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Los físicos predicen la existencia de un nuevo tipo de excitón

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Los físicos predicen la existencia de un nuevo tipo de excitón

Representación artística de un excitón (e) y su orificio (h) girando uno alrededor del otro. Crédito: Daniel Deering, Universidad de Oklahoma

Bruno Uchoa, profesor de física de la materia condensada, y Hong-yi Xie, investigador postdoctoral en física de la materia condensada de la Universidad de Oklahoma, publicado buscar en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias lo que predice la existencia de un nuevo tipo de excitón. Estas partículas podrían conducir al avance de futuros dispositivos cuánticos.

Los excitones se forman cuando los electrones y los huecos que forman, que son de cargas opuestas, se unen. Los excitones se han observado desde hace mucho tiempo en aislantes y semiconductores, los materiales que alimentan las computadoras modernas. En esta publicación, Uchoa y Xie predijeron la existencia de un nuevo tipo de excitón de vorticidad finita, llamado «excitón topológico», que existe en una clase de materiales conocidos como aislantes de Chern.

La topología es una rama de las matemáticas que estudia las propiedades de formas y superficies que no cambian, incluso cuando se estiran, tuercen o doblan. Por ejemplo, un donut con un agujero en el medio y una taza con un agujero en el asa describen superficies que pertenecen a la misma clase topológica porque cada una puede deformarse continuamente para convertirse en la otra.

Los científicos utilizan conceptos topológicos para describir materiales cuyas propiedades electrónicas no se ven afectadas por imperfecciones. El término «abandono» se refiere a una clase de topología en la que las características clave de las formas se pueden representar mediante números enteros.

“Los aislantes de Chern son materiales que permiten que los electrones giren alrededor del borde de un material pero no conducen la electricidad internamente”, explicó Uchoa. “Sin embargo, forman espontáneamente corrientes unidireccionales que fluyen en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj a lo largo de los bordes de un material bidimensional. Estas corrientes unidireccionales se miden con precisión en unidades de corriente básicas. »

En este trabajo, Uchoa y Xie predijeron que, en condiciones bien definidas, los excitones creados por la luz proyectada a través de aisladores de Chern heredarían propiedades topológicas no triviales de los electrones y huecos del material huésped. Esta predicción es poderosa porque se basa en conceptos fundamentales y no en simulaciones por computadora.

“En los aislantes, la luz excita los electrones desde la banda de valencia, donde normalmente viven, hasta la banda de conducción, donde pueden moverse libremente”, explica Unchoa. “Cuando estas dos bandas son topológicamente distintas, los excitones resultantes son en sí mismos topológicos. Una vez que estos excitones se desintegran liberando energía, se predijo que emitirían espontáneamente luz polarizada circularmente. »

Según Xie, estos excitones topológicos podrían utilizarse para diseñar una nueva clase de dispositivos ópticos. A bajas temperaturas, los excitones podrían formar un nuevo tipo de superfluido neutro que podría usarse para crear potentes emisores de luz polarizada o dispositivos fotónicos avanzados para la computación cuántica.

“La predicción de esta partícula compuesta podría ayudar a desarrollar nuevos dispositivos optoelectrónicos basados ​​en topología”, afirmó Uchoa. “Esto no sólo podría ayudar con aplicaciones de comunicación cuántica, sino que también podría ayudar a diseñar qubits que tengan dos estados entrelazados, encendido y apagado, dependiendo de la vorticidad o polarización de la luz emitida. Estoy muy entusiasmado con estas posibilidades. »

Más información:
Hong-Yi Xie et al, Teoría de aisladores y condensados ​​de excitones topológicos en bandas planas de Chern, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2024). DOI: 10.1073/pnas.2401644121

Proporcionado por la Universidad de Oklahoma

Cita:Los físicos predicen la existencia de un nuevo tipo de excitón (27 de agosto de 2024) recuperado el 27 de agosto de 2024 de https://phys.org/news/2024-08-physicists-exciton.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Excepto para uso legítimo para estudios privados o fines de investigación, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

