레이저로 자석이 유체처럼 움직입니다

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Richard Clayderman -Coleur Tendresse

 

 

.레이저로 자석이 유체처럼 움직입니다

 

에 의해 콜로라도의 대학 크레딧 : CC0 공개 도메인

 

수년 동안 연구자들은 이상한 현상을 추구 해왔다. 레이저로 초박형 자석을 쳤을 때 갑자기 자화가 사라진다. 냉장고 자석이 떨어지는 것을 상상해보십시오. 이제 CU Boulder의 과학자들은 자석이 그 변화로부터 어떻게 회복되는지 파헤쳐 그 속성을 몇 초 만에 되 찾는다. 이번 주 Nature Communications 에서 발표 한 연구에 따르면 , 자갈 자석은 실제로 유체처럼 행동합니다. 그들의 자기 적 성질 은 기름과 물을 조금 섞을 때 일어나는 것과 비슷한 "물방울"을 형성하기 시작합니다. 이를 확인하기 위해 CU Boulder의 Ezio Iacocca, Mark Hoefer와 그의 동료들은 스탠포드 대학의 SLAC National Accelerator Laboratory 에서 수학적 모델링, 수치 시뮬레이션 및 실험을 실시했습니다. "연구원들은 자석을 발산 할 때 일어나는 일을 이해하기 위해 열심히 노력하고 있습니다."라고 새로운 연구의 수석 저자이자 응용 수학 부 (Department of Applied Mathematics)의 연구원 인 Iacocca가 말했습니다. "우리가 관심을 갖고 있었던 것은 당신이 폭발 한 후에 어떤 일이 일어나는가입니다. 어떻게 회복합니까?" 특히 자석 수명이 짧지 만 비판적 인시기에 자성 금속 합금이 짧은 고 에너지 레이저에 부딪히면 처음으로 20 조분의 1 초가됩니다. Iacocca는 자석이 본성 상 상당히 조직적이라고 설명했다. 그들의 원자 블록은 항상 북쪽을 가리키는 지구 자기장 의 위 또는 아래를 생각하는 같은 방향을 가리키는 경향이있는 방향 또는 "회전"을 가지고 있습니다 . 너가 레이저로 그들을 폭파 할 때를 제외하고. Iacocca는 레이저 펄스가 충분히 짧은 자석을 쳐서 장애가 발생할 것이라고 말했다. 자석 내의 스핀은 더 이상 위아래로 향하지 않지만 모든 다른 방향에서 금속의 자기 적 특성을 상쇄합니다. 미국 국립 표준 기술 연구소 (NIST)의 객원 연구원 인 이아 코카 (Iacocca)는 "연구원들은 레이저 펄스 후 3 피코 초가 지나면 마그넷이 평형 상태로 돌아 왔을 때 어떤 일이 일어나는지 설명했다. "그 사이에는 많은 것을 알 수 없습니다." Iacocca와 그의 동료들이 채우기를 원하는 시간이 없어서 연구팀은 레이저로 가돌리늄 - 철 - 코발트 합금의 작은 조각을 날려 캘리포니아에서 일련의 실험을 실시했습니다. 그런 다음 결과를 수학적 예측 및 컴퓨터 시뮬레이션 과 비교했습니다 . 그리고 그룹은 발견했습니다. 모든 것이 유동적입니다. 적용된 수학의 부교수 인 호퍼 (Hoefer)는 금속 자체가 액체로 변하지 않았다는 것을 빨리 지적하고있다. 그러나 그 자석 내의 스핀들은 유체처럼 행동하고, 바다에서 파도가 부서지는 것처럼 주위를 돌아 다니며 방향을 바꾸고 있습니다. "우리는 짧은 시간 간격으로 초 유체처럼 행동했음을 보여주기 위해 이러한 스핀들을 모델링하는 수학 방정식을 사용했습니다."라고 새로운 연구의 공동 저자 인 호퍼 (Hoefer)는 말했습니다. 잠시 기다리면 로빙 스핀이 안정되기 시작합니다. 동일한 방향, 즉 스핀들이 모두 위 또는 아래를 가리키는 "물방울"을 가진 작은 클러스터를 형성하면서 그는 덧붙여 말했습니다. 조금 더 기다려라. 그러면 연구원들은 그 물방울이 점점 더 커질 것이라고 계산했다. 따라서 물과 항아리에서 분리되는 기름과 물과의 비교. "특정 지점에서 자석이 다시 위 또는 아래를 가리 키기 시작합니다"라고 Hoefer가 말했습니다. "이 큰 그룹을위한 씨앗 같다." 호퍼 (Hoefer)는 zapped 자석이 언제나 과거와 같은 방식으로 돌아 가지 않는다고 덧붙였다. 어떤 경우에는 자석이 레이저 펄스를 뒤집어서 위 아래로 전환 할 수 있습니다. 엔지니어는 이미 플립 동작을 이용하여 정보를 컴퓨터 하드 드라이브에 1과 0의 비트 형태로 저장합니다. Iacocca는 연구원들이 더 효과적으로 뒤집을 수있는 방법을 찾아 낼 수 있다면 더 빠른 컴퓨터를 만들 수있을 것이라고 말했다. "이것이 우리가이 과정이 어떻게 일어나는지 정확히 이해하려는 이유입니다."라고 Iacocca는 말했습니다. "그래서 우리는 더 빨리 뒤집을 수있는 재료를 찾을 수 있습니다." 추가 탐색 스핀 플리퍼는 양성자를 뒤집는다.

