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Los científicos descubren un superconductor revolucionario con interruptores de encendido y apagado

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Los científicos descubren un superconductor revolucionario con interruptores de encendido y apagado

Un equipo de físicos ha descubierto un nuevo material superconductor con una capacidad única para adaptarse a estímulos externos, lo que promete avances en la informática energéticamente eficiente y la tecnología cuántica. Este avance, logrado mediante técnicas de investigación avanzadas, permite un control sin precedentes de las propiedades superconductoras, revolucionando potencialmente las aplicaciones industriales a gran escala.

Este material tiene aplicaciones potenciales en circuitos superconductores para la próxima generación de electrónica industrial.

Los investigadores utilizaron Advanced Photon Source para verificar características raras de este material, allanando el camino para una computación a gran escala más eficiente.

A medida que aumentan las necesidades de informática industrial, también aumenta el tamaño y el consumo de energía del hardware necesario para satisfacer esas necesidades. Una posible solución a este dilema podría encontrarse en los materiales superconductores, que podrían reducir exponencialmente este consumo energético. Imagine enfriar un centro de datos gigante lleno de servidores en constante funcionamiento hasta que casi cero absolutopermitiendo cálculos a gran escala con una eficiencia energética increíble.

Avance en la investigación de la superconductividad

Físicos de la Universidad de Washington y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han hecho un descubrimiento que podría ayudar a hacer posible este futuro más eficiente. Los investigadores han descubierto un material superconductor que es particularmente sensible a los estímulos externos, lo que permite mejorar o suprimir las propiedades superconductoras a voluntad. Esto abre nuevas oportunidades para circuitos superconductores conmutables energéticamente eficientes. El documento fue publicado en Los científicos progresan.

La superconductividad es una fase de la mecánica cuántica de la materia en la que una corriente eléctrica puede atravesar un material sin resistencia. Esto conduce a una perfecta eficiencia del transporte electrónico. Los superconductores se utilizan en los electroimanes más potentes para tecnologías avanzadas como imágenes por resonancia magnética, aceleradores de partículas, reactores de fusión e incluso trenes levitantes. Los superconductores también han encontrado usos en computación cuántica.

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Retos e innovaciones en tecnologías superconductoras

La electrónica actual utiliza transistores semiconductores para activar y desactivar rápidamente las corrientes eléctricas, creando los unos y los ceros binarios que se utilizan en el procesamiento de la información. Debido a que estas corrientes deben pasar a través de materiales con resistencia eléctrica limitada, parte de la energía se desperdicia en forma de calor. Esta es la razón por la que su computadora se calienta con el tiempo. Las bajas temperaturas necesarias para la superconductividad, normalmente por encima de los 200 grados. Fahrenheit bajo cero, hace que estos materiales no sean prácticos para dispositivos portátiles. Sin embargo, eventualmente podrían resultar útiles a escala industrial.

El equipo de investigación, dirigido por Shua Sánchez de Universidad de Washington, examinó un material superconductor inusual con una capacidad de sintonización excepcional. Este cristal consta de láminas planas de átomos ferromagnéticos de europio intercalados entre capas superconductoras de átomos de hierro, cobalto y arsénico. Según Sánchez, la combinación de ferromagnetismo y superconductividad en la naturaleza es extremadamente rara, porque una fase suele prevalecer sobre la otra.

«Esta es realmente una situación muy incómoda para las capas superconductoras, porque están atravesadas por los campos magnéticos de los átomos de europio circundantes», afirmó Sánchez. «Esto debilita la superconductividad y da como resultado una resistencia eléctrica finita».

Técnicas avanzadas de investigación y resultados.

Para comprender cómo interactúan estas fases, Sánchez pasó un año como residente en una de las principales fuentes de luz de rayos X del país, la Fuente Avanzada de Fotones (APS), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Argonne. Mientras estuvo allí, recibió apoyo del Programa de Investigación para Estudiantes Graduados en Ciencias del DOE. Trabajando con físicos de las líneas de luz APS 4-ID y 6-ID, Sánchez ha desarrollado una plataforma de caracterización integral capaz de sondear los detalles microscópicos de materiales complejos.

