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Os físicos estão avançando na corrida da supercondutividade à temperatura ambiente

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Os físicos estão avançando na corrida da supercondutividade à temperatura ambiente

Uma equipe de físicos do Nevada Extreme Laboratory (NEXCL) da UNLV usou uma célula de bigorna Massey, um dispositivo de pesquisa semelhante ao da imagem, em sua pesquisa para diminuir a pressão necessária para monitorar um material capaz de supercondutor à temperatura ambiente. Crédito: Imagem cortesia de NEXCL

Há menos de dois anos, o mundo da ciência ficou chocado com a descoberta de um material capaz de se superconduzir à temperatura ambiente. Agora, uma equipe de físicos da Universidade de Nevada Las Vegas (UNLV) aumentou a aposta mais uma vez, reproduzindo esse feito na pressão mais baixa já registrada.

Para ser claro, isso significa que a ciência está mais perto do que nunca de um material utilizável e repetível que poderia um dia revolucionar a forma como a energia é transportada.

Chegou às manchetes internacionais em 2020 ao descobrir Supercondutividade à temperatura ambiente pela primeira vez Escrito pelo físico da UNLV Ashkan Salamat e seu colega Ranga Dias, físico da Universidade de Rochester. Para alcançar esse feito, os cientistas fizeram uma mistura química de carbono, enxofre e hidrogênio primeiro em um estado metálico e depois em um estado supercondutor à temperatura ambiente usando pressão extremamente alta – 267 gigapascals – condições que você encontra apenas na natureza perto do centro de a Terra.

Avançando a uma velocidade de menos de dois anos, os pesquisadores agora são capazes de completar a façanha em apenas 91 gigapascals – cerca de um terço da pressão inicialmente relatada. As novas descobertas foram publicadas como um artigo avançado na revista comunicação química Este mês.

Super descoberta

Ao ajustar detalhadamente a composição de carbono, enxofre e hidrogênio usada na descoberta original, os pesquisadores agora são capazes de produzir um material sob baixa pressão que mantém seu estado de supercondutividade.

“Estas são pressões em um nível difícil de entender e avaliar fora do laboratório, mas nosso curso atual mostra que é possível atingir temperaturas de condução relativamente altas em pressões consistentemente baixas – e esse é nosso objetivo final”, disse o líder do estudo. autor Gregory Alexander Smith. Pesquisadora de pós-graduação da UNLV Laboratório de Condições Extremas em Nevada (Nexel). “No final das contas, se queremos tornar os dispositivos úteis para as necessidades da sociedade, temos que reduzir a pressão necessária para criá-los.”

Embora as pressões ainda sejam muito altas – cerca de mil vezes mais altas do que você pode experimentar no fundo da Fossa das Marianas, no Oceano Pacífico – elas continuam correndo em direção a um alvo próximo de zero. É uma corrida fumegante na UNLV à medida que os pesquisadores obtêm uma melhor compreensão da relação química entre carbono, enxofre e hidrogênio que compõe o material.

“Nosso conhecimento da relação entre carbono e enxofre está avançando rapidamente e estamos encontrando razões que levam a respostas significativamente diferentes e mais eficientes do que as observadas inicialmente”, disse Salamat, que dirige o NEXCL na UNLV e contribuiu para o estudo mais recente. “Observar fenômenos tão diferentes em um sistema semelhante mostra apenas a riqueza da Mãe Natureza. Há tanto para entender, e cada novo avanço nos aproxima da beira dos dispositivos supercondutores cotidianos.”

O Santo Graal da Eficiência Energética

A supercondutividade é um fenômeno fascinante observado pela primeira vez há mais de um século, mas apenas em temperaturas significativamente mais baixas qualquer ideia de aplicação prática foi descartada. Somente na década de 1960 os cientistas levantaram a hipótese de que esse feito poderia ser possível em temperaturas ainda mais altas. A descoberta de 2020 por Salamat e colegas de um supercondutor de temperatura ambiente empolgou o mundo da ciência em parte porque a tecnologia suporta fluxo elétrico sem resistência, o que significa que a energia que passa por um circuito elétrico pode ser conduzida infinitamente e sem perda de energia. Isso pode ter grandes implicações para o armazenamento e transmissão de energia, apoiando tudo, desde melhores baterias de celular até uma rede elétrica mais eficiente.

“A crise energética global não mostra sinais de desaceleração, e os custos estão aumentando em parte devido à perda de quase US$ 30 bilhões por ano devido à ineficiência da tecnologia atual”, disse Salamat. “Para a mudança social, precisamos liderar com tecnologia, e o trabalho que está acontecendo hoje está, acredito, na vanguarda das soluções de amanhã.”

De acordo com Salamat, as propriedades dos supercondutores podem sustentar uma nova geração de materiais que podem mudar fundamentalmente a infraestrutura de energia nos Estados Unidos e além.