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Importante descubrimiento potencial de 11 objetos mucho más allá del cinturón de Kuiper

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Importante descubrimiento potencial de 11 objetos mucho más allá del cinturón de Kuiper

Los investigadores que buscan objetos en el Cinturón de Kuiper (la región con forma de rosquilla más allá de la órbita de Neptuno que contiene objetos helados, incluido el planeta enano Plutón) parecen haber encontrado 11 objetos mucho más allá. Este podría ser un descubrimiento importante, que revelaría, entre otras cosas, que el sistema solar es mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente.

La sonda New Horizons de la NASA se lanzó en 2006 y se dirigió hacia Plutón antes de observar de cerca Arrokoth, un objeto pequeño y distante en el cinturón de Kuiper. Pero las sondas de la NASA no descansan y los equipos han estado tratando de identificar nuevos objetivos que New Horizons podría estudiar de cerca, brindándonos una nueva perspectiva sobre estos objetos distantes.

Se han llevado a cabo varias investigaciones, en particular con el telescopio Subaru en Hawaii. La cámara de campo ultra amplio del telescopio busca rastros de objetos que luego pueden ser seguidos y confirmados por otros telescopios. El equipo descubrió la asombrosa cifra de 239 objetos transneptunianos como parte de este estudio.

Si bien esto es genial en sí mismo, el equipo ahora informa algo aún más interesante.

«La parte más emocionante de las observaciones del HSC fue el descubrimiento de 11 objetos a distancias más allá del conocido Cinturón de Kuiper», dijo en un comunicado de prensa el Dr. Fumi Yoshida del Centro de Investigación de Exploración Planetaria de Chiba Technology. declaración.

“Si esto se confirma, sería un descubrimiento importante. La nebulosa solar primordial era mucho más grande de lo que se pensaba anteriormente, y esto podría tener implicaciones para estudiar el proceso de formación de planetas en nuestro sistema solar. »

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La mayoría de los objetos transneptunianos se han descubierto entre 30 y 55 unidades astronómicas (UA), una UA que corresponde a la distancia entre el Sol y la Tierra. Más allá de esta distancia, el número de objetos descubiertos disminuye. Sin embargo, el equipo también descubrió una serie de objetos a entre 70 y 90 UA de distancia, más allá de un valle donde se encontraron relativamente pocos objetos.

«Si se confirman, estos objetos delatan la presencia de una abundancia no reconocida previamente de objetos distantes que pueden ayudar a explicar una serie de otras observaciones que de otro modo permanecen en desacuerdo con el conocido Cinturón de Kuiper, incluidas las detecciones de ocultaciones estelares casuales y resultados recientes del estudio. contador de polvo a bordo de la nave espacial New Horizons”, explicó el equipo en un estudio.

Esto podría significar que hay un segundo cinturón de Kuiper esperando a ser descubierto.

Esta brecha implica que podría haber un segundo cinturón de Kuiper.

Crédito de la foto: Wesley Fraser/Telescopio Subaru

Se necesitarán más observaciones para confirmar su presencia real, aunque el equipo destaca su impresionante tasa de éxito en la identificación de objetivos para el seguimiento, incluido el hecho de que 22 de los 23 objetivos identificados para el seguimiento por el Telescopio Espacial Hubble fueron confirmados posteriormente.

Si bien podría explicar algunas cosas sobre nuestro propio sistema solar, incluidas las observaciones casuales de estrellas de fondo que parecen estar desvaneciéndose y las tasas de impacto de polvo detectadas por un instrumento a bordo de New Horizons, podría tener implicaciones en nuestra búsqueda de vida. Nuestro sistema solar, por lo que pensábamos hasta ahora, parecía un poco inusual en comparación con otros sistemas que hemos estudiado. Se pensó que esto ayudaría a explicar por qué surgió la vida aquí, pero si estas observaciones son correctas y el sistema solar se extiende más allá de lo que pensábamos, tal vez no sea tan inusual después de todo.

