld.com
MON COMMENTAIRE /Cette intercalation d oxygène est intéressante
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Single photons pinpoint objects inside living tissue
Sep 11, 2017
Les photons simples détectent les objets à l'intérieur du
tissu vivant
11 septembre 2017
Photographie de chercheurs testant la nouvelle technique
d'imagerie
Candid caméra: la gamme de détecteurs à un seul photon
Les scientifiques du Royaume-Uni ont développé une nouvelle
technique qui utilise la lumière pour localiser des objets au fond de tissus
biologiques et qui pourrait aider les médecins à mieux diagnostiquer les
maladies pulmonaires. Mise en œuvre sans équipement volumineux et en éclairage fluorescent, la technique
consiste à mesurer précisément combien de temps il faut pour que les photons simples quittent le corps
après avoir été envoyé à l'extension fibre optique d'un endoscope.
La recherche a été réalisée dans le cadre du projet Proteus,
dans lequel plus de 40 scientifiques de trois universités différentes - Édimbourg,
Bath et Heriot-Watt - travaillent ensemble pour mieux observer les bactéries
dans les poumons. Les médecins regardent à l'intérieur des poumons en utilisant
des endoscopes - de longs tubes étroits qu'ils insèrent dans les voies
respiratoires du poumon et qu'ils guident en utilisant une caméra à lentille
intégrée dans l'appareil. Cependant, comme l'explique Michael Tanner
d'Heriot-Watt, les endoscopes ont généralement plus d'un centimètre de
diamètre, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas traverser les petites voies
aériennes et aller dans le poumon intérieur où les bactéries se développent
rapidement.
L'accès à cette zone consiste à pousser des faisceaux de
fibres optiques de diamètre millimétrique au centre de l'endoscope et à
l'extérieur de l'extrémité extrême. Mais même si ces fibres peuvent prendre des
images du poumon intérieur, il n'y a aucun moyen de mesurer exactement où elles
se terminent et donc où sont les bactéries imagées. Selon Tanner, les médecins
comptent soit sur la «pratique experte soit sur la chance ».
La solution conçue par Tanner et ses collègues est en
principe très simple. Il s'agit simplement d'envoyer des impulsions
supplémentaires de lumière dans la fibre, puis d'observer où elles quittent le
corps. La lumière est fortement absorbée lorsque elle passe par des tissus
biologiques, alors que les photons qui s’en distinguent sont généralement dispersés à
plusieurs reprises, ce qui signifie qu'ils perdent une grande partie de
l'information sur leur point d'origine. Mais il y a une petite chance que, même
sur de longues distances, tout photon donné passera directement avec très peu
de diffusion.
Parce que ces photons essentiellement
"balistiques" se déplacent en ligne droite, ils ne révèlent pas
seulement d'où ils proviennent - la pointe de la fibre - mais ils émergent
également du corps avant tous les autres photons. Donc, l'astuce dans
l'établissement de l'emplacement de la pointe est le moment de l'arrivée des
photons afin que les photons balistiques
puissent être isolés du reste.
Pour mettre en œuvre leur programme, Tanner et ses collègues
ont envoyé une série d'impulsions laser infrarouges proches (fréquence
d'impulsion: 80 MHz) à travers une longueur de câble à fibre optique insérée
dans une gamme d'échantillons biologiques. Ils ont capturé la lumière émergente
à l'aide d'un ensemble de détecteurs à un seul photon ayant une résolution
temporelle autour du dixième d'une nanoseconde. Et ils ont choisi la longueur
d'onde de la lumière - 785 nm - pour limiter l'absorption et distinguer le
signal très faible de l'éclairage fluorescent de l'hôpital, qui a un certain
nombre de pics spectraux bien définis dans la gamme visible.
Parce que chaque impulsion laser donne très peu de photons
balistiques qui quittent le tissu, les chercheurs ont dû construire des
histogrammes à partir de pulsations multiples pour déterminer exactement quels
détecteurs avaient creusé les premières particules arrivant (et donc où était
la pointe de la fibre). En utilisant des temps d'exposition allant jusqu'à 17
s, ils n'ont eu aucun problème à faire cela en enterrant la fibre dans un
poumon de mouton ventilé ou derrière une main humaine. Mais ils ne pouvaient
recueillir que des statistiques limitées lorsqu'ils le placent sous le torse
humain de 25 cm d'épaisseur, et pour repérer l'emplacement de la pointe de la
fibre dans ce cas, ils ont dû baisser l'éclairage de fond.
Un accrochage avec le dernier travail a été l'incapacité de
confirmer indépendamment l'emplacement de la pointe de la fibre. Bien que les
chercheurs ont attaché les photons balistiques à un ou deux pixels possibles -
ce qui équivaut à une résolution spatiale d'environ un centimètre - Tanner dit
qu'il est concevable, bien que peu probable, que les photons, par exemple,aient
rebondi sur une
poche d'air et étaient donc pas
directement venus de la pointe. Pour éliminer les doutes, à l'avenir, ils
envisagent d'utiliser des fantômes de tissu qui peuvent être disséqués après
utilisation pour révéler l'emplacement réel de la pointe.