“Imagine aproveitar a energia em Nevada e enviá-la por todo o país sem nenhuma perda de energia”, disse ele. “Esta tecnologia pode tornar isso possível um dia.”

Referência: “O teor de carbono aumenta a supercondutividade de alta temperatura no hidreto de carbono-enxofre abaixo de 100 GPa” por J. Alexander Smith, Innes E. Collings, Elliot Snyder, Dean Smith, Sylvain Pettigerard e Jesse S. Ellison, Keith F. Lawler, Ranja B. Dias e Ashkan Salamat, 7 de julho de 2022, disponível aqui. comunicação química.
DOI: 10.1039/D2CC03170A

Smith, autor principal, é ex-pesquisador da UNLV no laboratório de Salamat e atual estudante de doutorado em química e pesquisa com NEXCL. Outros autores do estudo incluem Salamat, Dean Smith, Paul Ellison, Melanie White e Keith Lawler da UNLV; Ranga Dias, Elliot Snyder e Elise Jones da Universidade de Rochester; Ines E. Collings com os Laboratórios Federais Suíços para Ciência e Tecnologia de Materiais, Sylvain Pettigerard com ETH Zurich; e Jesse S. Smith do Laboratório Nacional de Argonne.

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O mortal vírus do carrapato Powassan foi confirmado em Sharon, Massachusetts

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O mortal vírus do carrapato Powassan foi confirmado em Sharon, Massachusetts

Um caso confirmado do vírus Powassan foi relatado em Sharon, Massachusetts, pela primeira vez, e as autoridades estão alertando os residentes para tomarem precauções contra a doença transmitida por carrapatos. O vírus Powassan, como o Lyme, é transmitido por carrapatos infectados. Embora o número de casos notificados de pessoas infectadas com o vírus Powassan continue raro, aumentou nos últimos anos, de acordo com o Departamento de Saúde de Sharon. “Aqueles com quem me importo, pelo menos, saíram do outro lado. Não há cura real disponível, então isso segue seu curso”, disse a Dra. Alice Worsel, do Tufts Medical Center. Os sintomas geralmente começam entre uma semana. e um mês após a picada de um carrapato infectado Os sinais e sintomas incluem febre, dor de cabeça, vômito, fraqueza, confusão, perda de coordenação, dificuldades de fala e convulsões. , ou meningite, uma inflamação das membranas que envolvem o cérebro e a medula espinhal que pode ser fatal Depois de sair de casa, os médicos recomendam verificar se há carrapatos – em seu corpo, em seus filhos e em seus animais de estimação.

Um caso confirmado do vírus Powassan foi relatado em Sharon, Massachusetts, pela primeira vez, e as autoridades estão alertando os residentes para tomarem precauções contra a doença transmitida por carrapatos.

Vírus PowassanAssim como a doença de Lyme, é transmitida por carrapatos infectados. Embora o número de casos notificados de pessoas infectadas com o vírus Powassan continue raro, aumentou nos últimos anos, de acordo com o Departamento de Saúde de Sharon.

“Aqueles com quem eu me importava, pelo menos, saíram do outro lado. Não há cura real disponível, então isso segue seu curso”, disse a Dra. Alice Worsel, do Tufts Medical Center.

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Os sintomas da doença geralmente começam uma semana a um mês após a picada de um carrapato infectado.

Os sinais e sintomas incluem febre, dor de cabeça, vômitos, fraqueza, confusão, perda de coordenação, dificuldades de fala e convulsões.

O vírus pode causar encefalite, um inchaço fatal do cérebro, ou meningite, uma inflamação das membranas que envolvem o cérebro e a medula espinhal que pode ser fatal.

Depois de sair de casa, os médicos recomendam verificar se há carrapatos – em seu corpo, em seus filhos e em seus animais de estimação.

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A evidência indiscutível mais antiga do campo magnético da Terra foi descoberta na Groenlândia

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A evidência indiscutível mais antiga do campo magnético da Terra foi descoberta na Groenlândia

Um exemplo de formações ferríferas em faixas de 3,7 bilhões de anos encontradas na parte nordeste do cinturão supracrustal de Isua. Crédito: Claire Nicholls

Estudo colaborativo de Universidade de Oxford E Instituto de Tecnologia de Massachusetts A NASA revelou um registo do campo magnético da Gronelândia com 3,7 mil milhões de anos, mostrando que o antigo campo magnético da Terra era tão forte como é hoje, o que é crucial para proteger a vida, protegendo-a da radiação cósmica e solar.

Um novo estudo recuperou um registo do campo magnético da Terra com 3,7 mil milhões de anos, descobrindo que este se parece notavelmente semelhante ao campo que rodeia a Terra hoje. Os resultados foram publicados hoje (24 de abril) na revista Jornal de pesquisa geofísica.