자세한 정보 : E. Iacocca 외, 페리 자성 합금의 초고속 광 펌핑 후의 스핀 전류 매개 급속 단 전자 정합 및 합체, Nature Communications (2019). DOI : 10.1038 / s41467-019-09577-0 저널 정보 : Nature Communications 콜로라도 대학 볼더에서 제공

https://phys.org/news/2019-04-lasers-magnets-fluids.html

 

 

.단일 세포에서의 ferritin의 나노 스케일 자성 영상

Thamarasee Jeewandara, Phys.org LEFT - 실험 설정. 실험은 원자 현미경 (AFM)으로 광학적으로 검출 된 자기 공명 현미경 (ODMR)을 결합한 주택 건설에 수행되었습니다. DM : 이색 성 거울. BP : 650-775 nm에서 작동하는 밴드 패스 필터. APD : 애벌 런치 포토 다이오드. CCD : 전하 결합 소자. LED : 470 nm의 발광 다이오드. AL : 무색 렌즈. PH : 30㎛의 핀홀. BS : 빔 스플리터. 오른쪽 - 다이아몬드의 나노 기둥의 이미지. (A) 반응성 이온 에칭 (RIE) 직후 제조 된 다이아몬드 나노 필러의 SEM 이미징. nanopillar의 꼭대기는 NV 센터를 보호하기 위해 HSQ (hydrogen Silsesquioxane)로 덮여 있습니다. (B) AFM 팁에 부착 셀 섹션을 감지하는 단일 사다리꼴 실린더 모양의 nanopillar. 스케일 바, 10 μm (A); 400 nm (B). 학점 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aau8038. 2019 년 4 월 18 일 기능

생명 과학 분야에서 세포 내부의 생체 분자 분포를 측정하는 능력은 중요한 연구 목표입니다. 다양한 기술 중에서 과학자들은 다이아몬드의 질소 공극 센터 (NV)를 기반으로 한 자기 이미징 (MI)을 생체 분자 연구의 강력한 도구로 사용했습니다. 그러나, 세포 내 단백질의 나노 스케일 이미징은 지금까지 도전 과제로 남아있다. 최근 Science Advances에 발표 된 Pengfei Wang과 중국의 물리학, 생물 분자, 양자 정보 및 생명 과학의 학제 간 학술회의의 동료 인 Pengfei Wang은 질소를 사용하여 단일 세포 내에서 MI의 구현을 입증하기 위해 ferritin 단백질을 사용했다 - 센서 (NV) 중심. 그들은 세포 내 ferritin을 영상화했다. (MI) 및 상관 전자 현미경을 사용하여 세포 내 단백질의 나노 크기 자성 이미징 (MI)을위한 길을 열어줍니다. 생물 의학 이미징의 기존 공간 해상도 향상은 의료 이미징의 지속적인 요구를 충족시키기 위해 요구되며, 따라서 다양한 기술 중에서 현재 마그네틱 이미징에 대한 관심이 커지고 있습니다. 자기 공명 영상 (MRI)은 핵 스핀의 분포를 정량화하는 데 널리 사용되지만 기존의 MRI는 해상도가 전기적 감지 감도에 의해 제한 되는 핵 스핀 이미징 에서 1μm 의 분해능에 도달 할 수 있습니다 . 과학자들은 초전도 양자 간섭 장치 및 자기 공명 현미경을 포함하여이 해상도 장벽을 깨기위한 일련의 기술을 개발했습니다. 그럼에도 불구하고, 이러한 보고서에는 이미징을위한 극저온 환경 및 고진공이 필요하기 때문에 실험 구현 및 임상 실습으로의 변환이 제한적입니다. 최근에 개발 된 다이아몬드의 질소 공극 센터를 기반으로 한 양자 센싱 방법 은 실험실에서 유기 분자 와 단백질 을 검출하기 위해 나노 기술에서 MI 기술의 경계를 근본적으로 밀어 냈습니다 . 과학자 용 나노 MRI 보여 NV 센터 및 주사 탐침 현미경 양자 검출을 조합 한 단일 전자 스핀 과 작은 핵 스핀 같이 NV 센터를 사용하는 동안 앙상블 생체 자력계 내의 비 침습적 화상 강자성 입자로 세포를 세포 내 규모 (0.4 μm의)에서. 예를 들어, NV 센터의 탈분극 은 광대역 자력계 로 사용될 수 있습니다금속 이온과 핵 스핀의 변동하는 소음을 탐지하고 측정합니다. 그러나, nanoscale에서 MI를 통한 단일 단백질의 그러한 영상은 지금까지 단일 세포 에서보고되지 않았다 .

