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    Une étude, dont les résultats intitulés «Tunneling time probed by quantum shot noise» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis, en démontrant le lien entre les fluctuations du courant électrique et les fluctuations du signal des photons qui sont émis par une jonction métallique quand elle est fortement polarisée, de mesurer pour la première fois le temps de passage des électrons au travers de la jonction qui est de l’ordre d’une femtoseconde.

     

    Rappelons tout d'abord que «les jonctions métalliques sont des éléments majeurs de tout dispositif électronique intégré» et qu'une jonction métallique «se compose de deux conducteurs métalliques séparés par une fine couche nanométrique d’isolant». Grâce à l’effet tunnel, le courant électrique peut passer «au travers de la barrière d’isolant», en permettant «la délocalisation des électrons de part et d’autre de la jonction du fait de leur nature quantique».

     

    Jusqu'ici, «le temps τ qu’il faut à un électron pour traverser ce type de jonction avait été évalué théoriquement à quelques femtosecondes (τ 10-15 s) mais n’avait encore jamais été mesuré directement», car «regarder le courant à des fréquences optiques (ʋ 1⁄τ 1015 hertz) n’est pas possible directement».

     

    Comme on savait «depuis plus de 40 ans que, lorsqu’elle est fortement polarisée, la jonction émet un rayonnement optique dans le domaine de l’infrarouge lié aux fluctuations de courant et aux interactions inélastiques des électrons tunnel», l'étude ici présentée a pu, pour la première fois, mesurer directement «par une approche réunissant les problématiques du transport électronique et de l’émission optique (plasmonique)», le «temps de passage tunnel des électrons au travers d’une jonction»: en l'occurrence, «pour une jonction Al/Al2O3/Al un temps de 1.1 femtoseconde» a été obtenu.

     

    Plus précisément, pour parvenir à ce résultat, «le rayonnement émis en fonction de la tension aux bornes de la jonction» a été modélisé et ce modèle a été comparé à des mesures optiques, «démontrant ainsi précisément les mécanismes à l’origine de l’émission de photons infrarouges». De ce fait, la détection des photons est «équivalente à une mesure des fluctuations du courant à des fréquences optiques» et «permet de sonder le temps tunnel».

     

    Concrètement, dans cette étude, ont été combinées «des mesures de fluctuations du courant électrique dans la gamme des radiofréquences (100 kilohertz) et des mesures de spectroscopie optique dans la gamme du proche infrarouge (entre 0.9 et 1.3 micromètres) pour des régimes de la jonction fortement polarisée (tension de l’ordre du volt)».

     

    Ces mesures électriques «ont permis de caractériser finement le transport électronique, en particulier la transmission et les non-linéarités liées à l’effet tunnel, et de vérifier toutes les hypothèses nécessaires à une description théorique (description de Landauer-Buttikker) basée sur la diffusion cohérente d’ondes électroniques par la barrière tunnel».

     

    De la sorte, les théories existantes ont pu être adaptées «pour généraliser le théorème 'fluctuation-dissipation' et tenir compte de la dépendance en énergie de la transmission de la barrière, responsable des non-linéarités de la jonction». Comme «les mesures optiques se sont révélées en très bon accord avec les prédictions théoriques basées sur le formalisme de Landauer- Buttikker» (*), «une description précise de la dépendance en tension de l’émission de photons par effet tunnel inélastique» a pu être faite.

     

    Au bout du compte, «en faisant le lien entre les jonctions électriques et la plasmonique», cette étude ouvre des perspectives au contrôle électrique des plasmons (**), et par là à la génération d’états corrélés quantiques de plasmons de surface ainsi qu’à l’alternative plasmonique pour la photonique intégrée». De plus, l’accès à l’analyse «des fluctuations à la fois dans le domaine optique et microonde permettra d’aborder des questions fondamentales relatives à la théorie de la mesure en mécanique quantique».

     

     

    Liens externes complémentaires (source Wikipedia)

    (*) Landauer formula

    (**) Plasmon

     

     


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    Deux études, dont les résultats intitulés «A second source of repeating fast radio bursts» et «Observations of fast radio bursts at frequencies down to 400 megahertz» sont publiés dans la revue Nature, rapportent la découverte, grâce au radiotélescope Chime (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment) situé en Colombie-Britannique, de 13 nouveaux sursauts radio rapides (Fast radio bursts ou FRB) dont FRB 180814.J0422+73, un sursaut radio rapide récurrent, le deuxième récurrent de l'Histoire après la détection de FRB 121102 (*) par le radiotélescope d'Arecibo il y a quelques années.

     

    Rappelons tout d'abord que les sursauts radio rapides sont de «courtes impulsions d'ondes radio, très énergétiques mais aussi très brèves» puisqu'elles «ne durent que quelques millisecondes». Au total, «depuis que leur existence a été mise en évidence en 2007, une soixantaine de sursauts» ponctuels ont été détectés, des phénomènes qui «semblent trouver leur origine loin de la Voie lactée» et qui «émettent en une milliseconde autant d'énergie que le Soleil en 10.000 ans».

