과학자들은 최고 온도 초전도체에 대한 기록을 깨고

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Oscar Harris - Alta Gracia

 

 

.해왕성의 달 트리톤은 희소 한 얼음이 많은 조합을 육성한다

에 의해 제미니 천문대 보이 스 2 얼음 표면에 보이는 간헐천에 의해 생산 된 어두운 줄무늬가있는 남극 지역을 보여주는 트리톤의 이미지. 크레딧 : NASA / JPL, 2019 년 5 월 22 일

제미니 천문대 (Gemini Observatory)를 사용하는 천문학 자들은 해왕성의 가장 큰 달인 트리톤 (Triton)을 연구하고 실험실을 초월하여 일산화탄소와 질소 얼음 사이의 특별한 결합을 관찰합니다. 이 발견은이 휘발성 혼합물이 간헐천을 통해 달 표면을 가로 질러 물질을 운반하고, 계절적인 대기 변화를 일으키고, 다른 먼 얼음이 많은 세계의 상황에 대한 컨텍스트를 제공 할 수있는 방법에 대한 통찰력을 제공합니다. 극단적 인 조건은 극단적 인 결과를 초래할 수 있습니다. 이 경우에는 해왕성의 추운 달 트리톤 (Triton)에서 단단한 얼음처럼 얼어 붙은 일산화탄소 (CO)와 질소 (N2)라는 두 가지 일반 분자가 흔히 결합되어 있습니다. 실험실에서 국제적인 과학자 팀은 일산화탄소와 질소 분자가 함께 결합되어 동시에 조화를 이루면 흡수되는 적외선의 특정 파장을 정확하게 지적했습니다. 개별적으로, 일산화탄소와 질소는 각각 고유 한 파장의 적외선을 흡수하지만, 얼음 혼합물의 직렬 식 진동은이 연구에서 확인 된 추가적인 파장에서 흡수됩니다. 칠레의 8m 제미니 남쪽 망원경을 사용하여 팀은 Triton에 이와 동일한 고유 한 적외선 신호를 기록했습니다. 이 발견의 열쇠는 오스틴 텍사스 대학과 한국 천문 연구원 (KASI)이 공동으로 지은 IGRINS (Immersion Grating Infrared Spectrometer)라는 고해상도 분광기입니다. 제미니 천문대와 IGRINS는 미국 국립 과학 재단 (NSF)과 KASI로부터 자금을 지원받습니다. "우리가 발견 한 얼음 지문의 지문은 완전히 합리적이었습니다. 특히 실험실에서 이러한 조합의 빛을 생성 할 수 있었기 때문에 다른 세계에서이 특정 파장의 적외선을 정확하게 찾아 낼 수있었습니다."라고 북부 애리조나 대학의 천체 물리학 교재의 스티븐 C. 테글 러 (Stephen C. Tegler) 국제 연구를 주도한 연구소. 연구 결과는 Astronomical Journal 에 게재 될 수 있도록 승인되었습니다 . 지구 대기에서 일산화탄소와 질소 분자는 가스가 아니라 얼음으로 존재합니다. 실제로 분자 질소는 우리가 숨을 쉬는 공기 중 지배적 인 가스이며 일산화탄소는 치명적일 수있는 희귀 한 오염 물질입니다. 그러나 멀리 떨어진 트리톤에서는 일산화탄소와 질소가 고체의 얼음처럼 얼어 붙습니다. 그들은 자신의 독립적 인 아이스를 형성 할 수 있거나 제미니 데이터에서 감지 된 얼음 혼합물에서 함께 응축 될 수 있습니다. 이 얼음 혼합물은 Toyon의 상징적 인 간헐천에 처음으로 보이저 2 우주선 이미지에서 멀리 떨어진 얼음이 많은 달 표면에 어둡고 바람에 날린 줄무늬가있는 것으로 보입니다.