설정 및 실험 원리의 개략도. (A) 실험 설정의 개략도. 수지에 묻혀있는 셀은 튜닝 포크에 부착되어 얕은 NV 센터가있는 다이아몬드 나노 기둥 위로 스캔됩니다. 구리 와이어는 NV 센터에 마이크로 웨이브 펄스를 전달하는 데 사용됩니다. 공 촛점 현미경 (CFM)의 녹색 레이저 (532 nm)는 NV 중심의 주소 지정, 초기화 및 판독에 사용됩니다. (B) 왼쪽 : NV 센터의 결정 격자와 에너지 레벨. 네바다 센터는 대체 질소 원자와 인접한 공석으로 구성된 점 결함입니다. 오른쪽 : 페리틴의 도식. 검정색 화살표는 Fe3 +의 전자 스핀을 나타냅니다. (C) 동일한 NV 센터에서 분극 붕괴의 형태로 ferritin을 사용하거나 사용하지 않은 스핀 노이즈 감지에 대한 실험적 시연. 삽입 된 그림은 ferritin의 검출 및 영상화를위한 펄스 시퀀스입니다. 5 μs 녹색 레이저를 사용하여 스핀 상태를 ms = 0으로 초기화 한 다음 자기 소음을 축적하기위한 자유 발산 시간 τ를 수행하고 마지막으로 형광 강도를 감지하여 스핀 상태를 읽습니다. 펄스 시퀀스는 양호한 신호 대 잡음비 (SNR)를 얻기 위해 약 105 회 반복된다. 이완 시간은 0.01 mT2의 회전 소음을 나타내는 ferritin이있는 경우와없는 경우의 기하 급수적 인 감소에 의해 0.1 ms와 3.3 ms가되도록 맞추어진다. 학점 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aau8038. 마지막으로 형광 강도를 검출함으로써 스핀 상태를 판독한다. 펄스 시퀀스는 양호한 신호 대 잡음비 (SNR)를 얻기 위해 약 105 회 반복된다. 이완 시간은 0.01 mT2의 회전 소음을 나타내는 ferritin이있는 경우와없는 경우의 기하 급수적 인 감소에 의해 0.1 ms와 3.3 ms가되도록 맞추어진다. 학점 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aau8038. 마지막으로 형광 강도를 검출함으로써 스핀 상태를 판독한다. 펄스 시퀀스는 양호한 신호 대 잡음비 (SNR)를 얻기 위해 약 105 회 반복된다. 이완 시간은 0.01 mT2의 회전 소음을 나타내는 ferritin이있는 경우와없는 경우의 기하 급수적 인 감소에 의해 0.1 ms와 3.3 ms가되도록 맞추어진다. 학점 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aau8038.

