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Científicos asombrados por extraño material que se puede hacer como plástico pero se comporta como metal

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Científicos asombrados por extraño material que se puede hacer como plástico pero se comporta como metal

Un grupo de científicos de la Universidad de Chicago ha descubierto una forma de crear un material en el que los fragmentos moleculares se mezclan y desordenan, pero que aún puede conducir muy bien la electricidad. Esto va en contra de todas las reglas que conocemos sobre la conductividad. Arriba hay un diseño artístico del enrejado. Crédito: Ilustración de Frank Wegloski

«Como Play-Doh conductivo»: un gran avance podría allanar el camino para una nueva clase de materiales para dispositivos electrónicos.

The research shows how to make a kind of material in which the molecular fragments are jumbled and disordered, but can still conduct electricity extremely well. It was published on October 26 in the journal Nature.

This goes against all of the rules we know about conductivity—to a scientist, it’s kind of like seeing a car driving on water and still going 70 mph. But the finding could also prove to be extraordinarily useful. Often, on the way to inventing something revolutionary, the process first starts with discovering a completely new material.

“In principle, this opens up the design of a whole new class of materials that conduct electricity, are easy to shape, and are very robust in everyday conditions,” said John Anderson, an associate professor of chemistry at the University of Chicago and the senior author on the study. “Essentially, it suggests new possibilities for an extremely important technological group of materials,” said Jiaze Xie (PhD’22, now at Princeton), the first author on the paper.

‘There isn’t a solid theory to explain this’

If you’re making any kind of electronic device, whether it be an iPhone, a solar panel, or a television, conductive materials are absolutely essential. Metals, such as copper, gold, and aluminum, are by far the oldest and largest group of conductors. Then, about 50 years ago, scientists were able to create conductors made out of organic materials, using a chemical treatment known as “doping,” which sprinkles in different atoms or “impurities” throughout the material. The fact that these materials are more flexible and easier to work with than conventional metals makes them attractive, but the problem is that they aren’t particularly stable and may lose their conductivity if exposed to moisture or if the temperature rises too high.

However, fundamentally, both organic and traditional metallic conductors share a common characteristic. They are made up of straight, closely packed rows of atoms or molecules. This means that electrons can easily flow through the material, much like cars on a highway. In fact, scientists thought a material had to have these straight, orderly rows in order to conduct electricity efficiently.

Plastic Conducts Like Metal Material Structure

Illustration of the structure of the material. Nickel atoms are shown in green, carbon atoms in gray, and sulfur atoms in yellow. Credit: Illustration by Xie et al

Then Xie began experimenting with some materials that were discovered years ago, but largely ignored since. He strung nickel atoms like pearls into a string of molecular beads made of carbon and sulfur, and began testing.

To the scientists’ astonishment, the material easily and strongly conducted electricity. What’s more, it was very stable. “We heated it, chilled it, exposed it to air and humidity, and even dripped acid and base on it, and nothing happened,” said Xie. That is enormously helpful for a device that has to function in the real world.

But the most striking thing to the scientists was that the molecular structure of the material was disordered. “From a fundamental picture, that should not be able to be a metal,” said Anderson. “There isn’t a solid theory to explain this.”

Xie, Anderson, and their lab worked with other scientists around the university to try to understand how the material can conduct electricity. After tests, simulations, and theoretical work, they think that the material forms layers, like sheets in a lasagna. Even if the sheets rotate sideways, no longer forming a neat lasagna stack, electrons can still move horizontally or vertically—as long as the pieces touch.

The end result is unprecedented for a conductive material. “It’s almost like conductive Play-Doh—you can smush it into place and it conducts electricity,” Anderson said.

To the scientists’ astonishment, the material easily and strongly conducted electricity.

The scientists are excited because the discovery suggests a fundamentally new design principle for electronics technology. Conductors are so important that virtually any new development opens up new lines for technology, they explained.

One of the material’s attractive characteristics is new options for processing. For example, metals usually have to be melted in order to be made into the right shape for a chip or device, which limits what you can make with them, since other components of the device have to be able to withstand the heat needed to process these materials.

Anderson Lab at University of Chicago

A group of scientists from the University of Chicago has discovered a way to create a material that can be made like a plastic, but conducts electricity more like a metal. Above, members of the Anderson lab at work. Credit: Photo by John Zich/University of Chicago

The new material has no such restriction because it can be made at room temperature. It can also be used where the need for a device or pieces of the device to withstand heat, acid or alkalinity, or humidity has previously limited engineers’ options to develop new technology.

The team is also exploring the different forms and functions the material might make. “We think we can make it 2D or 3D, make it porous, or even introduce other functions by adding different linkers or nodes,” said Xie.

