Магнитное: Магнитное поле помогает оздоровлению мышц. В спортзал можно не ходить?

Содержание

Магнитное поле помогает оздоровлению мышц. В спортзал можно не ходить?

Приложение Русской службы BBC News доступно для IOS и Android. Вы можете также подписаться на наш канал в Telegram.

Автор фото, Getty Images

Недавнее исследование, проведенное учеными из Национального университета Сингапура, показало, что один из белков, входящих в состав нашей мышечной ткани, реагирует на слабое магнитное поле, стимулируя мышечный рост.

С возрастом люди постепенно теряют мышечную массу и силу. Причины этого до сих пор толком не известны, поэтому изучение всех аспектов мышечного здоровья представляет немалый интерес, как для ученых, так и для всех, кто столкнулся с проблемой возрастной потери мышечной массы.

Команда под руководством доцента Альфредо Франко-Обрегона из Института инноваций и технологий здравоохранения при сингапурском университете (iHealthtech) обнаружила, что белок TRPC1 реагирует на слабые колебания магнитного поля.

Такая реакция обычно наблюдается во время физических упражнений. Эту чувствительность к воздействию магнитного поля можно использовать для стимуляции восстановления мышц, что может улучшить качество жизни пациентов с нарушенной подвижностью.

Результаты совместного исследования ученых из сингапурского университета и швейцарского Федерального технологического института опубликованы в журнале Advanced Biosystems.

Магнитное поле и здоровье мышц

Магнитные поля, которые исследователи использовали для стимуляции мышц, всего в 10-15 раз сильнее, чем магнитное поле Земли, но намного слабее, чем привычный нам стержневой магнит. Это дало ученым возможность предположить, что мышцы человека естественным образом реагируют на слабое магнитное поле.

Чтобы проверить эту теорию, группа исследователей сначала использовала специальную экспериментальную установку, чтобы нейтрализовать влияние всех окружающих магнитных полей. Исследователи обнаружили, что мышечные клетки действительно росли медленнее, когда они были защищены от воздействия всех магнитных полей окружающей среды.

Автор фото, Westend61

Подпись к фото,

Об отказе от физических упражнений в исследовании не говорится — какая незадача для лентяев…

Эти наблюдения убедительно подтвердили идею о том, что магнитное поле Земли естественным образом взаимодействует с мышцами, вызывая биологические реакции.

Чтобы продемонстрировать участие TRPC1 в качестве своего рода «антенны», реагирующей на магнитное поле, исследователи с помощью генной инженерии создали мышечные клетки, из генома которых был удален белок TRPC1.

Оказалось, что клетки-мутанты не реагируют на любое магнитное поле. Затем исследователи смогли восстановить магнитную чувствительность путем избирательной доставки TRPC1 к этим клеткам.

Метаболические изменения, аналогичные тем, которые достигаются при физических упражнениях, наблюдались в предыдущих клинических испытаниях и исследованиях, проведенных доцентом Франко-Обрегоном. Как оказалось, для стимуляции мышечных клеток достаточно воздействия магнитного поля в течение всего 10 минут в неделю.

Почему это важно

Здоровье мышц сильно влияет на общее метаболическое состояние человека — вес, уровень сахара в крови, инсулина и холестерина, и в целом на самочувствие человека. Особенно это важно для людей с различными заболеваниями, которым трудно поддерживать высокий уровень физической активности в повседневной жизни.

Магнитные поля, симулируя работу мышц, могут помочь пациентам, неспособным выполнять упражнения из-за травм, болезней или слабости. Сейчас ученые исследуют возможности снижения зависимости пациентов от лекарственных препаратов при лечении таких заболеваний, как диабет.

«Мы надеемся, что наши исследования помогут снизить количество прописываемых препаратов для лечения заболеваний, и таким образом уменьшить побочные эффекты от лекарств и повысить качество жизни пациентов», — говорит Франко-Обрегон.

Проявить магнитное поле: ученые НИТУ «МИСиС» создали уникальный прибор, позволяющий визуализировать магнитное поле

Научному коллективу НИТУ «МИСиС» удалось решить проблему определения магнитных полей в пространстве: при помощи разработанного магнитометра можно получать точную информацию о силе, конфигурации, величине и даже дефектах магнитного поля. Прибор будет применяться для тестирования магнитных полей и создания оптимальной конфигурации магнитной системы при создании экономичных и массовых моделей магнитно-резонансных томографов (МРТ) для городских поликлиник и частных медицинских кабинетов.

Точное определение магнитного поля и его параметров является важным условием развития современных технологий — автоматизация промышленной техники и системы определения координат, магнитные карты и сотовые телефоны — все они и многие другие основаны на определении магнитного поля Земли. Мощное магнитное поле удерживает конструкцию во время сварочных или монтажных работ, определяет дефекты в стратегических объектах: полотне железной дороги, трубопроводах, мостах, с его помощью достигнут рекорд скорости наземного транспорта — 603 км/ч, которую развивает знаменитый шанхайский поезд-маглев и тд.

Однако существующие методы обнаружения и оценки магнитных полей, так называемые методы «декорации» (например, магнитная жидкость и пластины) весьма условны, и не дают точной информации. Чтобы определить распределение магнитных полей в пространстве, требуется применение специальных приборов. Именно эту проблему и удалось решить коллективу инженеров кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС».

«Сканирующий магнитометр, созданный в нашей лаборатории, представляет собой немагнитную сканирующую систему на основе 2D-плоттера, трехкомпонентный датчик магнитного поля и систему сбора данных, — рассказал руководитель проекта, научный сотрудник кафедры цветных металлов и золота НИТУ МИСиС к.ф.-м.н. Сергей Гудошников. Оригинальность прибора заключается в том, что при его изготовлении широко распространенные модули используются в новом качестве — для визуализации локальных магнитных различных магнитных объектов».

Сканирующий магнитометр позволяет измерить компоненты магнитного поля вблизи поверхности исследуемого объекта, после чего по этим данным можно построить картину магнитного поля для каждой точки. Например, на рисунке 2, полученным при помощи созданного магнитометра, можно увидеть как выглядит магнитное поле над полюсом магнита.

Как можно использовать эти данные? Например, можно измерить магнитное поле и, при наличии неоднородностей поля, обнаружить возможные дефекты.

Сканирующий магнитометр, разработанный в НИТУ «МИСиС» будет применяться для тестирования магнитных полей и создания оптимальной конфигурации магнитной системы при создании экономичных и массовых моделей магнитно-резонансных томографов (МРТ). Такие МРТ, в отличие от основанных на сверхпроводящих системах, будут на порядок дешевле в обслуживании, и планируются к массовому применению в городских поликлиниках и частных медицинских кабинетах.

Прибор уже прошел лабораторные испытания и используется для тестирования постоянных магнитов в системах «низкополевого» магниторезонансного томографа (МРТ).

Работа проведена при финансовой поддержке Министерства науки высшего образования Российской Федерации в рамках выполнения обязательств по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.578.21.0255 (уникальный идентификатор соглашения RFMEFI57817X0255).

Ученые создали самое мощное на Земле магнитное поле

4 декабря 2020 в 11:23

Ученые из МИФИ вместе с коллегами из Японии и Франции в лабораторных условиях получили плазму, идентичную плазме из окрестностей черной дыры. А заодно создали самое мощное на Земле магнитное поле. В перспективе такие исследования помогут в создании сверхмощных источников излучения для решения прикладных задач физики, медицины и промышленности.

Увидеть невидимое

Представьте черную дыру: воображение рисует расплывчатое темное пятно со свечением вокруг. Вероятно, картинка навеяна научно-популярными фильмами и богатой (или, наоборот, недостаточно богатой) фантазией писателей-фантастов. Но черные дыры невозможно увидеть: гравитационное притяжение настолько велико, что покинуть черную дыру не может даже свет. Согласно современным представлениям, черная дыра — сложный объект со множеством вращающихся вокруг него дисков из газа и плазмы, фотонными кольцами. Возможно, вы помните, что в апреле 2019 года интернет облетело фото черной дыры, сделанное телескопом Event Horizon. Это было важное событие в мировой астрофизике. Но на том снимке мы видим аккреционный диск из вещества, затягиваемого в черную дыру, — оно вращается и опоясывает область икс. Аккреционный диск может простираться на триллионы километров. Например, диск сверхмассивной черной дыры M87* растягивается на 0,4 светового года. Из диска почти со скоростью света могут вырываться струи плазмы — джеты. Кстати, тот факт, что джеты образуются именно в аккреционном диске, доказала в 2018 году группа ученых, в числе которых были специалисты из МГУ, ФИАНа и МФТИ.

Еще один успех российских ученых в изучении черных дыр — в августе 2019 года телескоп ART-XC орбитальной обсерватории «Спектр-РГ» зафиксировал вспышку сверхмассивной черной дыры Стрелец А*. До этого ближайшая к Земле черная дыра более 20 лет не проявляла активности. Недавно американские астрономы при помощи комплекса радиотелескопов ALMA получили изображение аккреционного диска Стрельца А* — они-то и доказали, что диск вращается.

Эксперименты на улитке

Аккреционные диски — источники сильного рентгеновского излучения, которое образуется из-за магнитного поля с индукцией несколько тысяч тесла. Это очень много. Для сравнения: индукция магнитного поля в ИТЭРе — 13 Тл, а в медицинском томографе — 1–3 Тл. Изучение лазерной плазмы с такими параметрами, как в аккреционных дисках, будет полезно как для фундаментальной науки, так и для прикладных областей. Например, можно будет усовершенствовать технику для создания направленных пучков частиц, использующуюся в лечении рака или стерилизации медицинских изделий.

Группа ученых из МИФИ, Университета Осаки и Университета Бордо воссоздали в лаборатории небольшой объем плазмы с характеристиками, идентичными характеристикам плазмы аккреционного диска черной дыры. «В астрофизике часто приходится масштабировать — переносить результаты, полученные в лаборатории, на реальные космические объекты. Такие допущения могут обернуться ошибками, неточностями. Уникальность нашего эксперимента в том, что параметры плазмы масштабировать не нужно. Да, мы получили очень маленькое количество вещества, десятки микронов. Но его характеристики соответствуют характеристикам плазмы в окрестности черной дыры тесных двойных систем типа Лебедь Х-1», — отметил один из участников исследования, доцент Института лазерных и плазменных технологий МИФИ Филипп Корнеев.

Филипп Корнеев возле мишенной камеры

Метод основан на многократном отражении мощного лазерного луча внутри мишени — тонкой, диаметром несколько сот микронов, медной фольги, скрученной в улитку. Медь часто используют в лазерных экспериментах из-за ее способности производить рентгеновское излучение определенной частоты в результате обстрела быстрыми электронами, присутствующими в лазерной плазме.

В эксперименте использовали два лазерных импульса. Первый, с энергией около 330 Дж и длительностью 1 пикосекунду, отправился внутрь мишени. На несколько десятков пикосекунд там образовалась плазма, а благодаря геометрии облучения и закрученной форме мишени магнитные поля были направлены навстречу друг другу так, что в области их соприкосновения происходила аннигиляция (взаимное уничтожение), приводящая к возникновению потоков частиц со скоростями, близкими к скорости света. Второй лазерный импульс был сфокусирован на расположенной рядом алюминиевой фольге и выбивал из нее пучки протонов, которые, отклоняясь в магнитном поле медной улитки, попадали на детектор. Так, методом протонной дефлектометрии, ученые измеряли характеристики магнитного поля.

Самое мощное поле

Эксперимент проводили в Японии, в Институте лазерной инженерии Университета Осаки. «В мире немного установок такой мощности и энергии — наверное, можно насчитать штук десять. Одна из них, LFEX, как раз в Осаке. Университет выделяет три месяца в году, когда пользоваться лазером могут любые исследовательские группы, на конкурсной основе. В нашем проекте мы планировали получить самое сильное магнитное поле, которое до сих пор удавалось создать в лабораториях», — отмечает Филипп Корнеев.

И получилось! В результате эксперимента зафиксировали магнитное поле более 2 тыс. Тл. Предыдущий рекорд тоже поставили в Японии, в 2018 году. Ученые из Института физики твердого тела Токийского университета получили магнитное поле с индукцией 1,2 тыс. Тл. Правда, авторы эксперимента разгромили лабораторию: после достижения пиковой мощности силовые линии магнитных полей замкнулись, оборудование взорвалось, с петель сорвало стальную дверь. Хорошо, что в этот раз все обошлось.

Есть интересная история? Читайте также:

Магнитный щит для Марса: сработает ли идея NASA по терраформированию красной планеты?

Марс как возможное место существования жизни вне Земли, пожалуй, привлекает наибольшее внимание среди всех небесных тел. Этому способствовало и открытие каналов на Марсе в конце ХIХ века, и последующая «реклама» многих писателей-фантастов, а позднее, со второй половины ХХ века, и научные данные об условиях на поверхности этой планеты. Конечно, никаких, описывавшихся в фантастических романах, построек или растений, найдено не было, но даже научные данные показывают: по сравнению с Луной или Венерой Марс — «очень даже ничего».

Что мы имеем на поверхности Венеры? Температура около 500°C, давление около 100 атм, спускаемые аппараты со специальный защитой в такой среде живут не более нескольких десятков минут. На Луне: атмосфера отсутствует, из-за этого температура на дневной поверхности — плюс 100-150°C, во время двухнедельной ночи — столько же со знаком минус. Чтобы пережить такую ночь, нужны атомные источник энергии для подогрева (так называемый РИТЭГ — радиоизотопный термоэлектрический генератор).

Но вернемся к Марсу. На Марсе — пусть слабенькая, но атмосфера, хоть как-то защищающая от радиации и стабилизирующая температуру. Летом и на солнце может быть более +20°C, зимой — до -140°C, но можно найти места с минимальной температурой и повыше. В результате одна из сложнейших проблем космической техники — терморегулирование — снимается почти полностью, ведь в Антарктиде без каких-либо скафандров люди выдерживают до -80°C.

Реклама на Forbes

Главное же, что внушает оптимизм в смысле возможности длительного существования на Марсе, — наличие воды (льда) в очень больших количествах. Вода — это главный расходуемый ресурс при полетах человека в космос. С помощью электричества из воды можно получить кислород, нужный для дыхания, и водород, используемый как топливо.

Главная опасность для человека — космическая радиация. Рельеф и грунт на Марсе вполне позволяют зарыться на несколько метров и таким образом защититься от нее, хотя на поверхности надолго появляться не рекомендуется. В сумме – при желании на Марсе можно относительно неплохо устроиться по сравнению с другими внеземными вариантами.

А чем может быть интересен Марс? По одной из гипотез, в первые несколько сотен миллионов лет своего существования Марс обладал более развитой атмосферой, а значит был, скорее всего, более теплым и на нем тоже могла появиться жизнь. Правда, вряд ли она бы успела развиться до чего-то более или менее заметного: на Земле, например, первые несколько миллиардов лет существовали только самые примитивные одноклеточные. В современных условиях можно ожидать найти либо окаменелости, либо, если очень повезет, чудом выжившие отдельные колонии опять же одноклеточных организмов. Открытие внеземной жизни и ее сравнение с земным вариантом даст науке информацию о механизмах эволюции, значение которой переоценить невозможно, — это будет настоящий прорыв в понимании места и роли нашей цивилизации в космосе. Например, сразу можно будет проверить гипотезы о заселении Земли с Марса или наоборот. А вдруг марсианская жизнь будет вовсе не на белковой или аминокислотной основе?..

По совокупности всех причин Марс и притягивает наше особое внимание, даже сейчас, когда мы точно знаем, что писатели-фантасты были не правы. Например, число космических проектов по исследованию Марса сейчас больше, чем спутников, запускаемых к Луне. На горизонте и полет человека на Марс, ставший одним из основных маяков, к которым стремится человечество в космосе.