현재 연구에서, Wang et al. 는 단일 세포 내에서 세포 내 단백질의 나노 수준의 MI를 허용하는 두 가지 기술 발전을보고했다. 이를 위해 세포를 고체 상태로 동결시키고 정육면체 형태로 세분화 한 다음이를 이미지 용 원자 힘 현미경 (AFM)의 음차 형 탐침 탐침에 놓고 세포의 평평한 단면 공기에 노출되었다. 과학자들은 시료 위치 설정을 사용하여 NV 센서가 표적 단백질의 10 nm 내에 위치하도록하고 AFM을 사용하여 시료 위치를 결정하는 동안 온도 드리프트를 억제했습니다. 연구진은 화상 획득을 위해 벌크 다이아몬드 표면에서 사다리꼴 실린더 모양의 나노 기둥을 공학적으로 조작하여 기술적으로 1 회의 순서 로 이미지 획득 시간을 단축했다이전 방법에 비해 이번 연구에서 과학자들은이 기술을 사용 하여 실험 시설 내에서 세포 내 ferritin 단백질 (철 저장고와 트랜스페린 포화도의 바이오 마커)의 자기 변동 잡음의 현장 MI를 수행했다 . 페리틴은 외부 직경이 12 nm 인 구형 단백질 복합체이며 직경이 8 nm에 달하는 공동을 포함하고있어 최대 4500 개의 철 원자를 단백질 내에 저장할 수 있습니다 . 철 이온의 자기 노이즈를 검출 할 수있다 상의 그 효과로 인해 T 1 완화 시간 NV 센터. 이 연구에서 Wang et al. 페리틴으로 코팅 된 다이아몬드 표면에서 NV 중심 (자성 스핀, m S = 0 상태) 의 개체군의 시간에 따른 감쇠의 형광 측정을 사용한 관찰을 확인했다 . 또한 과학자들은 NV 센터를 사용하여 라벨없는 방법으로 자기 잡음을 감지했습니다투과 전자 현미경 (TEM)을 통해. 이 연구는 상관 된 MI 및 TEM 체계의 개발을 허용하여 현장에서 단백질의 첫 번째 나노 스케일 MI를 획득하고 확인했습니다. 이 과학자들은 실험을 위해 간세포 암종 세포주 (HepG2)를 사용하고 세포 내 ferritin의 양을 현저히 증가시킨 ferric ammonium citrate (FAC)로 세포를 처리하여 철 대사를 연구했다. 그들은 처음에는 공 촛점 현미경 (CFM), 웨스턴 블 랏팅 및 TEM 기술을 사용하여이를 확인했습니다. 그 결과는 세포질 사이에서 핵 주위의 세포 내 점에서 ferritin의 1 차적인 국소화를 보여 주었다. 이 과학자들은 FAC 처리 된 HepG2 세포에서 페리틴의 상자성 (paramagnetic)을 확인하고 다른 상자성 금속 이온으로 인한 간섭을 측정하기 위해 질량 전자기 (paramagnetic) 공명 (EPR) 분광법을 사용했다.

 

TOP - 페리틴이 풍부한 HepG2 세포 샘플의 준비와 특성 분석. (A) 배양 된 세포에 대한 처리의 개략도. 철 로딩 또는 처리하지 않은 후, HepG2 세포를 각각 형광 이미지 및 EPR 스펙트럼에 대해 조사 하였다. MI 및 TEM 이미징의 경우 세포 샘플을 고압 동결, 동결 대체 및 절편을 통해 처리했습니다. (B) 철로드 HepG2 세포에서 ferritin 구조 (녹색)의 대표 공 촛점 현미경 (CFM) 이미지. 페리틴 단백질은 항 - 페리틴 경쇄 항체에 의해 면역 염색되었다. 핵은 파란색 채널에 4 ', 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)로 표시됩니다. Inset은 확대 된 ferritin 구조를 표시합니다. 노란색 파선은 셀의 윤곽을 나타냅니다. 스케일 바, 20 μm. (C) T = 300 K에서 제어 및 철로드 HepG2 세포의 EPR 스펙트럼. 하단 - NV 센터와 세포 섹션 사이의 거리를 조정. (A) 세포 큐브와 다이아몬드 표면 사이의 간섭 줄무늬. 스케일 바, 20 μm. (B) 세포 샘플과 MI를위한 다이아몬드 필라 사이의 기하학적 관계와 갭 R. nanopillar의 상단 표면 직경은 400 nm입니다. 학점 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aau8038.

Wang et al. 그런 다음 고속으로 고압의 동결을 사용하여 Fe가 로딩 된 세포의 모든 세포 내 성분을 고정시켰다. 이 과정은 세포 내 에서 브라운 운동 을 최소화함으로써 세포 내 구조와 분자를 안정화 시켰는데 , 이는 전형적으로 생체 내에서 최대 100 nm의 단백질의 무작위 운동에 기여한다 . 샘플을 이미지화하기 위해, 그들은 LR 화이트 매질 에서 동결 된 세포를 삽입하고 중합시켰다팁에 몇 개의 셀이있는 AFM 튜닝 포크에 붙박이 세포 샘플을 붙입니다. 과학자들은 다이아몬드 나이프를 사용하여 팁 표면을 나노 미터 평면으로 절단하여 AFM 하의 직육면체 셀 섹션을 검사했습니다. 그들은 다이아몬드 나노 필러를 따라 세포 큐브를 스캐닝하여 ferritin의 MI 이미지를 얻었으며 이전에 상세히 설명한 바와 같이 현미경의 "도약"스캔 모드를 사용하여 NV 스핀 재분극 속도를 동시에 측정했습니다 .

