dichroïsme circulaire magnétique des rayons X

La lumière qui naît lorsqu'un électron rapide pénètre dans un matériau est généralement considérée comme identique dans toutes les directions. Mais dans les cristaux où les propriétés optiques dépendent de l'orientation, ce n'est pas le cas. Passez la main sur du velours : dans un sens, il est lisse et brillant ; dans l'autre, il est sombre et rugueux.

Le sculpteur façonne des montagnes avec des champs magnétiques et de la chaleur, mais la pierre résiste. Une étoile à neutrons — résidu superdense d'une explosion de supernova — dans un système binaire aspire de la matière de l'étoile voisine.

Le cristal Mn₂Mo₃O₈ ressemble à une minuscule ville où les atomes de manganèse sont alignés dans un ordre strict : leurs moments magnétiques (petites flèches internes) pointent alternativement vers le haut et vers le bas. Cet état est appelé altermagnétisme colinéaire.

Mai 2022. Le polarimètre spatial IXPE, le spectroscope NuSTAR et le moniteur NICER fixent simultanément le même point du ciel — le trou noir du système Cygnus X-1, où il orbite autour d'une supergéante bleue dans une binaire serrée avec une période de 5,6 jours.

Le dichroïsme circulaire magnétique des rayons X est un outil précis qui permet depuis longtemps de séparer les moments magnétiques de spin et orbitaux. Cependant, l'approche classique revient à évaluer un orchestre par son volume sonore : elle s'appuie sur des règles de somme qui réduisent toute la structure fine du spectre à une paire d'intégrales.

Un laser puissant frappe le diamant comme un marteau de forgeron. Seule l'enclume est la matière elle-même. Le choc ne dure qu'un instant, mais engendre une pression un million de fois supérieure à la pression atmosphérique.

Une mer qui imprègne tout l'espace reste invisible pour nous. Cette mer, c'est la matière noire, et les vagues à sa surface sont des particules appelées axions. Elles sont si légères et si insaisissables qu'elles traversent la Terre sans même la remarquer.

Deux feuilles d'une finesse extrême, chacune d'un seul atome d'épaisseur, sont posées l'une sur l'autre et légèrement tournées. Comme deux feuilles de papier calque de couleur : tant qu'elles sont bien alignées, l'image est une, mais dès qu'on les tourne, un motif de moiré apparaît. Ici, certes, le motif n'est pas visible à l'œil, mais il modifie complètement la façon dont le matériau interagit avec la lumière.

Les étoiles à neutrons sont les vestiges ultra-compacts d'étoiles, où la matière est compressée à la limite décrite par Subrahmanyan Chandrasekhar.

Un appareil de radiographie à grilles ne prend pas une, mais trois photos d'un coup : un cliché classique, une carte des courbures invisibles du faisceau et une image des structures minuscules qui diffusent la lumière. Ensemble, elles aident à repérer, par exemple, l'emphysème ou la fibrose pulmonaire. Mais il y a un hic : pour séparer ces trois couches, il faut une astuce mathématique.

Un film mince pour panneau solaire ou écran, c'est comme une foule dense sur une place : chaque personne est tournée dans sa direction, et de la direction de tous dépend si la lumière traversera la foule ou restera bloquée. Dans l'électronique organique, les molécules jouent le rôle des passants.

L'analyse par fluorescence X classique fonctionne comme un recenseur méticuleux : pour connaître la composition d'un tableau, il parcourt chaque centimètre carré et note dans son registre s'il y a du plomb ou du cuivre. Pour une feuille plane, cela reste supportable, mais pour un objet en volume, c'est une épreuve.

Lorsqu'on comprime de la matière à des pressions de millions d'atmosphères et qu'on la chauffe à des milliers de degrés, elle n'est plus ni solide ni gazeuse. C'est l'état dense tiède — comme dans les entrailles des planètes géantes ou au moment de l'impact d'un météorite.

Les fibres dans les composites, le papier ou les tissus biologiques sont souvent invisibles à l'œil nu, mais leur orientation détermine la résistance et les propriétés du matériau. Auparavant, pour visualiser les directions des fibres, il fallait prendre de nombreuses images sous différents angles et reconstruire une image tridimensionnelle — un peu comme couper un pain en fines tranches.

Le cristal de phosphate de lithium-cobalt ressemble à un échiquier dont les cases noires et blanches sont des régions où les moments magnétiques des ions cobalt pointent dans des directions opposées.

Dans un morceau d'oxyde de manganèse épais de quelques couches atomiques, les électrons se comportent comme une foule dans un escalator : chacun suit ses propres règles, mais ensemble ils créent un flux commun. Les physiciens ont dirigé un rayonnement X mou sur ce film et en ont arraché des électrons.

Si vous approchez un clou en fer d'un aimant, il sera attiré. À l'intérieur de l'aimant, les minuscules aiguilles magnétiques des atomes pointent toutes dans la même direction – comme des soldats au garde-à-vous. Mais dans certains cristaux, l'ordre est différent : les aiguilles voisines sont orientées dans des directions opposées.

En hiver, les flaques gèlent et la glace fissure l'asphalte. À l'intérieur d'une cellule vivante, lors de la congélation, il se passe quelque chose de similaire : les cristaux de glace déchirent sa membrane. Pour éviter cela, on imprègne la cellule d'une solution spéciale, comme un antigel pour voiture.

Les étoiles à neutrons sont les vestiges ultra-denses de supernovas, de la taille d'une ville. Dans les années 1930, Fritz Zwicky en a supposé l'existence, et Jocelyn Bell Burnell a ensuite découvert les pulsars — des étoiles à neutrons en rotation rapide.

Pendant treize ans, l'observatoire spatial Swift a enregistré la « respiration » en rayons X du pulsar GX 301-2. Toutes les quelques minutes, l'instrument BAT mesurait la quantité de rayonnement dur provenant de cette paire — une étoile à neutrons et son compagnon massif.

Un film d'oxyde de ruthénium, c'est comme une pellicule de bulle de savon tendue sur un cadre, mais faite d'atomes. Pendant longtemps, on a pensé que dans ce film, les atomes de ruthénium s'alignaient selon un ordre magnétique, comme des aiguilles de boussoles pointant dans des directions opposées.

Un aimant de frigo tient grâce à de minuscules aiguilles internes, chacune comme une boussole miniature. Si l'on frappe le métal avec une impulsion lumineuse ultra-courte, ces aiguilles se mettent à tournoyer de manière chaotique, et le magnétisme fond en un millionième de milliardième de seconde. Autrefois, une telle « fonte » était trop rapide pour être observée.

Une cellule ne se contente pas de reposer sur une surface : elle la tâte, la tire et la pousse. Jusqu'à présent, les instruments ne captaient que les forces directes : à quel point la cellule pousse ou étire son support.

Une radiographie ressemble à une photo prise dans le noir avec un flash très bref : tout ce qui bouge apparaît flou. Les détecteurs à rayons X conventionnels sont de grandes matrices de millions de pixels, et pendant qu'ils lisent une image, la suivante est déjà perdue. Pour une turbine en rotation ou un cœur qui bat, une telle lenteur est rédhibitoire.