El modelo de reloj muestra la alineación rotacional entre la manecilla de las horas (HBN en la parte superior), el minutero (grafeno central) y el segundero (hBN en la parte inferior). La combinación de hBN superior, grafeno medio y hBn inferior conduce a una estructura reticular supermoiré en el centro del reloj. Crédito: Universidad Nacional de Singapur
Los físicos han desarrollado una técnica para alinear con precisión rejillas de supermoiré, revolucionando el potencial de la materia cuántica de muaré de próxima generación.
Físicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una técnica para controlar con precisión la alineación de las redes de supermoiré utilizando un conjunto de reglas de oro, allanando el camino para el avance de la materia cuántica de muaré de nueva generación.
Celosía de supermoire
Los patrones muaré se forman cuando se superponen dos estructuras periódicas idénticas con un ángulo de torsión relativo entre ellas o dos estructuras periódicas diferentes pero superpuestas con o sin ángulo de torsión. El ángulo de torsión es el ángulo entre las orientaciones cristalográficas de las dos estructuras. Por ejemplo, cuando grafeno y el nitruro de boro hexagonal (hBN), que son materiales en capas, se superponen entre sí, los átomos de las dos estructuras no se alinean perfectamente, creando un patrón de franjas de interferencia, llamado patrón muaré. Esto da como resultado una reconstrucción electrónica.
El patrón muaré en grafeno y hBN se ha utilizado para crear nuevas estructuras con propiedades exóticas, como corrientes topológicas y estados de mariposa de Hofstadter. Cuando se apilan dos patrones de muaré, se crea una nueva estructura llamada rejilla de supermoiré. En comparación con los materiales tradicionales de muaré simple, esta rejilla supermoiré amplía la gama de propiedades de materiales ajustables, lo que permite su uso potencial en una variedad mucho más amplia de aplicaciones.
Logros del Departamento de Física de NUS
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Ariando del Departamento de Física de NUS ha desarrollado una técnica y logró con éxito la alineación controlada de la red supermoire hBN/grafeno/hBN. Esta técnica permite la disposición precisa de dos patrones muaré, uno encima del otro. Al mismo tiempo, los investigadores también formularon la «regla de oro de tres» para guiar el uso de su técnica para crear redes de supermoire.
Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Comunicaciones naturales.
Una ilustración artística de la red supermoire con ángulos de torsión (θt y θb) formados entre el grafeno y la capa superior de nitruro de boro hexagonal (T-hBN) y la capa inferior de nitruro de boro hexagonal (B-hBN). La ligera desalineación provoca que se forme un patrón de red supermoiré. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza
Desafíos y Soluciones
La creación de una red de grafeno supermoire presenta tres desafíos principales. En primer lugar, la alineación óptica tradicional depende en gran medida de los bordes rectos del grafeno, pero encontrar una escama de grafeno adecuada requiere mucho tiempo y trabajo; En segundo lugar, incluso si se utiliza la muestra de grafeno de bordes rectos, existe una pequeña probabilidad de 1/8 de obtener una red supermoiré de doble alineación, debido a la incertidumbre en la quiralidad y simetría de los bordes de la red. En tercer lugar, aunque se pueden identificar la quiralidad de los bordes y la simetría de la red, los errores de alineación a menudo resultan ser grandes (más de 0,5 grados) porque es físicamente difícil alinear dos materiales de red diferentes.
El Dr. Junxiong Hu, autor principal del artículo de investigación, dijo: “Nuestra técnica ayuda a resolver un problema real. Muchos investigadores me han dicho que normalmente se tarda casi una semana en recoger una muestra. Con nuestra técnica, no sólo pueden reducir en gran medida el tiempo de fabricación, sino también mejorar en gran medida el precisión de la muestra.
Informaciones técnicas
Inicialmente, los científicos utilizan una «técnica de rotación de 30°» para controlar la alineación de las capas superiores de hBN y grafeno. Luego utilizan una «técnica de inversión» para controlar la alineación de las capas de hBN superior e inferior. Con base en estos dos métodos, pueden controlar la simetría de la red y ajustar la estructura de bandas de la red de grafeno supermoire. También demostraron que el borde de grafito vecino puede servir como guía para la alineación de la pila. En este estudio, hicieron 20 muestras de muaré con una precisión superior a 0,2 grados.
El profesor Ariando dijo: “Hemos establecido tres reglas de oro para nuestra técnica que pueden ayudar a muchos investigadores de la comunidad de materiales bidimensionales. Muchos científicos que trabajan en otros sistemas fuertemente correlacionados, como el grafeno bicapa con torsión de ángulo mágico o el grafeno multicapa apilado ABC, también deberían beneficiarse de nuestro trabajo. Con esta mejora técnica, espero que acelere el desarrollo de la próxima generación de materia cuántica muaré.
Negocios futuros
Actualmente, el equipo de investigación está explotando esta técnica para fabricar la red supermoire de grafeno de una sola capa y explorar las propiedades únicas de este sistema material. Además, también extienden la técnica actual a otros sistemas materiales, con el fin de descubrir otros nuevos fenómenos cuánticos.
