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Defecto inesperado de ‘cisne negro’ descubierto en materia blanda por primera vez

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Defecto inesperado de ‘cisne negro’ descubierto en materia blanda por primera vez

Crédito: CC0 Public Domain

En una nueva investigación, los científicos de la Universidad Texas A&M han revelado por primera vez un único defecto microscópico llamado «gemelo» en un copolímero de bloque blando utilizando una técnica avanzada de microscopía electrónica. Este defecto podría aprovecharse en el futuro para crear materiales con nuevas propiedades acústicas y fotónicas.


«Este defecto es como un cisne negro, algo especial que no es típico», dijo el Dr. Edwin Thomas, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. “Aunque elegimos un determinado polímero para nuestro estudio, creo que el doble defecto será bastante universal en un montón de sistemas similares de materia blanda, como aceites, tensioactivos, material biológico y polímeros naturales. Por lo tanto, nuestros resultados serán valiosos para diversas investigaciones en el campo de la materia blanda. «

Los resultados del estudio se detallan en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

Los materiales se pueden clasificar en términos generales como duros o blandos. Los materiales duros, como las aleaciones metálicas y las cerámicas, generalmente tienen una disposición de átomos muy regular y simétrica. Además, en la materia dura, los grupos de átomos ordenados se organizan en bloques de construcción nanoscópicos, llamados celdas unitarias. Por lo general, estas celdas unitarias constan de solo unos pocos átomos y se apilan para formar el cristal periódico. La materia blanda también puede formar cristales compuestos de células unitarias, pero ahora el patrón periódico no está en el nivel atómico; ocurre en una escala mucho mayor a partir de conjuntos de moléculas grandes.

En particular, para un copolímero dibloque AB, un tipo de material blando, la unidad molecular periódica comprende dos cadenas enlazadas: una cadena de unidades A y una cadena de unidades B. Cada cadena, llamada bloque, tiene miles de unidades enlazadas. ellos y un cristal blando se forma por agregación selectiva de unidades A en dominios y unidades B en dominios que forman enormes células unitarias en comparación con la materia dura.

Otra diferencia notable entre los cristales duros y blandos es que los defectos estructurales se han estudiado mucho más en la materia dura. Estas imperfecciones pueden ocurrir en una sola ubicación atómica en el material, llamado defecto puntual. Por ejemplo, los defectos puntuales en la disposición periódica de los átomos de carbono en un diamante debido a las impurezas de nitrógeno crean el exquisito diamante amarillo «canario». Además, las imperfecciones de los cristales pueden alargarse como un defecto de línea o extenderse sobre un área como un defecto de superficie.

En general, los defectos en el interior materiales duros se han estudiado extensamente utilizando técnicas avanzadas de imágenes electrónicas. Pero para poder localizar e identificar defectos en sus cristales de copolímero de bloque blando, Thomas y sus colegas utilizaron una nueva técnica llamada microscopía electrónica de barrido de obleas y vistas. Cette méthode a permis aux chercheurs d’utiliser un faisceau d’ions fin pour découper une très fine tranche du matériau souple, puis ils ont utilisé un faisceau d’électrons pour imager la surface sous la tranche, puis trancher à nouveau, image à nouveau , una y otra vez. Luego, estos cortes se apilaron digitalmente para obtener una vista en 3D.

Para su análisis, estudiaron un copolímero dibloque que consta de un bloque de poliestireno y un bloque de polidimetilsiloxano. A nivel microscópico, una celda elemental de este material presenta un patrón espacial de la denominada forma de “doble giroide”, una estructura compleja y periódica formada por dos redes moleculares entrelazadas, una de las cuales tiene rotación a la izquierda y la otra, una rotación a la derecha.

Si bien los investigadores no buscaban activamente un defecto en particular en el material, la técnica de imagen avanzada descubrió un defecto en la superficie, conocido como borde gemelo. A ambos lados de la unión gemela, las redes moleculares transformaron abruptamente su sentido de la mano.

«Me gusta llamar a este defecto un espejo topológico, y es un efecto realmente agradable», dijo Thomas. «Cuando tienes un borde gemelo, es como mirar un reflejo en un espejo, ya que cada celosía cruza el borde, los celosías cambian de manos, la derecha se convierte en izquierda y viceversa».

El investigador agregó que las consecuencias de tener un borde doble en una estructura periódica que per se no tiene simetría especular inherente podría inducir nuevas propiedades ópticas y acústicas que abren nuevas puertas en la ingeniería y tecnología de materiales.