Sem o campo magnético, a vida na Terra não seria possível, pois este nos protege da radiação cósmica prejudicial e das partículas carregadas emitidas pelo Sol (“vento solar”). Mas até agora, não há uma data confiável sobre quando o campo magnético moderno surgiu pela primeira vez.

Trabalho de campo, Isua, Groenlândia

Amostras foram extraídas ao longo dos transectos para comparar a diferença entre intrusões vulcânicas que datam de 3,5 bilhões de anos e as rochas circundantes que os pesquisadores mostraram conter um registro do campo magnético de 3,7 bilhões de anos. Crédito: Claire Nicholls

Exame de rochas antigas

No novo estudo, os pesquisadores examinaram uma antiga sequência de rochas contendo ferro de Isua, na Groenlândia. As partículas de ferro atuam efetivamente como pequenos ímãs que podem registrar a força e a direção do campo magnético à medida que o processo de cristalização as mantém no lugar. Os investigadores descobriram que as rochas que datam de 3,7 mil milhões de anos atrás tinham uma intensidade de campo magnético de pelo menos 15 microtesla, em comparação com o campo magnético moderno (30 microtesla).

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Estes resultados fornecem a estimativa mais antiga da força do campo magnético da Terra derivada de amostras de rochas inteiras, o que fornece uma avaliação mais precisa e confiável do que estudos anteriores que usaram cristais individuais.

Formação Ferrífera Bandada, Eswa, Groenlândia

A co-autora do estudo, Athena Easter, está em frente a uma grande área da Banded Iron Formation, o depósito rico em ferro do qual foram extraídos antigos sinais de campo magnético. Crédito: Claire Nicholls

Insights do estudo

A pesquisadora principal, Professora Claire Nicholls (Departamento de Ciências da Terra, Universidade de Oxford), disse: “Extrair registros confiáveis ​​de rochas desta idade é extremamente difícil, e foi realmente emocionante ver os sinais magnéticos iniciais começando a surgir quando analisamos essas amostras em o laboratório.” . Este é um passo realmente importante à medida que tentamos determinar o papel do antigo campo magnético quando a vida apareceu pela primeira vez na Terra.

Embora a força do campo magnético pareça ter permanecido relativamente constante, sabe-se que o vento solar foi muito mais forte no passado. Isto sugere que a proteção da superfície da Terra contra os ventos solares aumentou ao longo do tempo, o que pode ter permitido que a vida se deslocasse para os continentes e saísse da proteção dos oceanos.

O campo magnético da Terra é criado pela mistura de ferro fundido no núcleo externo do líquido, impulsionado por forças de empuxo enquanto o núcleo interno se solidifica, criando um dínamo. Durante a formação inicial da Terra, o núcleo interno sólido ainda não havia se formado, deixando questões em aberto sobre como o campo magnético inicial foi mantido. Estas novas descobertas sugerem que o mecanismo que impulsionava o dínamo inicial da Terra era igualmente eficiente ao processo de solidificação que gera hoje o campo magnético da Terra.

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Compreender como a força do campo magnético da Terra muda ao longo do tempo também é fundamental para determinar quando o núcleo interno sólido da Terra começou a se formar. Isto nos ajudará a entender a rapidez com que o calor escapa do interior profundo da Terra, o que é fundamental para a compreensão de processos como as placas tectônicas.

Efeitos geológicos e meteorológicos

Um dos grandes desafios na reconstrução do campo magnético da Terra até agora é que qualquer evento que provoque o aquecimento das rochas pode alterar os sinais preservados. As rochas na crosta terrestre geralmente têm uma história geológica longa e complexa que apaga informações anteriores do campo magnético. No entanto, o cinturão supracrustal de Isoa tem uma geologia única, pois fica no topo da espessa crosta continental que o protege da atividade tectônica generalizada e da deformação. Isto permitiu aos investigadores construir um conjunto claro de evidências que apoiam a existência de um campo magnético há 3,7 mil milhões de anos.

Os resultados também podem fornecer novos insights sobre o papel do nosso campo magnético na formação da evolução da atmosfera da Terra como a conhecemos, especialmente no que diz respeito ao vazamento de gases da atmosfera. Um fenómeno actualmente inexplicável é a perda de gás xénon que não reagiu da nossa atmosfera há mais de 2,5 mil milhões de anos. O xénon é relativamente pesado e, portanto, é pouco provável que tenha simplesmente saído da nossa atmosfera. Recentemente, os cientistas começaram a investigar a possibilidade de remover partículas carregadas de xenônio da atmosfera por meio de um campo magnético.

