국내 연구진이 이론에만 있던 '기묘한 물질' 규명했다

."지켜보고 있다"

(대전=연합뉴스) 양영석 기자 = 국군간호사관학교에 입학하는 예비 생도들이 21일 대전 유성구 사관학교에서 기초 군사훈련을 받고 있다. 2019.1.21 youngs@yna.co.kr

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.국내 연구진이 이론에만 있던 '기묘한 물질' 규명했다

송고시간 | 2019-01-21 19:00 기초과학연구원 "XY모델 자성 상전이 개념 실험으로 확인" 왼쪽부터 박제근 IBS 강상관계 물질 연구단 부연구단장, 정현식 서강대 교수, 박철환 서울대 교수 [IBS 제공=연합뉴스] 왼쪽부터 박제근 IBS 강상관계 물질 연구단 부연구단장, 정현식 서강대 교수, 박철환 서울대 교수

이론으로만 예측했던 '기묘한 물질'(Exotic matter)이 국내 연구진 손에 의해 활자 밖으로 나왔다. 기초과학연구원(IBS)은 강상관계 물질 연구단 박제근 부연구단장(서울대 물리천문학부 교수) 팀이 정현식 서강대·박철환 서울대 교수와 공동연구를 통해 기묘한 물질 특징을 세계 최초로 실험으로 규명했다고 21일 밝혔다. 기묘한 물질은 학술적으로 2차원 'XY 모델'에서 발견된 위상학적인 상태를 일컫는다. 기존 상전이로서는 설명이 되지 않는 소용돌이·반소용돌이 들뜸을 가진다. 이를 좀 더 쉽게 이해하려면 자성 상전이라는 개념부터 파악해야 한다. 상전이는 물질 한 상태가 다른 상태로 변하는 현상이다. 고체가 액체로, 액체가 기체로 변하는 것과 같다. 자성 상전이는 특정 온도 이상에서 자성을 잃어버리는 상태를 말한다. 예컨대 주변 쇠붙이를 끌어당기는 자석을 가열해 온도를 매우 높이면 자성을 잃고 보통 쇠붙이처럼 변한다.

연구진이 만든 니켈삼황화린 단일층 모습 [IBS 제공=연합뉴스]

학자들은 자성 상전이를 입자들 사이 상호작용으로 이해하기 위해서 3가지 모델을 만들었다. 그중 XY 모델은 가장 독특한 특성을 가져 학계 주목을 받는다. XY 모델은 원자 스핀이 2차원 평면 위에서 시곗바늘처럼 360도의 방향성을 가진다는 이론이다. 1970년대 처음 제시됐으나, 실험적으로 구현한 사례는 드물다. 단원자 두께의 얇은 자성 물질을 구현하는 게 힘든 데다 얇은 물질이 가지는 미세한 자성을 측정할 수 있는 장치가 없었기 때문이다. 연구팀은 삼황화린니켈을 이용해 단일 층 자성 물질을 만들었다. 삼황화린니켈은 층상구조를 가진 물질로, 점착(粘着) 테이프를 반복해 붙였다 떼어내면 원자 한 층 두께 시료를 만들 수 있다. ㎛(마이크로미터)급 두께를 가진 시료 자성 관찰에는 라만 분광법이 활용됐다. 원자층 개수에 따른 자성 변화를 살핀 결과 수 원자층 두께 시료에서 보이던 자기 상전이는 단일 원자층 시료에서 나타나지 않았다. 덩어리(bulk) 형태의 삼황화린니켈은 155K(영하 118.15도) 이상 온도에선 반강자성 정렬이 풀리는 자성 상전이 현상이 생겼다. 2개 층으로 이뤄진 시료 역시 유사했다.