“En biología, sabemos que incluso un solo defecto del ADN, una mutación, puede causar una enfermedad u otro cambio observable en un organismo. En nuestro estudio, mostramos un solo gemelo defecto en un material de doble giroide «, dijo Thomas». La investigación futura explorará para ver si hay algo especial en la presencia de un plano de espejo aislado en una estructura, que de otra manera no tiene simetría de espejo. »


Naturaleza conductora en estructuras cristalinas revelada con un aumento de 10 millones de veces


Más información:
Xueyan Feng et al, Visualizando al gemelo doble giroide, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073 / pnas.2018977118

Proporcionado por
Universidad Texas A & M

Cita: Defecto inesperado de ‘cisne negro’ descubierto por primera vez en materia blanda (2021, 19 de mayo) recuperado el 19 de mayo de 2021 de https://phys.org/news/2021-05-unexpected-black-swan-defect- soft.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte del uso legítimo para fines de estudio o investigación privados, no se puede reproducir ninguna parte sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente a título informativo.

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¿Cuándo despegarán los astronautas?

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¿Cuándo despegarán los astronautas?
  • La tripulación de Polaris Dawn intentará alcanzar alturas mayores que las alcanzadas por los humanos desde el programa Apolo de la NASA en la década de 1970 y también realizará la primera caminata espacial comercial.
  • El cohete Falcon 9 que transporta al Dragón está programado para despegar entre las 3:38 a.m. y las 7:09 a.m. ET del miércoles desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida.
  • «Falcon y Dragon permanecen sanos y la tripulación continúa lista para su misión de varios días a la órbita terrestre baja», dijo SpacX en las redes sociales.

Una cápsula de SpaceX que transporta a cuatro astronautas comerciales que esperan realizar una caminata espacial pionera no se lanzará hasta al menos el miércoles por la mañana.

La misión Polaris Dawn, un ambicioso viaje de cinco días a las regiones superiores de la órbita de la Tierra, estaba programada para despegar el martes antes de que una fuga de helio detectada obligara a posponerla, dijo SpaceX. dijo el lunes por la tarde en el sitio de redes sociales X.

Cuando la tripulación se lance a bordo de un SpaceX Dragon, será el segundo viaje al espacio para empresario multimillonario Jared Isaacman, quien financió la misión con la empresa de Elon Musk. Isaacman se aventuró previamente en órbita en 2021 a bordo de Inspiration4, la misión que se convirtió en el primer vuelo espacial orbital privado de la historia.

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un raro fósil ha proporcionado información sobre lo que fue un día excepcionalmente desafortunado para una vaca marina prehistórica.

La especie ahora extinta de dugongo, un mamífero marino parecido al manatí, nadaba en el mar hace unos 15 millones de años cuando fue atacada por dos animales: un cocodrilo y un tiburón tigre. Este último dejó uno de sus dientes empalado en el cuerpo de la vaca marina.

Al analizar el fósil descubierto en Venezuela, los investigadores pudieron comprender cómo murió la vaca marina, que pertenecía a un grupo de animales extintos conocido como Culebrtherium.

Su estudiarpublicado el jueves en el Journal of Vertebrate Paleontology, captura un momento en el tiempo que ofrece una visión única del funcionamiento de la cadena alimentaria durante la época del Mioceno temprano y medio, hace entre 11,6 y 23 millones de años.

«Es extremadamente raro encontrar rastros de dos depredadores en un solo espécimen», dijo Aldo Benites-Palomino, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el departamento de paleontología de la Universidad de Zurich, Suiza. “Esto muestra por qué deberíamos explorar fósiles en regiones tropicales como Venezuela. »

Los restos fosilizados (un cráneo parcial y 13 vértebras o columna vertebral) revelaron tres tipos de marcas de mordeduras. Su forma, profundidad y orientación sugerían que fueron creados por dos depredadores: un cocodrilo de tamaño pequeño a mediano y un tiburón tigre.

Según el estudio, la criatura parecida a un cocodrilo atacó primero, con los dientes enterrados profundamente en el hocico de la vaca marina, lo que sugiere que intentó agarrar esa parte de la cara del dugongo para asfixiarlo. Otras dos grandes incisiones curvas indican que el cocodrilo arrastró a la vaca marina, desgarrando su carne.

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Las rayas y cortes en el fósil sugieren que el cocodrilo realizó una «vuelta mortal», un comportamiento giratorio para someter a su presa que también se observa en las especies de cocodrilos existentes.