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«El cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar ha parecido durante mucho tiempo muy pequeño en comparación con muchos otros sistemas planetarios, pero nuestros resultados sugieren que esta idea puede haber surgido simplemente debido a un sesgo de observación», añadió en otro artículo el Dr. Wes Fraser, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, coinvestigador del equipo científico de la misión New Horizons y autor principal del estudio. declaración“Entonces, si se confirma este resultado, quizás nuestro cinturón de Kuiper no sea tan pequeño e inusual en comparación con los que rodean otras estrellas. »

Se publica un artículo en el Revista de Ciencias Planetariasel segundo está aceptado en Planetary Science Journal y está disponible en el servidor de preimpresión. arXiv.

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El robot europeo de búsqueda de muestras de Marte supera la prueba de recuperación de muestras de campo (vídeo)

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El robot europeo de búsqueda de muestras de Marte supera la prueba de recuperación de muestras de campo (vídeo)

El gigante aeronáutico europeo Airbus ha probado en el campo dos de sus vehículos exploradores de Marte en una cantera cerca de Londres, mostrando por primera vez un nuevo brazo robótico destinado a la recolección autónoma de muestras de planetas extraterrestres. La compañía también ha estado experimentando con un modelo de su rover ExoMars, con la esperanza de mejorar su sistema de navegación para permitir que el robot viaje más rápido y explore más terreno una vez que llegue al Planeta Rojo en 2028.

Durante las pruebas, el demostrador Codi, un vehículo explorador de recuperación de muestras de Marte, recibió coordenadas de una estación de control terrestre simulada para dirigirlo al lugar donde se habían almacenado las muestras simuladas de Marte. Luego, el rover utilizó sus mapas a bordo y un sistema de navegación autónomo que incluye un par de cámaras estéreo para encontrar el camino hacia las muestras.

Airbus ya ha probado el rover dos veces en la misma cantera en los últimos años, pero la campaña de prueba de este año fue la primera en demostrar no sólo la capacidad de movimiento, sino también la capacidad de recolección de muestras. También en este caso hubo que hacerlo de forma totalmente independiente.

Pruebas de rover en una cantera del Reino Unido que muestran un rover de cuatro ruedas, conocido como Codi, usando su brazo robótico y un potente sistema de visión por computadora para recuperar tubos de muestra. (Crédito de la foto: Airbus)

El rover se mueve a una velocidad pausada de unos 7 centímetros por segundo, mientras realiza paradas frecuentes para evaluar el terreno circundante con sus cámaras estéreo y decidir la ruta más segura y eficiente. Durante las pruebas, el rover pudo recorrer distancias relativamente grandes sin intervención humana. “Rompimos un récord de 300 metros [980 feet] «Esto es lo que el rover logró hacer en un día, por sí solo, sin interrupción», dijo a Space.com Chris Draper, director del programa Exploration Rover de Airbus.

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Se abre una experiencia de realidad virtual en la estación espacial en Charlotte

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Se abre una experiencia de realidad virtual en la estación espacial en Charlotte

Menos de 300 personas han visitado alguna vez la Estación Espacial Internacional, que orbita a unos 400 kilómetros sobre la Tierra. Pero a partir del viernes 20 de octubre, este número aumentará exponencialmente, aunque sólo sea a través del prisma de la realidad virtual.

Ese día se inaugurará oficialmente Blumenthal Arts”Exploradores espaciales: infinito”, un viaje inmersivo de una hora que ofrece a los visitantes una vista aérea del espacio, tal como se ve a bordo de la estación espacial.

Todo esto es posible gracias a la última tecnología… y a las gafas de realidad virtual que llevan los visitantes.