К сожалению, это сделать гораздо сложнее, чем слетать на Луну. От повторения американской высадки на Луну человечество удерживает только финансовый вопрос, технически это вполне в пределах досягаемости. Для полета же на Марс надо вывести на орбиту на порядок большую массу, чем для полета на Луну, — несколько сотен тонн. Это связано с тем, что для разгона и торможения у Марса, и для возврата нужно гораздо больше топлива. Есть и проблемы с надежностью. При полете на Луну космический корабль не выходит из пределов зоны притяжения Земли, и, случись что не так, вернуться обратно почти всегда возможно. При полете по межпланетной траектории все строго наоборот, один неверный маневр и «давай, до свидания». В сумме, при нынешнем развитии цивилизации возможен только разовый полет «на недельку» и то лет через двадцать, а многие специалисты считают, что и это недостижимо — надо ждать «фотонных двигателей» или «подпространственных туннелей».

Ввиду вышеизложенного, все, о чем пойдет речь ниже — чистой воды научная фантастика, но всё-таки научная. Итак, предлагается посмотреть на Марс как на вторую планету для нашей цивилизации. Можно отселить туда добровольцев или обустроить ее «про запас», на случай какой-нибудь космической катастрофы с Землей (главное только, чтобы при этом Марс не «зацепило»!). Хотя Илон Маск и обещает отправлять людей на Марс тысячами, представляется все-таки, что это больше рекламный ход, так что рассмотрим более реалистичные варианты. Тут и возникает идея терраформирования.

Терраформирование нужно, чтобы земные колонисты встретили на планете более подходящие условия жизни. Этот термин впервые появился в научной фантастике и означает создание на каком-либо небесном теле среды, похожей на земную. Вариантов много: от каких-то куполов на поверхности до изменения всего климата и ландшафта планеты. Предлагается воздействовать на Марс так, чтобы атмосфера стала плотнее, радиация уменьшилась, а температурные перепады вошли в земную норму. Простейший способ — растопить углекислоту в полярных шапках, тогда атмосфера «раздуется» и потеплеет из-за парникового эффекта. Дальнейшее развитие событий зависит только от нашего воображения: растает и водяной лед, наполнятся океаны и потекут реки, а расплодившаяся флора начнет перерабатывать углекислоту в кислород.

Вопрос в другом — хватит ли «сил» на раскрутку такого сценария? Вообще говоря, региональное воздействие на климат земная цивилизация освоила довольно давно и обычно — с негативными последствиями. В античные времена вырубка лесов в Сахаре привела к опустыниванию, а сегодня огромные водохранилища и мегаполисы вызывают вполне заметное локальное потепление.

Но в планетарном масштабе, конечно, это невозможно, у человечества просто не хватит энергии на управление процессом (причем «не хватит» с оглушительным разрывом). Итак, в лучшем случае, можно рассчитывать только на толчок, после которого события будут развиваться сами по себе, будем надеяться, в предсказанном и нужном нам направлении.

Предлагали, например, «покрасить» марсианские полярные шапки в черный цвет, чтобы они больше впитывали солнечного тепла и лучше нагревались. Другой способ — запустить в атмосферу искусственные парниковые газы (простейший из них — метан), получаемые либо с помощью химических фабрик, либо от специально разведенных колоний бактерий. Более радикальный способ — взорвать термоядерную бомбу.

Основная концептуальная проблема, однако, даже не в том, как «толкнуть», а в том, что у нас нет никаких гарантий, что процесс пойдет дальше правильным путем. На Земле объединенная система «атмосфера-гидросфера-биосфера», от которой зависит климат, настолько сложна, что ее реалистичное моделирование не представляется возможным. Имеется огромное количество малых взаимодействующих факторов, каждый из которых слишком мал сам по себе, но изменение любого может привести к радикальным последствиям (есть даже такой термин — «эффект бабочки», возникший по аналогии с известным рассказом Рея Бредбери). Венера — тому пример. Представляется, что на ее поверхности не должно быть сильно жарче, чем на Земле, однако неконтролируемый парниковый эффект разогрел ее до 500°C и возврат назад стал практически не возможен.

Подумаем, как организовать процесс наиболее естественным путем, без атомной бомбы. Вот здесь и появляются на сцене коллеги из НАСА. Кстати, замечу, что автор идеи Джим Грин — один из научных чиновников НАСА, и это его личная идея, а вовсе не официальное мнение администрации. Если у планеты нет магнитного поля (Марс — именно такой случай), то солнечный ветер — поток плазмы, летящий от Солнца, — «сдувает» верхние слои атмосферы, делая ее слабее. Считается, что именно так потерял свою атмосферу Марс (есть некоторые возражения против такой теории, но сейчас мы не будем её оспаривать). Предлагается защитить Марс магнитным полем наподобие земного, тогда солнечный ветер будет обтекать Марс на расстоянии и атмосфера не будет эродировать. А поскольку поверхность планеты (горные породы, льды) «немного газит», она начнет постепенно расти, что нам и нужно.

Создание магнитного поля на самой планете, очевидно, выглядит достаточно затруднительной затеей: надо опутать всю планету проводами. Поэтому предложено разместить источник магнитного поля перед планетой в потоке солнечного ветра. Есть такая условная точка (точка либрации) на прямой, соединяющей планету и Солнце, где воздействие всех гравитационных сил сравнивается и космический аппарат как бы зависает (при минимальных затратах топлива), не уходя ни на межпланетную траекторию, ни на орбиту вокруг планеты. В околоземных точках либрации сейчас находятся несколько спутников, наблюдающих за солнечным ветром и несколько астрономических телескопов, так что эта часть проблемы вполне освоена. Магнитное поле, «надутое» немного «выше по течению» перед Марсом, как бы накроет планету.

К сожалению, проблем в этой идее видно сразу же больше, чем преимуществ. Во-первых, важна не величина магнитного поля сама по себе, но и размер зоны, занимаемый полем, у планет эта зона называется магнитосферой. Чтобы создать магнитное поле, равное земному, в одной точке достаточно и школьного магнита, но чтобы создать магнитосферу Земли, нужно что-то гораздо большее. Физическая характеристика, определяющая размер магнитосферы, называется магнитным моментом. Он равен силе тока в витке провода, умноженной на площадь витка. У Земли она равна почти десять в 23-й степени Ампер на кв.м. Предлагаю каждому, владеющему элементарной геометрией и законом Ома, посчитать какой провод и какой ток будут нужны, чтобы воспроизвести магнитосферу. Остальным сообщим, что это совершенно недостижимо — от слова «совсем».

Во-вторых, и потери атмосферы под воздействием солнечного ветра, и ее восстановление естественным путем — это процессы, протекающие на «геологических» временах в миллионы и миллиарды лет. Нам это точно не подойдет, а никаких оснований ожидать «экспресс-обслуживания» нет.

Реклама на Forbes

В целом, это сообщение НАСА — скорее тщательно просчитанная пиар-акция, в деталях средний гражданин разбираться не будет, а невольное уважению к величию НАСА останется. Что же до существа вопроса, то для того, чтобы начать терраформирование Марса, уж точно придется подождать до появления «фотонных двигателей» или «подпространственных туннелей». Мое мнение — в то время Марс нам будет уже не слишком интересен, разве что в смысле ностальгического тура на родину Аэлиты.

Магнитное поле и природа аномалий на сульфидных кварцево-жильных месторождениях золота (на примере Дарасуна, В. Забайкалье)

Том 326 № 6 (2015)

Актуальность работы определяется необходимостью исследования природных физических полей и их связей с геологической средой. Цель работы: изучить магнитное поле и природу его изменений на типичном для Сибири сульфидном кварцево-жильном месторождении золота Дарасун, для определения возможностей магнитометрии при решении различных поисково-разведочных задач на стадиях от разведки до эксплуатации такого типа месторождений, в конечном итоге — для повышения эффективности геологоразведочных работ на золото за счет использования в общем комплексе их весьма дешёвого и мобильного метода — магниторазведки. Методы исследования: специализированные опытно-методические полевые магнитные съемки различной точности наблюдений и детальности сети измерений, лабораторные определения магнитной восприимчивости целенаправленно отобранных образцов горных пород и руд, статистический анализ полученных данных, сопоставление их с известными элементами геологического строения рудоносной площади и ее окрестностей, а также с данными эксплуатации месторождения. Результаты. Получена площадная картина изменений приращений магнитной индукции в пределах непосредственно рудного поля месторождения Дарасун и его ближайших окрестностей, определен спектральный состав ее изменений, изучена магнитная восприимчивость горных пород рудного поля и его окрестностей, соотношение их магнитной индукции в современном магнитном поле Земле с остаточным намагничением; дана оценка анизотропии магнитного поля и установлены связи магнитного поля с различными элементами геологического строения рудоносной площади Дарасун, выявлена физико-геологическая природа различных аномальных зон и, в конечном итоге, создана основа для оценки возможностей магниторазведки при решении различных геологических задач на стадиях поиска и разведки сульфидных кварцево-жильных месторождений золота в Сибирском регионе.

Ключевые слова:

золоторудные месторождения, магнитные поля, магнитная восприимчивость, горные породы, магнитная съемка

Авторы:

Леонид Яковлевич Ерофеев

Галина Васильевна Ерофеева

Скачать bulletin_tpu-2015-326-6-02.pdf

Магнитное поле древней Луны измерили по образцам с «Аполлона-17» — Наука

ТАСС, 27 сентября. Анализ фотографий поверхности Луны и образцов пород, собранных участниками экспедиции «Аполлон-17», помог астрономам определить, что 3,7 млрд. лет назад магнитное поле Луны было столь же сильным, как у современной Земли. Кроме того, ученые выяснили точное положение лунной магнитной оси. Статью с описанием их исследования опубликовал научный журнал Nature Astronomy.

«Наши расчеты показывают, что индукция магнитного поля древней Луны составляла 50-57 нанотесла, то есть примерно столько же, сколько сейчас у Земли. Это в очередной раз свидетельствует о том, что примерно 3,5-3,7 млрд. лет назад у Луны было активное ядро, которое вырабатывало магнитное поле», – пишут исследователи.

Измерения намагниченности образцов древних лунных пород, которые привезли астронавты программы «Аполлон», показывают, что в глубокой древности у Луны было достаточно сильное магнитное поле. Однако как оно возникло, когда и почему исчезло, ученые пока сказать не могут.

В частности, большие споры вызывает то, могло ли магнитное поле Луны возникать так же, как у Земли, – то есть за счет вращения жидкого ядра. Многие планетологи сомневаются в этом, так как масса и размеры Луны слишком малы для возникновения в ее недрах потоков расплавленного металла. Поэтому астрономы предполагают, что магнитное поле Луны возникло каким-то другим образом или не существовало вовсе. Таким образом образцы с «Аполлонов» не что иное, как простая аномалия.

В новом исследовании астрономы под руководством Клэр Николс из Оксфордского университета внесли немного ясности в этот вопрос. Дело в том, что определить мощность и направление магнитного поля Земли или любой другой планеты можно достаточно легко. Для этого нужны образцы пород, сформировавшиеся в интересующую геологов эпоху, и данные о том, где залегали эти фрагменты. Ранее считалось, что для всех известных фрагментов лунных пород, которые попали на Землю в виде метеоритов или были доставлены на Землю членами экипажей «Аполлонов», подобных данных не было.

Николс и ее коллеги выяснили, что это не так. Два образца – 75035 и 75055, – которые на Землю доставили участники экспедиции «Аполлон-17» из горной долины Тавр-Литтров. Эти образцы представляют собой фрагменты древних базальтов, которые сформировались примерно 3,7 млн. лет назад и обнажились после формирования кратера Камелот.

Благодаяр снимкам этого кратера и его стенок, которые сделали астронавты «Аполлон-17», ученые локализовали положение тех участков поверхности Луны, где возникли 75035 и 75055, а также выяснили их примерное положение относительно других объектов. Следовательно, планетологи вычислили и типичную мощность магнитного поля древней Луны и определили, как оно было устроено.

Согласно выводам ученых, 3,7 млрд. лет назад магнитное поле Луны было достаточно сильным, сопоставимым по мощности с магнитным полем Земли. В дополнение к этому, ученые обнаружили множество свидетельств в пользу того, что у него было два полюса и магнитная ось, направленная в сторону географических полюсов планеты.

Результаты этих исследований, по словам ученых, говорят, что ядро Луны по своей структуре не похоже на ядро Земли. Кроме того, магнитное поле генерировалось в толще Луны пока неизвестным образом. Ученые надеются, что дальнейшее изучение снимков с «Аполлонов» позволит им точно локализовать положение других образцов пород, что ускорит выяснение природы магнитного поля древней Луны.

Магнитное блюдце | BAHCO | Bahco Russia

Магнитное блюдце | BAHCO | Bahco Russia

The store will not work correctly in the case when cookies are disabled.

JavaScript seems to be disabled in your browser. For the best experience on our site, be sure to turn on Javascript in your browser.

Мы используем файлы cookie, чтобы Вам было удобнее использовать сайт
В соответствии с Общим регламентом по защите данных нам необходимо Ваше согласие на хранение этих файлов. Узнать больше.

Разрешить файлы cookie

Please indicate which country or region you are in to view specific content: /

Закрыть Дополнительная информация

Информация о товаре

  • Для удобного хранения болтов, гаек и инструмента во время работы
  • Может быть присоединено к любой магнитной поверхности
  • Пластиковое углубление для хранения неметаллических деталей
  • Диаметр: 150 мм

Технические характеристики

Download PDF

Что такое магнетизм? Факты о магнитных полях и магнитной силе

Магнетизм — это сила природы, создаваемая движущимися электрическими зарядами. Иногда эти движения микроскопические и происходят внутри материала, известного как магниты. Магниты или магнитные поля, создаваемые движущимися электрическими зарядами, могут притягивать или отталкивать другие магниты и изменять движение других заряженных частиц.

Магнитное поле воздействует на частицы силой, известной как сила Лоренца, согласно веб-сайту HyperPhysics Университета штата Джорджия.Сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и напряженности магнитного поля. Сила Лоренца обладает тем специфическим свойством, что заставляет частицы двигаться под прямым углом к ​​их первоначальному движению.

Некоторые материалы, такие как железо, известны как постоянные магниты, что означает, что они могут поддерживать постоянное магнитное поле. Это наиболее распространенные формы магнитов, встречающиеся в повседневной жизни.Другим материалам, таким как железо, кобальт и никель, можно придать временное магнитное поле, поместив их в более мощное поле, но со временем эти материалы потеряют свой магнетизм.

Как работает магнетизм

Магнитное поле Земли. (Изображение предоставлено: alxpin через Getty Images)

Согласно HyperPhysics, магнитные поля генерируются движением электрических зарядов. Все электроны обладают фундаментальным квантово-механическим свойством углового момента, известным как «спин».Внутри атомов большинство электронов имеют тенденцию образовывать пары, в которых один из них имеет «спин вверх», а другой — «спин вниз», или, другими словами, их угловые моменты указывают в противоположных направлениях. В этом случае магнитные поля, создаваемые эти спины направлены в противоположные стороны, поэтому они компенсируют друг друга. Однако некоторые атомы содержат один или несколько неспаренных электронов, и эти неспаренные электроны создают крошечное магнитное поле. Направление их вращения определяет направление магнитного поля, согласно Ресурсный центр по неразрушающему контролю (НК).Когда значительное большинство неспаренных электронов выровнены со своими спинами в одном и том же направлении, они объединяются, чтобы создать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы его можно было наблюдать в макроскопическом масштабе.

Источники магнитного поля являются диполярными, то есть имеют северный и южный полюса. По словам Джозефа Беккера из Университета штата Сан-Хосе, противоположные полюса (N и S) притягиваются, а одинаковые полюса (N и N или S и S) отталкиваются. Это создает тороидальное поле или поле в форме пончика, поскольку направление поля распространяется наружу от северного полюса и входит через южный полюс.

Земля сама по себе является гигантским магнитом. По данным НАСА, планета получает свое магнитное поле от циркулирующего электрического тока внутри расплавленного металлического ядра. Компас указывает на север, потому что маленькая магнитная стрелка в нем подвешена так, что она может свободно вращаться внутри корпуса, выравниваясь с магнитным полем Земли. Как это ни парадоксально, то, что мы называем магнитным северным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные магнитные полюса стрелок компаса.

