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Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

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Investigadores de la Universidad de Rice han descubierto que el sonido se puede utilizar para analizar las propiedades del grafeno inducido por láser en tiempo real. La técnica podría ser útil para la caracterización de materiales en una amplia gama de procesos de ingeniería y fabricación. Crédito: Brandon Martin/Universidad de Rice

Puede que sea cierto que ver es creer, pero a veces escuchar puede ser mejor.


Ejemplo: Dos hermanos en un laboratorio de la Universidad de Rice escucharon algo inusual mientras hacían grafeno. Finalmente, determinaron que el sonido en sí mismo podría proporcionarles información valiosa sobre el producto.

Los hermanos, John Li, ex alumno de Rice que ahora estudia en la Universidad de Stanford, y Victor Li, entonces estudiante de secundaria en Nueva York y ahora estudiante de primer año en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, son coautores principales de un artículo que describe la análisis en tiempo real de la producción de grafeno inducido por láser (LIG) a través del sonido.

Los hermanos estaban trabajando en el laboratorio del químico James Tour de Rice cuando se les ocurrió su hipótesis y la presentaron en una reunión de grupo.

«El profesor Tour dijo: ‘Es interesante’ y nos dijo que lo siguiéramos como un proyecto potencial», recordó John Li.

Los resultados, que aparecen en Materiales funcionales avanzadosdescriben un esquema simple de procesamiento de señales acústicas que analiza LIG en tiempo real para determinar su forma y calidad.

LIG, presentado por el laboratorio Tour en 2014, crea capas de láminas de grafeno interconectadas calentando la parte superior de una lámina delgada de polímero a 2500 grados Celsius (4532 grados Fahrenheit), dejando solo átomos de carbono. Desde entonces, la técnica se ha aplicado para fabricar grafeno a partir de otras materias primas, incluso alimentos.

Cuando el grafeno habla, los científicos ahora pueden escuchar

Alex Lathem, estudiante graduado en física aplicada en la Universidad de Rice, prepara una muestra para el láser. El laboratorio utiliza sonido para analizar la síntesis de grafeno inducida por láser en tiempo real. Crédito: Brandon Martin/Universidad de Rice

«Bajo diferentes condiciones, queremos decir diferentes sonidos porque están ocurriendo diferentes procesos”, dijo John. “Entonces, si escuchamos variaciones durante la síntesis, podríamos detectar la formación de diferentes materiales.

Dijo que el análisis de audio permite «capacidades de control de calidad muy superiores que son órdenes de magnitud más rápidas que la caracterización del grafeno inducido por láser mediante técnicas de microscopía.

«En el análisis de materiales, a menudo hay compensaciones entre el costo, la velocidad, la escalabilidad, la exactitud y la precisión, especialmente en términos de la cantidad de material que puede procesar de manera consistente», dijo John. «Lo que tenemos aquí nos permite hacer coincidir de manera eficiente el rendimiento de nuestras capacidades analíticas con la cantidad total de material que estamos tratando de sintetizar de manera sólida».

John invitó a su hermano menor a Houston, sabiendo que su experiencia sería una ventaja en el laboratorio. “Tenemos conjuntos de habilidades complementarias casi por diseño, donde evito especializarme en cosas que él conoce muy bien, y él evita áreas que conozco muy bien”, dijo. . “Así que somos un equipo muy sólido.

«Básicamente, hice la conexión de que los sonidos correctos coincidían con el producto correcto, y él hizo la conexión de que diferentes sonidos coincidían con diferentes productos», dijo. «Además, él es mucho más fuerte que yo en ciertas técnicas computacionales, mientras que yo soy ante todo un experimentador».

Un pequeño micrófono de $31 de Amazon pegado a la cabeza del láser y conectado a un teléfono celular dentro del gabinete del láser capta el audio para su análisis.

«Los hermanos convirtieron el patrón de sonido a través de un técnica matemática llamada transformada rápida de Fourier, para que puedan obtener datos numéricos de los datos de sonido”, dijo Tour sobre el producto.

John Li dijo que los sonidos emitidos «proporcionan información sobre la relajación de la entrada de energía cuando el láser golpea la muestra y es absorbida, transmitida, dispersada, reflejada o simplemente convertida en diferentes tipos de energía. Esto nos permite obtener información local sobre las propiedades». de la microestructura, morfología y características a nanoescala del grafeno».