Referencia: “Alineación controlada de la red supermoire en heteroestructuras de grafeno de doble alineación” por Junxiong Hu, Junyou Tan, Mohammed M. Al Ezzi, Udvas Chattopadhyay, Jian Gou, Yuntian Zheng, Zihao Wang, Jiayu Chen, Reshmi Thottathil, Jiangbo Luo, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Andrew Thye Shen Wee, Shaffique Adam y A. Ariando, 12 de julio de 2023. Comunicaciones naturales. DOI: 10.1038/s41467-023-39893-5
PorAnne J. Manning, Universidad de Harvard13 de mayo de 2024
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.
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.
«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
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.
El Starship de 122 metros (400 pies) de altura es el cohete más grande y poderoso jamás construido. Consta de dos elementos, ambos diseñados para ser completa y rápidamente reutilizable: un enorme propulsor de primera etapa llamado Super Heavy y una etapa superior de 165 pies de altura (50 m) conocida como Starship, o simplemente «Ship».
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En esta foto, que Elon Musk compartió a través de X el 11 de mayo de 2024, se ven varios vehículos Starship en las instalaciones Starbase de SpaceX en el sur de Texas. (Crédito de la imagen: SpaceX a través de X)
Una nave espacial completamente apilada ha volado tres veces hasta la fecha, cada vez desde el sitio Starbase de SpaceX en el sur de Texas: en abril de 2023, noviembre de 2023 y 14 de marzo de este año. El vehículo gigante se desempeñó mejor con cada vuelo sucesivo.
Durante el primer despegue, por ejemplo, las dos etapas de la Starship no se separaron como estaba previsto y SpaceX provocó que el vehículo explotara en caída libre apenas cuatro minutos después del despegue. El Vuelo 2 alcanzó la separación de etapas, pero el Super Heavy y el Barco se separaron temprano, finalizando la misión después de ocho minutos.
En el Vuelo 3, el Super Heavy se colocó con éxito en posición para un aterrizaje en el agua planificado en el Golfo de México, pero se rompió aproximadamente a 500 m (1,650 pies) sobre las olas. La nave alcanzó velocidad orbital y voló durante casi 50 minutos, aunque finalmente sucumbió a violentas fuerzas de calentamiento por fricción al reingresar a la atmósfera de la Tierra.
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Como señaló en su artículo X, Musk quiere que a Ship le vaya aún mejor en el próximo Vuelo 4.
SpaceX lleva un tiempo preparándose para el vuelo 4. La compañía ya realizó pruebas de fuego estático para el Super Heavy y la nave asignada a la misión, encendiendo brevemente sus motores Raptor mientras los vehículos permanecían anclados a la plataforma Starbase. SpaceX también trajo recientemente el Super Heavy del Vuelo 4 nuevamente a los estantes, probablemente para pruebas adicionales, un movimiento que la compañía relató en un publicar el sábado X (11 de mayo).
Sin embargo, es posible que aún queden obstáculos logísticos que superar; SpaceX aún debe obtener una licencia de lanzamiento de la Administración Federal de Aviación (FAA), que supervisa una investigación sobre lo ocurrido durante el vuelo del 14 de marzo.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de Penn State sugiere que los cratones, estructuras antiguas que estabilizan los continentes de la Tierra, se formaron hace unos 3 mil millones de años a través de procesos iniciados por la erosión atmosférica de las rocas, no solo por la aparición de masas continentales estables. Esto desafía los puntos de vista tradicionales y tiene implicaciones para comprender la evolución planetaria y las condiciones adecuadas para la vida.
Antiguas y vastas extensiones de corteza continental, conocidas como cratones, han estabilizado los continentes de la Tierra durante miles de millones de años mediante cambios en las masas terrestres, la formación de montañas y el desarrollo de los océanos. Los científicos de Penn State han sugerido un nuevo mecanismo que podría explicar la formación de cratones hace unos 3 mil millones de años, arrojando luz sobre una cuestión de larga data en la historia geológica de la Tierra.
Los científicos informaron en la revista. Naturaleza que es posible que los continentes no hayan surgido de los océanos de la Tierra como masas continentales estables, caracterizadas por una corteza superior enriquecida en granito. Más bien, la exposición de rocas frescas al viento y la lluvia hace unos 3 mil millones de años desencadenó una serie de procesos geológicos que finalmente estabilizaron la corteza, permitiéndole sobrevivir durante miles de millones de años sin ser destruida ni reajustada.
Los resultados podrían representar una nueva comprensión de cómo evolucionan los planetas potencialmente habitables similares a la Tierra, dijeron los científicos.
Implicaciones para la evolución planetaria
«Para crear un planeta como la Tierra, hay que crear una corteza continental y estabilizarla», dijo Jesse Reimink, profesor asistente de geociencias en Penn State y autor del estudio. “Los científicos han considerado que esto es lo mismo: los continentes se estabilizaron y luego emergieron sobre el nivel del mar, pero lo que estamos diciendo es que estos procesos son distintos.
