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Un nuevo descubrimiento transforma nuestra comprensión de los cristales

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Un nuevo descubrimiento transforma nuestra comprensión de los cristales

Un nuevo estudio ha encontrado que las estructuras cristalinas, cruciales en la ciencia de los materiales y tecnologías como los semiconductores y los paneles solares, no necesariamente siempre están dispuestas de manera regular. Descubrieron que el apilamiento aleatorio de capas hexagonales (RHCP), que anteriormente se pensaba que era un estado de transición, probablemente sea estable y podría proporcionar nuevas propiedades útiles en materiales politípicos como el carburo de silicio que se usa en la electrónica de alto voltaje y los chalecos antibalas.

Las creencias anteriores fueron anuladas por el descubrimiento de estructuras dispuestas irregularmente.

Para muchos, la palabra «cristales» evoca imágenes de captadores de sol brillantes que crean un prisma de colores del arco iris o piedras semitransparentes que se cree que poseen habilidades curativas. Pero en ciencia e ingeniería, los cristales adquieren una definición más técnica. Se perciben como materiales cuyos componentes, ya sean átomos, moléculas o nanopartículas, están dispuestos regularmente en el espacio. En otras palabras, los cristales se definen por la disposición regular de sus constituyentes. Los ejemplos familiares incluyen diamantes, sal de mesa y terrones de azúcar.

Sang Woo Lee

Sang Woo Lee. Crédito: Instituto Politécnico Rensselaer

Contrariamente a esta definición ampliamente aceptada, un estudio reciente de Sangwoo Lee, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica del Instituto Politécnico Rensselaer, descubrió un aspecto intrigante de las estructuras cristalinas que revela que la disposición de los componentes en los cristales no siempre es necesariamente regular. .

El descubrimiento avanza en el campo de la ciencia de los materiales y tiene implicaciones no realizadas para los materiales utilizados para[{» attribute=»»>semiconductors, solar panels, and electric vehicle technologies.

One of the most common and important classes of crystal structures is the close-packed structures of regular spheres constructed by stacking layers of spheres in a honeycomb arrangement. There are many ways to stack the layers to construct close-packed structures, and how nature selects specific stacking is an important question in materials and physics research. In the close-packing construction, there is a very unusual structure with irregularly spaced constituents known as the random stacking of two-dimensional hexagonal layers (RHCP). This structure was first observed from cobalt metal in 1942, but it has been regarded as a transitional and energetically unpreferred state.

Lee’s research group collected X-ray scattering data from soft model nanoparticles made of polymers and realized that the scattering data contains important results about RHCP but is very complicated. Then, Patrick Underhill, professor in Rensselaer’s Department of Chemical and Biological Engineering, enabled the analysis of the scattering data using the supercomputer system, Artificial Intelligence Multiprocessing Optimized System (AiMOS), at the Center for Computational Innovations.

“What we found is that the RHCP structure is, very likely, a stable structure, and this is the reason that RHCP has been widely observed in many materials and naturally occurring crystal systems,” said Lee. “This finding challenges the classical definition of crystals.”

The study provides insights into the phenomenon known as polytypism, which enables the formation of RHCP and other close-packed structures. A representative material with polytypism is silicon carbide, widely used for high-voltage electronics in electric vehicles and as hard materials for body armor. Lee’s team’s findings indicate that those polytypic materials may have continuous structural transitions, including the non-classical random arrangements with new useful properties.

“The problem of how soft particles pack seems straightforward, but even the most basic questions are challenging to answer,” said Kevin Dorfman of the University of Minnesota-Twin Cities, who is unaffiliated with this research. “This paper provides compelling evidence for a continuous transition between face-centered cubic (FCC) and hexagonal close-packed (HCP) lattices, which implies a stable random hexagonal close-packed phase between them and, thus, makes an important breakthrough in materials science.”

“I am particularly pleased with this discovery, which shows the power of advanced computation to make an important breakthrough in materials science by decoding the molecular level structures in soft materials,” said Shekhar Garde, dean of Rensselaer’s School of Engineering. “Lee and Underhill’s work at Rensselaer also promises to open up opportunities for many technological applications for these new materials.”

Reference: “Continuous transition of colloidal crystals through stable random orders” by Juhong Ahn, Liwen Chen, Patrick T. Underhill, Guillaume Freychet, Mikhail Zhernenkovc and Sangwoo Lee, 14 April 2023, Soft Matter.
DOI: 10.1039/D3SM00199G

Lee and Underhill were joined in research by Rensselaer’s Juhong Ahn, Liwen Chen of the University of Shanghai for Science and Technology, and Guillaume Freychet and Mikhail Zhernenkov of Brookhaven National Laboratory.

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La misteriosa luna de Júpiter, Amaltea, ha sido vista pasando por la Gran Mancha Roja (foto)

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La misteriosa luna de Júpiter, Amaltea, ha sido vista pasando por la Gran Mancha Roja (foto)

La nave espacial Juno de la NASA ha detectado la elusiva quinta luna de Júpiter transitando por la Gran Mancha Roja del planeta gigante, brindando a los astrónomos una vista poco común de este pequeño pero intrigante satélite natural.

JúpiterLas lunas más famosas de la astronáutica son sus cuatro satélites galileanos: yo, Europa, Ganímedes Y Calisto, cada uno de los cuales tiene varios miles de kilómetros de ancho. La quinta luna de Júpiter descubierta, y la quinta más grande de las 95 lunas conocidas del planeta, es Amaltea. Fue descubierto en 1892 por Edward Emerson Barnard, un astrónomo estadounidense que fue un destacado observador visual. También descubrió la estrella de Barnard, así como una gran cantidad de objetos oscuros. nebulosas.