쌍둥이 자리 남쪽 돔 내부에서 물고기 눈 렌즈와 함께 찍은이 멋진 사진은 그 고도의 마운트에 중첩 된 망원경을 보여줍니다. 그 망원경은 거대한 8 미터의 주경이 보일 정도로 충분히 높게 가리키고 있습니다. 크레디트 : 제미니 천문대 / AURA image by Manuel Paredes

Voyager 2 호 우주선은 1989 년 달의 남극 지역에서 처음으로 Triton의 간헐천을 잡았습니다. 그 이후로 이론은 폭발 물질의 가능한 원천 중 하나 인 내부 해양에 초점을 맞추 었습니다. 또는, 해가 여름에 Sun이 Triton의 표면에있는이 얇은 휘발성 얼음 층을 가열 할 때 간헐천이 분출 할 수 있습니다. 제미니 관찰에 의해 밝혀진 혼합 된 일산화탄소와 질소 얼음이 잠재적으로 포함됩니다. 그 얼음 혼합물은 또한 햇빛의 계절에 따라 변화하는 패턴에 반응하여 Triton의 표면 주위로 이동할 수 있습니다. "태양으로부터의 트리톤과 추운 온도 에도 불구하고 햇빛이 약하기 때문에 트리톤의 표면과 대기가 계절에 따라 크게 달라질 수 있습니다."라고 제미니 (Gemini)의 부국장이자 연구팀의 일원 인 헨리로 (Henry Roe)는 덧붙였다. "이 작품은 우리가 지구에서 매일 만나는 것과는 다른 외계인 환경에서의 복잡한 행성 과정을 이해하기 위해 실험실 연구와 망원경 관측을 결합하는 힘을 보여줍니다." 계절은 트리톤에서 천천히 진행됩니다. 해왕성이 태양을 도는 데 165 년이 걸립니다. Triton의 시즌은 40 년 조금 넘습니다. Triton은 2000 년 남부 여름 지점 표시를 통과하여 가을이 시작되기 전에 추가 연구를 수행하는 데 약 20 년 더 걸렸다. 앞으로 연구원들은이 발견들이 해왕성 너머의 다른 먼 세계들에서의 얼음 조성과 계절적 변화에 대해 밝힐 것으로 기대한다. 천문학 자들은 일산화탄소와 질소 얼음의 혼합이 Triton뿐만 아니라 New Horizons 우주선이 두 얼음이 공존한다는 것을 발견 한 명왕성에도 존재한다고 생각 해왔다. 이 쌍둥이 자리 발견은이 두 유형의 빛을 혼합하고 흡수하는 이들의 최초의 직접 분광학 적 증거입니다. 배경 트리톤 (Triton)은 우리 태양계의 주요 행성 지역의 차가운 바깥 쪽 가장자리에서 태양으로부터 8 번째 행성 인 해왕성 (Neptune) (지구에서 약 27 억 마일)을 공전시킵니다. 태양계의 유일한 큰 달은 "뒤로"궤도를 돌거나 그 행성의 자전과 반대 방향입니다. 특이한 움직임은 Triton이 태양계의 초기 역사에서 남은 부분 인 카이퍼 벨트 (Kuiper Belt)의 캡처 된 트랜스 - 네프 툰 (Trans Neptunian) 물체라는 것을 암시합니다. 그래서 왜소한 행성 명왕성과 Eris와 몇 가지 기능을 공유합니다. 크기 (약 2/3 달의 온도), 그리고 절대 온도가 0에 가까워지는 표면 온도; 우리가 지구상의 가스로 알고있는 일반적인 화합물은 너무 낮아서 얼음으로 동결됩니다. Triton의 대기는 지구보다 7 만 배 밀도가 낮으며 질소, 메탄 및 일산화탄소로 구성 됩니다. 그 표면은 두 개의 서로 다른 지형 휘발성 빙과 작곡 한 물에 의해 형성된 제 2 하나로 구성 나타나는 탄소 이산화물 얼린다. 분자 질소는 태양계가 형성 될 때 이용 가능한 가장 일반적인 질소 유형으로 생각된다 . 바깥 태양계에서 그 풍부함은 삶의 기본 요소 중 중요한 부분이므로 삶의 기원에 중요한 열쇠입니다.