     

    Notons que les treize FRB découverts par le radiotélescope Chime ont été détectés «en seulement trois semaines d'observation entre juillet et août 2018, alors que le télescope ne fonctionnait pas encore à plein régime». En outre, ont été enregistrées «six répétitions provenant de la source FRB 180814.J0422+73, qui a été étudiée un peu plus longtemps que les FRB ponctuels, jusqu'en octobre. Relevons aussi que le «nouveau signal qui se répète», semble «prendre son origine à environ 1,5 milliard d'années-lumière de la Terre» dans «un amas dense, comme un reste de supernova, ou encore un point situé près du trou noir central d'une galaxie».

     

     

    Lien externe complémentaire (source Simbad)

    (*) FRB 121102

     

     


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    Une étude, dont les résultats intitulés «Phthalate Release from Plastic Fragments and Degradation in Seawater» ont été publiés dans la revue Environmental Science & Technology, a permis de montrer que les microplastiques (polyéthylène et polychlorure de vinyle) libèrent une fraction massique de phtalates (*) de l’ordre du ng.g^-1 au cours des premières semaines de leur présence dans l’eau de mer, la lumière et les bactéries pouvant augmenter d’un facteur 2 à 5 la libération de ces composés.

     

    Indiquons tout d'abord que «la production de plastique croît de manière exponentielle et devrait absorber 20% de la consommation mondiale de pétrole à l’horizon 2050» et soulignons également que «sept à dix-huit millions de tonnes de plastique auraient rejoint les océans pour la seule année 2015». Arrivés dans l’océan, «les déchets plastiques subissent des processus de vieillissement donnant lieu à des débris à l'échelle micro- ou nanométrique, ainsi qu’à une libération importante de carbone organique dissous (COD)».

     

    Dans ce pool de COD, il y a les additifs plastiques («plastifiants, retardateurs de flamme, antioxydants, stabilisants UV») qui «constituent une classe importante et émergente de contaminants». A ce propos, «on estime à 1 million de tonnes la masse d'additifs qui auraient pu atteindre les océans en 2015, ce qui équivaut au flux annuel global d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) vers l'atmosphère».

     

    Dans ce contexte, en vue de «remédier au manque d’informations à propos de la libération des additifs par les débris de plastique dans l’environnement marin», l'étude ici présentée a cherché à «évaluer en laboratoire l’impact de la lumière et de l’action des bactéries hétérotrophes sur la libération de phtalates vers la fraction dissoute, depuis des débris de polyéthylène et polychlorure de vinyle». Il est alors apparu «qu'au cours du premier mois d'incubation, les deux matières plastiques ont libéré dans l'eau de manière significative des phtalates.

     

    Plus précisément, «le phtalate de di-isobutyle (DiBP) et le phtalate de di-n-butyle (DnBP) sont les principaux composés rejetés par les débris de polyéthylène, les valeurs les plus élevées étant respectivement de 83,4 ± 12,5 et 120,1 ± 18,0 ng par gramme de plastique», tandis que «le phtalate de diméthyle (DMP) et le phtalate de diéthyle (DEP) sont les principaux phtalates rejetés par les débris de PVC, avec des fractions massiques atteignant respectivement 9,5 ± 1,4 et 68,9 ± 10,3 ng par gramme de polymère».

     

    Surtout, «l'exposition à la lumière et aux bactéries augmente jusqu’à un facteur 5 la quantité totale de phtalates libérés par les polymères sélectionnés».

     

     

    Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

    (*) Phtalate

     

     


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    Une étude, dont les résultats intitulés «Effective Wound Healing Enabled by Discrete Alternative Electric Fields from Wearable Nanogenerators» ont été publiés dans la revue ACS Nano, a permis de tester chez le rat un pansement électrique élaboré pour aider à la cicatrisation des lésions de la peau.

     

    Concrètement, «pour générer un champ électrique guérisseur, le pansement contient un nanogénérateur portable composé de feuilles superposées de polytétrafluoroéthylène (PTFE ou Téflon), de cuivre et de polyéthylène téréphtalate (PET)». Ce nanogénérateur, «attaché avec un bandage autour du torse», convertit «les mouvements normaux de la peau, liés à la respiration, en de petites impulsions électriques», tandis que deux électrodes placées de part et d’autre de la plaie permettent de créer un faible champ électrique.

     

    L'expérience a consisté à réaliser «des incisions sur le dos de rats, sous anesthésie» et à placer ce dispositif au niveau des plaies. Il est alors apparu que ces pansements électriques ont «permis de refermer les plaies en seulement trois jours, alors qu’il fallait 12 jours pour un pansement témoin, sans électricité».