Los cratones se extienden más de 150 kilómetros, o 93 millas, desde la superficie de la Tierra hasta el manto superior, donde actúan como la quilla de un barco, manteniendo los continentes flotando al nivel del mar o cerca de él durante todo el tiempo geológico, dijeron los científicos.
La meteorización puede haber concentrado en última instancia elementos productores de calor como uranio, torio y potasio en la corteza poco profunda, permitiendo que la corteza más profunda se enfríe y endurezca. Este mecanismo creó una capa de roca dura y gruesa que podría haber protegido el fondo de los continentes de una mayor deformación, una característica de los cratones, dicen los científicos.
Procesos geológicos y producción de calor.
«La receta para formar y estabilizar la corteza continental implica concentrar estos elementos productores de calor, que pueden considerarse como pequeños motores térmicos, muy cerca de la superficie», dijo Andrew Smye, profesor asociado de geociencias en Penn State y autor del trabajo. . estudiar. “Tenemos que hacer esto porque cada vez que átomo Cuando el uranio, el torio o el potasio se desintegran, liberan calor que puede aumentar la temperatura de la corteza. La corteza caliente es inestable: tiende a deformarse y no se pega.
Cuando el viento, la lluvia y las reacciones químicas destruyeron las rocas de los primeros continentes, los sedimentos y los minerales arcillosos fueron arrastrados a arroyos y ríos y llevados al mar, donde crearon depósitos sedimentarios como esquistos ricos en concentraciones de uranio, torio y potasio. dicen los científicos.
Estas antiguas rocas metamórficas llamadas gneises, encontradas en la costa ártica, representan las raíces de los continentes ahora expuestos en la superficie. Los científicos dijeron que las rocas sedimentarias intercaladas en estos tipos de rocas proporcionarían un motor térmico para estabilizar los continentes. Crédito: Jesse Reimink
Las colisiones entre placas tectónicas enterraron estas rocas sedimentarias en las profundidades de la corteza terrestre, donde el calor radiogénico liberado por las esquistos provocó el derretimiento de la corteza inferior. Los derretimientos flotaron y ascendieron hacia la corteza superior, atrapando elementos productores de calor en rocas como el granito y permitiendo que la corteza inferior se enfriara y endureciera.
Se cree que los cratones se formaron hace entre 3 y 2.500 millones de años, una época en la que los elementos radiactivos como el uranio se habrían desintegrado aproximadamente al doble de velocidad y habrían liberado el doble de calor que en la actualidad.
El trabajo destaca que la época en que se formaron los cratones a principios de la Tierra Media era particularmente adecuada para los procesos que podrían haber conducido a su estabilidad, dijo Reimink.
«Podemos considerar esto como una cuestión de evolución planetaria», dijo Reimink. “Uno de los ingredientes clave que se necesitan para crear un planeta como la Tierra podría ser la aparición de continentes relativamente temprano en su vida. Porque se van a crear sedimentos radiactivos que están muy calientes y que producirán una corteza continental muy estable que vive alrededor del nivel del mar y es un entorno ideal para que se propague la vida.
Los investigadores analizaron las concentraciones de uranio, torio y potasio en cientos de muestras de rocas del período Arcaico, cuando se formaron los cratones, para evaluar la productividad térmica radiogénica basándose en las composiciones reales de las rocas. Utilizaron estos valores para crear modelos térmicos de formación de cratones.
«Anteriormente, la gente observaba y consideraba los efectos del cambio en la producción de calor radiogénico a lo largo del tiempo», dijo Smye. «Pero nuestro estudio vincula la producción de calor a partir de rocas con la aparición de continentes, la generación de sedimentos y la diferenciación de la corteza continental».
Los cratones, que normalmente se encuentran en el interior de los continentes, contienen algunas de las rocas más antiguas de la Tierra, pero siguen siendo difíciles de estudiar. En áreas tectónicamente activas, la formación de un cinturón montañoso podría sacar a la superficie rocas que alguna vez estuvieron enterradas a gran profundidad.
Pero los orígenes de los cratones siguen siendo profundamente subterráneos e inaccesibles. Los científicos dijeron que el trabajo futuro implicaría tomar muestras del interior de cratones antiguos y, tal vez, perforar núcleos para probar su modelo.
«Estas rocas sedimentarias metamorfoseadas que se han derretido y han producido granitos que concentran uranio y torio son como cajas negras que registran la presión y la temperatura», dijo Smye. «Y si podemos desbloquear estos archivos, podremos probar las predicciones de nuestro modelo sobre la trayectoria de vuelo de la corteza continental».
Referencia: “La erosión subaérea condujo a la estabilización de los continentes” por Jesse R. Reimink y Andrew J. Smye, 8 de mayo de 2024, Naturaleza. DOI: 10.1038/s41586-024-07307-1
Penn State y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. financiaron este trabajo.