추가 탐색 트리톤의 메탄과 일산화탄소의 여름 하늘 저널 정보 : Astronomical Journal 제미니 천문대에서 제공

https://phys.org/news/2019-05-neptune-moon-triton-fosters-rare.html

 

 

.양자 철근 : 태양 광 수확 페 로브 스카이 트 결정의 안정성을 향상시키는 양자점

에 의해 토론토 대학 Mengxia Liu는 안정성의 향상을 위해 유망한 태양 기술 인 페 로브 스카이 트 (perovskites)와 양자점 (quantum dots)을 결합하는 방법을 설명하는 Nature의 새로운 논문의 수석 저자입니다. 신용 : 한양 , 2019 년 5 월 22 일

토론토 대학교 공학 연구원은 차세대 태양 광 발전 기술에 대해 두 가지 새로운 기술을 결합하여 각각이 다른 기술을 안정화시키는 데 도움이된다는 것을 발견했습니다. 결과 하이브리드 재료는 사용할 수있는 방법을 곱하면 태양 에너지의 비용을 줄이기위한 주요 단계입니다. 오늘날 거의 모든 태양 전지는 고순도 규소로 만들어져 있습니다. 이것은 잘 정립 된 기술이며 최근에는 규모의 경제로 인해 제조 비용이 크게 떨어졌습니다. 그럼에도 불구하고, 실리콘은 효율의 상한선을 가지고있다. Ted Sargent 교수가 이끄는 팀은 실리콘이 방출 하지 않는 빛의 파장을 흡수하여 실리콘의 태양 수확 잠재력을 향상시킬 수있는 보완재를 추구하고 있습니다 . "연구실에서 추구하는 기술 중 두 가지는 페 로브 스카이 트 결정 과 양자점 입니다."라고 Sargent는 말합니다. "둘 다 솔루션 처리가 가능합니다. 저렴한 비용의 구부릴 수있는 태양 전지를 만들기 위해 유연한 플라스틱 위에 인쇄 할 수있는 '태양 잉크'를 상상해보십시오. 우리는 실리콘 태양 전지의 앞이나 뒤에 결합하여 더 멀리 나아갈 수 있습니다 효율을 향상 시키십시오. " 페 로브 스카이 트와 양자점 이 직면 한 주요 과제 중 하나 는 안정성입니다. 에서 실내 온도 , 페 로브 스카이 트 (perovskite)의 일부 유형은 3 차원의 조정을 경험 결정 구조 들을 투명-더 이상 완전히 태양 복사를 흡수하지 렌더링합니다. 양자점 은 패시베이션 층으로 알려진 얇은 층 으로 덮여 야합니다 . 이 층은 단 분자가 두껍기 때문에 양자점이 서로 달라 붙는 것을 방지합니다. 그러나 온도가 100 ℃를 넘으면 패시베이션 층이 파괴되어 양자점이 응집되거나 응집되어 빛을 모을 수있는 능력이 손상됩니다. Nature 지에 발표 된 논문 에서 Sargent 연구실의 연구자 팀은 페 로브 스카이 트와 양자점을 결합하여 양자를 안정화시키는 방법을보고합니다. "우리가 이것을하기 전에 사람들은 일반적으로 두 가지 과제를 개별적으로 해결하려고했습니다."라고이 신문의 수석 저자 인 Mengxia Liu는 말합니다. 