Tour queda impresionado con su ingenio.

«Lo que estos hermanos han encontrado es asombroso», dijo. «Escuchan los sonidos de la síntesis mientras se ejecuta y, a partir de ahí, pueden determinar el tipo y la calidad del producto casi al instante. Este podría ser un enfoque importante durante la síntesis para guiar los parámetros de fabricación».

Dijo que el análisis de sonido podría contribuir a una serie de procesos de fabricación, incluido el calentamiento instantáneo Joule de su propio laboratorio, un método para fabricar grafeno y otros materiales a partir de desechos, así como la sinterización, ingeniería de fase, ingeniería de deformación, deposición de vapor químico, combustión, recocido, corte por láser, gasificación, destilación y más.

«Entre la experiencia experimental de John y el talento matemático de Victor, el equipo familiar es excelente», dijo Tour. «Mi mayor alegría es brindar un ambiente donde mentes jóvenes pueden crear y prosperar, y en este caso han demostrado una experiencia mucho más allá de sus años, con John solo 19 y Victor 17 en el momento de su descubrimiento».

Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice Jacob Beckham y Weiyin Chen, el investigador postdoctoral Bing Deng, el ex alumno Duy Luong y el investigador Carter Kittrell. Tour ocupa la Cátedra TT y WF Chao de Química, así como profesor de informática, ciencia de los materiales y nanoingeniería.


El equipo utiliza un proceso de grafeno inducido por láser para crear patrones a escala micrométrica en fotorresistencia.


Más información:
Victor D. Li et al, Sonidos de síntesis: análisis acústico en tiempo real de grafeno inducido por láser, Materiales funcionales avanzados (2022). DOI: 10.1002/adfm.202110198

Proporcionado por
universidad del arroz

Cita: When Graphene Speaks, Scientists Can Now Listen (19 de enero de 2022) recuperado el 20 de enero de 2022 de https://phys.org/news/2022-01-graphene-scientists.html

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Por qué cada vez más físicos comienzan a pensar que el espacio y el tiempo son «ilusiones»

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El pasado mes de diciembre se concedió el Premio Nobel de Física por la confirmación experimental de un fenómeno cuántico conocido desde hace más de 80 años: el entrelazamiento. Como Albert Einstein y sus colaboradores imaginaron en 1935, los objetos cuánticos pueden estar misteriosamente correlacionados aunque estén separados por grandes distancias. Pero por extraño que parezca el fenómeno, ¿por qué una idea tan antigua aún merece el premio más prestigioso de la física?

Coincidentemente, pocas semanas antes de que los nuevos premios Nobel fueran honrados en Estocolmo, otro equipo de distinguidos científicos de Harvard, MIT, Caltech, Fermilab y Google informaron que habían realizado un proceso en la computadora cuántica de Google que podría interpretarse como un agujero de gusano. . Los agujeros de gusano son túneles a través del universo que pueden funcionar como un atajo a través del espacio y el tiempo y son amados por los fanáticos de la ciencia ficción, y aunque el túnel creado en este experimento reciente solo existe en un mundo de juguete bidimensional, podría ser un gran avance para el futuro. investigación a la vanguardia de la física.

Pero, ¿por qué el entrelazamiento está ligado al espacio y al tiempo? ¿Y cómo puede ser esto importante para futuros avances en física? Bien entendido, el entrelazamiento implica que el universo es «monista», como lo llaman los filósofos, que en el nivel más fundamental, todo en el universo es parte de un todo único y unificado. Es una propiedad definitoria de la mecánica cuántica que su realidad subyacente se describe en términos de ondas, y un universo monista requeriría una función universal. Hace ya décadas, investigadores como Hugh Everett y Dieter Zeh demostraron cómo nuestra realidad cotidiana puede surgir de una descripción tan universal de la mecánica cuántica. Pero es solo ahora que investigadores como Leonard Susskind o Sean Carroll están desarrollando ideas sobre cómo esta realidad cuántica oculta podría explicar no solo la materia sino también la estructura del espacio y el tiempo.