История магнетизма

Магнетит (также известный как магнетит) является самым магнитным из всех природных минералов на Земле.(Изображение предоставлено Александром Победимским через Shutterstock)

Если выравнивание неспаренных электронов сохраняется без приложения внешнего магнитного поля или электрического тока, оно создает постоянный магнит. Постоянные магниты являются результатом ферромагнетизма. Приставка «ферро» относится к железу, потому что постоянный магнетизм впервые наблюдали в форме природной железной руды, называемой магнетитом, Fe3O4. Кусочки магнетита можно найти разбросанными по поверхности Земли или вблизи нее, и иногда один из них будет намагниченным.Эти природные магниты называются магнитами. Хотя ученые не знают точно, как образуются магниты, «большинство ученых считают, что магнетит — это магнетит, в который ударила молния», согласно данным Аризонского университета.

Вскоре люди узнали, что они могут намагничивать железную иглу, проводя по ней магнитным камнем, заставляя большинство неспаренных электронов в игле выстраиваться в одном направлении. По данным НАСА, примерно в 1000 году нашей эры китайцы обнаружили, что магнит, плавающий в чаше с водой, всегда выстраивается в направлении север-юг.После этого магнитный компас стал огромным помощником в навигации, особенно днем ​​и ночью, когда звезды были скрыты облаками.

Другие металлы, помимо железа, могут обладать ферромагнитными свойствами. К ним относятся никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как самарий или неодим, которые используются для изготовления сверхсильных постоянных магнитов.

Другие формы магнетизма

Магнетизм принимает множество других форм, но, за исключением ферромагнетизма, они обычно слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать, кроме как с помощью чувствительных лабораторных приборов или при очень низких температурах.Антон Бругнамс впервые обнаружил диамагнетизм в 1778 году, когда использовал постоянные магниты в поисках материалов, содержащих железо. Согласно Джеральду Кюстлеру, широко публикуемому независимому немецкому исследователю и изобретателю, в своей статье «Диамагнитная левитация — исторические вехи», опубликованной в «Румынском журнале технических наук», Бругнамс заметил: «Только темный и почти фиолетового цвета висмут демонстрировал особенное явление в исследовании, потому что, когда я положил кусок на круглый лист бумаги, плавающий поверх воды, он оттолкнулся от обоих полюсов магнита.

Диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов внутри атомов, создающих крошечные петли тока, которые создают слабые магнитные поля, согласно HyperPhysics. Когда внешнее магнитное поле прикладывается к материалу, эти петли тока имеют тенденцию выстраиваться таким образом.

Пироуглерод, вещество, подобное графит проявляет даже более сильный диамагнетизм, чем висмут, хотя и только вдоль одной оси, и фактически может левитировать над сверхсильным редкоземельным магнитом.Некоторые сверхпроводящие материалы демонстрируют еще более сильный диамагнетизм ниже своей критической температуры (температуры, при которой они становятся сверхпроводящими), и поэтому редкоземельные магниты могут парить над ними. (Теоретически из-за их взаимного отталкивания одно может парить над другим.)

Парамагнетизм возникает, когда материал временно становится магнитным при помещении в магнитное поле и возвращается в свое немагнитное состояние, как только внешнее поле удаляется. Когда приложено магнитное поле, некоторые спины неспаренных электронов выравниваются с полем и подавляют противоположную силу, создаваемую диамагнетизмом.Однако эффект заметен только при очень низких температурах, говорит Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета Миссури.

Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул располагаются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, которое включает как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия. Кроме того, ферримагнетизм можно рассматривать как комбинацию ферромагнетизма и антиферромагнетизма из-за многих общих черт между ними, но, по данным Калифорнийского университета в Дэвисе, он все же имеет свою уникальность.

Электричество и магнетизм

Инфографика, показывающая, как работает правило правой руки Флеминга. (Изображение предоставлено fridas через Shutterstock)

Когда проводник перемещается в магнитном поле, поле индуцирует ток в проводе. И наоборот, магнитное поле создается электрическим зарядом в движении, например, когда по проводу течет ток. Таким образом, все электрические провода в вашем доме создают крошечные магнитные поля. Эта связь между электричеством и магнетизмом описывается законом индукции Фарадея, который является основой для электромагнитов, электродвигателей и генераторов.Заряд, движущийся по прямой линии, как по прямому проводу, создает магнитное поле, которое закручивается по спирали вокруг провода. Когда этот провод превращается в петлю, поле принимает форму пончика или тора.

Постоянный ток также может создавать постоянное поле в одном направлении, которое может включаться и выключаться вместе с током. Затем это поле может отклонить подвижный железный рычаг, вызывая слышимый щелчок. По данным Библиотеки Конгресса, это основа телеграфа, изобретенного в 1830-х годах Сэмюэлем Ф. Б. Морзе, который позволял осуществлять связь на большие расстояния по проводам с использованием двоичного кода, основанного на импульсах большой и малой длительности.Опытные операторы посылали импульсы, быстро включая и выключая ток с помощью подпружиненного переключателя мгновенного действия или ключа. Затем другой оператор на принимающей стороне переводил слышимые щелчки обратно в буквы и слова.

Катушку вокруг магнита также можно заставить двигаться по схеме с различной частотой и амплитудой, чтобы индуцировать ток в катушке. Это основа для ряда устройств, в первую очередь для микрофона. Звук заставляет диафрагму двигаться внутрь и наружу вместе с меняющимися волнами давления.Если диафрагма соединена с подвижной магнитной катушкой вокруг магнитного сердечника, она будет производить переменный ток, аналогичный падающим звуковым волнам. Затем этот электрический сигнал может быть усилен, записан или передан по желанию. Крошечные сверхсильные редкоземельные магниты используются для изготовления миниатюрных микрофонов для сотовых телефонов, сказал Марш в интервью Live Science.

Когда этот модулированный электрический сигнал подается на катушку, он создает колеблющееся магнитное поле, которое заставляет катушку перемещаться внутри и снаружи магнитного сердечника по той же схеме.Затем катушка прикрепляется к подвижному конусу динамика, чтобы он мог воспроизводить слышимые звуковые волны в воздухе. По данным Смитсоновского института, первым практическим применением микрофона и динамика стал телефон, запатентованный Александром Грэмом Беллом в 1876 году. Хотя эта технология была улучшена и усовершенствована, она по-прежнему является основой для записи и воспроизведения звука.

Применение электромагнитов почти бесчисленно. Закон индукции Фарадея формирует основу для многих аспектов нашего современного общества, включая не только электродвигатели и генераторы, но и электромагниты всех размеров.Тот же принцип, который используется гигантским краном для подъема старых автомобилей на свалку, также используется для выравнивания микроскопических магнитных частиц на жестком диске компьютера для хранения двоичных данных, и каждый день разрабатываются новые приложения.

Штатный писатель Таня Льюис внесла свой вклад в этот отчет.

Дополнительные ресурсы

Библиография

НАСА, «Магнитосфера Земли», https://www.nasa.gov/magnetosphere

«Магнетизм». ОТКРЫТИЕ НАУКИ. Исследование Гейла, 1996.Воспроизведено в Discovering Collection. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Gale Group. Декабрь 2000 г. http://galenet.galegroup.com/servlet/DC/

Гриффитс, Дэвид Дж. (1998). Введение в электродинамику (3-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-805326-0. OCLC 40251748.

Что такое магнетизм? Факты о магнитных полях и магнитной силе

Магнетизм — это сила природы, создаваемая движущимися электрическими зарядами. Иногда эти движения микроскопические и происходят внутри материала, известного как магниты.Магниты или магнитные поля, создаваемые движущимися электрическими зарядами, могут притягивать или отталкивать другие магниты и изменять движение других заряженных частиц.

Магнитное поле воздействует на частицы силой, известной как сила Лоренца, согласно веб-сайту HyperPhysics Университета штата Джорджия. Сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и напряженности магнитного поля. Сила Лоренца обладает тем специфическим свойством, что заставляет частицы двигаться под прямым углом к ​​их первоначальному движению.

Некоторые материалы, такие как железо, известны как постоянные магниты, что означает, что они могут поддерживать постоянное магнитное поле. Это наиболее распространенные формы магнитов, встречающиеся в повседневной жизни. Другим материалам, таким как железо, кобальт и никель, можно придать временное магнитное поле, поместив их в более мощное поле, но со временем эти материалы потеряют свой магнетизм.

Как работает магнетизм

Магнитное поле Земли. (Изображение предоставлено: alxpin через Getty Images)

Согласно HyperPhysics, магнитные поля генерируются движением электрических зарядов.Все электроны обладают фундаментальным квантово-механическим свойством углового момента, известным как «спин». Внутри атомов большинство электронов склонны образовывать пары, в которых один из них имеет «спин вверх», а другой — «спин вниз», или, другими словами, их угловые моменты направлены в противоположные стороны. В этом случае магнитные поля, созданные этими спинами, направлены в противоположные стороны, поэтому они компенсируют друг друга. Однако некоторые атомы содержат один или несколько неспаренных электронов, и эти неспаренные электроны создают крошечное магнитное поле.По данным Ресурсного центра неразрушающего контроля (НК), направление их вращения определяет направление магнитного поля. Когда значительное большинство неспаренных электронов выровнены со своими спинами в одном и том же направлении, они объединяются, чтобы создать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы его можно было наблюдать в макроскопическом масштабе.

Источники магнитного поля являются диполярными, то есть имеют северный и южный полюса. По словам Джозефа Беккера из Университета штата Сан-Хосе, противоположные полюса (N и S) притягиваются, а одинаковые полюса (N и N или S и S) отталкиваются.Это создает тороидальное поле или поле в форме пончика, поскольку направление поля распространяется наружу от северного полюса и входит через южный полюс.

Земля сама по себе является гигантским магнитом. По данным НАСА, планета получает свое магнитное поле от циркулирующего электрического тока внутри расплавленного металлического ядра. Компас указывает на север, потому что маленькая магнитная стрелка в нем подвешена так, что она может свободно вращаться внутри корпуса, выравниваясь с магнитным полем Земли. Как это ни парадоксально, то, что мы называем магнитным северным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные магнитные полюса стрелок компаса.

История магнетизма

Магнетит (также известный как магнетит) является самым магнитным из всех природных минералов на Земле. (Изображение предоставлено Александром Победимским через Shutterstock)

Если выравнивание неспаренных электронов сохраняется без приложения внешнего магнитного поля или электрического тока, оно создает постоянный магнит. Постоянные магниты являются результатом ферромагнетизма. Приставка «ферро» относится к железу, потому что постоянный магнетизм впервые наблюдали в форме природной железной руды, называемой магнетитом, Fe3O4.Кусочки магнетита можно найти разбросанными по поверхности Земли или вблизи нее, и иногда один из них будет намагниченным. Эти природные магниты называются магнитами. Хотя ученые не знают точно, как образуются магниты, «большинство ученых считают, что магнетит — это магнетит, в который ударила молния», согласно данным Аризонского университета.

Вскоре люди узнали, что они могут намагничивать железную иглу, проводя по ней магнитным камнем, заставляя большинство неспаренных электронов в игле выстраиваться в одном направлении.По данным НАСА, примерно в 1000 году нашей эры китайцы обнаружили, что магнит, плавающий в чаше с водой, всегда выстраивается в направлении север-юг. После этого магнитный компас стал огромным помощником в навигации, особенно днем ​​и ночью, когда звезды были скрыты облаками.

Другие металлы, помимо железа, могут обладать ферромагнитными свойствами. К ним относятся никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как самарий или неодим, которые используются для изготовления сверхсильных постоянных магнитов.

Другие формы магнетизма

Магнетизм принимает множество других форм, но, за исключением ферромагнетизма, они обычно слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать, кроме как с помощью чувствительных лабораторных приборов или при очень низких температурах. Антон Бругнамс впервые обнаружил диамагнетизм в 1778 году, когда использовал постоянные магниты в поисках материалов, содержащих железо. Согласно Джеральду Кюстлеру, широко публикуемому независимому немецкому исследователю и изобретателю, в своей статье «Диамагнитная левитация — исторические вехи», опубликованной в «Румынском журнале технических наук», Бругнамс заметил: «Только темный и почти фиолетового цвета висмут демонстрировал особенное явление в исследовании, потому что, когда я положил кусок на круглый лист бумаги, плавающий поверх воды, он оттолкнулся от обоих полюсов магнита.

Диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов внутри атомов, создающих крошечные петли тока, которые создают слабые магнитные поля, согласно HyperPhysics. Когда внешнее магнитное поле прикладывается к материалу, эти петли тока имеют тенденцию выстраиваться таким образом.

Пироуглерод, вещество, подобное графит проявляет даже более сильный диамагнетизм, чем висмут, хотя и только вдоль одной оси, и фактически может левитировать над сверхсильным редкоземельным магнитом.Некоторые сверхпроводящие материалы демонстрируют еще более сильный диамагнетизм ниже своей критической температуры (температуры, при которой они становятся сверхпроводящими), и поэтому редкоземельные магниты могут парить над ними. (Теоретически из-за их взаимного отталкивания одно может парить над другим.)

Парамагнетизм возникает, когда материал временно становится магнитным при помещении в магнитное поле и возвращается в свое немагнитное состояние, как только внешнее поле удаляется. Когда приложено магнитное поле, некоторые спины неспаренных электронов выравниваются с полем и подавляют противоположную силу, создаваемую диамагнетизмом.Однако эффект заметен только при очень низких температурах, говорит Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета Миссури.

Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул располагаются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, которое включает как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия. Кроме того, ферримагнетизм можно рассматривать как комбинацию ферромагнетизма и антиферромагнетизма из-за многих общих черт между ними, но, по данным Калифорнийского университета в Дэвисе, он все же имеет свою уникальность.

Электричество и магнетизм

Инфографика, показывающая, как работает правило правой руки Флеминга. (Изображение предоставлено fridas через Shutterstock)

Когда проводник перемещается в магнитном поле, поле индуцирует ток в проводе. И наоборот, магнитное поле создается электрическим зарядом в движении, например, когда по проводу течет ток. Таким образом, все электрические провода в вашем доме создают крошечные магнитные поля. Эта связь между электричеством и магнетизмом описывается законом индукции Фарадея, который является основой для электромагнитов, электродвигателей и генераторов.Заряд, движущийся по прямой линии, как по прямому проводу, создает магнитное поле, которое закручивается по спирали вокруг провода. Когда этот провод превращается в петлю, поле принимает форму пончика или тора.

Постоянный ток также может создавать постоянное поле в одном направлении, которое может включаться и выключаться вместе с током. Затем это поле может отклонить подвижный железный рычаг, вызывая слышимый щелчок. По данным Библиотеки Конгресса, это основа телеграфа, изобретенного в 1830-х годах Сэмюэлем Ф. Б. Морзе, который позволял осуществлять связь на большие расстояния по проводам с использованием двоичного кода, основанного на импульсах большой и малой длительности.Опытные операторы посылали импульсы, быстро включая и выключая ток с помощью подпружиненного переключателя мгновенного действия или ключа. Затем другой оператор на принимающей стороне переводил слышимые щелчки обратно в буквы и слова.

Катушку вокруг магнита также можно заставить двигаться по схеме с различной частотой и амплитудой, чтобы индуцировать ток в катушке. Это основа для ряда устройств, в первую очередь для микрофона. Звук заставляет диафрагму двигаться внутрь и наружу вместе с меняющимися волнами давления.Если диафрагма соединена с подвижной магнитной катушкой вокруг магнитного сердечника, она будет производить переменный ток, аналогичный падающим звуковым волнам. Затем этот электрический сигнал может быть усилен, записан или передан по желанию. Крошечные сверхсильные редкоземельные магниты используются для изготовления миниатюрных микрофонов для сотовых телефонов, сказал Марш в интервью Live Science.

Когда этот модулированный электрический сигнал подается на катушку, он создает колеблющееся магнитное поле, которое заставляет катушку перемещаться внутри и снаружи магнитного сердечника по той же схеме.Затем катушка прикрепляется к подвижному конусу динамика, чтобы он мог воспроизводить слышимые звуковые волны в воздухе. По данным Смитсоновского института, первым практическим применением микрофона и динамика стал телефон, запатентованный Александром Грэмом Беллом в 1876 году. Хотя эта технология была улучшена и усовершенствована, она по-прежнему является основой для записи и воспроизведения звука.