«Este tipo de marca sólo se produce al morder, en el que se realizan acciones posteriores de rasgar, rodar o agarrar», señalaron los autores del estudio.

Luego, el rinoceronte fue destrozado por un tiburón tigre, que tiene dientes estrechos y no dentados. Puede ser difícil diferenciar entre depredación activa y marcas de carroñero, pero según el estudio, las marcas de mordeduras en todo el cuerpo del rinoceronte y su distribución irregular, así como la variación en profundidad, sugirieron a los investigadores que este era el comportamiento de un carroñero. como un tiburón tigre.

Los científicos confirmaron la identidad del tiburón mediante el descubrimiento de un único diente alojado en el cuello de la vaca marina que pertenecía a una especie extinta de tiburón tigre, Galeocerdo aduncus.

“Tuve que trabajar como científico forense”, recuerda Benites-Palomino.

Sin embargo, el estudio señaló que, dada la naturaleza fragmentaria del esqueleto, no era posible descartar otros escenarios para la desaparición de la vaca marina.

Dean Lomax, paleontólogo de la Universidad de Bristol y de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, que no participó en la investigación, dijo que estaba de acuerdo con los hallazgos del estudio, pero que era difícil distinguir entre el comportamiento carroñero y el comportamiento depredador activo. .

“Por ejemplo, puede que no sea descabellado pensar que el dugongo ya estaba muerto, que pudo haberse alejado flotando y estar hinchado, y luego fue devorado (recogido) por el cocodrilo y el tiburón en diferentes momentos”. dijo Lomax, el autor de “Bloqueados en el tiempo: el comportamiento animal revelado en 50 fósiles asombrosos”, por correo electrónico.

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“A menos que tengamos evidencia directa del dugongo dentro del cocodrilo (como última comida), o de que el cocodrilo y el dugongo mueran en medio del ataque, todavía es intrínsecamente raro decir al 100% si esto fue definitivamente el resultado de un ataque activo o no. que hurgar en la basura”, añadió Lomax.

En aquella época, las vacas marinas podían crecer hasta cinco metros de largo, dijo Benites-Palomino, y su tejido graso habría sido una buena fuente de alimento.

Hoy en día, los cocodrilos, las orcas y los tiburones se alimentan de dugongos y manatíes, principalmente de los jóvenes, porque los adultos son difíciles de matar debido a su tamaño. No está claro qué tipo de cocodrilo pudo haber atacado a la vaca marina. Podría haber sido una especie extinta de caimán o gavial, conocido por sus mocos largos y delgados, pero debió ser de gran tamaño, de 4 a 6 metros de largo.

“Hay varios candidatos. Sudamérica era entonces un paraíso para los cocodrilos”, añade Benites-Palomino.

Un granjero al sur de la ciudad de Coro, Venezuela, notó por primera vez los restos de la vaca marina en un lugar donde antes no se habían descubierto fósiles.

“Al principio no conocíamos la geología del sitio y los primeros fósiles que descubrimos fueron trozos de cráneos. Nos tomó algún tiempo determinar qué eran: cráneos de manatí, que tienen una apariencia bastante inusual”, dijo en un comunicado Marcelo Sánchez-Villagra, coautor del estudio, profesor de paleobiología y director del Instituto y Museo Paleontológico de. la Universidad de Zúrich.

Benites-Palomino dijo que el raro hallazgo demuestra la importancia de la búsqueda de fósiles en América del Sur «no clásica».

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“Hemos estado visitando los mismos sitios de fósiles en América del Norte y China durante mucho tiempo, pero cada vez que trabajamos en estas nuevas áreas, encontramos constantemente nuevos fósiles. »

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

A ambos lados del océano Atlántico, a más de 6.000 kilómetros de distancia, investigadores han descubierto huellas dejadas por dinosaurios que pudieron haber vagado desde África hasta América del Sur cuando los continentes estaban unidos en un supercontinente.

Las más de 260 huellas, ubicadas en Brasil y Camerún, serían parte del Período Cretácico Inferiorsegún un estudio publicado el lunes por el Museo de Historia Natural y Ciencia de Nuevo México.

Las huellas se crearon originalmente a unas 621 millas de distancia sobre una fina capa de limo y arenisca de barro en el antiguo supercontinente Gondwanan, que luego se rompió y formó el Océano Atlántico Sur.

El estudio compartió fotografías de huellas de formas idénticas que parecían provenir de edades y entornos geológicos similares, según descubrió el paleontólogo de la Universidad Metodista del Sur y autor principal del estudio, Louis L. Jacobs.

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