     

    En vue de découvrir «les raisons de cette cicatrisation rapide», des expériences complémentaires in vitro ont été réalisées sur des fibroblastes, car «ces cellules jouent un rôle dans la guérison des lésions, en migrant au niveau des plaies». Elles montrent que le minichamp électrique stimule «les mouvements des fibroblastes, leur prolifération et leur différenciation».

     

    En fin de compte, «au vu de sa simplicité», ce pansement électrique est d'autant plus prometteur que, du fait de la faible intensité de ce champ électrique, «on peut imaginer qu’il soit sans danger chez l’homme».

     

     


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    Une étude, dont les résultats intitulés «Interleaved atom interferometry for high-sensitivity inertial measurements» ont été publiés dans la revue Science Advances, a permis de valider une méthode qui dépasse l’état de l’art des gyromètres atomiques et représente une étape clé pour les applications en navigation inertielle, en géoscience et en physique fondamentale.

     

    Notons tout d'abord que «la sensibilité d’un dispositif de mesure s’améliore généralement avec le temps durant lequel on peut observer l’objet au cœur du dispositif», un principe, qui «s’illustre notamment lorsque l’on réalise une mesure de fréquence dans une horloge atomique, où la sensibilité croît proportionnellement au temps durant lequel les atomes évoluent librement entre deux impulsions électromagnétiques micro-onde».

     

    Concrètement, «les meilleures fontaines atomiques utilisent un temps d’observation (appelé temps 'd’interrogation') de l’ordre de la seconde». C'est sur le même principe que fonctionnent «les capteurs inertiels basés sur l’interférométrie atomique et mesurant des accélérations ou des rotations». Plus précisément, «afin d’interroger des atomes sur une durée de l’ordre de la seconde», il faut «ralentir leur agitation thermique, c’est-à-dire de les refroidir».

     

    L’intérêt majeur des dispositifs atomiques modernes, qui utilisent «des atomes refroidis par laser à des températures de l’ordre du millionième de degré au-dessus du zéro absolu», réside «dans leur grande stabilité, qui est intrinsèquement lié à la nature quantique de l’interaction entre un atome et les lasers». Cependant, «bien que très stables», ces dispositifs à atomes froids présentent l'inconvénient important d'avoir «leur cadence de mesure limitée».

     

    Cet inconvénient découle «du fonctionnement séquentiel des capteurs, dans lesquels les atomes sont refroidis par laser durant quelques centaines de millisecondes, puis interrogés durant environ une seconde, avant d’entamer un nouveau cycle de mesure». Alors que, jusqu'ici, l'augmentation de la cadence ne se faisait «qu’en diminuant le temps d’interrogation, d’où une diminution de la sensibilité», Ce verrou vient d’être levé grâce à l'étude ici présentée.

     

    Elle y est parvenue en mettant en œuvre «une idée consistant à entrelacer la phase de refroidissement et la phase de mesure des effets inertiels, et à entrelacer plusieurs cycles expérimentaux entre eux». Ainsi, «en entrelaçant 3 cycles», des cadences de mesure de 3,75 Hz ont été obtenues «tout en conservant un temps d’interrogation de 0,8 seconde». L’échantillonnage rapide issu de cette technique «a permis d’améliorer la sensibilité de mesure de vitesse de rotation» du capteur en question, «une condition essentielle pour caractériser et stabiliser les biais de l’instrument».

     

    En pratique, «le dispositif expérimental du SYRTE utilise des impulsions lasers pour créer une superposition quantique dans laquelle chaque atome de Césium est délocalisé entre deux paquets d’ondes distants de quelques millimètres». Ce type de superposition quantique macroscopique «confère une très grande sensibilité aux forces inertielles dont la méthode d’entrelacement permet de tirer pleinement profit».

     

    Ainsi, le gyromètre du SYRTE peut «mesurer des variations infimes de vitesse de rotation, deux cent mille fois plus petites que la vitesse de rotation terrestre moyenne, en 8 heures de mesure, ce qui constitue le nouvel état de l’art pour un gyromètre atomique».

     

    Au bout du compte, cette étude ouvre «des perspectives d’applications dans différents domaines technologiques et scientifiques». Par exemple, «la grande stabilité de mesure du gyromètre à atomes froids permet d’envisager une évolution des dispositifs de guidage inertiel, en combinant la technologie actuelle des gyromètres laser offrant une grande dynamique de mesure avec la technologie atomique».

     

    De plus, «disposer de bonnes cadences de mesure (plusieurs Hz) et d’une grande sensibilité pourrait être mis à profit en sismologie pour l’étude de mouvements tectoniques» et ces propriétés «pourraient également être utiles en physique fondamentale pour la détection de matière noire, ou pour réaliser des détecteurs d’ondes gravitationnelles utilisant l’interférométrie atomique».

     

     


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