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Comment les matériaux bidimensionnels se dilatent-ils lorsqu’ils sont chauffés ?

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Comment les matériaux bidimensionnels se dilatent-ils lorsqu’ils sont chauffés ?

Les matériaux bidimensionnels (2D), constitués d’une seule couche d’atomes, sont généralement utilisés dans les dispositifs miniatures modernes. Cependant, le fonctionnement de l’appareil peut entraîner une surchauffe et une contrainte thermique importantes, ce qui entraînera la défaillance de l’appareil.

Ce problème se produit en raison d’une mauvaise compréhension de la façon dont les matériaux 2D se dilatent lorsque les températures augmentent. Ces matériaux sont minces et optiquement transparents, il est donc presque impossible de mesurer le coefficient de dilatation thermique (TEC) à l’aide de méthodes standard. Pour répondre à ces enjeux thermiques, il est indispensable de bien comprendre le coefficient de dilatation thermique (TEC).

Nouveau Massachusetts Institute of Technology L’étude met en évidence une nouvelle technique pour mesurer avec précision la façon dont les matériaux minces se dilatent lorsqu’ils sont chauffés. Au lieu de mesurer directement l’étirement du matériau, ils ont utilisé la lumière laser pour suivre les vibrations des atomes du matériau. Ils ont mesuré avec précision le coefficient de dilatation thermique en mesurant le même Matériel 2D sur trois surfaces ou substrats différents.

Cette méthode est très précise et donne des résultats qui correspondent aux calculs théoriques. L’approche confirme que les TEC pour les matériaux 2D se situent dans une plage beaucoup plus étroite qu’on ne le pensait auparavant. Ces informations peuvent aider les ingénieurs à concevoir Électronique de nouvelle génération.

Co-auteur et ancien étudiant diplômé en génie mécanique Lenan Zhang SM ’18, Ph.D. 22 ans, maintenant chercheur scientifique, dit-il, « En garantissant cette gamme de matériaux étroite, nous donnons aux ingénieurs une grande flexibilité matérielle pour choisir un substrat lors de la conception d’un appareil. Ils n’ont pas besoin d’inventer un nouveau substrat pour atténuer les contraintes thermiques. Nous pensons que cela a des implications importantes pour l’électronique. communauté des appareils et des emballages.

Les scientifiques ont résolu le problème en se concentrant sur les atomes qui composent la matière bidimensionnelle. Lorsque la température augmente, ses atomes vibrent à une fréquence plus basse et s’éloignent les uns des autres. Cela élargit le matériau.

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technologie appelée Micro spectroscopie Raman pour mesurer ces vibrations. La méthode consiste à frapper le matériau avec un laser. Les atomes vibrants diffusent la lumière laser, et cette interaction peut être utilisée pour détecter la fréquence de leurs vibrations.

Cependant, les atomes du matériau bidimensionnel changent de vibration lorsque le substrat se dilate ou se contracte. Pour se concentrer sur les qualités intrinsèques de la matière, les scientifiques sont invités à dissocier cet effet de substrat. sur trois substrats différents : le cuivre, qui a un TEC élevé, et la silice fondue, qui a un TEC bas ; et un substrat de silicium avec de nombreux trous microscopiques – ils ont mesuré la fréquence de vibration du même matériau bidimensionnel. Ils peuvent mesurer ces petites régions du matériau autoportant car le matériau bidimensionnel plane au-dessus des trous du dernier substrat.

Plus tard, les scientifiques ont placé chaque substrat sur une platine thermique pour contrôler avec précision la température, chauffer chaque échantillon et effectuer une spectroscopie Raman précise.

Les résultats ont également montré quelque chose d’inattendu : les matériaux bidimensionnels sont tombés dans une hiérarchie basée sur les éléments qui les composaient. Par exemple, un matériau 2D contenant du molybdène aura toujours plus de TEC qu’un matériau contenant du tungstène.

Lorsque les scientifiques creusent plus profondément, ils découvrent que cette hiérarchie résulte d’une propriété atomique fondamentale connue sous le nom d’électronégativité.

Yang Zhong, un étudiant diplômé en génie mécanique, a déclaré : « Ils ont constaté que plus la différence électromécanique des éléments qui composent un matériau bidimensionnel est grande, plus le coefficient de dilatation thermique du matériau est faible. Un ingénieur peut utiliser cette méthode pour estimer rapidement le taux de consommation d’énergie (TEC) pour deux – matériel dimensionnel, plutôt que de s’appuyer sur des calculs complexes qui doivent généralement être écrasés par un supercalculateur.

changé Il a ditEt le « Un ingénieur peut simplement consulter le tableau périodique, obtenir l’électronégativité des matériaux correspondants, le brancher dans notre équation de corrélation, et en une minute, il peut avoir une estimation raisonnablement bonne du TEC. C’est très prometteur pour sélectionner rapidement des matériaux. pour les applications d’ingénierie.

Les scientifiques prévoient maintenant d’utiliser leur technologie sur de nombreux autres matériaux 2D. Ils veulent maintenant créer une base de données des TEC.

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Référence de la revue :

  1. Yang Zhong, Lin’an Zhang et al. Une approche unifiée et une caractérisation de la dilatation thermique des monocouches bidimensionnelles de chalcogénures de métaux de transition. La science avance. EST CE QUE JE: 10.1126/sciadv.abo3783

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

READ  Modèle de champs scalaires cinématiquement couplés et de tensions cosmiques Avis mensuels de la Royal Astronomical Society

Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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