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Utilizando una combinación de técnicas de rayos X, Sánchez y sus colaboradores pudieron demostrar que la aplicación de un campo magnético al cristal puede reorientar las líneas del campo magnético del europio para que sean paralelas a las capas superconductoras. Esto elimina sus efectos antagónicos y provoca el surgimiento de un estado de resistencia cero. Utilizando mediciones eléctricas y técnicas de dispersión de rayos X, los científicos pudieron confirmar que podían controlar el comportamiento del material.

«La naturaleza de los parámetros independientes que controlan la superconductividad es bastante fascinante, porque se podría desarrollar un método completo para controlar este efecto», afirmó Philip Ryan de Argonne, coautor del artículo. «Este potencial sugiere varias ideas fascinantes, incluida la capacidad de regular la sensibilidad de campo de los dispositivos cuánticos».

Luego, el equipo aplicó restricciones al cristal con resultados interesantes. Descubrieron que la superconductividad podía aumentarse lo suficiente como para superar el magnetismo incluso sin reorientar el campo, o debilitarse lo suficiente como para que la reorientación magnética ya no pudiera producir el estado de resistencia cero. Este parámetro adicional le permite controlar y personalizar la sensibilidad del material al magnetismo.

«Este material es interesante porque existe una estrecha competencia entre múltiples fases y, al aplicar una pequeña tensión o campo magnético, se puede fortalecer una fase en relación con la otra para activar y desactivar la superconductividad», dijo Sánchez. «La gran mayoría de los superconductores no son tan fácilmente conmutables».

Referencia: “Superconductividad inducida por un campo conmutable por estrés” por Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabbris, Yongseong Choi, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor I. Mazin, Jong-Woo Kim , Jiun-Haw Chu y Philip J. Ryan, 24 de noviembre de 2023, Los científicos progresan.
DOI: 10.1126/sciadv.adj5200

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La sonda Juno de la NASA captura fascinantes imágenes de alta resolución de Europa, la luna helada de Júpiter

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La sonda Juno de la NASA captura fascinantes imágenes de alta resolución de Europa, la luna helada de Júpiter

Cuando la NASA Juno la nave espacial hizo su mayor acercamiento a Júpiteres la luna Europa En septiembre de 2022, capturó evidencia no solo de bolsas de agua salobre conectadas a las profundidades del océano subterráneo del planeta, sino también de posibles cicatrices formadas por imponentes columnas de vapor de agua, y capturó esta evidencia en cámara.

La mayoría de las imágenes de la misión Juno son tomadas por un instrumento llamado JunoCam, que los científicos revelaron que era capaz de tomar cuatro imágenes de alta resolución de la superficie de Europa. cuando pasó junto a la luna helada a una altitud de sólo 355 kilómetros (220 millas). La nave espacial también utilizó su Unidad de Referencia Estelar (SRU), que normalmente se utiliza para obtener imágenes débiles. estrellas, para ayudar a Juno a navegar. En esta ocasión, sin embargo, las capacidades de poca luz de la SRU se adaptaron para tomar una imagen del lado nocturno de Europa. Este es el lado que brilla sólo con la luz reflejada desde las cimas de las nubes de Júpiter; lo llamamos «resplandor de Júpiter».

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Scout Space seleccionado por AFWERX para desarrollar un marco de análisis de colisiones y mejorar la seguridad espacial – SatNews

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Scout Space seleccionado por AFWERX para desarrollar un marco de análisis de colisiones y mejorar la seguridad espacial – SatNews
CONCIENCIA ESPACIAL
El conocimiento es poder en el cada vez más disputado dominio espacial. Scout proporciona cargas útiles y algoritmos alojados Plug & Play para convertir cualquier nave espacial en una plataforma SDA.

Scout planea desarrollar el marco con una demanda computacional mínima y apunta a abrir nuevas vías para análisis de escenarios avanzados, contribuyendo así a la predicción y mitigación de posibles intercepciones del adversario. Esta capacidad es fundamental para proteger los activos espaciales críticos de los EE. UU., de conformidad con los objetivos estratégicos de la oficina del programa Espacio Tácticamente Responsivo (TacRS) y otras entidades del USSF.