Применение электромагнитов почти бесчисленно. Закон индукции Фарадея формирует основу для многих аспектов нашего современного общества, включая не только электродвигатели и генераторы, но и электромагниты всех размеров.Тот же принцип, который используется гигантским краном для подъема старых автомобилей на свалку, также используется для выравнивания микроскопических магнитных частиц на жестком диске компьютера для хранения двоичных данных, и каждый день разрабатываются новые приложения.

Штатный писатель Таня Льюис внесла свой вклад в этот отчет.

Дополнительные ресурсы

Библиография

НАСА, «Магнитосфера Земли», https://www.nasa.gov/magnetosphere

«Магнетизм». ОТКРЫТИЕ НАУКИ. Исследование Гейла, 1996.Воспроизведено в Discovering Collection. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Gale Group. Декабрь 2000 г. http://galenet.galegroup.com/servlet/DC/

Гриффитс, Дэвид Дж. (1998). Введение в электродинамику (3-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-13-805326-0. OCLC 40251748.

Сотрудничество IceCube устанавливает самые строгие ограничения на реликтовые магнитные монополи из ранней Вселенной

Лаборатория IceCube на Южном полюсе. Оптические датчики IceCube 5160 находятся подо льдом на глубине от 1,5 до 2,5 км, а их общий объем составляет 1 км 3 .Направление и энергия частиц, которые пересекают детектор, реконструируются по сигналам, которые они производят в оптических датчиках, и эта информация отправляется через спутниковую связь в учреждения, участвующие в IceCube, для дальнейшего анализа. Авторы и права: Мартин Вольф, IceCube/NSF.

Последние технологические достижения позволили разработать все более совершенные телескопы и астрофизические инструменты. Сюда входит телескоп IceCube, который изначально был построен для обнаружения и изучения нейтрино высоких энергий во Вселенной.

Высокоэнергетические нейтринные телескопы, такие как телескоп IceCube, чувствительны не только к нейтрино; их также можно использовать для обнаружения других экзотических частиц, включая магнитные монополи. Магнитные монополи — это гипотетические элементарные частицы, состоящие из изолированного магнита с одним магнитным полюсом.

Используя свой высокоэнергетический нейтринный телескоп, коллаборация IceCube недавно установила самые строгие ограничения на релятивистские магнитные монополи на сегодняшний день.Результаты их исследования, опубликованные в Physical Review Letters , подчеркивают потенциал нейтринных телескопов для поиска экзотических частиц.

«Магнитный монополь со скоростью, близкой к скорости света (также называемый релятивистским монополем), будет излучать свет, называемый излучением Черенкова, когда он пересекает лед, где развернут IceCube, оставляя очень четкую сигнатуру в детекторе: очень яркий прямая дорожка, пересекающая детектор», — сказал Phys.com Карлос Перес де лос Эрос, один из исследователей, проводивших исследование.орг. «Наша первоначальная идея состояла в том, чтобы искать очень яркие следы за восемь лет накопленных данных, которые у нас есть с телескопа IceCube».

Теории Великого объединения — это набор теорий, описывающих эволюцию ранней Вселенной, предполагающих, что в то время все известные силы были объединены в единую силу. Точно так же сегодня считается, что различные электрические и магнитные эффекты возникают из-за одной силы, известной как электромагнитная сила. Помимо прочего, теории великого объединения предсказывают существование частиц с одним магнитным «полюсом» (т.д., монополии).

«В настоящее время есть признаки, хотя и нет доказательств того, что сильное и ядерное взаимодействия были объединены с электромагнитным взаимодействием в ранней Вселенной и что они разделились по мере развития Вселенной», — сказал де лос Эрос. «Согласно этим теориям, магнитные монополи должны были образоваться вместе с другим веществом сразу после Большого взрыва».

Поскольку монополи теоретически стабильны, газ реликтовых монополей может все еще проникать в космос сегодня, но пока ни один телескоп не обнаружил их.Де лос Хирос и его коллеги надеялись, что телескоп IceCube, наконец, позволит их обнаружить.

Магнитные монополи должны иметь несколько отличительных характеристик при пересечении IceCube. На этой иллюстрации показано типичное событие магнитного монополя в сравнении с другими типичными событиями в детекторе IceCube (синий объем). Пунктирные линии представляют траектории частиц, а заштрихованные области вокруг траекторий представляют световой узор, излучаемый различными типами частиц.Цветовая кодировка (от красного к зеленому) представляет время образования света, от более раннего к более позднему. Предоставлено: Abbasi et al. (Сотрудничество с IceCube)

«Основной целью нашего анализа было открытие космического потока магнитных монополей со скоростью монополя в диапазоне от 0,75 до 0,995 скорости света», — сказал другой исследователь Александр Бургман, участвовавший в недавнем исследовании. орг. «Было проведено несколько предыдущих анализов по поиску космического потока магнитных монополей, как с использованием данных IceCube, так и с другими средствами.»

Коллаборация IceCube недавно опубликовала данные, собранные их высокоэнергетическим нейтринным телескопом за восемь лет. Это значительно больше времени наблюдения, чем то, что рассматривалось в предыдущих поисках монополя, которое составляет около одного года. В конечном счете, команда надеялась, что в сочетании с передовыми инструментами анализа и реконструкции эти данные помогут им обнаруживать монополи и другие экзотические частицы.

«В экспериментальной физике ни один сигнал полностью не свободен от фонового шума (сигналы от других процессов, которые имитируют то, что вы ищете), и наш поиск не стал исключением», — объяснил де лос Эрос.«Хотя и редко, нейтрино очень высоких энергий из дальних уголков Вселенной могут взаимодействовать вблизи IceCube и производить мюон (высоко проникающая частица, напоминающая тяжелый электрон), который пройдет через детектор. Эти мюоны также производят черенковское излучение в детекторе (это как IceCube обнаруживает нейтрино высокой энергии) и может имитировать трек монополя, хотя есть небольшие различия в характере излучения света между мюоном и монополем».

Телескоп IceCube может регистрировать около 2700 «событий» частиц в секунду.Эти события могут быть вызваны мюонами и нейтрино, образующимися в атмосфере, нейтрино астрофизического происхождения и, возможно, магнитным монополем, пересекающим детектор.

«Сначала мы определили некоторые характеристики, которые отличали бы событие магнитного монополя от обычных событий, которые мы наблюдали», — сказал Бургман. «К ним относятся количество света, обнаруженного в событии (магнитные монополи производят много света при распространении сквозь лед) и неравномерность светового потока (монополи будут иметь очень плавный и равномерный световой поток вдоль своей траектории).»

В качестве первого шага исследователи смогли отклонить большинство обычных событий, обнаруженных телескопом IceCube, просто на основании их яркости. Впоследствии они обучили алгоритм машинного обучения классифицировать оставшиеся «события» либо как магнитные монополи, либо как нейтрино, основываясь на ряде соответствующих характеристик.

«Мы использовали машинное обучение в сочетании с подробным компьютерным моделированием реакции детектора на монополи и мюоны, чтобы обучить компьютерный кластер IceCube различать треки мюонов и монополей», — сказал де лос Эрос.«Когда обучение было завершено, компьютерам был передан набор данных за восемь лет (всего 630 миллиардов событий) в надежде, что они определят в данных одну или несколько монополий».

Моделирование обнаружения магнитного монополя в детекторе IceCube. Каждая сфера представляет отдельный модуль детектора света — цветные сферы представляют модули, которые обнаруживали свет, а серые — модули, которые этого не делали. Размер сферы показывает, сколько света было зарегистрировано, а цветовой градиент (от красного к синему) представляет время обнаружения первого зарегистрированного фотона в этом модуле (от раннего до позднего).Красная линия представляет собой истинную траекторию магнитного монополя. Предоставлено: Abbasi et al. (Сотрудничество с IceCube)

В своих анализах де лос Эрос, Бургман и их коллеги из IceCube Collaboration не обнаружили событий с характеристиками, которые можно было бы связать с магнитным монополем. Тем не менее их результаты позволили установить верхний предел потока космических монополей.

«Отрицательные результаты также важны в физике, поскольку они устанавливают ограничения, которым должны соответствовать теории», — сказал де лос Эрос.«В этом случае наши результаты говорят нам, что количество релятивистских монополей во Вселенной меньше определенного значения (приблизительно 2×10 -19 на см 2 секунды и стереорадиан, что соответствует менее чем 0,1 монополя в объеме). как Земля в любой момент времени). Если бы поток релятивистских монополей был выше, мы бы обнаружили некоторые из них, потому что наш анализ был чувствителен к более высокому потоку».

Новые ограничения, установленные коллаборацией IceCube, могут иметь важные последствия для существующих теорий, описывающих эволюцию ранней Вселенной.В частности, их анализ показывает, что поток релятивистских магнитных монополей не может быть выше установленного ими предела.

«Наше исследование вносит свой вклад в общую картину поиска магнитных монополей, — сказал Бургман. «Даже несмотря на то, что мы не нашли ни одного, результаты нашего исследования послужат ориентиром для следующего поколения поисков. Этот тип дополнительных исследований является краеугольным камнем для исследования ранее ненаблюдавшихся явлений».

Примечательно, что предел реликтового потока релятивистских монополей, установленный де лос Херосом, Бургманом и их коллегами, в настоящее время является самым ограничивающим из существующих.Помимо установления этого важного ограничения, их исследование демонстрирует универсальность и широкий спектр исследований телескопа IceCube, а также других подобных инструментов. Коллаборация IceCube сейчас ищет монополи с более низкими скоростями, чем те, которые они искали в этой недавней работе.

«Для монополей нет предпочтительного диапазона скоростей», — добавил де лос Хирос. «Мы искали монополи со скоростями, близкими к скорости света (релятивистские монополи), но поиски более медленных монополей продолжаются.С другой стороны, по мере того, как IceCube собирает данные за большее количество лет, установленный нами предел можно сделать более строгим, добавив в анализ больше данных (если монополь не найден)».


Использование сильнейших магнитных полей во Вселенной может обнаружить неуловимую частицу
Дополнительная информация: Р.Аббаси и др., Поиск релятивистских магнитных монополей с использованием данных IceCube за восемь лет, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.051101

© 2022 Наука Х Сеть

Цитата : Сотрудничество IceCube устанавливает самые строгие ограничения на реликтовые магнитные монополи из ранней Вселенной (10 марта 2022 г.) получено 13 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2022-03-icecube-collaboration-restrictive-constraints-relic.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Магнитный контроль плазмы токамака посредством глубокого обучения с подкреплением

Токамак à Переменная конфигурации

TCV 1,34 , показанный на рис.1 — это исследовательский токамак Швейцарского плазменного центра с большим радиусом 0,88 м и высотой и шириной сосуда 1,50 м и 0,512 м соответственно. TCV имеет гибкий набор магнитных катушек, которые позволяют создавать широкий спектр конфигураций плазмы. Электронно-циклотронный резонансный нагрев и инжекция нейтрального луча 35 обеспечивают внешний нагрев и возбуждение током, как это используется в эксперименте на рис. 3b. TCV оснащен несколькими датчиками, работающими в режиме реального времени, и наши политики управления используют подмножество этих датчиков.В частности, мы используем 34 проволочных контура для измерения магнитного потока, 38 датчиков для измерения локального магнитного поля и 19 измерений тока в катушках активного управления (дополненных явным измерением разницы токов между омическими катушками). В дополнение к магнитным датчикам TCV оснащен другими датчиками, недоступными в режиме реального времени, такими как камеры, показанные на рис. 2 и 4. Наша политика управления использует магнитные и токовые датчики TCV с частотой управления 10 кГц.Политика управления создает команду опорного напряжения на каждом временном шаге для активных катушек управления.

Симулятор токамака

Связанная динамика плазмы и внешних активных и пассивных проводников моделируется с помощью симулятора свободной границы FGE 22 . Проводники описываются схемной моделью, в которой удельное сопротивление считается известным и постоянным, а взаимная индуктивность вычисляется аналитически.

Предполагается, что плазма находится в состоянии тороидально-симметричного равновесного баланса сил (уравнение Грэда–Шафранова 21 ), в котором сила Лоренца Дж  ×  B создается за счет взаимодействия плотности тока плазмы, J , а магнитное поле B уравновешивает градиент давления плазмы ∇ p .Перенос радиального давления и плотности тока, вызванный источниками возбуждения тепла и тока, не моделируется. Вместо этого радиальные профили плазмы моделируются полиномами, коэффициенты которых ограничены током плазмы I p плюс два свободных параметра: нормализованное давление плазмы β p , которое представляет собой отношение кинетического давления к магнитному давление и запас прочности по оси плазмы q A , который контролирует остроту плотности тока.

Эволюция полного тока плазмы I p описывается уравнением с сосредоточенными параметрами на основе обобщенного закона Ома для магнитогидродинамической модели. Для этой модели полное сопротивление плазмы R p и полная самоиндукция плазмы L p являются свободными параметрами. Наконец, FGE производит синтетические магнитные измерения, имитирующие датчики TCV, которые используются для изучения политик управления, как описано ниже.

Специфические настройки для капель

В эксперименте с каплями (рис. 4) плазма считается без давления, что упрощает численное решение уравнения баланса сил. Кроме того, катушка G была отключена при моделировании, так как во время экспериментов она была разомкнута (генерируемые ею быстрые радиальные поля считались ненужными для этой плазмы). В этом эксперименте использовалась более ранняя модель эволюции I p , предназначенная для работы в стационарной плазме.Эта модель имеет один свободный параметр, радиальный профиль неоклассической параллельной проводимости плазмы \({\sigma}_{\parallel}\) (ссылка   22 ). Эта модель была заменена моделью, описанной выше для эксперимента с однодоменной плазмой, так как она лучше описывает эволюцию I p , особенно когда она быстро меняется.

Изменение параметров плазмы

Мы изменяем введенные выше параметры эволюции плазмы во время обучения, чтобы обеспечить надежную работу в реальных, но неизвестных условиях плазмы.Величина вариации устанавливается в пределах диапазонов, определенных из экспериментальных данных, как показано в расширенной таблице данных 2. В экспериментах с одной плазмой мы изменяем удельное сопротивление плазмы R p , а также параметры профиля β p и q A . L p не варьируется, так как вычисляется из простого соотношения 36 . Все они независимо выбираются из логарифмически-равномерного распределения по конкретному параметру.В эксперименте с каплями мы варьировали начальные значения тока омической катушки согласно равномерному распределению. Мы устанавливаем два разных значения для компонентов капли \({\sigma}_{\parallel}\). Мы выбираем логарифм разницы между ними из масштабированного бета-распределения и общего сдвига комбинированного среднего геометрического из логарифмически-равномерного распределения, а затем решаем для отдельного \({\sigma} _{\parallel}\). Значения параметров выбираются в начале каждого эпизода и остаются постоянными на протяжении всего моделирования.Выбранное значение намеренно не подвергается архитектуре обучения, поскольку оно не поддается непосредственному измерению. Следовательно, агент вынужден изучать контроллер, который может надежно обрабатывать все комбинации этих параметров. Этот информированный и целенаправленный метод рандомизации доменов оказался эффективным для поиска политик, которые отслеживают временные цели для формы и I p , будучи устойчивыми к введению внешнего нагрева и локализованным по краям модовым возмущениям в режиме высокого ограничения.

Восприятие и срабатывание

Необработанные данные датчика TCV проходят этап фильтрации нижних частот и обработки сигнала 37 . Мы моделируем эту стадию моделирования с помощью временной задержки и модели гауссовского шума, идентифицированной по данным во время фазы работы стационарной плазмы (расширенная таблица данных 2). Эта модель датчика (показана на рис. 1b) фиксирует соответствующую динамику, влияющую на стабильность управления. Динамика энергоснабжения (также показанная на рис. 1b) моделируется с фиксированным смещением и фиксированной временной задержкой, определенной из данных, а также дополнительным смещением, изменяющимся случайным образом в начале каждого эпизода.Значения для этих модификаций можно найти в расширенной таблице данных 2. Это консервативное приближение настоящих источников питания на основе тиристоров 37 , но оно фиксирует существенную динамику для целей управления.