케임브리지 대학의 박사후 과정 연구원 인 리우 (Liu)는 "연구는 페 로브 스카이 트와 양자점이 결합 된 하이브리드 구조의 성공적인 성장을 보여 주었다. "이것은 동일한 결정 구조를 공유한다면 두 물질이 서로 안정화 될 수있는 가능성을 고려해야 할 영감을주었습니다." Liu와 팀은 두 종류의 하이브리드 재료를 만들었습니다. 그 중 하나는 약 15 %의 페 로브 스카이 트 (perovskites)를 갖는 양자점 (quantum dot)이었으며, 빛을 전기로 바꾸기 위해 설계되었습니다. 다른 하나는 체적 당 15 % 미만의 양자점을 갖는 주로 페 로브 스카이 트 (perovskites) 였고, 예를 들어 발광 다이오드 (LED)의 일부로서 전기를 빛으로 변환시키는 데 더 적합하다. 연구팀은 페 로브 스카이 트가 많이 함유 된 물질이 주변 조건 (25C 및 30 % 습도) 하에서 6 개월 동안 안정적으로 유지되었으며 동일한 페 로브 스카이 트로 구성된 재료보다 약 10 배 더 오래 지속 되었음을 보여 주었다 . 양자점 재료는 100 ℃로 가열하면 나노 입자의 응집이 페 로브 스카이 트로 안정화되지 않은 경우보다 5 배 더 낮았다. "그것은 우리의 가설을 현저하게 증명했습니다."라고 Liu는 말합니다. "우리의 기대 이상으로 인상적인 결과였다." 새로운 종이는 이러한 종류의 하이브리드 재료가 안정성을 향상시킬 수 있다는 개념에 대한 개념 증명을 제공합니다. 미래에 Liu는 태양 전지 제조업체들이 아이디어를 받아서 기존의 실리콘과 동일한 기준을 모두 만족하는 솔루션으로 처리 된 태양 전지 를 만들기 위해 더 개선 할 수 있기를 희망합니다 . "산업 연구자들은 페 로브 스카이 트나 양자점을 형성하기 위해 다른 화학 원소를 사용하여 실험 할 수 있습니다."라고 Liu는 말합니다. "우리가 보여 주었던 것은 이것이 이러한 종류의 구조물의 안정성을 향상시키기위한 유망한 전략이라는 것입니다." "Perovskites는 태양 물질로 엄청난 잠재력을 보여 주지만, 재생 에너지 부문의 까다로운 요구 사항을 충족시킬 수있는 안정적이고 견고한 소재로 바꾸기 위해서는 기본적인 솔루션이 필요합니다." Jeffrey C. Grossman, Morton과 Claire Goulder, Environmental System의 가족 교수 및 연구에 관여하지 않은 Massachusetts Institute of Technology의 재료 과학 및 공학과 교수가 말했습니다. "토론토 연구는 안정한 페 로브 스카이 트 결정 단계의 이해와 성취를 진전시키는 흥미 진진한 새로운 방법을 보여줍니다." Liu는 화학, 물리학 및 그녀 자신의 재료 과학 분야를 포함한 많은 분야의 연구자들을 포함하는 팀의 협력 환경에 발견을 부분적으로 기여했습니다. "페 로브 스카이 트와 양자점은 뚜렷한 물리적 구조를 가지고 있으며 이러한 물질 들 사이의 유사성은 일반적으로 간과되어왔다. "이 발견은 우리가 다른 분야의 아이디어를 결합 할 때 일어날 수있는 것을 보여줍니다." 추가 탐