삼황화린니켈 라만 분광법 스펙트럼 그래프 [IBS 제공=연합뉴스]

이와 달리 단일층 시료는 실험에서 측정한 가장 낮은 온도인 25K(영하 248.15도)에서도 자성 상전이가 없었다. 'XY 모델을 따르는 물질을 2차원 소재로 제작했을 때 자성 상전이를 가질 수 없다'는 이론을 실험적으로 증명한 셈이다. 박제근 IBS 부연구단장은 "갈릴레오 갈릴레이가 달을 관측하는 도구를 개발해 지동설이란 새로운 이론을 만들어낸 것처럼, 이론을 실험으로 증명하는 과정에서 중요한 발견이 이뤄진다"며 "이번에 2차원 원자층 물질 자성 현상에 대한 새로운 돌파구를 제시했다"고 말했다. 성과를 담은 논문은 이날 오후 7시 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 실렸다. 공동연구팀은 앞서 2016년 자성 상전이 현상 3가지 모델 중 아이징 모델 자성 상전이 현상을 실험으로 증명했다. 앞으로 하이젠베르크 모델 검증까지 마치면 2차원 자성 물질이 갖는 모든 비밀을 국내에서 해결할 수 있게 된다. walden@yna.co.kr

https://www.yna.co.kr/view/AKR20190121100300063?section=it/science

.전례없는 감도의 자기 공명을 제공하는 양자 센서

2019 년 1 월 21 일 바스크 국의 대학 양자 크레딧 : CC0 공개 도메인

UPV / EHU의 물리 화학 부서의 QUTIS (Quantum Technologies for Information Science) 그룹에 의한 연구에 따르면 양자 센서에 대한 일련의 프로토콜이 제작되어 단일 생체 분자의 핵 자기 공명을 통해 이미지를 얻을 수 있습니다. 최소량의 방사선. 결과는 Physical Review Letters 에 게시되었습니다 . 핵 자기 공명 (NMR)은 의학 이미징, 신경 과학 및 약물 및 폭발물 탐지와 같은 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 양자 센서 의 도움으로 NMR은 생명 과학, 생물학 및 의학과 같은 분야에 영향을 미칠 수있는 잠재력을 지니고 있으며 비교할 수없는 정밀도와 민감도를 측정 할 수있는 나노 스케일 체제에서 작동하도록 채택되었습니다. "양자 센서 와 동적 디커플링 기술의 결합으로 단일 생체 분자의 NMR 이미징이 가능해질 것으로 기대합니다. "라고 저자 인 Jorge Casanova 박사와 Ikerbasque Enrique Solano 교수는 말합니다. 이 양자 강화 NMR은 "피코 리터 샘플에서 화학적 인 변화를 해결할 수있어 감도가 비할 데없는 바이오 센서를 생성하고 생체 분자와 생물학적 과정 의 구조, 역학, 기능에 대한 새로운 통찰력을 제공 할 것 "이라고 말했다. NMR 셋업의 민감도를 향상시키는 근본적인 도구는 "샘플을 분극화하고 신호를 향상 시키며 일관성을 높이는"큰 자기장을 적용하는 것입니다. 이 전략은 예를 들어, 인체가 초전도 코일에 의해 생성 된 큰 자기장을받는 MRI에서 사용됩니다. 그러나 우리의 샘플은 우리의 센서가 따라 올 수있는 것보다 훨씬 더 빠르게 진동 할 수 있기 때문에 양자 센서로 이들 샘플을 인터페이스 할 때 문제가 있음을 지적합니다. Physical Review Letters에 게재 된 연구 에서 저자는 양자 센서가 큰 자기장에서 일어난 경우에도 임의의 샘플에서 핵 및 전자 스핀을 측정 할 수 있도록하는 프로토콜을 개발했습니다. 이 방법은 저전력 마이크로파 방사를 사용하여 센서와 시료 간의 에너지 차를 연결합니다. "프로토콜은 강력하고 이전 기술보다 적은 에너지를 필요로합니다. 이것은 센서의 작동 영역을보다 강한 자기장으로 확장 할뿐만 아니라 기존의 프로토콜과 마이크로 웨이브 전력을 사용할 때 생기는 생물학적 시료의 가열을 방지합니다. 이 연구는 새로운 연구 분야를 개척하고 생물학적 시료와 거대한 생체 분자 연구에 나노 크기의 NMR을 안전하게 사용할 수있는 길을 열어 준다. 추가 정보 : 양자 프로브는 핵 스핀 탐지를 획기적으로 개선합니다.