Политика управления может стать устойчивой к очень нелинейным явлениям, зависящим от аппаратного обеспечения. Например, когда ток в активных катушках меняет полярность и контроллер запрашивает слишком низкое напряжение, источники питания могут «застрять», ошибочно обеспечивая нулевой выходной ток в течение длительного периода времени (рис.4б). Это явление может повлиять как на стабильность контроллера, так и на точность. Чтобы продемонстрировать способность нашего контроллера справляться с этой проблемой, мы применили «избегание изученной области» в демонстрации расширенного управления, чтобы указать, что токи, близкие к нулю, нежелательны. В результате политика управления эффективно учится повышать напряжения при изменении полярности тока, чтобы избежать залипания катушек на объекте (рис. 4c с расширенными данными).

Архитектура нейронной сети

MPO 23 использует две архитектуры нейронной сети для разработки и оптимизации политики: сеть критика и сеть политики.Обе сети адаптируются во время обучения, но на заводе развертывается только политическая сеть.

Для критической сети входные данные объединяются со значением функции гиперболического тангенса последнего заданного действия и передаются в слой долговременной кратковременной памяти (LSTM) шириной 256 единиц. Затем выходные данные слоя LSTM объединяются с его входными данными и подаются на многослойный персептрон (MLP), то есть на стек из двух тесно связанных скрытых слоев с 256 латентными значениями в каждом. Каждый из слоев MLP использует экспоненциальную линейную единицу нелинейности.Наконец, мы используем последний линейный слой для вывода Q-значения.

Сеть политики ограничена сетевой архитектурой, которую можно оценить на целевом оборудовании в течение 50  мкс для получения необходимой скорости управления 10 кГц. Кроме того, сеть должна выполнять этот вывод с достаточной числовой точностью в системе управления, которая использует архитектуру процессора, отличную от аппаратного обеспечения, используемого для обучения. Поэтому сеть политик строится следующим образом. Мы подаем входы в стек линейного слоя с 256 выходами.Выходные данные этого линейного слоя нормализуются с помощью LayerNorm 38 и ограничиваются с помощью функции гиперболического тангенса. После этого выходные данные подаются через трехслойный MLP с использованием экспоненциальной линейной единичной нелинейности и 256 латентных значений в каждом. Выходные данные этого стека проходят через последний линейный слой, который выводит два параметра для каждого действия: одно среднее значение распределения Гаусса и одно стандартное отклонение распределения Гаусса. Стандартное отклонение использует нелинейность softplus, чтобы убедиться, что оно всегда положительное.Параметры этого распределения Гаусса по действиям являются выходными данными нейронной сети. Обратите внимание, что для оценки политики при моделировании и выполнении на TCV используется только среднее значение распределения. С помощью этой небольшой нейронной сети мы можем выполнять логические выводы в кэше L2 ЦП системы управления.

Эти нейронные сети инициализируются весами усеченного нормального распределения, масштабированного с количеством входных данных и нулевым смещением. Исключением является последний уровень сети политик, который инициализируется таким же образом, но масштабируется с 0.0001 (ссылка   39 ). Эти сети обучаются с длиной развертывания 64 шага. Для обучения мы использовали размер партии 256 и скидку 0,99.

Расширенные данные На рис. 5а показана важность асимметричного дизайна между сетью акторов и сетью критиков. Мы сравниваем стандартную установку с симметричной установкой, в которой критик также ограничен скоростью управления на объекте. В стандартной настройке сеть критика намного больше, чем сеть политик (718 337 параметров по сравнению с 266 280 параметрами), и также использует повторяющийся LSTM.В симметричной настройке критик также является MLP, размером примерно с политику (266 497 параметров). Мы видим, что симметричный дизайн заметно уступает асимметричному в изучении эффективной политики. Кроме того, мы обнаруживаем, что основное преимущество исходит от повторяющегося дизайна в критике для обработки немарковских свойств этой среды. Когда мы масштабируем критерий, сохраняя структуру политики с прямой связью, мы обнаруживаем, что расширение его ширины до 512 единиц (926 209 параметров) или даже 1024 единиц (3 425 281 параметр) по-прежнему не соответствует производительности настройки с меньшим, но повторяющимся критерием. .

Цикл обучения

В нашем подходе используется метод эпизодического обучения, при котором данные собираются путем запуска симулятора с политикой управления в цикле, как показано на рис. 1а. Данные об этих взаимодействиях собираются в буфере 40 по принципу «первым пришел — первым обслужен» конечной емкости. Траектории взаимодействия случайным образом выбираются из буфера «обучающимся», который выполняет алгоритм MPO для обновления параметров политики управления. Во время обучения выполняемая политика управления является стохастической для изучения успешных вариантов управления.Эта стохастическая политика представлена ​​диагональным распределением Гаусса по действиям катушки.

Каждый эпизод соответствует одному прогону симуляции, который завершается либо при достижении условия завершения, которое мы обсудим ниже, либо по истечении фиксированного времени симуляции в эпизоде. Это фиксированное время составляло 0,2 с для капель, 0,5 с в случае расширенных данных, рис. 2а, с, и 1 с в противном случае. Каждый эпизод инициализируется из равновесного состояния в заранее запрограммированное время передачи, которое было реконструировано из предыдущего эксперимента на TCV.

Наш обучающий цикл эмулирует контрольную частоту 10 кГц. На каждом шаге политика оценивается с использованием наблюдения предыдущего шага. Полученное действие затем применяется к симулятору, который затем ступенчато. Наблюдения и вознаграждения также собираются на контрольной частоте 10 кГц, в результате чего обучающие данные собираются с интервалом в 0,1 мс. Для нашего моделирования мы выбрали временной шаг 50 кГц. Следовательно, для каждой оценки политики вычисляются пять временных шагов моделирования.Действие, то есть требуемое напряжение на катушке, поддерживается постоянным на протяжении этих подэтапов. Данные промежуточных шагов используются только для проверки условий завершения и впоследствии отбрасываются. Это позволяет независимо выбирать скорость управления и временной шаг имитатора и, следовательно, устанавливать последний на основе численных соображений.

Мы используем распределенную архитектуру 41 с одним обучающим экземпляром на тензорном процессоре и несколькими актерами, каждый из которых запускает независимый экземпляр симулятора.В наших экспериментах мы использовали параллельно 5000 актеров, что обычно приводило к тому, что время обучения составляло 1-3 дня, хотя иногда и больше для сложных целевых спецификаций. Мы проверили количество актеров, необходимых для стабилизации базовой плазмы, и результаты можно увидеть на рис. 5 с расширенными данными. Мы видим, что аналогичный уровень производительности может быть достигнут при умеренные затраты времени на обучение.

Поскольку RL взаимодействует с окружающей средой только на уровне выборки, политику можно дополнительно настроить с помощью данных, полученных при взаимодействии с растением.В качестве альтернативы можно представить себе использование базы данных прошлых экспериментов, проведенных на TCV, для улучшения политики. Однако неясно, достаточно ли разнообразны данные, учитывая универсальность TCV и тот факт, что одна и та же конфигурация плазмы может быть достигнута с помощью различных конфигураций напряжения на катушке. Особенно для ранее неизвестных форм плазмы данные отсутствуют или доступны только очень ограниченные данные, что делает этот подход неэффективным. И наоборот, симулятор может напрямую моделировать динамику интересующих конфигураций.Эта проблема, при которой для сбора данных требуется хорошая политика, становится еще более очевидной, если кто-то хочет оптимизировать политику de novo на основе данных, не полагаясь на модель моделирования.

Награды и увольнения

Все наши эксперименты преследуют несколько целей, которые должны быть выполнены одновременно. Эти цели указаны как отдельные компоненты вознаграждения, которые отслеживают аспект симуляции — как правило, физическую величину — и эти отдельные компоненты объединяются в одно скалярное значение вознаграждения.Описания используемых целей приведены в таблице расширенных данных 4. Целевые значения целей часто меняются во времени (например, ток плазмы и граничные целевые точки) и отправляются в политику как часть наблюдений. Этот изменяющийся во времени след целей определяется последовательностью значений в моменты времени, которые линейно интерполируются для всех промежуточных временных шагов.

Цели формы для каждого эксперимента были созданы с помощью генератора формы 42 или заданы вручную.Затем эти точки канонизируются до 32 равноотстоящих точек вдоль сплайна, которые являются целевыми точками, передаваемыми в политику. Сплайн является периодическим для замкнутых форм, но непериодическим для отклоненных форм, заканчиваясь в точках X.

Процесс объединения этих нескольких целей в одну скалярную величину выглядит следующим образом. Сначала для каждой цели вычисляется разница между фактическими и целевыми значениями, а затем преобразуется с помощью нелинейной функции в показатель качества от 0 до 1.В случае цели с векторным значением (например, расстояние до каждой точки формы цели) отдельные различия сначала объединяются в один скаляр с помощью «объединителя», взвешенной нелинейной функции. Наконец, взвешенная комбинация отдельных мер качества, специфичных для цели, вычисляется в одно скалярное значение вознаграждения от 0 до 1 с использованием объединителя, как указано выше. Затем это (ступенчатое) вознаграждение нормализуется, так что максимальное совокупное вознаграждение составляет 100 за 1 с контроля. В тех случаях, когда политика контроля привела к завершению, дается большое отрицательное вознаграждение.Дополнительные сведения см. в таблице расширенных данных 5.

Обычно мы вычисляем меру качества на основе ошибки, используя softplus или сигмоид, который обеспечивает ненулевой обучающий сигнал на раннем этапе обучения, когда ошибки велики, и одновременно поощряет точность по мере улучшения политики. Точно так же мы комбинируем награды, используя (взвешенный) гладкий максимум или среднее геометрическое, что дает больший градиент для улучшения наихудшей награды, в то же время поощряя улучшение всех целей. Точные определения вознаграждения, используемые в каждом из наших экспериментов, перечислены в расширенной таблице данных 3, а реализации доступны в дополнительных материалах.

Дальнейшие выводы

Некоторые контроллеры продемонстрировали несколько интересных особенностей поведения, которые кратко упомянуты здесь. Такое контрольное поведение намекает на дальнейшие потенциальные возможности методов обучения на основе управления.

Внешний нагрев применялся во время эксперимента, показанного на рис. 3б. Сначала мы провели тестовый эксперимент без нагрева, но с тем же самым контроллером и объективами. Это обеспечивает простой тест на воспроизводимость в контрольном окне до применения нагревания.Сравнение производительности показано на рис. 3 с расширенными данными и показывает, что в этих двух экспериментах контроллер работал одинаково.

Когда была поставлена ​​цель поддерживать только положение плазмы и ток, наша архитектура автономно построила плазму с малым удлинением, которая устраняет режим вертикальной нестабильности (расширенные данные, рис. 4a), без явного указания сделать это.

Наша архитектура управления, естественно, может использовать различную комбинацию полоидального поля и омических катушек для управления индуктивным напряжением, необходимым для поддержания тока плазмы (рис.4b), в отличие от существующих архитектур управления, которые обычно предполагают строгое разделение.

Наша архитектура может научиться включать нелинейные физические и управляющие запросы, добавляя цели в спецификацию целей. Это может, например, избежать ограничений в источниках питания, которые иногда вызывают «зависание» тока управляющей катушки при изменении полярности (расширенные данные, рис. 4c), и избежать точек X в сосуде, но вне плазмы (расширенные данные, рис. 4d). ) по запросу с наградами высокого уровня.

Мы видим, что для некоторых величин существует установившаяся ошибка в целевом значении (например, κ на рис. 3 с расширенными данными). Дальнейшее развитие будет направлено на устранение таких ошибок, например, путем повторения политики управления, а не прямой связи. Необходимо позаботиться о том, чтобы эти более мощные рекуррентные политики не слишком специализировались на конкретной динамике симулятора и продолжали успешно передаваться в TCV.

Развертывание

Поскольку стохастический характер политики обучения полезен только для исследования, политика окончательного контроля принимается как среднее значение политики Гаусса в конце обучения.Это дает детерминированную политику для выполнения на объекте. Во время обучения мы отслеживаем качество этой детерминированной политики перед развертыванием.

Контур управления TCV работает на частоте 10 кГц, хотя только половина времени цикла, то есть 50 мкс, доступна для алгоритма управления из-за другой обработки сигнала и регистрации. Поэтому мы создали систему развертывания, которая компилирует нашу нейронную сеть в код, способный работать в режиме реального времени, который гарантированно будет работать в течение этого временного окна. Для этого мы удаляем лишние веса и вычисления (например, дисперсию исследования), а затем используем tfcompile 43 для компиляции в двоичный код, тщательно избегая ненужных зависимостей.Мы настроили структуру нейронной сети, чтобы оптимизировать использование кеша процессора и включить векторизованные инструкции для оптимальной производительности. Таблица изменяющихся во времени целей управления также компилируется в двоичный файл для простоты развертывания. В будущем цели можно будет легко указать во время выполнения для динамической настройки поведения политики управления. Затем перед развертыванием мы тестируем все скомпилированные политики в автоматизированном расширенном эталонном тесте, чтобы гарантировать согласованное соблюдение сроков.

Постэкспериментальный анализ

Форма и положение плазмы не наблюдаются напрямую и должны быть выведены из доступных магнитных измерений.Это делается с помощью реконструкции магнитного равновесия, которая решает обратную задачу, чтобы найти распределение тока плазмы, которое соблюдает баланс сил (уравнение Грэда – Шафранова) и лучше всего соответствует данным экспериментальным магнитным измерениям в определенное время в смысле наименьших квадратов. .

В традиционном дизайне магнитного управления требуется реконструкция магнитного равновесия в режиме реального времени в качестве наблюдателя формы плазмы, чтобы замкнуть контур обратной связи управления формой (показан как наблюдатель «формы плазмы» на рис.1е). Вместо этого в нашем подходе мы используем только реконструкцию равновесия с кодом LIUQE 10 во время анализа после разряда, чтобы проверить характеристики контроллера формы плазмы и вычислить физические начальные условия для моделирования во время обучения.

После запуска эксперимента мы используем этот код восстановления равновесия для получения оценки состояния плазмы и поля магнитного потока. Использование этого подхода согласуется с предыдущей литературой по оценке производительности 9,10 .

Граница плазмы определяется последней поверхностью замкнутого потока (LCFS) в области. Мы извлекаем LCFS как 32 равноугольные точки вокруг оси плазмы, а затем канонизируем с помощью сплайнов до 128 равноудаленных точек. Расстояние ошибки вычисляется с использованием кратчайшего расстояния между каждой из точек, определяющих целевую форму, и многоугольником, определяемым 128 точками на LCFS. RMSE формы вычисляется для этих 32 расстояний ошибок по всем временным шагам в интересующем временном диапазоне.

Ошибки скалярных величин, таких как I p или удлинение, рассчитываются по ошибке между эталоном и соответствующей оценкой восстановления равновесия за интересующий период времени. Оценка скорости роста неустойчивости вертикального смещения 6 вычисляется из спектрального разложения линеаризованной системы уравнений симулятора вокруг реконструированного равновесия.

Сравнение с предыдущей работой

В последние годы для управления магнитным удержанием применялись передовые методы управления.Де Томмаси и др. 44 описывают основанный на модели подход к управлению положением плазмы с использованием линейной модели и каскадной структуры управления с обратной связью. Gerkšič и De Tommasi 45 предлагают подход к управлению с прогнозированием на основе модели, демонстрирующий управление с прогнозированием на основе линейной модели для управления положением и формой плазмы в моделировании, включая оценку возможности развертывания оборудования. Бонканьи и др. 46 предложили контроллер переключения, улучшающий отслеживание тока плазмы на оборудовании, но без демонстрации дополнительных возможностей.Была и другая предыдущая работа, в которой RL научился на моделях плазмы, например, управлять коэффициентом безопасности 47 или контролировать градиент ионной температуры 48 . Недавно Seo et al. 49 разработали сигналы прямой связи для бета-контроля с использованием RL, которые затем были проверены на токамаке KSTAR.