색 태양 전지 효율을 향상시키기 위해 주석 - 납 페 로브 스카이 트로 혼합 된 guanidinium thiocyanate 추가 자세한 정보 : Mengxia Liu et al. 격자 고정은 솔루션 처리 반도체를 안정화시킵니다 ( Nature (2019)). DOI : 10.1038 / s41586-019-1239-7 저널 정보 : 자연 Toronto 대학 제공

https://phys.org/news/2019-05-quantum-rebar-dots-stability-solar-harvesting.html

 

 

.과학자들은 최고 온도 초전도체에 대한 기록을 깨고

에 의해 시카고 대학 엑스레이의 데이터는 과학자들이 재료의 결정 구조 모델을 구축 할 수있게 해주었습니다. 신용 : Drozdov 외.2019 년 5 월 22 일

시카고 대학의 과학자들은 지금까지 기록 된 최고 온도에서 전기를 완벽하게 전도 할 수있는 초전도성을 발견 한 국제 연구 팀의 일원입니다. 연구진은 UChicago와 제휴 한 Argonne National Laboratory에서 첨단 기술을 사용하여 약 23 도의 온도 (섭씨 영하 9도, 250K) 에서 초전도성 을 관찰하는 재료 를 연구 했다. 이전에 확인 된 기록. 초전도는 극도로 높은 압력 하에서도 발생하지만 결과는 과학자들이 첨단 기술에 사용할 수있는 궁극적 인 목표 인 실온에서 초전도를 만드는 데있어 큰 진보를 나타냅니다. 결과는 5 월 23 일 Nature 지에 게재되었습니다 . 시카고 대학교의 연구 교수 인 비탈리 프라 카펜 카 (Vitali Prakapenka)와 시카고 대학의 박사후 학자 인이란 그린버그 (Eran Greenberg)는이 공동 연구의 공동 저자이다. 구리선이 고무 튜브보다 전기를 잘 전달하는 것과 같이 특정 종류의 물질이 초전도가되는 것과 같이 두 가지 주요 특성으로 정의되는 상태가 더 낫습니다.이 물질은 전류에 대한 제로 저항을 제공하고 자기장에 의해 침투 될 수 없습니다. 잠재적 인 용도는 전류가 감소하지 않는 전선, 초고속 수퍼 컴퓨터 및 효율적인 자기 부상 열차입니다. 그러나 과학자들은 초기에는 섭씨 240도에서 섭씨 영하 73도까지 매우 낮은 온도로 냉각되었을 때만 초전도 물질을 만들 수있었습니다. 이러한 냉각은 비용이 많이 들기 때문에 전세계의 어플리케이션이 제한되어 있습니다. 최근의 이론적 인 예측에 따르면 초전도 수 소화물의 새로운 종류의 재료가 고온 초전도를위한 길을 열 수 있다는 것을 보여주었습니다. 독일의 Max Planck Institute for Chemistry의 연구원은 시카고 대학의 연구원과 협력하여 란타늄 초 하이드 리드 (lanthanum superhydrides)라고 불리는 물질 중 하나를 만들고, 초전도성을 테스트하고, 구조와 조성을 결정했습니다. 과학자들은 Argonne National Laboratory의 Advanced Photon Source에서 구조를 연구하기 위해 X 선을 이용한 새로운 초전도 재료 샘플을 폭격했다. 엑스레이 형광은 샘플 (중앙)에서 녹색을 띄게 만듭니다. 신용 : Drozdov 외. 유일하게 포착 된 자료는 150-170 기가 파스칼, 즉 해수면 압력이 150 만 배 이상으로 매우 높은 압력하에 놓여 야 할 필요가 있다는 것이 었습니다. 이 고압 조건 하에서 만 재료가 새로운 시료 온도에서 초 미량을 나타내는 작은 시료를 몇 초 만에 나타냈다. 실제로이 물질은 초전도성을 증명하는 데 필요한 4 가지 특성 중 3 가지를 보여주었습니다. 즉, 전기 저항을 떨어 뜨리고 외부 자기장 하에서 임계 온도를 낮추며 일부 원소를 다른 동위 원소로 대체 ​​할 때 온도 변화를 나타냅니다. 재료가 자기장을 방출하는 마이스 너 (Meissner) 효과라고하는 네 번째 특성은 감지되지 않았습니다. 이것은 물질이 너무 작아서이 효과가 관찰되지 않았기 때문이다. 그들은 Argonne National Laboratory의 Advanced Photon Source를 사용했습니다.이 실험실은 더 나은 배터리에서 지구의 깊은 내부를 이해하고 재료를 분석하는 데 이르기까지 모든 분야에서 획기적인 발전을 가능하게 한 초 고휘도, 고 에너지 X 선 빔을 제공합니다. 실험에서 시카고 대학교의 방사선 선원 센터 (Center for Advanced Radiation Sources)의 연구원은 두 개의 작은 다이아몬드 사이에있는 작은 샘플을 압축하여 필요한 압력을 가한 다음 빔라인의 X 선을 사용하여 구조와 구성을 조사했습니다. 실험을 수행하는 데 사용 된 온도가 전세계 여러 곳의 정상 범위 내에 있으므로 실내 온도 또는 섭씨 0도 이상의 궁극적 인 목표를 달성 할 수 있습니다. 이 팀은 이미 더 합리적인 조건에서 초전도성을 만들 수있는 새로운 재료를 찾기 위해 계속 협력하고 있습니다. "우리의 다음 목표는 샘플을 합성하고, 임계 온도 를 주변 환경에 가깝게 만들고, 고압에서 합성 될 수있는 샘플을 만들지 만 정상 압력에서 여전히 초전도체를 만드는 데 필요한 압력 을 줄이는 것입니다."라고 Prakapenka는 말했습니다. "우리는 새롭고 종종 예상치 못한 발견을 가져올 수있는 새롭고 흥미로운 화합물을 계속해서 찾고 있습니다." 추가 탐색 연구원들은 실온 부근에서 초전도의 새로운 증거를 발견했습니다.