자세한 정보 : J. Casanova et al. 에너지 효율적 전자 - 핵 스핀 커플 링을위한 변조 된 연속파 제어, Physical Review Letters (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevLett.122.010407 저널 참조 : Physical Review Letters :에 의해 제공 바스크 대학

https://phys.org/news/2019-01-quantum-sensors-magnetic-resonance-unprecedented.html

.초고속 스핀 트로닉스를 향하여

2019 년 1 월 21 일 , 남양 공과 대학 물리 및 수리 과학부 , 스핀 주입 실험의 개략도. 신용 : JCW 송과 YD Chong

전자 제품은 1960 년대부터 마이크로 프로세서 기술의 지속적인 개선을 통해 발전해 왔습니다. 그러나 물리학 법칙에 의해 부과 된 제약 때문에 조만간 이러한 정련 과정이 지연 될 것으로 예상됩니다. 이러한 병목 현상 중 일부는 이미 적용되었습니다. 예를 들어, 실리콘의 전기 저항으로 인한 제한 사항 인 지난 20 년 동안 프로세서의 클럭 속도는 수 기가 헤르쯔 또는 나노초 당 여러 연산을 넘지 않았습니다. 이로 인해 반도체 전자 제품에 대한 탁월한 대체품에 대한 세계적인 검색이 점점 더 시급 해졌습니다. 주요 후보자 중 하나 인 spintronics 는 전자 스핀을 통해 정보를 전달한다는 아이디어를 기반으로합니다. 정보를 전달하기 위해 스핀 전류 를 사용 하는 것은 일반적인 전류보다 에너지 소비가 적기 때문에 흥미로운 전망이다. 그러나 극복해야 할 많은 실질적인 어려움이 있습니다. 가장 심각한 것 중 하나는 한 물질에서 다른 물질로 스핀 전류를 전달하는 스핀 주입 문제입니다 (예 : 자성 금속에서 반도체로). 이것은 스핀을 뒤섞어 그들이 운반하는 정보를 파괴하는 경향이 있습니다. 이제 스핀 트로닉스의 속도와 효율에 대한 획기적인 발전은 Nanyang Technological University (NTU), NUS (National University of Singapore), AUS (School of Science and Technology and Researcher) 싱가포르의 Los Alamos National Lab과 미국의 National Lab. 그들은 10000 번 이상 이전의 스핀 주입 기록을 깨고 놀랄만한 효율로 금속에서 반도체로 분사 할 수있는 피코 초 (1 조 1/1 초) 미만의 극히 짧은 스핀 전류 펄스를 보여주었습니다. 이러한 연구 결과는 Nature Physics and Advanced Materials의 저널에 최근 게재 된 한 쌍의 논문에서 기술되었습니다 .

4 명의 팀원 사진. 왼쪽에서 오른쪽으로 : Justin CW Song 교수, L. Cheng 교수, Elbert Chia 교수, Marco Battiato 교수. 신용 : Mohamed Fadly