В более общем плане, подходы на основе машинного обучения разрабатываются для управления магнитным удержанием и термоядерного синтеза в целом, не ограничиваясь управлением.Обзор этой области предоставлен Humphreys et al. 14 , который разделил подходы на семь приоритетных исследовательских возможностей, включая ускорение науки, диагностику, извлечение моделей, контроль, большие данные, прогнозирование и разработку платформы. Бишоп и др. представили раннее использование нейронных сетей в контуре управления для контроля плазмы. 15 , который использовал мелкомасштабную нейронную сеть для оценки положения плазмы и низкоразмерных параметров формы, которые впоследствии использовались в качестве сигналов ошибки для управления с обратной связью.

Наша архитектура представляет собой важный шаг вперед с точки зрения универсальности, в которой единая структура используется для решения широкого круга задач управления синтезом, удовлетворяя несколько ключевых обещаний машинного обучения и искусственного интеллекта для синтеза, изложенных в ref . 14 .

Применение к альтернативным токамакам

Наш подход был успешно продемонстрирован на TCV, и мы уверены, что с несколькими базовыми модификациями наш подход напрямую применим к другим токамакам, которые удовлетворяют некоторым предположениям и техническим требованиям, изложенным ниже.Было подтверждено, что все современные токамаки соблюдают, с точки зрения магнитного управления, связанные уравнения, решаемые симуляторами свободной границы. Контроллеры равновесия обычно разрабатываются на основе этих моделей, и — для будущих токамаков — пока нет оснований полагать, что эта модель больше не будет действительна. Естественно, мы не можем предсказать эффективность нашего подхода на других типах устройств.

Для имитации другого устройства необходимо правильно установить параметры симулятора свободной границы.Сюда входит описание машины с расположением и электрическими свойствами катушек, резервуара и ограничителя, характеристики привода и датчика, такие как диапазоны тока и напряжения, шум и задержка. Рабочие условия, такие как ожидаемый диапазон изменения параметров профиля, также должны быть определены. Наконец, необходимо обновить награды и цели, чтобы они соответствовали геометрии и желаемым формам.

Вышеупомянутые характеристики должны быть легко доступны, поскольку они обычно являются частью процесса проектирования данного токамака.Действительно, расчеты равновесия Грэда-Шафранова обычно выполняются для общего проектирования и анализа нового токамака, и они включают все необходимые параметры. Эти изменения в геометрии сосуда и количестве, размещении и диапазоне датчиков и катушек не должны требовать изменений в алгоритме обучения, кроме корректировки конструктивных ограничений. Алгоритм обучения автоматически настроит размеры входного и выходного слоев для нейронной сети и автоматически изучит политику, подходящую для нового судна и системы управления.

Для развертывания требуется дополнительное рассмотрение. Наш подход требует централизованной системы управления с достаточной вычислительной мощностью для оценки нейронной сети на желаемой частоте управления, хотя для удовлетворения этого требования достаточно процессора настольного уровня. Кроме того, существующий магнитный контроллер необходим для выполнения плазменного пробоя и раннего выхода на рабочий режим перед передачей обученному контроллеру. Хотя наши контроллеры обучены избегать прерываний симуляции в соответствии с критериями сбоя, они не гарантируют отсутствие сбоев плазмы.Следовательно, если целевой токамак не может выдержать определенные виды сбоев, во время экспериментов должен быть установлен уровень защиты машины, такой как более простой резервный контроллер или система блокировки.

Физики управляют химическими реакциями с помощью магнитных полей и квантовой интерференции

Физики из Гарвардского центра сверххолодных атомов при Массачусетском технологическом институте разработали новый подход к контролю результатов химических реакций, используя мельчайшие изменения в магнитном поле для внесения тонких изменений в квантово-механическую волновую функцию сталкивающихся частиц во время химической реакции.Предоставлено: Ketterle Group/MIT CUA

Физики из Гарвардского центра сверххолодных атомов (CUA) при Массачусетском технологическом институте разработали новый подход к контролю результатов химических реакций. Традиционно это делается с использованием температуры и химических катализаторов, а в последнее время — с помощью внешних полей (электрических или магнитных полей или лазерных лучей).

Физики MIT CUA теперь добавили к этому новый поворот: они использовали мельчайшие изменения в магнитном поле, чтобы внести тонкие изменения в квантово-механическую волновую функцию сталкивающихся частиц во время химической реакции.Они показывают, как эта техника может направлять реакции к другому результату: усилению или подавлению реакций.

Это было возможно только при работе при сверхнизких температурах в миллионную долю градуса выше абсолютного нуля, когда столкновения и химические реакции происходят в одиночных квантовых состояниях. Их исследование было опубликовано в Science 4 марта.

Исследователи MIT CUA подготовили ультрахолодное облако со смесью атомов натрия и двухатомной молекулы натрия-лития в определенном квантовом состоянии, в котором все магнитные моменты (или спины) электронов были выровнены сильным магнитным полем.

Наличие химических реакций наблюдали по распаду числа оставшихся молекул. Когда исследователи меняли магнитное поле, они обнаружили резкие изменения в скорости реактивного рассеяния, чего раньше не наблюдалось. Скорость реакции изменилась из-за резонанса между двумя квантовыми состояниями сталкивающихся частиц, называемого резонансом Фешбаха.

Вольфганг Кеттерле, профессор физики Джона Д. Макартура в Массачусетском технологическом институте и руководитель группы CUA Массачусетского технологического института, объясняет: «Более 20 лет назад моя группа наблюдала первые резонансы Фешбаха в конденсатах Бозе-Эйнштейна, экстремальной, холодной форме атомная материя.Удивительно видеть, что это явление теперь можно использовать для управления химией».

Ключевыми элементами являются изменения фазы волновой функции атомов и молекул при их столкновении. Столкновения при сверхнизких температурах могут включать в себя множественные отскоки вперед и назад. Между эффектами этих отскоков возникает квантовая интерференция, которая может быть конструктивной или деструктивной (в зависимости от фазы волновой функции) и усиливать или подавлять реакции примерно в 100 раз.

Хёнмок Сон, бывший аспирант CUA и ведущий автор исследования, говорит: «Квантовая интерференция аналогична интерференции света в оптическом резонаторе или лазерному лучу, отражающемуся между двумя зеркалами.«Сон мог объяснить все наблюдения, используя несколько простых уравнений, основанных на этой оптической аналогии. «Этот анализ дал нам микроскопическую информацию о процессе реактивного рассеяния, которую нельзя было получить только из расчетов», — добавляет Сон.

«Сейчас мы изучаем простые системы — двухатомную молекулу и атом, потому что более крупные молекулы было бы гораздо сложнее контролировать и описывать. Долгосрочная цель наших исследований — улучшить наше понимание того, как могут происходить химические процессы. контролируются в более общих системах и средах», — добавляет Кеттерле.

Статья была написана в соавторстве с Сон, Кеттерле, аспирантами Массачусетского технологического института Джулианой Парк и Юкун Лу, бывшим постдоком профессором Аланом Джеймисоном из Университета Ватерлоо и профессором Тийсом Карманом из Университета Радбауд в Неймегене, Нидерланды. Все, кроме Кармана, являются или были исследователями в Гарвардском центре ультрахолодных атомов Массачусетского технологического института. Команда Массачусетского технологического института связана с Физическим факультетом Массачусетского технологического института и Исследовательской лабораторией электроники (RLE).


Демонстрация резонансов Фешбаха между одиночным ионом и ультрахолодными атомами
Дополнительная информация: Хёнмок Сон и др., Управление реактивными столкновениями с помощью квантовой интерференции, Science (2022).DOI: 10.1126/science.abl7257 Предоставлено Массачусетский Технологический Институт

Цитата : Физики управляют химическими реакциями с помощью магнитных полей и квантовой интерференции (8 марта 2022 г.) получено 13 марта 2022 г. с https://физ.org/news/2022-03-физики-химические реакции-магнитные поля.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Прогресс и перспективы магнитных топологических материалов

  • Кейн, К.Л. и Меле, Э. Дж. Квантовый спиновый эффект Холла в графене. Физ. Преподобный Летт. 95 , 226801 (2005 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Берневиг, Б. А., Хьюз, Т. Л. и Чжан, С.-К. Квантовый спиновый эффект Холла и топологический фазовый переход в квантовых ямах HgTe. Наука 314 , 1757–1761 (2006).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Китаев А.Ю. У. Отказоустойчивые квантовые вычисления по Anyons. Энн. физ. 303 , 2–30 (2003). В этой статье показано, как реализовать топологические квантовые вычисления в магнитных сверхпроводящих системах .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet КАС МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Песин Д. и Макдональд А. Х. Спинтроника и псевдоспинтроника в графене и топологических изоляторах. Нац. Матер. 11 , 409–416 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Rajamathi, C.R. et al. Полуметаллы Вейля как катализаторы выделения водорода. Доп. Матер. 29 , 1606202 (2017). Эта статья представляет собой первое применение полуметалла Вейля для катализа .

    Google ученый

  • Сюй, Ю. и др. Высокопроизводительные расчеты магнитных топологических материалов. Природа 586 , 702–707 (2020). В этой статье представлены первые высокопроизводительные магнитные топологические расчеты .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Элькоро, Л. и др. Магнитно-топологическая квантовая химия. Нац. коммун. 12 , 5965 (2021). Эта статья развивает полную теорию топологических изоляторов и металлов в магнитных группах .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ватанабэ, Х., По, Х.К. и Вишванат, А. Структура и топология зонных структур в 1651 магнитной пространственной группе. науч. Доп. 4 , aat8685 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Морали, Н. и др. Разнообразие ферми-дуг на поверхностных окончаниях магнитного полуметалла Вейля Co 3 Sn 2 S 2 . Наука 365 , 1286–1291 (2019). В этой статье показано значение различных поверхностных потенциалов, налагаемых тремя различными окончаниями на модификацию контура дуги Ферми и связность узла Вейля .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Отроков М.М. и др. Прогноз и наблюдение антиферромагнитного топологического изолятора. Природа 576 , 416–422 (2019). В этой статье впервые предсказан и реализован антиферромагнитный топологический изолятор в объемном материале .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ноки, Дж., Zhang, Y., Gooth, J., Felser, C. & Sun, Y. Гигантский аномальный эффект Холла и эффект Нернста в магнитных кубических соединениях Гейслера. npj Вычисл. Матер. 6 , 77 (2020). В этой статье систематически исследуется кривизна Берри всех магнитных соединений Гейслера .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Холдейн, Ф. Д. М. Модель квантового эффекта Холла без уровней Ландау: реализация «аномалии четности» в конденсированном состоянии. Физ. Преподобный Летт. 61 , 2015–2018 (1988). В работе реализована первая модель магнитных топологических изоляторов (изоляторов Черна) .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Чанг, К.-З. и другие. Экспериментальное наблюдение квантового аномального эффекта Холла в магнитном топологическом изоляторе. Наука 340 , 167–170 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Чекельский Ю.Г. и др. Траектория аномального эффекта Холла к квантованному состоянию в ферромагнитном топологическом изоляторе. Нац. физ. 10 , 731–736 (2014).

    КАС Google ученый

  • Денг Ю. и др. Квантовый аномальный эффект Холла в собственном магнитном топологическом изоляторе MnBi 2 Te 4 . Наука 367 , 895–900 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Гонг Ю.и другие. Экспериментальная реализация собственного магнитного топологического изолятора. Подбородок. физ. лат. 36 , 076801 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Чанг, К.-З. & Ли, М. Квантовый аномальный эффект Холла в топологических изоляторах, нарушающих симметрию обращения времени. J. Phys. Конденс. Материя 28 , 123002 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Хор Ю.С. и др. Развитие ферромагнетизма в легированном топологическом изоляторе Bi 2− x Mn x Te 3 . Физ. Ред. B 81 , 195203 (2010 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Ю. Р. и др. Квантовый аномальный эффект Холла в магнитных топологических изоляторах. Наука 329 , 61–64 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Чанг, К.-З. и другие. Тонкие пленки магнитно-легированного топологического изолятора с независимым от носителей дальним ферромагнитным порядком. Доп. Матер. 25 , 1065–1070 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Монг, Р. С. К., Эссин, А. М. и Мур, Дж. Э. Антиферромагнитные топологические изоляторы. физ. Ред. В 81, 245209 (2010). В статье описана первая модель антиферромагнитного топологического изолятора .

  • Фэнг, К., Гилберт, М.Дж. и Берневиг, Б.А. Топологические изоляторы с соизмеримым антиферромагнетизмом. Физ. B 88 , 085406 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Bradley, C. & Cracknell, A. Математическая теория симметрии в твердых телах: теория представлений для точечных и пространственных групп (Clarendon, 1972).

  • Отроков М.М. и др. Высокоупорядоченные материалы с широкой запрещенной зоной для квантованных аномальных эффектов Холла и магнитоэлектрических эффектов. 2D Матер. 4 , 025082 (2017).

    Google ученый

  • Отроков М.М. и др. Уникальные свойства ван-дер-ваальсовых межслойных антиферромагнетиков MnBi 2 Te 4 в зависимости от толщины. Физ. Преподобный Летт. 122 , 107202 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ли, Дж.и другие. Собственные магнитные топологические изоляторы в ван-дер-ваальсовых слоистых материалах семейства MnBi 2 Te 4 . науч. Доп. 5 , aaw5685 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Zhang, D. et al. Топологические состояния аксионов в магнитном изоляторе MnBi 2 Te 4 с квантованным магнитоэлектрическим эффектом. Физ. Преподобный Летт. 122 , 206401 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ge, J. et al. Квантовый эффект Холла с большими числами Черна и высокотемпературный без уровней Ландау. Национальная наука. Ред. 7 , 1280–1287 (2020 г.).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ци, С.-Л., Хьюз, Т.Л. и Чжан, С.-К. Топологическая теория поля инвариантных изоляторов с обращением времени. Физ. Ред. B 78 , 195424 (2008 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Беналькасар, В. А., Берневиг, Б. А. и Хьюз, Т. Л. Квантованные электрические многополюсные изоляторы. Наука 357 , 61–66 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet КАС пабмед МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Хьюз, Т. Л., Продан, Э. и Берневиг, Б.А. Инверсионно-симметричные топологические изоляторы. Физ. B 83 , 245132 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Тернер А. М., Чжан Ю., Монг Р. С. К. и Вишванат А. Квантованный отклик и топология магнитных изоляторов с инверсионной симметрией. Физ. B 85 , 165120 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Чжан Ф., Кейн, К.Л. и Меле, Э.Дж. Намагниченность поверхностного состояния и киральные краевые состояния на топологических изоляторах. Физ. Преподобный Летт. 110 , 046404 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Фу, Л., Кейн, К.Л. и Меле, Э.Дж. Топологические изоляторы в трех измерениях. Физ. Преподобный Летт. 98 , 106803 (2007 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Фу, Л.и Кейн, К.Л. Топологические изоляторы с инверсионной симметрией. Физ. B 76 , 045302 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Кох, С. и Вандербильт, Д. Канонические магнитные изоляторы с изотропной магнитоэлектрической связью. Физ. B 88 , 121106 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Эссин А.М., Мур, Дж. Э. и Вандербильт, Д. Магнитоэлектрическая поляризуемость и электродинамика аксионов в кристаллических изоляторах. Физ. Преподобный Летт. 102 , 146805 (2009 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Schindler, F. et al. Топологические изоляторы высшего порядка. науч. Доп. 4 , aat0346 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • По, Х.К., Вишванат А. и Ватанабе Х. Индикаторы топологии полос на основе симметрии в 230 пространственных группах. Нац. коммун. 8 , 50 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Wang, Z., Wieder, BJ, Li, J., Yan, B. & Bernevig, BA Топология высших порядков, монопольные узловые линии и происхождение больших дуг Ферми в дихалькогенидах переходных металлов X Te 2 ( X = Мо, Вт). Физ. Преподобный Летт. 123 , 186401 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Тернер А. М., Чжан Ю. и Вишванат А. Запутанность и инверсионная симметрия в топологических изоляторах. Физ. B 82 , 241102 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Видер, Б.Дж. и Берневиг, Б.А. Аксионный изолятор как насос хрупкой топологии.Препринт на https://arxiv.org/abs/1810.02373 (2018).