AUTOPROTEGIDO
Realice un seguimiento de sus activos de alto valor y de todas las amenazas potenciales cercanas y lejanas. La conciencia situacional local es esencial para un ecosistema espacial sostenible.

“Los métodos tradicionales de predicción de colisiones, que se basan en cálculos de fuerza bruta, a menudo fallan en escenarios en tiempo real porque carecen de la agilidad necesaria para una autoprotección eficaz. » OBSERVACIÓN Philip Hover-Smoot, director ejecutivo de Scout Space. «El enfoque innovador de nuestro equipo para este problema no sólo podría equipar a las naves espaciales con autoprotección autónoma, sino también mejorar las capacidades operativas al estimar eficazmente las ventanas de la línea de visión de objetos espaciales críticos no rastreados».

Jordan Maxwell, Ph.D, ingeniero jefe de GNC Scout., agregado, “La tecnología que Scout está desarrollando aprovecha las limitaciones orbitales para permitir una identificación, seguimiento y evitación altamente eficiente de posibles colisionadores, todo ello a bordo de la nave espacial. Al eliminar la latencia de las comunicaciones terrestres, el enfoque de Scout puede facilitar la prevención de colisiones justo a tiempo, incluso con objetos pequeños y difíciles de rastrear, para naves espaciales habilitadas para SDA.

Avanzando en las capacidades de autoprotección de las naves espaciales en tiempo real con autonomía

La compañía planea integrar este marco en su carga útil Space Domain Awareness (SDA) de próxima generación, lo que permitirá la detección de colisiones de objetos proliferados y la mitigación de riesgos.

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Las opiniones expresadas son las del autor y no reflejan necesariamente la política o posición oficial del Departamento de la Fuerza Aérea, el Departamento de Defensa o el Gobierno de los Estados Unidos.

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“Sin precedentes”: el CO2 está aumentando 10 veces más rápido que en cualquier otro momento de la historia

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“Sin precedentes”: el CO2 está aumentando 10 veces más rápido que en cualquier otro momento de la historia

Investigaciones recientes indican que la tasa actual de aumento del CO2 atmosférico no tiene precedentes, siendo diez veces más rápida que cualquier período de los últimos 50.000 años, lo que destaca implicaciones significativas para la dinámica climática global y las capacidades futuras de CO2 del Océano Austral.

Los investigadores que llevan a cabo un análisis químico detallado del antiguo hielo antártico han descubierto que la tasa actual de aumento del dióxido de carbono atmosférico es 10 veces más rápida que en cualquier otro momento de los últimos 50.000 años.

Los resultados, que acaban de publicarse en el procedimientos de la Academia Nacional de CienciasProporcionan una nueva comprensión importante de los períodos de cambio climático abrupto en el pasado de la Tierra y ofrecen nuevos conocimientos sobre los impactos potenciales del cambio climático actual.

“Estudiar el pasado nos enseña lo diferente que es el hoy. La tasa de CO2 El cambio actual no tiene precedentes”, afirmó Kathleen Wendt, profesora asistente en la Facultad de Ciencias de la Tierra, los Océanos y la Atmósfera de la Universidad Estatal de Oregón y autora principal del estudio.

“Nuestra investigación ha identificado las tasas más rápidas de aumento natural de CO2 jamás observadas, y la tasa que ocurre hoy, en gran parte debido a las emisiones humanas, es 10 veces mayor. »

El dióxido de carbono, o CO2, es un gas de efecto invernadero que se encuentra naturalmente en la atmósfera. Cuando el dióxido de carbono ingresa a la atmósfera, contribuye al calentamiento climático debido al efecto invernadero. En el pasado, los niveles han fluctuado debido a los ciclos de la edad de hielo y otras causas naturales, pero hoy están aumentando debido a las emisiones humanas.

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Análisis de núcleos de hielo antártico.

El hielo que se ha acumulado en la Antártida durante cientos de miles de años incluye antiguos gases atmosféricos atrapados en burbujas de aire. Los científicos utilizan muestras de este hielo, recogidas mediante perforaciones de hasta 3,2 kilómetros de profundidad, para analizar rastros de sustancias químicas y establecer registros del clima pasado. La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. apoyó la perforación del núcleo de hielo y el análisis químico utilizados en el estudio.