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El entrelazamiento es más que un fenómeno cuántico extraño. Es el principio de acción lo que explica por qué la mecánica cuántica fusiona el mundo en uno y por qué experimentamos esta unidad fundamental como muchos objetos separados. Al mismo tiempo, el enredo es la razón por la que parecemos vivir en una realidad clásica. Es literalmente el cemento y el creador de los mundos. El entrelazamiento se aplica a los objetos que comprenden dos o más componentes y describe lo que sucede cuando se aplica el principio cuántico de que «cualquier cosa que pueda suceder, realmente sucede» a tales objetos compuestos. Por lo tanto, un estado entrelazado es la superposición de todas las combinaciones posibles en las que se pueden encontrar los componentes de un objeto compuesto para producir el mismo resultado general. De nuevo, es la naturaleza ondulada del dominio cuántico la que puede ayudar a ilustrar cómo funciona realmente el entrelazamiento.

Imagina un mar cristalino perfectamente tranquilo en un día sin viento. Ahora pregúntese cómo se puede producir un plano así al superponer dos patrones de onda individuales. Una posibilidad es que la superposición de dos superficies completamente planas nuevamente dé un resultado completamente igual. Pero otra posibilidad que podría producir una superficie plana es si se superpusieran dos patrones de onda idénticos compensados ​​por medio ciclo de oscilación, de modo que las crestas de onda de un modelo aniquilaran los valles de onda del otro y viceversa. Si simplemente observáramos el océano cristalino, viéndolo como el resultado de dos oleajes combinados, no habría forma de que descubramos los patrones de los oleajes individuales. Lo que parece perfectamente ordinario cuando hablamos de ondas tiene las consecuencias más extrañas cuando se aplica a realidades en competencia. Si tu vecina te dijera que tiene dos gatos, un gato vivo y un gato muerto, eso implicaría que el primer gato o el segundo están muertos y el gato restante, respectivamente, está vivo, sería una forma extraña y morbosa. para describir a sus mascotas, y es posible que no sepas cuál de ellas es la más afortunada, pero obtendrás la deriva del vecino. Este no es el caso en el mundo cuántico. En mecánica cuántica, la misma afirmación implica que los dos gatos se fusionan en una superposición de casos, de los cuales el primer gato está vivo y el segundo muerto y el primer gato está muerto mientras que el segundo vive, pero también posibilidades donde los dos gatos están medio vivo y medio muerto, o el primer gato está vivo en un tercio, mientras que el segundo gato suma los dos tercios de vida que faltan. En una pareja cuántica de gatos, los destinos y condiciones de los animales individuales se disuelven por completo en el estado del todo. De manera similar, en un universo cuántico, no hay objetos individuales. Todo lo que existe se fusiona en un solo «Uno».

El entrelazamiento cuántico revela un vasto territorio completamente nuevo para que exploremos. Define una nueva base para la ciencia y da un vuelco a nuestra búsqueda de una teoría del todo: confiar en la cosmología cuántica en lugar de la física de partículas o la teoría de cuerdas. Pero, ¿qué tan realista es para los físicos seguir este enfoque? Sorprendentemente, no es solo realista, ya lo hacen. Los investigadores a la vanguardia de la gravedad cuántica han comenzado a rediseñar el espacio-tiempo como consecuencia del entrelazamiento. Un número creciente de científicos ha llegado a basar sus investigaciones en la inseparabilidad del universo. Hay muchas esperanzas de que, siguiendo este enfoque, finalmente puedan comprender lo que realmente son el espacio y el tiempo, en lo profundo de los cimientos.

Ya sea que el espacio se ensamble por entrelazamiento, que la física se describa mediante objetos abstractos más allá del espacio y el tiempo o el espacio de posibilidades representado por la función de onda universal de Everett, o que todo en el universo se remonte a un solo objeto cuántico, todas estas ideas comparten un identidad diferenciada. sabor monista. En la actualidad, es difícil juzgar cuáles de estas ideas informarán el futuro de la física y cuáles eventualmente desaparecerán. Lo que es interesante es que, si bien originalmente las ideas a menudo se desarrollaron en el contexto de la teoría de cuerdas, parecen haber ido más allá de la teoría de cuerdas, y las cuerdas ya no juegan ningún papel en la mayoría de las investigaciones recientes. Un hilo común ahora parece ser que el espacio y el tiempo ya no se consideran fundamentales. La física contemporánea no parte del espacio y del tiempo y continúa con las cosas situadas en este trasfondo preexistente. En cambio, el espacio y el tiempo en sí mismos se ven como productos de una realidad de proyección más fundamental. Nathan Seiberg, uno de los principales teóricos de cuerdas del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, no está solo en sus sentimientos cuando dice: “Estoy bastante seguro de que el espacio y el tiempo son ilusiones. Estas son nociones primitivas que serán reemplazadas por algo más sofisticado. Además, en la mayoría de los escenarios que proponen espacios-tiempos emergentes, el entrelazamiento juega un papel fundamental. Como señala el filósofo de la ciencia Rasmus Jaksland, esto implica en última instancia que ya no hay más objetos individuales en el universo; que todo está vinculado a todo lo demás: “Adoptar el enredo como una relación de creación de mundos tiene el costo de abandonar la separabilidad. Pero quien esté dispuesto a dar este paso quizás deba buscar en el enredo la relación fundamental con la que constituir este mundo (y quizás todos los demás posibles). Así, cuando el espacio y el tiempo desaparecen, emerge un Uno unificado.