상관 MI 및 TEM 이미지. (A) 상관 MI 및 TEM 이미징에 대한 단면도의 도식. 마지막 절편과 나머지 큐브는 TEM 이미징 및 MI 스캐닝을 위해 각각 전송되었습니다. 섹션 분할은 두 현미경 모두에서 이미징 할 수있는 일부 분리 된 페리틴 클러스터를 만들었습니다. ~ 10 nm의 투명한 청색 스트립은 MI의 영상 깊이를 나타내며 TEM에서는 영상 깊이가 ~ 100 nm입니다. (B) TEM 하에서 최후의 초박막에서 ferritin의 분포. 삽입 부 : 검은 점선 상자에 파트의 확대 그림. 나머지 세포 큐브의 (C) MI 결과. 픽셀 크기는 43 nm입니다. (D) 병합 된 MI 및 TEM 현미경 사진은 멤브레인 - 결합 된 세포 기관에서 페리틴을 나타낸다. (B) ~ (D)의 빨간색 화살표는 동일한 페리틴 클러스터를 나타냅니다. 눈금 막대, 5 μm (B) 및 1 μm [B (삽입), C 및 D]. 신용:

연구진은 50 마이크로 초 (τ = 50 μs)의 고정 된 자유 진화 시간에서 형광 감쇠를 측정하여 NV 센서 스핀 분극의 정도를 나타내 었으며, 감지 볼륨에서 페리틴의 양과 상관 관계가 있었다. MI에서 일부 세부 사항은 관찰되지 않았지만 TEM과 MI 이미지를 통해 일부 클러스터의 모습을 관찰 한 결과 세포 내 ferritin의 스핀 노이즈가 NV 센터를 탈분극시키는 데 기여했다. 더 높은 해상도에서 ferritin 클러스터의 세부 사항을 얻기 위해 과학자들은 픽셀 크기를 8.3 nm로 최소화하고 예상대로 높은 해상도의 MI를 획득했습니다. 이러한 방식으로, Wang et al. 는 단일 분자의 수준에서 생물학적 이미징 응용 분야에 적합한 센서로서 NV 센터의 민감도를 탐구했다. 그들은 현장에서 10 nm의 분해능으로 단백질의 첫 번째 MI를 얻기 위해이 기술을 실험 설정에서 센서로 사용했습니다. 과학자들은 스캐닝 과정의 속도를 높이고 세포에서 더 큰 관심 영역을 이미지화하고 추가 세포 소기와 관련하여 핵을 넘어 페리틴 을 찾도록 기술의 안정성과 민감성을 향상시키는 것을 목표로 삼는다 .

(A) 80 × 24 픽셀과 8.3 nm의 픽셀 크기로 NV 센서에 의해 영상화 된 페리틴 클러스터. 스케일 바, 100 nm. (B) 빨간색 화살표로 지시 된 (A)에서 주사선의 데이터를 추적하십시오. 플랫폼은 ferritin 클러스터를 나타냅니다. 고원 함수에 맞는 빨간색 커브는 눈의 안내 역할을합니다. (C) (B)의 금색 점선 상자의 확대 그림. x = 283 nm 부근의 빨간색 화살표로 표시된 날카로운 전환은 빈 영역에서 ferritin이있는 영역까지의 스캔을 나타냅니다. 학점 : Science Advances, doi : 10.1126 / sciadv.aau8038.

이 연구는 세포에서의 바이오 마커 기반 철 저장 및 방출을 결정하는 임상 진단에 기여할 것이다. 이것은 혈색소 침착증, 빈혈, 간경화 및 알츠하이머 병의 진행 중 철 대사 의 조절 메커니즘에 대한 연구를 포함 합니다 . Wang et al. 금속 분자, 금속 단백질 및 특수 스핀 라벨 단백질을 포함한 상자성 신호로 다른 세포 구성 요소로 현장 접근을 확장 할 것을 제안합니다. 과학자들은 더 많은 연구가 작업을 확장하고 결정하기 위해 실험 장치에 통합 된 광학 현미경 감지하여, 고해상도 MI에 적합한 추가 목표와 상관 TEM 이미징 기술을 모색 할 것입니다 것을 구상 단백질 핵 스핀 MRI를3 차원 세포 단층 촬영 을 수행 할 수 있습니다.