  • Моги, М. и др. Магнитная гетероструктура из топологических изоляторов как кандидат на роль аксионного изолятора. Нац. Матер. 16 , 516–521 (2017). В этой статье сделан первый шаг к реализации аксиального изолятора с помощью инженерных гетероструктур с топологическими изоляционными пленками, легированными модуляцией .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Сяо Д.и другие. Реализация состояния изолятора аксионов в гетероструктурах с квантовым аномальным холловским сэндвичем. Физ. Преподобный Летт. 120 , 056801 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Сюй, С.-Ю. и другие. Спиновая текстура ежа и настройка фазы Берри в магнитном топологическом изоляторе. Нац. физ. 8 , 616–622 (2012).

    КАС Google ученый

  • Ван З.и Чжан, С.-К. Киральная аномалия, волны плотности заряда и аксионные струны из полуметаллов Вейля. Физ. B 87 , 161107 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Gooth, J. et al. Аксионная волна плотности заряда в полуметалле Вейля (TaSe 4 ) 2 I. Nature 575 , 315–319 (2019). Первая реализация аксионной квазичастицы в полуметалле Вейля с волной зарядовой плотности .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ши, В. и др. Топологический полуметалл с волной зарядовой плотности. Нац. физ. 17 , 381–387 (2021).

    КАС Google ученый

  • Ан, Дж. и Ян, Б.-Дж. Симметрийный подход к представлению топологических инвариантов в C 2 z T -симметричных системах. Физ. B 99 , 235125 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet КАС Google ученый

  • Варнава Н., Соуза И. и Вандербильт Д. Связь аксионов в гибридном представлении Ванье. Физ. Ред. B 101 , 155130 (2020 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Шиодзаки К., Сато М. и Гоми К. Топологические кристаллические материалы: общая формулировка, модульная структура и группы обоев. Физ. Ред. B 95 , 235425 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Фанг К. и Фу Л. Новые классы трехмерных топологических кристаллических изоляторов: несимметричные и магнитные. Физ. B 91 , 161105 (2015). В этой статье реализованы первые модели топологических изоляторов с вращательной аномалией .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Чжан Р.-X., Wu, F. & Das Sarma, S. Изолятор Мёбиуса и топология высшего порядка в MnBi 2 n Te 3 n +1 . Физ. Преподобный Летт. 124 , 136407 (2020). Эта статья предсказывает несколько топологических фаз в семействе MnBiTe .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Алиев З.С. и др. Новые тройные слоистые теллуриды марганца и висмута системы MnTe-Bi 2 Te 3 : синтез и кристаллическая структура. J. Alloys Compd. 789 , 443–450 (2019).

    КАС Google ученый

  • Климовских И.И. и др. Перестраиваемый 3D/2D магнетизм в семействе топологических изоляторов (MnBi 2 Te 4 )(Bi 2 Te 3 ) m . npj Квантовая Материя. 12 , 20 (2019).

    Google ученый

  • Ван З., Александрадината А., Кава Р. Дж. и Берневиг Б. А. Фермионы песочных часов. Природа 532 , 189–194 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Wieder, B.J. et al. Обои-фермионы и несимметричный изолятор Дирака. Наука 361 , 246–251 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • млн лет, Дж.и другие. Экспериментальное свидетельство существования фермиона в виде песочных часов в несимметричном топологическом изоляторе-кандидате KHgSb. науч. Доп. 3 , e1602415 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Лян, С. и др. Защищенное от щели состояние с нулевым эффектом Холла в квантовом пределе несимморфного металла KHgSb. Нац. Матер. 18 , 443–447 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ху, К.и другие. Реализация собственного ферромагнитного топологического состояния в MnBi 8 Te 13 . науч. Доп. 6 , aba4275 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Fang, C. & Fu, L. Новые классы топологических кристаллических изоляторов с аномалией вращения поверхности. науч. Доп. 5 , aat2374 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Вэй, П.и другие. Нарушение симметрии в топологических изоляторах, вызванное обменной связью. Физ. Преподобный Летт. 110 , 186807 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Катмис, Ф. и др. Высокотемпературная ферромагнитная топологическая изолирующая фаза за счет близости связи. Природа 533 , 513–516 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ланг, М.и другие. Наведенный близостью высокотемпературный магнитный порядок в гетероструктуре топологический изолятор – ферримагнитный изолятор. Нано Летт. 14 , 3459–3465 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Тан, С. и др. Квантовое спиновое состояние Холла в монослое 1T′-WTe 2 . Нац. физ. 13 , 683–687 (2017).

    КАС Google ученый

  • Хирахара Т.и другие. Магнитная топологическая гетероструктура с большим зазором, образованная подповерхностным внедрением ферромагнитного слоя. Нано Летт. 17 , 3493–3500 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Hirahara, T. et al. Изготовление новой магнитной топологической гетероструктуры и температурная эволюция ее массивного конуса Дирака. Нац. коммун. 11 , 4821 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Кригер, Дж.А. и др. Спектроскопический взгляд на взаимодействие электронных и магнитных свойств магнитно-легированных топологических изоляторов. Физ. Ред. B 96 , 184402 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Alegria, L.D. et al. Большой аномальный эффект Холла в гетероструктурах ферромагнитный изолятор-топологический изолятор. Заяв. физ. лат. 105 , 053512 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Вольф С.и другие. Спинтроника: видение электроники будущего на основе спина. Наука 294 , 1488–1495 (2001).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Токура Ю., Ясуда К. и Цукадзаки А. Магнитные топологические изоляторы. Нац. Преподобный физ. 1 , 126–143 (2019). В этой статье рассматриваются основные концепции магнитных топологических изоляторов, их экспериментальная реализация и проверка их эмерджентных свойств .

    Google ученый

  • Чанг, К.-З. и другие. Высокоточная реализация робастного квантового аномального холловского состояния в твердом ферромагнитном топологическом изоляторе. Нац. Матер. 14 , 473–477 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Chen, Y.L. et al. Массивный фермион Дирака на поверхности магнитно-легированного топологического изолятора. Наука 329 , 659–662 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Lachman, E. O. et al. Визуализация суперпарамагнитной динамики в магнитных топологических изоляторах. науч. Доп. 1 , e1500740 (2015 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Бейденкопф, Х. и др. Пространственные флуктуации спиральных фермионов Дирака на поверхности топологических изоляторов. Нац. физ. 7 , 939–943 (2011).

    КАС Google ученый

  • Lee, I. et al. Визуализация Массовый беспорядок Дирака от магнитных атомов легирующей примеси в ферромагнитном топологическом изоляторе Проц. Натл акад. науч. 112 , 1316–1321 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Риенкс, Э.Д.Л. и соавт. Большая магнитная щель в точке Дирака в гетероструктурах Bi 2 Te 3 /MnBi 2 Te 4 . Природа 576 , 423–428 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Lee, S.H. et al. Спиновое рассеяние и индуцированный неколлинеарной спиновой структурой собственный аномальный эффект Холла в антиферромагнитном топологическом изоляторе MnBi 2 Te 4 . Физ. Преподобный Рез. 1 , 012011 (2019).

    КАС Google ученый

  • Ли, Х. и др. Поверхностные состояния Дирака в собственных магнитных топологических изоляторах EuSn 2 As 2 и MnBi 2n Te 3 n +1 . Физ. X 9 , 041039 (2019 г.).

    КАС Google ученый

  • Ян Дж.-К. и другие. Рост кристаллов и магнитная структура MnBi 2 Te 4 . Физ. Преподобный Матер. 3 , 064202 (2019).

    КАС Google ученый

  • Юань Ю. и др. Электронные состояния и магнитный отклик MnBi 2 Te 4 методами сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии. Нано Летт. 20 , 3271–3277 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Лю, К.и другие. Надежный аксионный изолятор и изолятор Черна в двумерном антиферромагнитном топологическом изоляторе. Нац. Матер. 19 , 522–527 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Lin, X. & Ni, J. Слоезависимый собственный аномальный эффект Холла в Fe 3 GeTe 2 . Физ. B 100 , 085403 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Сюй, Дж., Фелан, В.А. и Чиен, К.-Л. Большой аномальный эффект Нернста в ван-дер-ваальсовом ферромагнетике Fe 3 GeTe 2 . Нано Летт. 19 , 8250–8254 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Денг Ю. и др. Перестраиваемый затвором ферромагнетизм при комнатной температуре в двумерном Fe 3 GeTe 2 . Природа 563 , 94–99 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ким, К.и другие. Большой аномальный холловский ток, индуцированный топологическими узловыми линиями в ферромагнитном полуметалле Ван-дер-Ваальса. Нац. Матер. 17 , 794–799 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ван, Л.-Л. и другие. Одиночная пара фермионов Вейля в полуметаллическом полуметалле EuCd 2 As 2 . Физ. B 99 , 245147 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Хуа, Г.и другие. Полуметалл Дирака в магнитных пространственных группах типа IV. Физ. B 98 , 201116 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • млн лет, J. et al. Возникновение нетривиальных низкоэнергетических дираковских фермионов в антиферромагнетиках EuCd 2 As 2 . Доп. Матер. 32 , 15 (2020).

    КАС Google ученый

  • Сюй Ю., Сонг, З., Ван, З., Венг, Х. и Дай, X. Топология аксиального изолятора высшего порядка EuIn 2 As 2 . Физ. Преподобный Летт. 122 , 256402 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Gui, X. et al. Кандидат на новый магнитный топологический квантовый материал по дизайну. АКЦ Цент. науч. 5 , 900–910 (2019).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Сато Т.и другие. Признак инверсии зон в антиферромагнитной фазе кандидата в аксионные изоляторы EuIn 2 As 2 . Физ. Преподобный Рез. 2 , 033342 (2020).

    КАС Google ученый

  • Нагаоса Н., Синова Дж., Онода С., Макдональд А. Х. и Онг Н. П. Аномальный эффект Холла. Ред. Мод. физ. 82 , 1539–1592 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Берри, М.V. Квантовые фазовые факторы, сопровождающие адиабатические изменения. Проц. Р. Соц. Лонд. А 392 , 45–57 (1984).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Мураками, С. Фазовый переход между фазами квантового спина Холла и изолятора в 3D: появление топологической бесщелевой фазы. New J. Phys. 9 , 356 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Ван, Х., Тернер А.М., Вишванат А. и Саврасов С.Ю. Топологические полуметаллические и ферми-дуговые поверхностные состояния в электронной структуре иридатов пирохлора. Физ. B 83 , 205101 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Бурков А. А., Баленц Л. Полуметалл Вейля в многослойном топологическом изоляторе. Физ. Преподобный Летт. 107 , 127205 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ян, К.-Ю., Лу, Ю.-М. & Ran, Y. Квантовые эффекты Холла в полуметалле Вейля: возможное применение в иридах пирохлора. Физ. Ред. B 84 , 075129 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Li, X. et al. Аномальные эффекты Нернста и Риги-Ледук в Mn 3 Sn: кривизна Берри и поток энтропии. Физ. Преподобный Летт. 119 , 056601 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Шарма, Г., Госвами П. и Тевари С. Нернст и магнитотермическая проводимость в решеточной модели фермионов Вейля. Физ. Ред. B 93 , 035116 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Сакаи, А. и др. Гигантский аномальный эффект Нернста и квантово-критический скейлинг в ферромагнитном полуметалле. Нац. физ. 14 , 1119–1124 (2018).

    КАС Google ученый

  • Ноки, Дж., Гейлс Дж., Фельзер К. и Сун Ю. Сильный аномальный эффект Нернста в коллинеарных магнитных полуметаллах Вейля без результирующих магнитных моментов. Физ. B 97 , 220405 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Фэнг, К., Гилберт, М.Дж., Дай, X. и Берневиг, Б.А. Мультивейлевские топологические полуметаллы, стабилизированные симметрией точечной группы. Физ. Преподобный Летт. 108 , 266802 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Солин Н.И., Чеботаев Н.М. Магнитосопротивление и эффект Холла магнитного полупроводника HgCr 2 Se 4 в сильных магнитных полях. Физ. Твердотельный 39 , 754–758 (1997).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Кюблер Дж. и Фельзер К. Неколлинеарные антиферромагнетики и аномальный эффект Холла. Еврофиз. лат. 108 , 67001 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Чен, Х., Niu, Q. & MacDonald, AH Аномальный эффект Холла, возникающий из-за неколлинеарного антиферромагнетизма. Физ. Преподобный Летт. 112 , 017205 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Zhang, Y. et al. Сильный анизотропный аномальный эффект Холла и спиновый эффект Холла в хиральных антиферромагнитных соединениях Mn 3 X ( X   = Ge, Sn, Ga, Ir, Rh, Pt). Физ. Ред. B 95 , 075128 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Ян Х. и др. Топологические полуметаллы Вейля в хиральных антиферромагнетиках Mn 3 Ge и Mn 3 Sn. New J. Phys. 19 , 015008 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Тан, П., Чжоу, К., Сюй, Г. и Чжан, С.-К. Фермионы Дирака в антиферромагнитном полуметалле. Нац.физ. 12 , 11:00–11:04 (2016).

    КАС Google ученый

  • Белопольски И. и др. Открытие топологических фермионных линий Вейля и поверхностных состояний барабанной пластины в магните комнатной температуры. Наука 365 , 1278–1281 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ни С., Венг Х. и Принц Ф. Б. Топологические полуметаллы с узловыми линиями в моногалогенидах ферромагнитных редкоземельных металлов. Физ. Ред. B 99 , 035125 (2019 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Брэдлин, Б. и др. Помимо фермионов Дирака и Вейля: нетрадиционные квазичастицы в обычных кристаллах. Наука 353 , aaf5037 (2016).

    MathSciNet пабмед МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Кано, Дж., Брэдлин, Б. и Верньори, М.G. Многократные узловые точки в магнитных материалах. АПЛ Матер. 7 , 101125 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Видер, Б.Дж., Ким, Ю., Раппе, А.М. и Кейн, К.Л. Двойные полуметаллы Дирака в трех измерениях. Физ. Преподобный Летт. 116 , 186402 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Видер, Б.Дж.и другие. Сильные и хрупкие топологические полуметаллы Дирака с дугами Ферми более высокого порядка. Нац. коммун. 11 , 627 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Лин М. и Хьюз Т. Л. Топологические квадруполярные полуметаллы. Физ. B 98 , 241103 (2018 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Лю, Э.и другие. Гигантский аномальный эффект Холла в ферромагнитном полуметалле с решеткой кагоме. Нац. физ. 14 , 1125–1131 (2018).

    КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Лю, Д. Ф. и др. Магнитная полуметаллическая фаза Вейля в кристалле Кагоме. Наука 365 , 1282–1285 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Гуин С.Н. и др. Эффект Нернста нулевого поля в ферромагнитной кагоме-решетке полуметалла Вейля Co 3 Sn 2 S 2 . Доп. Матер. 31 , 1806622 (2019).

    MathSciNet Google ученый

  • Howard, S. et al. Доказательства одномерных киральных краевых состояний в магнитном полуметалле Вейля Co 3 Sn 2 S 2 . Нац. коммун. 12 , 4269 (2021).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Muechler, L. et al. Возникающие киральные краевые состояния из-за ограничения магнитного полуметалла Вейля в Co 3 Sn 2 S 2 . Физ. Ред. B 101 , 115106 (2020 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • млн лет, Д.-С. и другие. Спин-орбитально-индуцированные топологические плоские полосы в линейных и расщепленных графах двудольных решеток. Физ. Преподобный Летт. 125 , 266403 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Сюй Ю. и др. Электронные корреляции и уплощенная полоса в магнитном полуметалле Вейля Co 3 Sn 2 S 2 . Нац. коммун. 11 , 3985 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Yin, J. X. et al.Отрицательный магнетизм плоских зон в коррелированном магните кагомэ со спин-орбитальной связью. Нац. физ. 15 , 443–448 (2019).