Cortesía de Hachette Book Group

Por el contrario, desde la perspectiva del monismo cuántico, estas alucinantes consecuencias de la gravedad cuántica no están muy lejos. Ya en la teoría de la relatividad general de Einstein, el espacio ya no es un escenario estático; más bien, proviene de las masas y la energía de la materia. Al igual que la opinión del filósofo alemán Gottfried W. Leibniz, describe el orden relativo de las cosas. Si ahora, según el monismo cuántico, sólo queda una cosa, no hay nada más que disponer ni ordenar y finalmente ya no es necesario el concepto de espacio en este nivel fundamental de descripción. Es «el Uno», un único universo cuántico que da lugar al espacio, el tiempo y la materia.

«GR=QM», afirmó audazmente Leonard Susskind en una carta abierta a los investigadores de la ciencia de la información cuántica: la relatividad general no es más que mecánica cuántica, una teoría centenaria que se ha aplicado con gran éxito a todo tipo de cosas, pero nunca realmente. . entendido completamente. Como ha señalado Sean Carroll, «Quizás fue un error cuantificar la gravedad, y el espacio-tiempo estuvo oculto en la mecánica cuántica todo el tiempo». Para el futuro, “en lugar de cuantificar la gravedad, tal vez deberíamos tratar de gravitar la mecánica cuántica. O, de manera más específica pero menos evocadora, ‘encontrar la gravedad dentro de la mecánica cuántica’”, sugiere Carroll en su blog. De hecho, parece que si la mecánica cuántica se hubiera tomado en serio desde el principio, si se hubiera entendido como una teoría que se desarrolla no en el espacio y el tiempo sino en una realidad más fundamental de proyección, de muchos callejones sin salida en la exploración de la gravedad cuántica. podría haberse evitado. Si hubiéramos aprobado las implicaciones monistas de la mecánica cuántica, el legado de una filosofía de tres mil años que fue abrazada en la antigüedad, perseguida en la Edad Media, revivida en el Renacimiento y alterada en el romanticismo, ya en Everett y Zeh los había señalado, en lugar de apegarnos a la interpretación pragmática del influyente pionero cuántico Niels Bohr que reducía la mecánica cuántica a una herramienta, estaríamos más avanzados en desmitificar los fundamentos de la realidad.

Adaptado de The One: Cómo una vieja idea sostiene el futuro de la física por Heinrich Pas. Copyright © 2023. Disponible en Basic Books, un sello de Hachette Book Group, Inc.

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Horoscopo

Hubble captura un impresionante dúo estelar en la Nebulosa de Orión a 1.450 años luz de distancia

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El Telescopio Espacial Hubble capturó una nueva e impresionante imagen de la brillante estrella variable V 372 Orionis y una estrella compañera.

El telescopio de la NASA y la Agencia Espacial Europea capturó las estrellas, que se encuentran en la Nebulosa de Orión, una región de formación de estrellas a unos 1.450 años luz de la Tierra.

La estrella compañera es visible en la esquina superior izquierda.

V 372 Orionis es un tipo especial de estrella variable conocida como Orion Variable.

LA NASA PRUEBA CON ÉXITO UN NUEVO MOTOR PARA LA EXPLORACIÓN DEL ESPACIO PROFUNDO

La brillante estrella variable V 372 Orionis ocupa un lugar central en esta imagen del telescopio espacial Hubble de NASA/ESA.
(ESA/Hubble y NASA, J. Bally, M. Robberto)

El gas y el polvo desiguales de las Nebulosas de Orión son visibles en toda la imagen. Las variables de Orión suelen estar asociadas con nebulosas difusas.