이 실험에서, 초단파 스핀 전류 펄스는 자기 금속 인 코발트에 레이저 펄스를 비추어서 생성됩니다. 이것은 스핀 분극을 가진 여기 된 전자들의 무리를 생성하는데, 이는 스핀들이 대부분 같은 방향을 가리키고 있음을 의미합니다. 스핀을 운반하는 전자는 외부로 이동하여 다른 인접한 물질로 확산됩니다. "우리는 이러한 스핀 전류 펄스가 효율적인 스핀 주입에 사용될 수 있음을 보여주고 싶었습니다."라고 NTU 남양 조교수이자 2016 년에이 현상에 대한 최초의 이론적 예측을 발전시킨 연구 팀원 인 Marco Battiato가 말합니다. 그는 스핀 전류 펄스의 외부 확산이 수백 펨토초 (1 펨토초는 1000 분의 1 피코 초)에 걸쳐 일어난다 고 지적했다. 이것은 기존의 전자 장치보다 최대 1000 배 빠르므로 미래의 고속 스핀 트로닉스 장치에 잠재적으로 유용합니다. 스핀 확산의 극단적 인 속도는 흥미롭지 만 현재의 전자 기술을 활용하는 실험에서 연구하기가 어렵습니다. "우리는 장치의 반도체 부분으로 흐르는 스핀 전류를 측정하기위한 신중한 전략을 고안해야했습니다."NTU의 프로젝트 부분을 감독 한 Elbert Chia 부교수는 말한다. 이를 달성하기 위해 우리는 스핀 전류를 초단 전류로 변환시키는 무거운 원소를 포함하는 반도체를 사용했다. 그 다음 전체 샘플은 전자기 안테나가되어 테라 헤르츠 주파수 (마이크로파와 적외선 사이의 중간)에서 방사를 방출한다. 이 방사선은 원래의 스핀 전류를 파악하기 위해 거꾸로 작동합니다. " 스핀 트로닉 (spintronic) 소자에서 신중하게 재료를 선택함으로써, 팀은 스핀 분극 된 전류가 반도체에 주입된다는 결론을 내릴 수 있었다. 놀랍게도,이 스핀 전류의 강도는 이전 기록보다 10,000 배 이상 커졌다. "실제 장치에서는 이러한 강한 스핀 전류가 필요하지 않으므로 상당히 약한 흥분으로 벗어날 수 있습니다."라고 치아 준 교수는 말합니다. 후속 실험에서 저자들은 스핀 전류가 형성되고 감쇠하는데 걸리는 시간을 결정할 수있었습니다. "이론상의 물리학 자이자 국립 연구 재단 연구원 인 Nanyang 조교수는"아마도 가장 주목할만한 점은이 모든 것이 모든 spintronic 실험에서 볼 수있는 복잡하고 값 비싼 구조 공학없이 간단한 금속 - 반도체 인터페이스를 사용하여 시연 된 것입니다. (NRFF)도 프로젝트의 일부였습니다. 샘플은 NUS의 양현수 부교수 연구 그룹에 의해 제작되었습니다. "이러한 결과는 스핀 전류 초 확산을 기반으로 한 초고속 스핀 트로닉스의 개발에있어서 기본 단계를 나타낸다"고 Banyiato Nanyang 조교수는 말했다. 앞으로이 팀은 고속 스핀 트로닉 컴퓨터의 핵심 기술 중 하나가되는 효율적인 스핀 주입 프로세스를 계획하고 있습니다. 추가 정보 : 미래의 전자 기술 : Rashba 효과를 사용하는 새로운 에너지 효율적인 메커니즘

더 자세한 정보 : 평형이 아닌 스핀 집단은 거대한 스핀 주입을 원자의 얇은 MoS 2 , Nature Physics (2019) 로 트리거 합니다. DOI : 10.1038 / s41567-018-0406-3 , https://www.nature.com/articles/s41567-018-0406-3 저널 참조 : Nature Physics Advanced Materials 제공 : Nanyang Technological University