Le groupe vise également à réduire le temps d'exposition à
un deuxième ou moins, même pour des échantillons épais. Cela permettrait à la
fibre d'être localisée en temps réel - permettant ainsi au clinicien de
superposer cette position, disons, une image radiographique d'un poumon. De
plus, explique Tanner,cela pourrait impliquer l'ajout d'optique aux pointes de
fibres ou l'augmentation de la densité des éléments détecteurs. Comme il l'a
souligné, la puissance du laser, et donc la force du signal, est limitée par
des considérations de sécurité.
En fin de compte, ajoute Tanner, le groupe espère appliquer
la nouvelle technologie plus largement. Étant relativement simple et compact -
le caméra prototype assis dans une boîte à peu près à la taille d'une boîte à
biscuits et monté sur un trépied - - il
estime que la technologie pourrait en principe s'appliquer à toutes les
procédures médicales dans lesquelles les instruments sont insérés dans le
corps, tel en tant que chirurgie-trou et interventions nécessitant des
cathéters. "Parfois, les médecins ne savent pas si un cathéter a bien
remonté un vaisseau et ont donc besoin d'utiliser des rayons X, ce qui peut
provoquer des retards", dit-il. "L'imagerie en temps réel serait très
utile".
Hervé Rigneault, physicien à l'Institut Fresnel en France,
souligne que la technique la plus récente n'est pas la seule qui pourrait être
utilisée pour sonder profondément dans le poumon. Parmi les alternatives,
dit-il, la photo-acoustique, qui crée des images biomédicales à partir des
ondes sonores générées par le chauffage au laser. "Mais,
ajoute-t-il," c'est un bon travail qui apporte une autre modalité
d'imagerie possible ".
La recherche est décrite dans Biomedical Optics Express.
A propos de l'auteur
Edwin Cartlidge est un écrivain scientifique basé à Rome
MON COMMENTAIRE/Bravo pour tout ce qui améliore l imagerie
médicale ….
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Electrons heat up in first observation of spin Nernst effect
Sep 12, 2017
Les électrons chauffent dans la première observation d'effet
de spin Nernst
12 septembre 2017
Diagramme montrant l'effet de spin Nernst
Turn Sharp: comment fonctionne l'effet Nernst
La séparation des spins par le flux thermique des électrons
a été observée par une équipe internationale de physiciens. Appelé "spin
Nernst effect", le phénomène implique la séparation des électrons spin-up
et spin-down sans l'application d'un champ magnétique. La recherche pourrait
aider au développement de nouvelles technologies, y compris les spintronics - circuits qui stockent et
traitent des informations à l'aide de spins - et des dispositifs qui
transforment la chaleur en énergie électrique utilisable.
L'effet spin Nernst est la version thermique de l'effet Hall
de spin, qui se produit lorsque les courants électriques traversent des bandes
minces en certains matériaux. Les électrons de spin-up migrent vers un bord de
la bande et des électrons spin-down vers le bord opposé de la bande. Ceci est
le résultat de l'interaction spin-orbite entre le spin intrinsèque de
l'électron et le champ magnétique créé par son mouvement par rapport aux ions
qui composent le matériau.
Un gradient de température sur la longueur d'un matériau
peut également conduire le flux d'électrons - et dans les bonnes conditions
cela devrait entraîner une séparation similaire des spins. Cependant, l'effet
de spin Nernst s'est révélé difficileà se différencier des autres effets
thermiques d'un matériau.
Sebastian Gönnenwein
à l'Université technique de Munich et ses collègues en Allemagne, aux Pays-Bas
et au Japon ont observé l'effet de spin Nernst dans une mince bande de platine.
Leur bande de platine avait environ 3 mm de long, 250 μm de
large et 4 nm d'épaisseur. La bande a été créée sur un morceau plus gros de
grenat de fer d'yttrium (YIG), qui est un matériau ferromagnétique. Une
extrémité de la bande a été chauffée pour créer un gradient de température de
18 K le long de la bande. Cela a créé une tension électrique d'environ 66 μV le
long de la bande, ce qui a entraîné l'écoulement d'un courant électronique.
Le défi pour Goennenwein et ses collègues était de savoir
comment isoler l'accumulation de spins associée à l'effet Nernst des spins des
autres effets thermoélectriques qui se produisent dans leur échantillon. Leur
solution consiste à faire varier l'aimantation du YIG de sorte que sous
certaines configurations, les spins peuvent circuler sur l'interface avec le
platine. Dans d'autres configurations, cependant, le flux de spins est beaucoup
plus bas. Cela leur a permis d'observer l'effet de spin Nernst sur les courants
électriques qui s'écoulent dans le film de platine et de confirmer que l'effet
se produisait dans leur échantillon.
La recherche est décrite dans Nature Materials.
A propos de l'auteur
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