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Mapa cerebral en 3D de 1.400 terabytes de gran detalle

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Mapa cerebral en 3D de 1.400 terabytes de gran detalle

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Seis capas de neuronas excitadoras codificadas por colores según su profundidad. Crédito: Google Research y Lichtman Lab

Un esfuerzo de colaboración entre Harvard y Google ha dado lugar a un gran avance en la ciencia del cerebro, al producir un mapa 3D completo de un pequeño segmento del cerebro humano, revelando interacciones neuronales complejas y sentando las bases para mapear un cerebro de ratón completo.

Un milímetro cúbico de tejido cerebral puede no parecer mucho. Pero considerando que este pequeño cuadrado contiene 57.000 células, 230 milímetros de vasos sanguíneos y 150 millones de sinapsis, lo que representa 1.400 terabytes de datos, los investigadores de Harvard y Google acaban de lograr algo enorme.

Un equipo de Harvard dirigido por Jeff Lichtman, profesor Jeremy R. Knowles de biología molecular y celular y recién nombrado decano de ciencia, co-creó con investigadores de Google la reconstrucción 3D con resolución sináptica más grande de un fragmento de cerebro humano hasta el día de hoy. mostrando con gran detalle cada célula y su red de conexiones neuronales en una porción de la corteza temporal humana de aproximadamente la mitad del tamaño de un grano de arroz.

Avances tecnológicos en neurociencia

La impresionante hazaña, publicada en la revista Ciencia, es el último de una colaboración de casi 10 años con científicos de Google Research, que combinan imágenes de microscopía electrónica de Lichtman con algoritmos de inteligencia artificial para codificar por colores y reconstruir el cableado extremadamente complejo del cerebro de los mamíferos. Los tres primeros coautores del artículo son Alexander Shapson-Coe, ex investigador postdoctoral en Harvard; Michał Januszewski de Google Research y Daniel Berger, investigador postdoctoral en Harvard.

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El objetivo final de la colaboración, apoyada por la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de SaludImplica crear un mapa de alta resolución del cableado neuronal completo del cerebro de un ratón, lo que implicaría aproximadamente 1.000 veces la cantidad de datos que acaban de producir a partir del fragmento de 1 milímetro cúbico de la corteza humana.

Información del último mapa cerebral

«La palabra 'fragmento' es irónica», dijo Lichtman. “Un terabyte es, para la mayoría de la gente, gigantesco, pero un trozo de cerebro humano –sólo un pequeño trozo de cerebro humano– sigue siendo miles de terabytes”.

El último mapa publicado en Science contiene detalles nunca antes vistos sobre la estructura del cerebro, incluido un raro pero poderoso conjunto de axones conectados por hasta 50 sinapsis. El equipo también notó rarezas en el tejido, como una pequeña cantidad de axones que forman grandes verticilos. Dado que su muestra fue tomada de un paciente epiléptico, no saben si estas formaciones inusuales son patológicas o simplemente raras.

El campo de la conectividad

El campo de Lichtman es la «conectómica», que, de forma análoga a la genómica, busca crear catálogos completos de la estructura del cerebro, hasta las células individuales y el cableado. Estos mapas completos abrirían el camino a nuevos conocimientos sobre las funciones y enfermedades del cerebro, sobre las que los científicos todavía saben muy poco.

Los algoritmos de inteligencia artificial de última generación de Google permiten la reconstrucción y el mapeo del tejido cerebral en tres dimensiones. El equipo también desarrolló un conjunto de herramientas disponibles públicamente que los investigadores pueden utilizar para examinar y anotar el conectoma.

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Direcciones futuras

«Dada la enorme inversión que se hizo en este proyecto, era importante presentar los resultados de una manera que ahora todos puedan beneficiarse de ellos», dijo Viren Jain, colaborador de Google Research.

Luego, el equipo abordará la formación del hipocampo del ratón, importante para la neurociencia debido a su papel en la memoria y las enfermedades neurológicas.

Referencia: “Un fragmento de petavoxel de la corteza cerebral humana reconstruido en la nanoescala resolución » por Alexander Shapson-Coe, Michał Januszewski, Daniel R. Berger, Art Pope, Yuelong Wu, Tim Blakely, Richard L. Schalek, Peter H. Li, Shuohong Wang, Jeremy Maitin-Shepard, Neha Karlupia, Sven Dorkenwald, Evelina Sjostedt, Laramie Leavitt, Dongil Lee, Jakob Troidl, Forrest Collman, Luke Bailey, Angerica Fitzmaurice, Rohin Kar, Benjamin Field, Hank Wu, Julian Wagner-Carena, David Aley, Joanna Lau, Zudi Lin, Donglai Wei, Hanspeter Pfister, Adi Peleg, Viren Jain y Jeff W. Lichtman, 10 de mayo de 2024, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adk4858

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El próximo lanzamiento de la nave espacial SpaceX 'probablemente en 3 a 5 semanas', dice Elon Musk

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El próximo lanzamiento de la nave espacial SpaceX 'probablemente en 3 a 5 semanas', dice Elon Musk

Probablemente todavía estemos a un mes del próximo lanzamiento del megacohete Starship de SpaceX.

Esta fue la línea de tiempo propuesta por Elon Musk en un publicar en este fin de semana, diciendo que el próximo vuelo de prueba de Starship está «probablemente dentro de 3 a 5 semanas». “El objetivo es que el barco supere el nivel máximo de calefacción, o al menos más que la última vez”, añadió el empresario multimillonario.

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