Libere su mente y podrá sentir que está flotando en el espacio, mientras a su alrededor se despliegan espectaculares vistas de 360 ​​grados, incluidas impresionantes vistas de la Tierra. También podrás vislumbrar las actividades diarias de una tripulación internacional a bordo de la estación espacial. (Tuve la oportunidad de vislumbrar esto el 8 de abril, cuando Blumenthal organizó una pequeña reunión para observar el eclipse solar).

“El Infinito” es fruto de la imaginación de dos estudios canadienses que trabajó con varias agencias espaciales internacionales, incluida la NASA, para producir una experiencia inmersiva. Charlotte será la quinta ciudad estadounidense en albergar “The Infinite”.

Además de “The Infinite”, Blume Studios también albergará instalaciones de arte interactivas, murales, Gaia, iluminación artística y más. Consulte el resumen completo de Blume Studios.

Un movimiento inmersivo

Como habrás notado, Blumenthal rápidamente se expandió más allá de albergar representaciones teatrales. La llegada de “The Infinite” a Blume Studios es solo el último paso en esta transición.

Foto de : Blumenthal Arts

En 2021 asistieron más de 300.000 personas”Inmersión de Van Gogh”, que Blumenthal organizó en un almacén en Camp North End. Dado que más de la mitad de los compradores de entradas provienen de fuera del área de Charlotte, Blumenthal estimó el impacto económico de “Immersive Van Gogh” en más de 40 millones de dólares.

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Aprovechando este éxito, Blumenthal está desarrollando actualmente Blume Studios, un centro de Charlotte dedicado a las artes y el entretenimiento inmersivos. El proyecto se ubicará en lo que ahora se llama Iron District de la ciudad, un antiguo sitio industrial en Uptown donde una vez vivieron Charlotte Pipe and Foundry Co..

“The Infinite” será la primera experiencia inmersiva organizada en este sitio. El lugar está ubicado en 904 Post Street e incluye dos salas: Stage 1 y Stage 2.

Una conexión local

Los visitantes de “Infinite” verán un video de dos minutos en el que aparece Joan Higginbotham, ingeniera eléctrica y ex astronauta de la NASA que ahora vive en Charlotte. Se publicará una versión más larga del vídeo en el sitio web de Blume Studios a partir del 23 de septiembre.

En el video, Higginbotham habla sobre su experiencia con la NASA, su experiencia en el espacio, el honor de ser la tercera mujer negra en el espacio y cómo superó los reveses en su carrera.

Un funcionario de Blumenthal dijo que el video completo se enviará para que todos los estudiantes de sexto grado matriculados en las escuelas de CMS lo vean. Blumenthal se propuso que todos los estudiantes de sexto grado de CMS visitaran la experiencia inmersiva en Blume Studios.

«La idea es inspirar a la próxima generación de niños a interesarse por el espacio y la ciencia», dijo el funcionario a QCity Metro.

Además del video y la experiencia «Infinite», los visitantes del escenario 1 en Blume Studios también verán una exhibición especial que presenta varios artefactos espaciales, incluido el traje espacial y el casco de Higginbotham, un modelo de la nave espacial en la que viajó, una AstroBarbie negra, y más.

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El 9 de diciembre de 2006, Higginbotham se embarcó en una misión de 12 días a bordo del transbordador espacial Discovery como especialista en misiones.

En una entrevista con QCity Metro, Higginbotham dijo que espera que el video resuene entre las personas que visitan la experiencia inmersiva, especialmente los niños, «que probablemente piensan en los astronautas como personas que no son necesariamente sus vecinos que viven en la calle junto a usted. «

Higginbotham dijo que espera que su video “aporte algo de credibilidad” a la experiencia “y la traiga de regreso a la Tierra”.

“Quiero que los estudiantes se den cuenta de que por muy lejano que parezca el espacio y por muy lejano que parezca convertirse en astronauta, si trabajan duro y perseveran, pueden lograr sus objetivos, ya sea querer convertirse en astronauta o algo así”, dijo. dicho.

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