추가 탐색 인간 세포 내부의 단백질을 확인하는 새로운 방법 발견 자세한 정보 : Mamin HJ 외. 2013 년 2 월 과학. Pengfei Wang et al. 단일 세포에서의 ferritin의 나노 스케일 자성 이미징, Science Advances (2019). DOI : 10.1126 / sciadv.aau8038 Denis Vasyukov et al. 단일 전자 스핀 감도를 갖는 스캐닝 초전도 양자 간섭 장치, Nature Nanotechnology (2013). DOI : 10.1038 / nnano.2013.169 D. Rugar et al. 자기 공명력 현미경에 의한 단일 스핀 검출, Nature (2004). DOI : 10.1038 / nature02658 HJ Mamin et al. 질소 공극 스핀 센서, 과학 (2013) 과 Nanoscale 핵 자기 공명 . DOI : 10.1126 / science.1231540 저널 정보 : 과학 진보 , 자연의 나노 기술 , 자연 , 과학

https://phys.org/news/2019-04-nanoscale-magnetic-imaging-ferritin-cell.html

 

.공간에서 발견 된 우주에서 처음으로 감지하기 어려운 분자

 

말로우 후드 행성상 성운 NGC 7027 및 헬륨 수소 분자의 그림. 이 유성운 성운에서 SOFIA는 헬륨 (적색)과 수소 (파란색)의 조합 인 헬륨 수소를 발견했습니다. 이것은 초기 우주에서 최초의 분자 형태였습니다. 헬륨 하이드 라이드가 현대 우주에서 발견 된 것은 이번이 처음입니다. 크레딧 : NASA / SOFIA / L. Proudfit / D.Rutter, 2019 년 4 월 17 일

처음에는 130 억년이 넘는 세월 동안, 우주는 세 개의 단순한 단일 원자 요소의 분화되지 않은 수프였습니다. 별은 또 다른 1 억년 동안 형성되지 않습니다. 그러나 빅뱅 10 만 년 만에 첫 번째 분자가 나왔습니다. 헬륨과 수소가 헬륨 수소 이온 또는 HeH +로 알려지지 않았을 가능성이 있습니다. 존스 홉킨스 대학 (John 's Hopkins University)의 데이비드 노 펠드 (David Neufeld) 교수는 수요일 수십 년 동안 수십 년 동안 수색 과학자들이 우주에서 발견하기 어려운 분자를 발견 한 후 어떻게 기술 했는지를 발표했다. HeH + 의 형성은 지구상의 단일 세포에서 다세포 생명체로의 중대한 변화로 AFP 통신과의 인터뷰에서 "우주에서 복잡성이 증가하는 첫 번째 단계였다. 이론적 모델은 천체 물리학 자들이 HeH + 가 먼저 왔고, 점점 더 복잡하고 무거운 다른 분자들이 퍼레이드 를 벌이 면서 정확한 순서대로 진행 되었다고 오랫동안 확신 해 왔습니다. HeH + 는 또한 1925 년 초 실험실에서 연구되었습니다. 그러나 그것의 자연 서식지 에서 발견 된 HeH + 는 그들의 이해를 초월했다. "성간 공간에서의 존재에 대한 확실한 증거의 부족은 오랫동안 천문학의 딜레마였습니다."라고 Bonn의 Max Planck Institute for Radioastronomy의 한 과학자 인 Rolf Gusten은 말했다.

 

행성상 성운 NGC 7027을 향한 SOFIA의 GREAT에서 관찰 된 HeH +의 스펙트럼. Hubble / NICMOS 카메라의 기본 이미지에서 이온화 된 HII 영역 (흰색 노란색)과 시원한 외피 (적색 )가 잘 보입니다. 이것은 HeH +가 형성되는이 이온화 전면에 있습니다 (분자 구조에 대한 예술가의 개념으로 표시됨). 14.3 arcsec의 크기를 가진 대단원에 의해 덮여있는 하늘 지역은 대부분의 성운 방출을 포함합니다. HeH + 프로파일의 스펙트럼 선폭은 확장 포락선의 움직임에 의해 결정됩니다. 학점 : 구성 : NIESYTO 디자인; Image NGC 7027 : William B. Latter (SIRTF Science Center / Caltech)와 NASA / ESA; 스펙트럼 : Rolf Güsten / MPIfR ( Nature , April 18, 2019)