https://phys.org/news/2019-01-ultrafast-spintronics.html

.연구원은 음의 커패시턴스 이미지를 캡처

2019 년 1 월 21 일 Linda Vu, Lawrence Berkeley 국립 연구소 연구원은 음의 커패시턴스 이미지를 캡처

이 이미지는 음의 커패시턴스를 보여줍니다. 이미지의 상부에있는 강유전체 층 내에서 코어 영역은 다른 영역보다 높은 에너지를 갖는다. 이것은 지역의 공공성이 부정적인 곳입니다. 크레딧 : Pablo Garcia Fernandez & Javier Junquera, 칸타 브리아 대학 처음으로 연구자들의 국제 팀은 미세한 정전 용량의 현미경 상태를 이미지화했습니다. 이 새로운 결과는 연구원들에게 음의 커패시턴스의 물리에 대한 근본적인, 원자 론적 통찰력을 제공하며, 이는 에너지 효율적인 전자 제품에 광범위한 영향을 줄 수 있습니다. 캘리포니아 대학 버클리 (University of California, Berkeley)의 과학자들이 이끄는 팀은 1 월 14 일 Nature 지에 게재 된 논문에서 그 결과를 설명합니다 . 커패시터는 전기 충전을 저장할 수있는 간단한 장치입니다 . 커패시턴스 또는 전기 에너지 저장 능력 은 배터리와 같은 전압 소스에 연결될 때 커패시터의 충전량이 얼마나 변화하는지에 따라 결정됩니다 . 음의 커패시턴스는 전하의 변화로 인해 물질 전반의 순 전압이 반대 방향으로 변할 때 발생합니다. 전압의 감소는 전하의 증가로 이어진다. "전반적인 노력을 주도한 전기 공학 및 컴퓨터 과학 교수 인 Sayeef Salahuddin은"결과는 전하와 전압의 반대 관계가 공통 유전체 재료의 전압을 국부적으로 향상시킬 수 있다는 것입니다. "전압 증폭은 트랜지스터의 전원 전압 요건을 줄이기 위해 사용될 수있어 컴퓨터 및 기타 전자 장치의 에너지 효율을 높일 수 있습니다." 우리가 일상적인 작업을 위해 컴퓨터에 점점 더 의존함에 따라 이러한 시스템을 실행하는 데 필요한 에너지가 상당 해지고 있습니다. 연구에 따르면 세계 데이터 센터의 총 전력 소비는 미국에서 사용되는 모든 전력의 10 %에 해당합니다. "이것은 부정적인 커패시턴스와 같은 새로운 물리적 현상이 컴퓨터의 에너지 효율을 향상시키는 완전히 새로운 도구를 제공 할 수있는 곳입니다."라고 Salahuddin은 말했습니다. 2008 년 Salahuddin은 강유전성 재료에 음의 커패시턴스 상태가 다른 일반 유전체 또는 절연 재료와 함께 배치되어 국부적으로 안정화 될 수 있다고 이론적으로 예측했습니다. 그러나 최근까지이 현상은 간접적으로 만 감지 될 수있었습니다. 이 논문의 연구는 Ramamoorthy Ramesh, 물리학 및 재료 과학 및 공학 교수 그룹이 합성 한 강유전체 - 유전체 헤테로 구조의 원자 적으로 완벽한 초 격자에서 음의 커패시턴스를 직접 포착했다. 연구진은 최첨단 이미징 기술을 사용하여 분극뿐만 아니라 전기장을 원자 분해능으로 매핑했다. 이를 통해 지역 에너지 밀도를 추정 할 수 있었는데, 이는 에너지 밀도의 곡률이 음의 영역을 명확하게 보여 주었으며 정상 상태 음의 정전 용량의 안정화를 나타냅니다. 최첨단 모델링 기술로도 동일한 결과를 얻을 수있었습니다. Salahuddin은 실험적 관찰과 이론 계산의 합류가이 상태의 물질에 대한 원자 적 그림뿐만 아니라 음의 커패시턴스 개념에 대한 구체적인 검증을 제공한다고 지적했다. "우리는이 연구에서 얻어진 음의 커패시턴스에 대한 미세한 통찰력이 연구원들이 음의 커패시턴스를 가장 최적의 방식으로 이용할 수있는 에너지 효율이 높은 트랜지스터 를 설계 할 수있게 할 것이라고 믿는다 "고 Salahuddin은 말했다. "그러나 우리의 연구가 의미하는 바는 트랜지스터를 훨씬 능가한다. 네거티브 커패시턴스 는 배터리, 슈퍼 커패시터 및 비 전통적인 전자기 어플리케이션에 사용될 수있다"고 말했다. 추가 탐색 : 음의 커패시턴스가 감지 됨

자세한 정보 : Ajay K. Yadav 외. 공간 분해 된 정상 상태의 음의 커패시턴스, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-018-0855-y 저널 참조 : 자연 :에 의해 제공 로렌스 버클리 국립 연구소

https://phys.org/news/2019-01-capture-image-negative-capacitance-action.html#nRlv