La imagen del equipo superpone datos de dos de los instrumentos del telescopio: la Cámara de inspección avanzada y la Cámara de campo amplio 3.

Los datos en longitudes de onda infrarrojas y visibles se han superpuesto para revelar detalles del área.

Un astronauta a bordo del transbordador espacial Atlantis capturó esta imagen del telescopio espacial Hubble el 19 de mayo de 2009.

Un astronauta a bordo del transbordador espacial Atlantis capturó esta imagen del telescopio espacial Hubble el 19 de mayo de 2009.
(NASA)

NASA Y DARPA PARA DESARROLLAR UN COHETE TÉRMICO NUCLEAR QUE PODRÍA PONER HUMANOS EN MARTE: INFORME

En particular, los picos de difracción que rodean las estrellas mas brillantes de la imagen formada cuando una intensa fuente puntual de luz interactuó con las cuatro paletas dentro del Hubble que sostienen el espejo secundario del telescopio.

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Comparativamente, los de Telescopio espacial James Webb son de seis puntas debido a sus segmentos de espejo hexagonales y estructura de soporte de 3 patas para el espejo secundario.

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Horoscopo

RTL Info en Bélgica empaqueta gran tecnología en un espacio pequeño con su relanzamiento

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La emisora ​​belga RTL-TVI ha lanzado una revisión completa de su programación de noticias, bajo la marca RTL Info. Los cambios abarcan el aspecto digital y en el aire, incluido un nuevo estudio que combina una gran pared de LED con extensiones de escenarios virtuales.

El tema general de la nueva imagen de marca y eslogan de RTL Info se traduce como «a tu lado, para ver aún más claramente», con muchos cambios visuales que se alinean con esta idea de claridad.

Las actualizaciones comienzan con el logotipo modernizado de Programación, limpiando y simplificando la marca anterior con un simple punto naranja que se convierte en una marca comercial en todos los gráficos en movimiento. El logotipo incluye un «RTL» muy personalizado con bordes redondeados, que define «info» en minúsculas usando Gilroy.

Ver la versión completa en Giphy

En los gráficos en movimiento, este punto naranja se irradia desde el centro del estudio para abrir los diversos boletines de noticias y aparece en gráficos de realidad aumentada para anotar el tiempo de transmisión.

Los gráficos usan el estilo de diseño plano con simples cuadros azules y blancos para la mayoría de los elementos de inserción, a menudo usando las paredes LED del estudio para mostrar información o mostrar imágenes de la historia.

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El nuevo diseño del estudio RTL Info se basa en una forma circular simple que se ve realzada por una iluminación empotrada en el suelo y un escritorio circular. Este espacio está rodeado por una pared LED curva hecha de paneles Planar (Leyard) AT Series con dos sistemas de cámara Ross Video Furio montados en el piso que siguen la forma a cada lado del escritorio de anclaje.

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Estas pistas incluyen tres cámaras, que utilizan cabezales Ross Video VR con cámaras Grass Valley LDX y lentes Canon, incluido un zoom Digisuper. Una tercera pista de Furio se encuentra directamente frente al escritorio del presentador con una cámara de pie tradicional, con cinco cámaras utilizadas en el estudio.

Esta completa configuración permite que la red extienda virtualmente el plató a través de extensiones de plató virtual, añadiendo una falsa entreplanta con balaustrada de cristal y vistas a los espacios de trabajo. Este tema también se usa para gráficos de pared de video, que incluyen vistas borrosas de una escena de sala de redacción con columnas y elementos arquitectónicos dramáticamente iluminados.

Los paneles de vidrio esmerilado, con un efecto de desenfoque gaussiano, también se presentan en la pared de video junto con un mapa mundial y la marca para la hora de noticias actual.

Mientras tanto, el escritorio de anclaje se puede configurar de varias maneras con sus dos alas moviéndose sobre pequeños rieles incrustados en el piso del estudio.

Nueva música, un sitio web actualizado y una aplicación móvil acompañaron los otros cambios.

El diseño general y la configuración tecnológica son similares a VTM News, otra emisora ​​​​belga que se actualizó recientemente. Las dos redes comparten parcialmente la propiedad a través de DPG Media, y cada una se enfoca en una población lingüística diferente en Bélgica.

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