Investigaciones anteriores han demostrado que durante la última edad de hielo, que terminó hace unos 10.000 años, hubo varios períodos en los que los niveles de dióxido de carbono parecían mucho más altos que el promedio. Pero esas mediciones no fueron lo suficientemente detalladas como para revelar la naturaleza completa de los rápidos cambios, lo que limitó la capacidad de los científicos para comprender lo que estaba sucediendo, dijo Wendt.

Trozo de un núcleo de hielo antártico

Un trozo de núcleo de hielo de la Antártida. Los investigadores están estudiando las sustancias químicas atrapadas en el hielo viejo para aprender más sobre el clima pasado. Crédito: Katherine Stelling, Universidad Estatal de Oregón

«Probablemente no se esperaría ver esto en medio de la última edad de hielo», dijo. «Pero se despertó nuestro interés y queríamos volver a esos períodos y tomar mediciones más detalladas para descubrir qué estaba pasando».

Utilizando muestras del núcleo de hielo de la capa de hielo de la Antártida occidental, Wendt y sus colegas estudiaron lo que sucedía durante estos períodos. Identificaron un patrón que mostraba que estos aumentos de dióxido de carbono ocurrían junto con intervalos fríos en el Atlántico Norte, conocidos como eventos de Heinrich, asociados con cambios climáticos abruptos en todo el mundo.

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«Estos eventos de Heinrich son realmente notables», afirmó Christo Buizert, profesor asociado de la Facultad de Ciencias de la Tierra, los Océanos y la Atmósfera y coautor del estudio. “Creemos que son causados ​​por un dramático colapso de la capa de hielo de América del Norte. Esto desencadena una reacción en cadena que implica cambios en los monzones tropicales, los vientos del oeste en el hemisferio sur y esos grandes eructos de CO.2 emergiendo de los océanos. »

Comparación de los aumentos naturales y actuales de CO2

Durante el mayor aumento natural, el dióxido de carbono aumentó aproximadamente 14 partes por millón en 55 años. Y los saltos ocurrieron aproximadamente una vez cada 7.000 años. Al ritmo actual, ese aumento sólo tardará entre 5 y 6 años.

La evidencia sugiere que durante períodos pasados ​​de aumentos naturales de dióxido de carbono, los vientos del oeste que desempeñan un papel importante en la circulación oceánica profunda también se fortalecieron, lo que llevó a una rápida liberación de CO2 del Océano Austral.

Otras investigaciones sugieren que estos vientos del oeste se fortalecerán durante el próximo siglo debido al cambio climático. Los nuevos hallazgos sugieren que si esto sucede, se reducirá la capacidad del Océano Austral para absorber el dióxido de carbono generado por la actividad humana, anotaron los investigadores.

«Dependemos del Océano Austral para absorber parte del dióxido de carbono que emitimos, pero los vientos del sur que aumentan rápidamente están debilitando su capacidad para hacerlo», dijo Wendt.

Referencia: “El Océano Austral genera CO atmosférico durante varias décadas2 Rise durante Heinrich Stadials” de Kathleen A. Wendt, Christoph Nehrbass-Ahles, Kyle Niezgoda, David Noone, Michael Kalk, Laurie Menviel, Julia Gottschalk, James WB Rae, Jochen Schmitt, Hubertus Fischer, Thomas F. Stocker, Juan Muglia, David Ferreira, Shaun A. Marcott, Edward Brook y Christo Buizert, 13 de mayo de 2024, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2319652121

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Otros coautores incluyen a Ed Brook, Kyle Niezgoda y Michael Kalk del estado de Oregon; Christoph Nehrbass-Ahles de Universidad de Berna en Suiza y en el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido; Thomas Stocker, Jochen Schmitt y Hubertus Fischer de la Universidad de Berna; Laurie Menviel de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia; James Rae de la Universidad de St. Andrews en el Reino Unido; Juan Muglia de Argentina; David Ferreira de la Universidad de Reading en el Reino Unido y Shaun Marcott de la Universidad de Wisconsin-Madison.

El estudio fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

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