.고대 기후 변화로 수천 년 동안 계속 된 온난화가 시작되었습니다

2019 년 1 월 21 일, 듀크 대학교 지구 지구의 서반구의 합성 이미지. 크레딧 : NASA

과학자들은 고대 지구의 기온이 급속도로 올라가면 기후 반응이 수천 년 동안 온난화를 연장 시켰을 것이라고 주장했다. 자연 지질학 (Nature Geoscience)에 온라인으로 게재 된이 연구 는 현대 기후 변화에 가장 적합한 아날로그로 간주되는 팔레오세 - 에오세 열 최대 (PETM)의 지속 기간을 설명 할 수 있는 기후 피드백에 대한 새로운 증거를 제공합니다 . 이 연구 결과는 또한 인간이 온실 가스 배출을 억제 할 수 있다고하더라도 기후 변화가 지구의 기온에 오래 지속될 수 있음을 시사한다. "우리 는 대기로 더 많은 이산화탄소 를 방출 할 수있는 빠른 온난화로 발생하는 피드백에 대한 증거를 발견했습니다 ."라고 펜 스테이트 (Penn State)의 지구 과학 박사 인 Shelby Lyons는 말했습니다. "이 피드백은 수십만 년 또는 수십만 년 동안 PETM 기후 현상을 연장했을 것입니다. 우리는 이것이 미래에도 발생할 수 있다고 가정합니다." 약 5600 만 년 전에 PETM 기간 동안 암석에 저장된 많은 양의 화석 탄소가 방출되고 온실 가스 인 이산화탄소가 대기로 방출되어 장기간의 온도에 영향을 줄 수 있다고 연구자들은 말했다. 과학자들은 연안 퇴적물 화석 핵에서 거대한 탄소 방출에 대한 증거를 발견했다. 그들은 깊은 시간에 침식과 같은 공정이 어떻게 탄소를 이동했는지 추적 할 수있는 혁신적인 분자 기술을 사용하여 시료를 분석했습니다. "이 기술은 화석 탄소를 추적하기 위해 정말로 혁신적인 방법으로 분자를 사용합니다."라고 Penn State의 Evan Pugh 대학 Geosciences 교수가 말했다. "우리는 이전에 그렇게 할 수 없었습니다." 지구의 기온은 급격히 변화하는 PETM 동안 화씨 9.4도에서 14.4도까지 증가했습니다. 심한 폭풍과 홍수가 더 흔해졌으며 따뜻하고 습한 날씨로 인해 암석 침식이 증가했습니다. 침식은 수천 년에 걸쳐 산을 내려감에 따라 탄소는 암석에서 풀려나 강에서 해양으로 옮겨졌고, 일부는 연안의 퇴적물에서 재 합성되었다. 길을 따라 일부 탄소는 대기 중의 온실 가스로 들어갔다. "우리가 기록에서 발견 한 것은 육지에 대규모 침식 체제가 있음을 나타내는 탄소 운송의 신호였습니다."라이언 스가 말했다. "탄소는 육지에 갇혀 있었고 PETM에서는 움직이고 재연되었다. 우리는 얼마나 많은 이산화탄소가 방출 될 수 있는지보고 싶어했다." 라이 언스는 메릴랜드 주에서 PETM 코어 샘플을 연구하고 있었는데, 한때 수 중에서 있었던 곳이었습니다. 그녀는 한때 육지의 암석에 저장되어 있었던 오래된 탄소의 흔적을 발견했습니다. 그녀는 처음에는 샘플이 오염 된 것으로 믿었지만, 다른 중부 대서양 지역과 탄자니아의 퇴적물에서 비슷한 증거를 발견했습니다. 이 샘플의 탄소는 PETM의 일반적인 동위 원소 패턴을 공유하지 않았으며 오랜 기간 다른 장소에서 가열 된 것처럼 유분으로 보였습니다. "우리가 기록에서 보았던 것은 PETM 과정에서 형성된 물질 만이 아니라고 말했습니다."라이언 스가 말했다. "그 당시에 형성되고 퇴적 된 것은 탄소 (carbon)만이 아니었지만, 나이가 들어서 운반 된 것이었을 가능성이 큽니다." 연구진은 탄소의 배출원을 구별하기위한 혼합 모델을 개발했다. 샘플에서 오래된 탄소의 양을 기준으로, 과학자들은 암석에서 해양 퇴적물로의 여행 동안 얼마나 많은 이산화탄소가 배출되었는지를 추정 할 수있었습니다. 그들은 기후 변화가 PETM의 약 20 만년 지속 기간을 설명하기에 충분한 이산화탄소를 배출 할 수있을 것으로 추정했다. 연구진은이 발견이 현대 기후 변화에 대한 경고를 제공한다고 말했다. 온난화가 특정 전 이점에 도달하면 더 많은 온도 변화를 유발할 수있는 피드백이 트리거 될 수 있습니다. "우리가이 연구에서 배울 수있는 교훈 중 하나는 기후가 습하고 뜨거울 때 탄소가 육지에 잘 저장되지 않는다는 것"이라고 Freeman은 말했습니다. "오늘, 우리는 평형 상태에서 시스템을 추진하고있어 그리고 우리가 감소 시작하더라도, 다시 스냅 않을거야 탄소 배출량을." 펜 스테이트 (Penn State)의 다른 저자 들로는 Timothy Bralower, Elizabeth Hajek 및 Lee Kump, 지구과학 교수들이있다. 지구 과학 전공의 엘렌 폴리트 (Ellen Polites). Kump는 또한 지구과 미네랄 과학 대학의 학장입니다. 캘리포니아 산타 크루즈 대학 (University of Santa Cruz), 미국 지질 조사국 (US Geological Survey), 델라웨어 대학 (University of Delaware) 및 라파예트 루이지애나 대학 (Lafayette University) 연구원도이 프로젝트에 협력했습니다.