추가 정보 : AP Drozdov et al. 고압 하에서 란탄 수 소화물에서 250 K에서의 초전도, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-1201-8 저널 정보 : 자연 시카고 대학 제공

https://phys.org/news/2019-05-scientists-highest-temperature-superconductor.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

 

 

.Scanning Doppler Lidar를 이용한 행성 경계층 바람의 측정

박수진 1, 제1저자 연구원

 

박수진 1, 김상우 1 세 *OrcID, 박문수 2OrcID과 송창근 3 1 서울 대학교 지구 환경 과학부 08826 2 한국 외국어 대학교 대기 과학 연구소, 용인 17035 삼 울산 국립 기술 대학교 도시 환경 공학부 울산 44919 * 서신을 처리해야하는 작성자. 접수 : 2018 년 6 월 19 일 / 개정 : 2018 년 8 월 7 일 / 수락 : 2018 년 8 월 8 일 / 게시일 : 2018 년 8 월 10 일 (이 기사는 대기 경계층 특집 원격 감지 (Remote Sensing of Atmospheric Boundary Layer )에 속한다. 전체 텍스트 | PDF [4697 KB, 2018 년 8 월 11 일 업로드 됨] | 피규어

추상

유성 경계층 (PBL)에서 바람 프로파일의 정확한 측정은 수치 기상 예측뿐만 아니라 대기 품질 모델링에서도 중요합니다. 스캐닝 도플러 광 검출 및 거리 측정 (라이더) 측정을 사용하는 두 가지 바람 검색 방법을 비교하고 동시 라디오 존데 음향으로 검증했습니다. 17 개의 라디오 존데 (radiosonde) 사운드 프로파일을 비교해 보면 사인 피팅 방법이 더 많은 수의 데이터 포인트를 검색 할 수 있다는 것을 보여 주었지만 특이 값 분해 방법은 바이어스 (0.57 ms -1 )와 평균 제곱근 오차 (1.75 ms -1)와 라디오 존데 soundings. 속도 방위각 디스플레이 스캔을 얻기 위해 방사 속도의 평균 시간 간격을 15 분으로 늘리면 소음에 대한 평균 신호 효과로 인해 라디오 존데 소리와 더 잘 일치하게됩니다. 나란히 놓인 윈드 도플러 라이더와 에어러솔 미사 산란 라이저에서 동시에 측정 한 결과 PBL 바람의 시간적 변화와 PBL 내 에어러솔의 수직 분포가 나타났다.

https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261

 

 

.작은 눈금에서 빛을 조작하는 'Metasurfaces'는 소비자 기술 분야에서 활용 될 수 있습니다

Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology MIT의 수학자들은 특정 방법으로 빛을 조작하는 평평한 렌즈를 생성하기 위해 수천 개의 개별적인 미세한 피처의 이상적인 배열을 metasurface에서 신속하게 결정하는 기술을 개발했습니다. 팀은 수백만 개의 기능이 새겨진 메타 표면을 설계했습니다. 렌즈의 확대 된 이미지는 개별 기능을 보여 주며 각 기능은 특정 방식으로 에칭되어 원하는 광학 효과를냅니다. 제공 : Zin LIn,2019 년 5 월 22 일