No futuro, os investigadores esperam expandir o nosso conhecimento do campo magnético da Terra antes do aparecimento do oxigénio na atmosfera terrestre há cerca de 2,5 mil milhões de anos, examinando outras sequências de rochas antigas no Canadá, Austrália e África do Sul. Uma melhor compreensão da antiga força e variabilidade do campo magnético da Terra nos ajudará a determinar se os campos magnéticos planetários são necessários para hospedar vida na superfície do planeta e o seu papel na evolução da atmosfera.

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Referência: “Prováveis ​​​​Registros Eoarqueanos do Campo Geomagnético Preservados no Cinturão Supracrustal de Isua, Sudoeste da Groenlândia” por Clare I. O. Nicholls, Benjamin B. Weiss, Athena Easter, Craig R. Martin, Adam C. Maloof, Nigel M. Kelly, Mike J. Zawaski, Stephen J. Mojzis, E. Bruce Watson e Daniele J. Czerniak, 24 de abril de 2024, Jornal de Pesquisa Geofísica: Terra Sólida.
doi: 10.1029/2023JB027706

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Vela solar avançada da NASA implantada com sucesso no espaço: ScienceAlert

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Vela solar avançada da NASA implantada com sucesso no espaço: ScienceAlert

As velas solares são uma forma misteriosa e majestosa de viajar pelo golfo do espaço. Comparado aos navios à vela do passado, é uma das formas mais eficientes de impulsionar veículos no espaço.

Um foguete RocketLab Electron lançou na terça-feira o novo sistema avançado de vela solar composta da NASA. O objetivo é testar a implantação de grandes velas solares na órbita baixa da Terra, e a NASA confirmou na quarta-feira que implantou com sucesso uma vela de 9 metros.

Em 1886 o automóvel foi inventado. Em 1903, os humanos fizeram o primeiro voo motorizado. Apenas 58 anos depois, os humanos fizeram a sua primeira viagem ao espaço num foguetão. A tecnologia dos foguetes mudou dramaticamente ao longo dos séculos, sim, séculos.

O desenvolvimento do míssil começou no século 13, quando os chineses e os mongóis dispararam flechas de mísseis uns contra os outros. As coisas evoluíram um pouco desde então, e agora temos combustíveis sólidos e líquidos para foguetes, motores iônicos e velas solares com mais tecnologia nas asas.

Um foguete SpaceX Falcon 9 sobe de uma plataforma de lançamento na Flórida para enviar o módulo lunar Odysseus da Intuitive Machines ao espaço. (NASA/YouTube)

As velas solares são especialmente importantes porque aproveitam a energia do sol, ou da luz das estrelas, para impulsionar sondas através do espaço. A ideia não é nova: Johannes Kepler (famoso pelo movimento planetário) propôs pela primeira vez que a luz solar poderia ser usada para impulsionar naves espaciais no século XVII em seu trabalho intitulado “Somnium”.

Tivemos que esperar até o século XX para que o cientista russo Konstantin Tsiolkovsky demonstrasse o princípio de como as velas solares realmente funcionam.

Carl Sagan e outros membros da Sociedade Planetária começaram a propor missões utilizando velas solares nas décadas de 1970 e 1980, mas foi só em 2010 que vimos o primeiro veículo prático de vela solar, o IKAROS.

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Imagem da vela solar IKAROS totalmente implantada, capturada pela câmera de separação. (jaxá)

O conceito de velas solares é muito fácil de entender e baseia-se na pressão da luz solar. As velas são inclinadas para que os fótons atinjam e saltem da vela reflexiva para empurrar a espaçonave para frente.

É claro que são necessários muitos fótons para acelerar uma espaçonave usando luz, mas lentamente, com o tempo, torna-se um sistema de propulsão muito eficiente que não requer motores pesados ​​ou tanques de combustível.

Esta redução na massa tornou mais fácil a aceleração das velas solares pela luz solar, mas os tamanhos das velas eram limitados pelos materiais e pela estrutura das retrancas que as sustentavam.

A NASA está trabalhando para resolver o problema com sua tecnologia Solar Sail Boom de próxima geração. Seu avançado sistema de vela solar composta usa um CubeSat projetado pela NanoAvionics para testar a nova estrutura de suporte de lança composta.

É feito de materiais poliméricos flexíveis e fibra de carbono para criar uma alternativa mais rígida e leve aos atuais projetos de estruturas de suporte.

Na quarta-feira, 24 de abril, a NASA confirmou que o satélite CubeSat atingiu a órbita baixa da Terra e implantou uma vela de 9 metros. Eles agora estão operando a sonda e concluindo um contrato terrestre. Demorou cerca de 25 minutos para desdobrar a vela de 80 metros quadrados.

Se as condições forem adequadas, poderá ser visível da Terra, talvez rivalizando com Sirius em brilho.

Este artigo foi publicado originalmente por O universo hoje. Leia o Artigo original.

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