연구원들은 어디를보아야하는지 알고있었습니다. 이미 1970 년대에, 모델은 HeH + 가 초기 우주에서 발견 된 조건과 유사한 조건을 만들어내는 태양과 같은 별이 죽어 나가는 빛나는 가스에 상당한 양으로 존재해야한다고 제안했다 . 깨지기 쉬운 분자 문제는 분자에 의해 방출 된 전자기파가 지구의 대기에 의해 상쇄되어 범위에서 발견되어 지상에서 탐지 할 수 없다는 것이 었습니다. 그래서 NASA와 독일 항공 우주 센터는 3 개의 주요 구성 요소 인 2.7 미터 망원경, 적외선 분광계 및 보잉 747과 같은 동체에서 멀리 떨어져있는 창 모양의 사각형이 있는 항공 관측소를 만들었 습니다. 그들을 운반하십시오. 적외선 천문학을위한 성층권 관측소 (SOFIA)는 14,000 미터 (45,000 피트)의 순항 고도에서 지상 기반 망원경의 대기 소음의 85 %를 피했습니다. 2016 년 5 월에 있었던 3 회의 비행 데이터에는 과학자들이 오랫동안 찾고 있던 분자 증거가 포함되어 있었는데, 행성상 성운 NGC 7027에서 약 3 천 광년 떨어진 거리에 엇갈려있었습니다.

https://youtu.be/rRVpyiXvV9g

공중 관측소 소피아 (SOFIA)의 과학자들은 우주에서 형성된 최초의 유형의 분자를 발견했습니다. 그들은 Cygnus 별자리 부근의 행성상 성운에서 헬륨과 수소 (헬륨 수소 화합물)의 조합을 발견했습니다. 이 발견은 초기 우주에 대한 기본 이해의 핵심 부분과 그것이 수십억 년 동안 오늘날의 복잡한 화학으로 어떻게 진화했는지를 확인합니다. 학점 : NASA / Ames 연구 센터 "

HeH + 의 발견은 분자를 형성하는 자연의 경향을 극적으로 아름답게 보여줍니다."라고 Neufeld는 말했습니다. 이 경우, 그것은 불길한 상황에도 불구하고 그렇게했습니다. 젊은 우주의 온도는 빅뱅 이후 급격히 떨어졌음에도 불구하고 여전히 분자 결합을위한 적대적인 환경 인 섭씨 4,000도 부근에 머물렀다. 또한, 헬륨 (helium) - "고귀한"가스 - "형태 분자에 대한 매우 낮은 경향성"Neufeld는 설명했다. 이온화 된 수소와의 결합은 깨지기 쉽고, 오랫동안 지속되지 않고 점진적으로보다 견고하고 복잡한 분자 결합으로 대체되었습니다. 탄소, 산소 및 질소와 같은 더 무거운 원소들과 그들이 일으킨 많은 분자 들은 이후에 힘의 항성을 갖는 핵반응에 의해 형성되었다. 추가 탐색 초신성 폭발로 우주의 먼지가 형성됨

추가 정보 : Rolf Güsten et al. 헬륨 수소 이온 HeH + 의 천체 물리학 적 검출 , Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-1090-x 저널 정보 : 자연

https://phys.org/news/2019-04-elusive-molecule-universe-space.html

 

 

.비스무스 요오드화물에서 약한 토폴로지 절연체 입증

에 의해 다이아몬드 광원 그림 1. a) β-Bi4I4의 토폴로지 측면 ((100) 평면)에서 nARPES에 대한 도식 기하학. b) (100) 평면에 대한 페르미 에너지에서의 ARPES 강도 플롯. c) ARPES 밴드는 (100) 평면의 Γ 포인트와 Z 포인트 주위를 매핑한다. d) 위상이 어두운 표면 ((001) 평면)에서 nARPES의 도식적 기하학. e) (001) 평면의 Γ ̅ 점 주변의 대역 맵을 나타낸다. 신용 : 다이아몬드 광원, 2019 년 4 월 18 일