    КАС Google ученый

  • Ли, Г. и др. Поверхностные состояния объемного монокристалла топологического полуметалла Co 3 Sn 2 S 2 в сторону окисления водой. науч. Доп. 5 , eaaw9867 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ван, К.и другие. Большой собственный аномальный эффект Холла в полуметаллическом ферромагнетике Co 3 Sn 2 S 2 с магнитными фермионами Вейля. Нац. коммун. 9 , 3681 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Ни С., Сюй Г., Принц Ф. Б. и Чжан С.-К. Топологический полуметалл в сотовой решетке LnSI. Проц. Натл акад. науч. 114 , 10596–10600 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Кан М. и др. Фермионы Дирака и плоские зоны в идеальном металле кагоме FeSn. Нац. Матер. 19 , 163–169 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ye, L. et al. Массивные фермионы Дирака в ферромагнитном металле кагоме. Природа 555 , 638–642 (2018). В статье обсуждаются поверхностные и объемные фермионы Дирака, а также плоские зоны в антиферромагнитном кагоме-металле FeSn .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Накацудзи С., Киёхара Н. и Хиго Т. Большой аномальный эффект Холла в неколлинеарном антиферромагнетике при комнатной температуре. Природа 527 , 212–215 (2015). Первое сообщение о большом аномальном эффекте Холла в антиферромагнетике Mn 3 Sn с исчезающе малой намагниченностью .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Наяк А.К. и др. Большой аномальный эффект Холла, обусловленный неисчезающей кривизной Берри в неколинеарном антиферромагнетике Mn 3 Ge. науч. Доп. 2 , e1501870 (2016 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Лю, З. и др. Орбитально-селективные фермионы Дирака и чрезвычайно плоские зоны в металле CoSn с фрустрированной кагоме-решеткой. Нац. коммун. 11 , 4002 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Инь, Дж.-Х. и другие. Квантово-предельный топологический магнетизм Черна в TbMn 6 Sn 6 . Природа 583 , 533–536 (2020). Топологический кагомэ-магнит с сильной внеплоскостной намагниченностью, реализованный в TbMn 6 Sn 6 и идентифицированный с помощью сканирующей туннельной микроскопии .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Асаба Т. и др. Аномальный эффект Холла в кагомэ-ферримагнетике GdMn 6 Sn 6 . Физ. B 101 , 174415 (2020 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • млн лет, В. и др. Редкоземельная инженерия в R Mn 6 Sn 6 ( R  = Gd-Tm, Lu) топологические магниты кагоме. Физ. Преподобный Летт. 126 , 246602 (2021).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Инь, Ж.-Х. и другие. Гигантская и анизотропная спин-орбитальная перестраиваемость в сильно коррелированном магните кагомэ. Природа 562 , 91–95 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Wang, Z. et al. Фермионы Вейля, разрушающие обращение времени, в магнитных сплавах Гейслера. Физ. Преподобный Летт. 117 , 236401 (2016). В этой статье сообщается о первом предсказании ферромагнитного полуметалла Вейля .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед Google ученый

  • Kübler, J. & Felser, C. Точки Вейля в ферромагнитном соединении Гейслера Co 2 MnAl. Еврофиз. лат. 114 , 47005 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Граф Т., Felser, C. & Parkin, S.S.P. Простые правила для понимания соединений Гейслера. Прог. Химия твердого тела. 39 , 1–50 (2011). В этой статье обобщен широкий спектр свойств семейства соединений Гейслера .

    КАС Google ученый

  • Ли, П. и др. Гигантский аномальный эффект Холла при комнатной температуре и перестраиваемая топология в ферромагнитном топологическом полуметалле Co 2 MnAl. Нац. коммун. 11 , 3476 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Манна, К., Сан, Ю., Мюхлер, Л., Кюблер, Дж. и Фельзер, К. Хойслер, Вейл и Берри. Нац. Преподобный Матер. 3 , 244–256 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Guin, S. N. et al. Аномальный эффект Нернста за пределами скейлинга намагниченности в ферромагнитном соединении Гейслера Co 2 MnGa. NPG Азия Матер. 11 , 16 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Манна, К. и др. От колоссального до нуля: управление аномальным эффектом Холла в магнитных соединениях Гейслера с помощью дизайна кривизны Берри. Физ. Ред. X 8 , 041045 (2018 г.).

    КАС Google ученый

  • Сакаи, А. и др. Бинарные ферромагнетики на основе железа для поперечного термоэлектрического преобразования. Природа 581 , 53–57 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Hirschberger, M. et al. Киральная аномалия и термоЭДС фермионов Вейля в полугейслеровском GdPtBi. Нац. Матер. 15 , 1161–1165 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Лян, С. и др. Экспериментальные испытания кирального аномального магнитосопротивления в полуметаллах Дирака–Вейля Na 3 Bi и GdPtBi. Физ. X 8 , 031002 (2018 г.).

    КАС Google ученый

  • Шекхар, К. и др. Аномальный эффект Холла в полуметаллических полугейслеровых соединениях Вейля R PtBi ( R  = Gd и Nd). Проц. Натл акад. науч. США 115 , 9140–9144 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Кумар, Н., Гуин С.Н., Фельзер К. и Шекхар К. Плоский эффект Холла в полуметалле Вейля GdPtBi. Физ. B 98 , 041103 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Schindler, C. et al. Анизотропный электрический и тепловой магнитотранспорт в магнитном полуметалле GdPtBi. Физ. B 101 , 125119 (2020 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Ю, Дж., Ян, Б. и Лю, К.-Х. Модельный гамильтониан и обращение времени, разрушающие топологические фазы антиферромагнитных полугейслеровых материалов. Физ. B 95 , 235158 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Курода, К. и др. Доказательства существования магнитных фермионов Вейля в коррелированном металле. Нац. Матер. 16 , 1090–1095 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Ихлас, М.и другие. Большой аномальный эффект Нернста при комнатной температуре в киральном антиферромагнетике. Нац. физ. 13 , 1085–1090 (2017).

    КАС Google ученый

  • Higo, T. et al. Большой магнитооптический эффект Керра и визуализация магнитных октупольных доменов в антиферромагнитном металле. Нац. Фотоника 12 , 73–78 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Шмейкал, Л., Мокроусов Ю., Ян Б. и Макдональд А. Х. Топологическая антиферромагнитная спинтроника. Нац. физ. 14 , 242–251 (2018).

    Google ученый

  • Suzuki, T. et al. Сингулярное угловое магнитосопротивление в магнитном узловом полуметалле. Наука 365 , 377–381 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Пуфал, П.и другие. Топологическая магнитная фаза в потенциальном полуметалле Вейля CeAlGe. Физ. Преподобный Летт. 124 , 017202 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Санчес, Д. С. и др. Наблюдение фермионов Вейля в магнитном нецентросимметричном кристалле. Нац. коммун. 11 , 3356 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Сюй С.-Ю. и другие. Открытие фермионов Вейля типа II, нарушающих Лоренц, в LaAlGe. науч. Доп. 3 , e1603266 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Guo, H., Ritter, C. & Komarek, A.C. Прямое определение спиновой структуры Nd 2 Ir 2 O 7 с помощью нейтронной дифракции. Физ. Ред. B 94 , 161102 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Госвами П., Рой Б. и Дас Сарма С. Конкурирующие порядки и топология на глобальной фазовой диаграмме иридатов пирохлора. Физ. Ред. B 95 , 085120 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Уеда, К. и др. Индуцированные магнитным полем множественные топологические фазы в иридатах пирохлора с критичностью Мотта. Нац. коммун. 8 , 15515 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Савари, Л., Мун Э.Г., Баленц Л. Новый тип квантовой критичности в пирохлориридах. Физ. X 4 , 041027 (2014).

    КАС Google ученый

  • Мацухира, К. и др. Переход металл–диэлектрик в иридах пирохлора Ln 2 Ir 2 O 7 ( Ln  = Nd, Sm, Eu). J. Phys. соц. Япония. 76 , 043706 (2007).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Накаяма, М.и другие. Переход Слейтера-Мотта в переходе металла в изолятор Nd 2 Ir 2 O 7 . Физ. Преподобный Летт. 117 , 056403 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Тиан З. и др. Индуцированный полем квантовый переход металл-изолятор в иридате пирохлора Nd 2 Ir 2 O 7 . Нац. физ. 12 , 134–138 (2016).

    КАС Google ученый

  • млн лет, E.Y. et al. Подвижные металлические доменные стенки в сплошном магнитном изоляторе. Наука 350 , 538–541 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Yamaji, Y. & Imada, M. Металлический интерфейс, возникающий на стенке магнитных доменов антиферромагнитного изолятора: судьба потухших электронов Вейля. Физ. X 4 , 021035 (2014).

    КАС Google ученый

  • Li, J. et al. Собственные магнитные топологические изоляторы в ван-дер-ваальсовых слоистых материалах семейства MnBi 2 Te 4 . науч. Доп. 5 , aaw5685 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Сун, З., Чжан, Т., Фанг, З. и Фанг, К.Количественные отображения между симметрией и топологией в твердых телах. Нац. коммун. 9 , 3530 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ пабмед ПабМед Центральный Google ученый

  • Song, Z.-D., Elcoro, L., Xu, Y.-F., Regnault, N. & Bernevig, B.A. Хрупкие фазы как аффинные моноиды: классификация и примеры материалов. Физ. X 10 , 031001 (2020 г.).

    КАС Google ученый

  • Сонг, З.-Д., Элькоро, Л. и Берневиг, Б.А. Искривленное соответствие объемной границы хрупкой топологии. Наука 367 , 794–797 (2020).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ MathSciNet КАС МАТЕМАТИКА Google ученый

  • Suzuki, T. et al. Большой аномальный эффект Холла в полугейслеровом антиферромагнетике. Нац. физ. 12 , 1119–1123 (2016).

    КАС Google ученый

  • Виланова Видаль, Э., Стриганюк Г., Шнайдер Х., Фельзер К. и Якоб Г. Изучение соединения Co 2 MnAl Гейслера для датчиков аномального эффекта Холла. Заяв. физ. лат. 99 , 132509 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ Google ученый

  • Wuttke, C. et al. Кривизна Берри раскрыта аномальным эффектом Нернста в Mn 3 Ge. Физ. B 100 , 085111 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Брэдлин Б.и другие. Топологическая квантовая химия. Природа 547 , 298–305 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Vergniory, M.G. et al. Данные теории графов для топологической квантовой химии. Физ. Ред. E 96 , 023310 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Брэдлин Б., Ван З., Кано, Дж. И Берневиг, Б.А. Несвязные представления элементарных лент, хрупкая топология и петли Вильсона как топологические индексы: пример на треугольной решетке. Физ. B 99 , 045140 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Google ученый

  • Крутхофф, Дж., де Бур, Дж., ван Везел, Дж., Кейн, К.Л. и Слагер, Р.-Дж. Топологическая классификация кристаллических изоляторов с помощью комбинаторики зонной структуры. Физ. X 7 , 041069 (2017 г.).

    Google ученый

  • Халаф, Э., По, Х.К., Вишванат, А. и Ватанабе, Х. Индикаторы симметрии и аномальные состояния поверхности топологических кристаллических изоляторов. Физ. X 8 , 031070 (2018 г.).

    КАС Google ученый

  • Kenzelmann, M. et al. Нарушение симметрии магнитной инверсии и сегнетоэлектричество в TbMnO 3 . Физ. Преподобный Летт. 95 , 087206 (2005 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Гальего, С. В. и др. MAGNDATA: к базе данных магнитных структур. I. Соответствующий случай. Дж. Заявл. Кристаллогр. 49 , 1750–1776 (2016).

    КАС Google ученый

  • Белопольски И. и др. Открытие топологических фермионных линий Вейля и поверхностных состояний барабанной пластины в магните комнатной температуры. Наука 365 , 1278–1281 (2019). Это первое доказательство ферромагнитного полуметалла узловой линии с поверхностными состояниями, которые принимают форму пластиков посредством ARPES в Co 2 MnGa .

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС пабмед Google ученый

  • Поиск скрытых океанов лун с помощью индуцированных магнитных полей

    Предлагаемая НАСА миссия «Трайдент» будет исследовать самый большой спутник Нептуна, Тритон, который потенциально содержит океан с жидкой водой под ледяной оболочкой.Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

    В 21 веке планетологи все больше осознают, что подземные океаны, состоящие из жидкой воды, существуют внутри объектов по всей Солнечной системе. Поскольку вода является универсальным требованием для жизни на Земле, эти тела — в основном луны — являются заманчивыми целями в поисках внеземной жизни.

    Основной способ сделать вывод о существовании невидимого океана — использовать индуцированное магнитное поле.Эти поля возникают в результате уникального применения закона индукции Фарадея, который гласит, что изменяющееся во времени магнитное поле создает электрический ток при воздействии на цепь. Вода, достаточно соленая, чтобы оставаться жидкой в ​​условиях холодного космоса, обладает высокой проводимостью; в то же время орбита Луны через вращающееся магнитное поле планеты подвергает Луну воздействию напряженности поля, которая меняется со временем. Эти эффекты объединяются, чтобы индуцировать электрический ток в океане, который, в свою очередь, генерирует индуцированное магнитное поле, исходящее от Луны.

    Однако наблюдение за магнитным полем, возникающим в результате этого процесса, является сложной задачей. Наведенное поле намного слабее планетарного поля, которое пронизывает локальные среды. Если у луны есть даже разреженная атмосфера, ее ионосфера может генерировать еще одно индуцированное магнитное поле, что может привести к ложноположительному обнаружению океана. А для полетов с космическим кораблем, оснащенным магнитометром, доступные данные будут весьма ограниченными или даже отсутствующими, если космический корабль не пройдет достаточно близко, чтобы ощутить индуцированное поле.

    Кокрейн и соавт. представить новый метод преодоления этих трудностей, основанный на прогнозном моделировании и анализе главных компонентов. Они выбрали единственный близкий пролет крупнейшего спутника Нептуна, Тритона, разработанного для концепции миссии «Трайдент», предложенной в рамках программы НАСА «Дискавери». Это событие даст всего 12 минут пригодных для использования данных, из которых можно будет экстраполировать существование подповерхностного океана.

    Этот метод начинается с использования компьютерной модели для спекулятивного моделирования измерений магнитометра, сделанных во время пролета системы Тритон, с различными потенциальными физическими свойствами, такими как глубина океана, толщина и проводимость.Чтобы охватить доступное пространство параметров, они строят более 13 000 прогонов моделей, которые включают магнитные поля, индуцированные либо только ионосферой Луны, либо ионосферой плюс подповерхностным океаном.

    Затем анализ основных компонентов этих модельных данных определяет особенности, которые лучше всего объясняют изменчивость смоделированных наблюдений магнитометра. Это создает простое преобразование поступающих данных космического корабля в представление, которое наиболее четко различает сценарии только ионосферы и ионосферы-океана.

    Авторы демонстрируют, что этот новый подход более чувствителен и более устойчив к шуму, чем более традиционные подходы. Что важно для исследования внешней Солнечной системы, они показывают, что одного пролета может быть достаточно, чтобы определить существование океана под поверхностью луны, такой как Тритон. А если с орбитального аппарата доступно несколько облетов, идентификация становится более надежной и позволяет получить характеристику, которая дает представление о пригодности для жизни.


    Какая миссия могла бы обнаружить океаны на спутниках Урана?
    Дополнительная информация: С.Дж. Кокрейн и др., Одно- и многопроходное магнитометрическое обнаружение и характеристика подповерхностного океана в ледяных мирах с использованием анализа главных компонентов (PCA): приложение к Triton, Earth and Space Science (2022). DOI: 10.1029/2021EA002034 Предоставлено Американский геофизический союз

    Эта история переиздана с любезного разрешения Eos, организованной Американским геофизическим союзом.Читайте оригинальную историю здесь.

    Цитата : Поиск скрытых океанов лун с помощью наведенных магнитных полей (2022, 9 марта) получено 13 марта 2022 г.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.