우리 대부분은 광학 렌즈를 구부러진 투명한 플라스틱 또는 유리 조각으로 알고 있습니다. 현미경, 안경, 카메라 등의 조명에 초점을 맞추도록 설계되었습니다. 대부분의 경우, 렌즈의 곡선 형은 수세기 전에 발명 된 이후로 많이 변하지 않았습니다. 그러나 지난 10 년 동안 엔지니어들은 전통적인 곡면 렌즈가 할 수있는 것보다 훨씬 많은 빛을 낼 수있는 " 메타 표면 (metasurfaces) " 이라는 평평하고 초박 인 물질을 만들었습니다 . 엔지니어는 하나의 인간 머리카락의 너비보다 수백 배 작은 개별 기능을 이러한 메타 표면에 에칭하여 표면 전체가 빛을 매우 정밀하게 산란시킬 수있는 패턴을 만듭니다. 그러나 어려운 점은 원하는 광학 효과 를 내기 위해 어떤 패턴 이 필요한지 정확하게 파악하는 것 입니다 . 그것은 MIT 수학자가 해결책을 제시 한 곳입니다. 이번 주 Optics Express 에서 발표 한 연구 에서 팀은 특정 방식으로 빛을 조작하는 평평한 렌즈를 생성하기 위해 수백만 개의 개별적인 미시적 피처의 이상적인 구성과 메타 서페이스상의 배열을 신속하게 결정하는 새로운 계산 기술을보고합니다. 이전 연구에서는 가능한 반지름이 다른 원형 구멍과 같은 미리 결정된 모양의 조합으로 가능한 패턴을 제한함으로써이 문제를 공격했지만,이 방법은 잠재적으로 만들 수있는 패턴의 극히 일부만 탐구합니다. 새로운 기술은 각각의 특징이 20 나노 미터 너비를 넘지 않는다는 점을 감안할 때, 1 평방 센티미터 (상대적으로 광대 한 영역) 인 대규모 광학 표면의 임의의 패턴을 효율적으로 설계 한 최초의 기술입니다 . MIT의 수학 교수 인 스티븐 존슨 (Steven Johnson)은 계산 기술이 원하는 광학 효과의 범위에 대한 패턴을 빠르게 찾아 낼 수 있다고 말한다. "몇 가지 서로 다른 색으로 잘 작동하는 렌즈가 필요하거나 빛을 찍어서 한 곳에 집중시키는 것이 아니라 광선이나 일종의 홀로그램 또는 광학 함정을 만드는 것이 좋다고합시다."라고 Johnson은 말합니다. "당신이하고 싶은 것을 우리에게 말해 줄 수 있습니다.이 기술은 당신이 만들어야 할 패턴을 생각해 낼 수 있습니다." Johnson의 공동 저자는 Zin Lin, Raphaël Pestourie, Victor Liu와 같은 주요 저자입니다.

픽셀 단위

단일 메타 표면은 일반적으로 나노 미터 크기의 작은 픽셀로 나뉩니다. 각 픽셀 은 에칭되거나 남아있을 수 있습니다. 에칭 된 것들은 여러 다른 패턴을 형성하기 위해 함께 사용될 수 있습니다. 지금까지 연구자들은 수십 마이크로 미터를 측정하는 소형 광학 장치의 가능한 픽셀 패턴을 찾아내는 컴퓨터 프로그램을 개발했습니다. 이러한 작고 정밀한 구조는 예를 들어, 초소형 레이저에서 빛을 트랩하고 직접 전달하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 작은 장치의 정확한 패턴을 결정하는 프로그램은 Maxwell의 방정식을 해결함으로써 - 장치의 모든 단일 픽셀을 기반으로 빛의 산란을 설명하는 기본 방정식 세트를 만든 다음 패턴을 픽셀 단위로 조정합니다. 구조는 원하는 광학 효과를 생성합니다. 그러나 존슨은이 픽셀 별 시뮬레이션 작업이 밀리미터 또는 센티미터를 측정하는 대규모 표면에서는 거의 불가능하다고 말합니다. 컴퓨터는 더 큰 표면적으로 더 많은 픽셀을 가지고 작업해야 할뿐만 아니라 결국 가능한 최적의 패턴에 도달하기 위해 여러 가지 가능한 픽셀 배열을 여러 번 시뮬레이션해야합니다. "

전체 구조를 캡처 할 수있을 정도로 큰 스케일로 시뮬레이션해야하지만 세부 사항을 캡처 할 수있을 정도로 작아야합니다."라고 Johnson은 말합니다. "이 조합은 당신이 직접 공격한다면 엄청난 계산상의 문제입니다 지구상에서 가장 큰 슈퍼 컴퓨터를 던졌고 많은 시간을 보냈다면 이러한 패턴 중 하나를 시뮬레이션 할 수있었습니다. 힘."