더 자세히 살펴보기 : 새로운 연구에 따르면 과거보다 10 배 빠른 대기 배출 더 자세한 정보 : Shelby L. Lyons et al. Palaeocene-Eocene 열 최대 화석 탄소 산화에 의해 연장, Nature Geoscience (2018). DOI : 10.1038 / s41561-018-0277-3 저널 참조 : Nature Geoscience Duke University 제공 : 듀크 대학교

https://phys.org/news/2019-01-ancient-climate-triggered-thousands-years.html

.연구원은 가짜 꿀을 확인하는 기계 학습 방법을 개발합니다

Ingrid Fadelli, 기술 Xplore 꽃가루의 밝은 - 필드 이미지. 신용 : 그, Gkantiragas 및 Glowacki.

Imperial College London과 UCL의 연구원 팀은 최근 기계 학습과 현미경을 사용하여 벌꿀을 인증하는 새로운 방법을 개발했습니다. arXiv에 사전 게재 된 논문에 소개 된이 기술은 기존의 방법보다 훨씬 저렴한 비용으로 희석되거나 잘못된 라벨이 붙은 꿀을 감지 할 수있었습니다. 꿀은 꽃에서 꿀을 수집 한 후 꿀벌이 생산하여 간단한 설탕으로 분해하고 넓어짐 안에 저장합니다. 꿀은 현재 전 세계적으로 세 번째로 위조 된 식품입니다. 그것은 흔히 잘못 표시 되어 다른 종류의 꿀 을 판매 하거나 설탕 시럽과 같은 다른 물질로 희석됩니다. 연구를 수행 한 연구자 중 한 명인 Gerard Glowacki는 TechXplore에 "식물에서 꿀이 만들어집니다. 식물은 꽃가루가 있고 각 식물마다 다른 꽃가루가 있습니다. 마누카 꿀에 마누카 꽃가루가 없거나 전혀 꽃가루가없는 경우 마누카 꿀이 아닙니다. " 가짜 꿀은 생산 비용이 현저히 낮기 때문에 정품 꿀 생산자에게 나쁜 영향을 미쳐 수익 마저 낮추거나 가끔 시장을 떠날 수 있습니다. 또한 가짜 벌꿀을 생산할 때의 양봉 관행은 꿀벌 식민지에 대한 관행과 비교할 때 가끔 부차적인데, 이로 인해 꿀벌 식민지에 대한 학대가 초래 될 수 있습니다. 효과적이고 저비용의 꿀 인증 방법을 사용하면 가짜 벌꿀을 신속하게 식별하여 시장에서 제거하거나 올바르게 라벨을 다시 지정할 수 있습니다. 연구를 수행 한 연구원 중 한 명인 Peter He는 TechXplore와의 인터뷰에서 "Melissopalynology는 식물성 원료로 만든 꿀을 인증하기 때문에 수십 년 동안 느리고 전문적인 과정을 거쳐 평판이 좋았습니다. "우리는 피곤함, 건망증 및 지루함과 같은 인간의 문제로 고통을 겪지 않는 운영자를 통해 업무 처리 속도를 높일 수있을 것이라고 생각했습니다."

허니 인증 시스템을 설명하는 다이어그램. 신용 : 그, Gkantiragas 및 Glowacki.