Reference: “Intrinsic glassy-metallic transport in an amorphous coordination polymer” by Jiaze Xie, Simon Ewing, Jan-Niklas Boyn, Alexander S. Filatov, Baorui Cheng, Tengzhou Ma, Garrett L. Grocke, Norman Zhao, Ram Itani, Xiaotong Sun, Himchan Cho, Zhihengyu Chen, Karena W. Chapman, Shrayesh N. Patel, Dmitri V. Talapin, Jiwoong Park, David A. Mazziotti and John S. Anderson, 26 October 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05261-4

Other authors on the paper include University of Chicago graduate students Norman Zhao, Garrett Grocke, Ram Itani, Baorui Cheng, Tengzhou Ma (PhD’21, now at Applied Materials), Simon Ewing (PhD’22, now at Intel) and Jan-Niklas Boyn (PhD’22, now at Princeton); postdoctoral researcher Xiaotong Sun; UChicago Director of X-ray Research Facilities Alexander S. Filatov; Himchan Cho (formerly a postdoctoral researcher at UChicago, now at Korea Advanced Institute of Science and Technology); UChicago Profs. Shrayesh N. Patel, Dmitri V. Talapin, Jiwoong Park, and David A. Mazziotti; and Zhihengyu Chen and Prof. Karena Chapman of Stonybrook University.

Funding: Army Research Office, a directorate of U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory; U.S. Department of Energy; National Science Foundation.

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Encontrado el indicio más prometedor de vida en otro planeta, cortesía de James Webb

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Encontrado el indicio más prometedor de vida en otro planeta, cortesía de James Webb

Los científicos se están centrando en detectar sulfuro de dimetilo (DMS) en su atmósfera.

El Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio más potente jamás lanzado, está a punto de comenzar una misión de observación crucial en la búsqueda de vida extraterrestre.

Como se informó Los tiempos, El telescopio enfocará un planeta distante que orbita una estrella enana roja, K2-18b, ubicada a 124 años luz de distancia.

K2-18b ha atraído la atención de los científicos debido a su potencial para albergar vida. Se cree que es un mundo cubierto de océanos que es aproximadamente 2,6 veces más grande que la Tierra.

El elemento clave que buscan los científicos es el sulfuro de dimetilo (DMS), un gas con características fascinantes. Según la NASA, en la Tierra el DMS es “producido únicamente por la vida”, principalmente por el fitoplancton marino.

La presencia de DMS en la atmósfera de K2-18b sería un descubrimiento importante, aunque el Dr. Nikku Madhusudhan, astrofísico principal del estudio en Cambridge, advierte contra sacar conclusiones precipitadas. Aunque los datos preliminares del JWST sugieren una alta probabilidad (más del 50%) de la presencia de DMS, se necesitan más análisis. El telescopio pasará ocho horas observando este viernes, seguidas de meses de procesamiento de datos antes de poder encontrar una respuesta definitiva.

La ausencia de un proceso natural, geológico o químico que se sepa que genera DMS en ausencia de vida añade peso al entusiasmo. Sin embargo, incluso si se confirma, la gran distancia de K2-18b presenta un obstáculo tecnológico. Viajando a la velocidad de la nave espacial Voyager (60.000 kilómetros por hora), una sonda tardaría 2,2 millones de años en llegar al planeta.

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A pesar de la inmensa distancia, la capacidad del JWST para analizar la composición química de la atmósfera de un planeta mediante el análisis espectral de la luz de las estrellas que se filtra a través de sus nubes proporciona una nueva ventana al potencial de vida más allá de la Tierra. Esta misión tiene el potencial de responder a la antigua pregunta de si estamos realmente solos en el universo.

Las próximas observaciones también pretenden aclarar la existencia de metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18b, resolviendo potencialmente el «problema de metano faltante» que ha desconcertado a los científicos durante más de una década. Si bien continúa el trabajo teórico sobre las fuentes no biológicas del gas, se esperan conclusiones definitivas dentro de cuatro a seis meses.

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Primer vuelo del astronauta Boeing Starliner: actualizaciones en vivo

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Primer vuelo del astronauta Boeing Starliner: actualizaciones en vivo

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Los astronautas del primer Starliner completan el ensayo general antes del lanzamiento el 6 de mayo.

Los astronautas de la NASA Butch Wilmore y Suni Williams completaron un importante ensayo general antes de su histórico lanzamiento en Boeing Starliner no antes del 6 de mayo, anunciaron funcionarios de la agencia el viernes 26 de abril, horas después de que terminara el ensayo.

«Wilmore y Williams completaron una serie de pasos el día del lanzamiento, incluido vestirse, trabajar en un simulador de cabina y utilizar el mismo software que se utilizará durante el lanzamiento», añadió. Los funcionarios de la NASA escribieron en una publicación de blog el viernes 26 de abril.

El ensayo tuvo lugar en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Orlando, Florida, e incluyó un procedimiento de cuenta atrás con la nave espacial Starliner, que se encuentra encima del cohete Atlas V de United Launch Alliance que lo llevará a la Estación Espacial Internacional (ISS).

La prueba de vuelo tripulada de una semana de duración completó con éxito su revisión final de preparación para el vuelo con la NASA el jueves 25 de abril. CFT, la primera misión Starliner con astronautas, tiene como objetivo certificar la nave espacial para misiones de seis meses a la ISS que podrían comenzar ya en 2025. Lea más sobre el lanzamiento de Starliner aquí en Space.com.

Los astronautas de Starliner llegan al sitio de lanzamiento

Los astronautas de la prueba de vuelo de la tripulación de Boeing Butch Wilmore (izquierda) y Suni Williams, ambos de la NASA, llegan al Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida el 25 de abril a bordo de un avión T-38 antes de su lanzamiento. (Crédito de la imagen: NASA)

Los dos astronautas de la NASA que volarán a bordo de la primera nave espacial Starliner tripulada de Boeing han llegado al Centro Espacial Kennedy en Florida para preparar su histórico lanzamiento a la Estación Espacial Internacional el próximo 6 de mayo.

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El comandante de pruebas de vuelo de la tripulación del Boeing Starliner, Butch Wilmore, y la piloto Sunita Williams aterrizaron su avión supersónico T-38 de la NASA en el Centro de Lanzamiento y Aterrizaje del centro espacial después de un corto vuelo desde Ellington Field en Houston, cerca del Centro Espacial Johnson.

Los astronautas se lanzarán a la ISS a bordo del Starliner de Boeing y un cohete Atlas V desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 en la Estación Espacial de Cabo Cañaveral, cerca de KSC. Su misión de una semana a la ISS es un crucero de prueba final para que el Starliner de Boeing demuestre que está listo para los vuelos operativos de la tripulación de la NASA. Al final de la misión, Starliner se lanzará en paracaídas a la Tierra y aterrizará en el suroeste de Estados Unidos.

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La NASA publica impresionantes time-lapses de supernovas que muestran 20 años en 20 segundos

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La NASA publica impresionantes time-lapses de supernovas que muestran 20 años en 20 segundos

La NASA ha lanzado dos nuevas películas que muestran observaciones cambiantes de dos fuentes bien conocidas en el cielo: Casiopea A y la Nebulosa del Cangrejo. Los dos protagonistas son los restos de estrellas masivas que se convirtieron en supernovas en nuestra galaxia. Los vídeos a intervalos condensan 20 años de datos del telescopio de rayos X Chandra en sólo 20 segundos espectaculares.

La explosión que creó la Nebulosa del Cangrejo apareció en nuestro cielo hace casi 1.000 años, en 1054. Fue reportada por astrónomos chinos y muchos otros en todo el mundo (la falta de menciones en Europa podría tener que ver con la Iglesia Católica). La supernova dejó un púlsar y Chandra pudo rastrear los cambios muy energéticos alrededor de este objeto extremo entre 2000 y 2022.

Esto ya es extraordinario, y se realizarán aún más observaciones, ya que el chorro visible en las observaciones de 2022 será rastreado nuevamente a finales de este año.

El púlsar en el centro de la Nebulosa del Cangrejo visto a lo largo del tiempo.

Crédito de la imagen: NASA/CXC/SAO; Procesamiento de imágenes: NASA/CXC/SAO/J. Schmidt, J. Major, A. Jubett, K. Arcand

Cassiopeia A es un remanente de supernova mucho más joven. Era visible desde la Tierra hace 340 años y Chandra también lo ha estado observando desde 2000. Las observaciones anteriores que mostraban sus cambios se centraban en el período de 2000 a 2013, pero en el nuevo lapso de tiempo esto se ha extendido hasta 2018. Las ondas de choque son visibles en observaciones, donde las partículas se aceleran y emiten rayos X.

Casiopea A tiene una estrella de neutrones en su corazón, descubierta por Chandra poco después del lanzamiento del telescopio en 1999. Las observaciones fueron esenciales para ayudarnos a comprender mejor cómo las estrellas se convierten en supernovas y cómo se forman estrellas de neutrones y púlsares regulares durante este proceso.

Las imágenes de Cassiopeia A fueron reprocesadas recientemente con una nueva técnica que llevó la aguda visión de Chandra al límite. Las dos nuevas películas muestran la capacidad de Chandra para demostrar observaciones y datos capturados durante un período humano.

El artículo que describe la nueva técnica de imagen se publica en La revista de astrofísica.

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