Topological 절연체는 21 세기의 가장 흥미로운 발견 중 하나입니다. 그것들은 단순히 표면이나 가장자리에서 전기를 전도하는 물질로 묘사 될 수 있지만, 내부의 벌크에서는 절연되어 있습니다. 이들의 전도성은 양자 역학적 특성 인 스핀 (spin)을 기반으로하며, 이는 물질 또는 다른 전자의 불순물로부터 전자의 정상적인 산란을 억제하고 결과적으로 열로 손실되는 에너지의 양을 억제합니다. 초전도체와 달리 토폴로지 절연체는 상온에서 작동 할 수있어 현재의 전자 장치가 양자 컴퓨터 및 '작고, 빠르며, 더 강력하고 에너지 효율이 좋은'스핀 트로닉 장치로 대체 될 수있는 잠재력을 제공합니다. 토폴로지 절연체는 '강'또는 '약'로 분류되며, 강한 토폴로지 절연체 (STI)의 실험적 확인은 이론적 예측에 빠르게 뒤 따랐다. 그러나 약한 토폴로지 절연체 (WTI)는 토폴로지 상태가 실제 3 차원 결정에서 일반적으로 감지 할 수없는 특정 측면에 나타나기 때문에 실험적으로 확인하기가 더 어려웠습니다. 최근에 출판 된 연구Nature 의 한 연구자 팀은 요오드화 비스무트 결정에서 WTI 상태에 대한 실험적 증거를 얻기 위해 싱크로트론 기술을 사용했다. 유사 1 차원 (1-D) 비스무스 요오드 결정체 인 α-Bi4I4와 β-Bi4I4는 매우 유사한 구조를 가지며 c 축을 따라 스태킹 순서가 서로 다릅니다. 이러한 구조의 차이는 절대 크기와 온도 의존성 모두에서 두 단계의 저항률에 상당한 차이를 가져온다. 상온에서 1 차 전이가 2 개의 결정상 사이에서 일어나며, 샘플이 서서히 냉각 될 때보다 α 단계의 형성이 우선적으로 이루어진다. 연구팀은 고 에너지의 레이저 기반 각도 분해 광전자 분광법 (ARPES)을 사용했다.및 운동량 해상도 α-Bi4I4 및 β-Bi4I4의 전자 구조를 결정합니다. 이들은 레이저 스폿이 절단 된 표면에 노출 된 각 테라스 및 패싯보다 훨씬 크기 때문에이 실험에서 (001) 및 (100) 평면으로부터의 ARPES 신호의 중첩을 관찰했습니다. β-Bi4I4에서, 그들은 사소한 α-Bi4I4에서 검출되지 않고 위상 학적 표면에 기인 한 EF- 비정상 상태 인 페르미 에너지 근처에서 Dirac- 원추형 에너지 분산을 관찰했다. 유사한 준 1D 상태가 더 높은 광자 에너지에서 ARPES를 통해 확인되었다. 관찰 된 준 1D Dirac 상태에 대한 유일한 가능한 설명은 WTI의 토폴로지 측면 (100)에서 파생된다는 것입니다. WTI 표면을 독점적으로 검사하기 위해 표면 선택적 ARPES 기술인 nano-ARPES를 사용했습니다. Nano-ARPES (nARPES)는 현미경의 높은 공간 분해능과 ARPES 기술의 에너지 및 운동량 분해능을 결합한 싱크로트론 기술의 흥미 진진한 개발입니다. 빔라인 I05의 nARPES 브랜치는 초소형 스폿 크기에서 공간적으로 분석 된 ARPES를 제공하는 엔드 스테이션을 특징으로합니다. 크기가 1 μm 미만인 지점에 집중된 광자 빔을 사용하여 팀은 오염없이 (100) 평면을 관찰 할 수있었습니다. WTI 상태 연구진은 각도 분해 측정 전에 nARPES를 사용하여 작은 분열 표면에 대한 미시적 강도 맵을 얻었다. 그들은 그 다음 측면 (100) 평면에서 준 1 차원 Dirac 위상 위상 상태를 관찰하고 상부 표면 ((001) 평면)은 위상 학적 표면 상태가없는 위상 적으로 어두운 상태를 관찰했다. 그들의 결과는 β-Bi4I4에서 실현 된 WTI 상태를 시각화했으며, β- 상에서 α- 상으로의 결정 전이가 상온에서 정상적인 절연체로의 위상 위상 전이를 유도한다는 것을 보여 주었다. 확인 된 WTI 주에는 여러 가지 과학적 및 기술적 영향이있을 수 있습니다. 이 양자의 3-D 유사체로 간주되기 때문에 홀 (QSH) 스핀 절연체 , 넓은 측면 위에 높은 지향성 스핀 전류를 생성 할 수있는 표면을 3 차원 결정, 그 발견은 외래의 심도있는 연구를 더욱 촉진한다 양자 현상. 비스무스 요오드화물에서 강렬한 스핀 전류의 출현은 실온 부근 에서 위상 또는 비 위상의 결정 위상을 선택함으로써 제어 될 수있다 . 따라서이 연구는 QSH 절연체의 3-D 유사체에 대한 기초 및 기술적 연구로의 단계이며 궁극적으로 새로운 전자 및 스핀 트로닉스 기술로 이어질 수 있습니다. 추가 탐색 비스무트는 새로운 전도성을 보여준다.

자세한 정보 : Ryo Noguchi et al. 준 1 차원 비스무트 요오드화물의 약한 토폴로지 절연체 상태, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-0927-7 저널 정보 : 자연 에서 제공하는 다이아몬드 광원

https://phys.org/news/2019-04-weak-topological-insulator-bismuth-iodide.html

 

 

A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)

B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0