가장 일반적으로 사용되는 꿀 인증 방법은 정량적 중합 효소 연쇄 반응 (qPCR), 핵 자기 공명 분광법 (NMR), 액체 크로마토 그래피 질량 분광법 (LC-MS), 근적외선 분광법 (NIR) 및 현미경 검사를 포함합니다. 연구원은 특정 유형의 꿀을 확인하기위한 다른 테스트도 개발했지만, 그 중 대부분은 비효율적 인 것으로 판명되었습니다. 마누카 꿀을 인증하기위한 최신 기술은 마누카 꽃의 과즙으로 만들어지며 일반적으로 뉴질랜드에서 생산되는 벌꿀 타입의 꿀입니다.이 마누카 꿀은 네 가지 화학 마커와 마누카 꽃가루의 DNA. 그러나이 방법 은 마누카 꿀 을 인증하는 데만 사용할 수 있으며 다른 종류의 꿀에는 적용 할 수 없습니다. 대부분의 꿀 인증 절차는 전문가가 실험실에서 수행하고 특수 장비가 필요하므로 종종 비용이 많이 듭니다. 그들의 연구에서 Glowacki, He와 그의 동료 Alexis Gkantiragas는 현존하는 절차보다 훨씬 저렴할 수있는 기계 학습 - 증대 현미경을 사용하여 꿀을 인증하는 새로운 방법을 개발했습니다. "우리는 표준 깊은 학습 기술을 사용하여 꿀 샘플의 꽃가루를 확인합니다."라고 Gkantiragas는 설명했습니다. "이로부터 우리는 꽃가루의 분포 및 밀도와 같은 것들을 분석하기 위해보다 정량적 인 접근법을 적용 할 수 있으며, 그 다음에 꿀의 지리적 및 / 또는 식물 기원을 확인할 수 있습니다." 연구진은 여러 종류의 꿀 샘플을 채취하여 유리 슬라이드 위로 펼쳤다. 이 슬라이드는 명 시야 현미경을 사용하여 분석 및 분석되어 꽃가루 약 2500 개의 현미경 이미지를 캡처했습니다.

연구원의 워크 스테이션은 시스템의 저비용 버전을 실행하고있었습니다. 신용 : 그, Gkantiragas 및 Glowacki.

신중하게 라벨을 붙이고 이러한 이미지에 주석을다는 후, 연구원은 기계 학습 모델을 교육하는 데 사용했습니다. 그들의 모델은 다른 유형의 꿀을 분류하기 위해 훈련 된 인증 네트워크뿐만 아니라 꽃가루를 탐지하고 분류하도록 훈련 된 세그멘테이션 네트워크로 구성됩니다. "현재 가짜를 진짜 꿀과 이야기하기가 어렵습니다."라고 Gkantiragas가 말했습니다. "설탕 테스트는 다른 설탕을 사용함으로써 속일 수 있습니다 .NM은 값이 비싸고 전문가가 필요합니다. 장비 비용을 절약하고 사용하기 쉽고 대규모로 배치 할 수있는 가능성이 있습니다." 예비 평가에서, 연구자들은 벌꿀 인증 방법이 희석되고 틀린 꿀을 효과적으로 감지 할 수 있음을 발견했습니다. 그러나 중금속, 살충제 또는 항생제와의 오염을 확인할 수 없으므로 다른 화학 시험과 함께 사용해야 할 수도 있습니다. 또한, 그들의 방법은 꽃가루가없는 초 여과 된 꿀 샘플을 인증하는 데 사용할 수 없습니다. 연구자들이 수집 한 결과는 유망하지만, 대규모로 적용되기 전에 시스템을 개발해야합니다. 예를 들어, 연구자들은 벌꿀의 꽃가루의 다양성을 더 잘 포착하기 위해 더 많은 꽃가루 데이터 세트 를 수집해야합니다 . "시스템을 연구에서 실제 세계로 확장하는 중요한 단계는 시스템을 하드웨어에 의존하지 않는 것으로 확고하게 할 것입니다."라고 그는 설명했습니다. "우리는 다른 것들 중에서도 우리의 특징 표현이 최고 수준이라는 것을 확인하기 위해 적대적인 훈련 방법을 찾고 있습니다." 연구자들은 실제 시나리오에서 벌꿀을 효과적으로 인증 할 수 있도록 시스템을 계속 연구 할 계획입니다. 앞으로는 기술을 기반으로 한 분산 된 인증 계획을 조종하는 것을 고려할 수도 있습니다.

추가 탐색 FDA, 벌꿀 채워진 젖꼭지를 유아에게주는 것에 대해 경고 추가 정보 : 기계 학습을 통한 허니 인증은 밝은 필드 현미경 검사를 강화했습니다. arXiv : 1901.00516 [cs.LG]. arxiv.org/abs/1901.00516

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