오르막 검색

Johnson의 팀은 이제 대규모 메타 표면에 필요한 픽셀 패턴을 효율적으로 시뮬레이트하는 지름길을 제시했습니다. 연구자들은 1cm2 크기의 모든 나노 미터 크기의 픽셀에 대해 맥스웰의 방정식을 푸는 대신 픽셀 팻치에 대해이 방정식을 풀었다. 그들이 개발 한 컴퓨터 시뮬레이션은 평방 센티미터의 임의로 에칭 된 나노 미터 크기의 픽셀로 시작합니다. 그들은 표면을 픽셀 그룹 또는 패치 그룹으로 나누고 맥스웰 방정식을 사용하여 각 패치가 빛을 어떻게 뿌려주는지 예측했습니다. 그런 다음 패치 솔루션을 대략 "스티치"하여 전체적으로 무작위로 에칭 된 표면에서 빛이 어떻게 산란하는지 확인했습니다. 연구자는이 시작 패턴에서 토폴로지 최적화 라고하는 수학적 기법을 적용 하여 최종 반복적 인 작업을 통해 각 패치의 패턴을 조정하여 최종적인 전체 표면 또는 토폴로지가 원하는 방식으로 빛을 산란시킬 때까지 적용했습니다. 존슨은 눈을 가린 언덕 위로 올라가는 길을 찾는 시도에 비유합니다. 원하는 광학 효과를 내기 위해서는 패치의 각 픽셀이 달성되어야하는 최적의 에칭 패턴을 가져야합니다. 이것은 은유 적으로 피크로 생각할 수 있습니다. 패치의 모든 픽셀에 대해이 피크를 찾는 것은 토폴로지 최적화 문제로 간주됩니다. "각 시뮬레이션에서 각 픽셀을 미세 조정할 수있는 방법을 찾고 있습니다."라고 Johnson은 말합니다. "그런 다음 당신은 당신이 재현 할 수있는 새로운 구조를 가지고 있으며, 피크 또는 최적화 된 패턴에 도달 할 때까지 오르막으로 갈 때마다이 과정을 계속합니다." 이 팀의 기술은 대형 메타 표면에 직접 적용 할 경우 사실상 다루기 힘든 전통적인 픽셀 별 접근법과 비교하여 불과 몇 시간 만에 최적의 패턴을 식별 할 수 있습니다. 연구자들은 기술을 사용하여 여러 가지 "메타 장치"또는 임의의 방향에서 들어오는 빛을 받아 단일 지점에 초점을 맞추는 태양 집광기와 다양한 색소를 포함한 다양한 광학 특성을 가진 렌즈에 대한 광학 패턴을 신속하게 고안했습니다. 산란 광 동일 중심으로 동일한 시점에, 상이한 파장 또는 색을. 존슨은 "카메라에 렌즈가 있으면 초점을 맞추면 모든 색상을 동시에 집중해야합니다. "적색은 초점이 맞추어 져서는 안되며 푸른 색은 초점이 맞지 않아야한다. 그래서 같은 색으로 모든 색을 산란시키는 패턴을 만들어 내야한다. 그래서 그들은 똑같은 위치에 들어간다. 그리고 우리의 기술은 올 수있다. 그렇게하는 미친 패턴으로. " 앞으로 연구원들은 기술이 매핑되는 복잡한 패턴을 만들 수있는 엔지니어와 협력하여보다 정확한 핸드폰 렌즈 및 기타 광학 응용 프로그램을위한 대형 메타 표면을 제작할 수 있습니다. "이 표면은 스스로를 운전하는 자동차의 센서 또는 향상된 광학이 필요한 증강 현실로 생산 될 수 있습니다."라고 Pestourie는 말합니다. "이 기술을 사용하면 훨씬 더 까다로운 광학 디자인을 다룰 수 있습니다." 추가 탐색 메타 표면의 대량 생산 더 자세한 정보 : Zin Lin et al. 자유형 대 면적 metasurfaces의 토폴로지 최적화, Optics Express (2019). DOI : 10.1364 / OE.27.015765 저널 정보 : Optics Express 메사추세츠 공과 대학교 제공

 

 

.3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포

 

논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,

June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.

 

소개

세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5  μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇  습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.

https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf