Artículo de una semana "Introducción a la Naturaleza" (publicado en 20220317)

Nature, 17 de marzo de 2022, volumen 603, número 7901

Nature, 17 de marzo de 2022, volumen 603, número 7901.

Química

Oscilación láser de alta resolución de helio antiprotón en 4He superfluido

Oscilación láser de alta resolución de helio antiprotón en 4He superfluido

Autores: Anna Só tér, Hossein Aghai-Khozani y otros.

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/articles/s 41586-022-04440-7

Resumen

Aquí mostramos que cuando un Cuando extraño Los átomos de helio con un componente antiprotón están incrustados en helio superfluido, sus líneas de longitud de onda visibles mantienen anchos de línea subgigahercios. Cuando el líquido alrededor de los átomos se convierte en una fase superfluida, el ancho de línea vibratoria del láser antiprotón disminuye repentinamente.

Esto resuelve la estructura hiperfina producida por la interacción espín-espín de los electrones con los antiprotones, con una resolución espectral relativa de 106, aunque el antiprotón helio se localiza en la matriz densa de los átomos de materia normal. Durante la excitación láser, la capa electrónica de los átomos de antiprotón mantiene un radio pequeño de unos 40 picómetros.

Esto significa que otros átomos de helio con mesones e hiperones antinucleares y cargados negativamente, incluidos los quarks exóticos formados en helio superfluido, pueden estudiarse con espectroscopía láser de alta resolución espectral para identificar la calidad de las partículas. Las líneas espectrales claras pueden detectar antiprotones de rayos cósmicos y buscar deuterio atrapado en objetivos de helio líquido.

Resumen

Aquí mostramos que cuando un átomo de helio extraño que contiene un antiprotón se incrusta en helio superfluido, sus líneas espectrales de longitud de onda visible mantienen anchos de línea por debajo de los gigahercios. Cuando el líquido que rodea los átomos pasa a una fase superfluida, se observa una disminución repentina en el ancho de línea de la resonancia del láser antiprotón. Esto resuelve la estructura hiperfina causada por la interacción espín-espín entre electrones y antiprotones, con una resolución espectral relativa de 106 partes, a pesar de que el helio antiprotón existe en una matriz densa de átomos de materia normal. Durante la excitación del láser, la capa electrónica de los átomos de antiprotón mantiene un pequeño radio de unos 40 picómetros. Esto significa que otros átomos de helio que contienen antinúcleos, así como mesones e hiperones cargados negativamente, incluidos los quarks exóticos formados en helio superfluido, pueden estudiarse mediante espectroscopia láser de alta resolución espectral para determinar la masa de la partícula. Las líneas espectrales nítidas podrían ayudar a detectar antiprotones de rayos cósmicos o buscar antineutrinos atrapados en un objetivo de helio líquido.

Propiedades antioxidantes autoajustables asistidas por plano del Cu(111)

Cu(111), un material de película fina de cobre con superficie plana y antioxidante autoajustable.

Autores: Sujae Kim, Yong in Kim, Bip in Lamichane, etc.

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/articles/s 41586-021-04375-5 # sec 9

Resumen

La oxidación reducirá el cobre Rendimiento, el rendimiento del cobre es muy importante para su uso, especialmente en la industria de semiconductores y aplicaciones electroópticas. Aquí, demostramos la preparación de películas de cobre semipermanentemente resistentes a la oxidación porque consisten en superficies planas con solo pasos ocasionales de un solo átomo. Los cálculos de primeros principios demuestran que los bordes de los pasos de un solo átomo no se ven afectados por el oxígeno tanto como las superficies planas. Una vez que la cobertura de la posición de la superficie del FCC cúbico centrado en la cara del oxígeno alcanza 50, se inhibe la adsorción superficial de los átomos de oxígeno. Estos efectos combinados explican la excepcional resistencia a la oxidación de las superficies de cobre ultraplanas.

Resumen

La oxidación puede afectar las propiedades del cobre que son críticas para su uso, especialmente en la industria de semiconductores y aplicaciones electroópticas. Aquí, informamos la preparación de películas de cobre que son semipermanentemente resistentes a la oxidación porque consisten en superficies planas con solo pasos ocasionales de un solo átomo. Los cálculos de primeros principios confirman que los bordes de los escalones de un solo átomo son tan impermeables al oxígeno como las superficies planas, y que la adsorción superficial de átomos de oxígeno se suprime una vez que la cobertura del sitio de la superficie cúbica centrada en las caras (fcc) de oxígeno alcanza 50.

Estos efectos combinados explican la resistencia superior a la oxidación de las superficies de cobre ultraplanas.

Física Física

Uso de ordenadores cuánticos para resolver Monte Carlo cuántico de fermiones parciales

Monte Carlo cuántico de fermiones imparciales y ordenadores cuánticos

Autores: William J. Huggins, Brian A. O'Gorman, Nicholas C. Rubin, David R. Reichman, Ryan Babush y Jun-ho Lee

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/articles/s 41586 -021-04351-z

Resumen

El uso de restricciones para controlar el símbolo de Fermi garantiza la eficiencia de los cálculos cuánticos de Monte Carlo (QMC), pero a costa de las desviaciones significativas que pueden ocurrir debido a la flexibilidad limitada de los cálculos clásicos.

Aquí proponemos un método que combina QMC y computación cuántica para reducir este sesgo. Nuestro esquema se implementó en experimentos. Usamos hasta 16 qubits para calcular QMC imparcial y estos cálculos se realizaron en sistemas químicos con hasta 120 orbitales.

Estos experimentos representan las simulaciones químicas más grandes jamás realizadas con la ayuda de computadoras cuánticas y, al mismo tiempo, logran una precisión que compite con los métodos clásicos de última generación sin reducir la carga de errores.

En comparación con los populares solucionadores cuánticos de componentes variables, nuestro modelo computacional híbrido cuántico clásico proporciona un camino alternativo hacia una ventaja cuántica práctica para problemas de estructuras electrónicas que no requiere una preparación muy precisa ni medir la función de onda del estado fundamental.

Resumen

Debido a la flexibilidad limitada de los cálculos clásicos, el control restringido del problema del signo del fermión garantiza la eficiencia del QMC a expensas de sesgos potencialmente significativos. Aquí, proponemos un método que combina QMC restringido y computación cuántica para reducir este sesgo. Implementamos experimentalmente nuestro esquema utilizando hasta 16 qubits para aliviar los cálculos QMC con sesgo restringido realizados en sistemas químicos con hasta 6 5438 020 orbitales. Estos experimentos representan las simulaciones químicas más grandes jamás realizadas con la ayuda de computadoras cuánticas, al tiempo que logran una precisión comparable a los métodos clásicos de última generación sin una engorrosa mitigación de errores. En comparación con varios solucionadores propios cuánticos populares, nuestro modelo computacional cuántico clásico híbrido proporciona una forma alternativa de obtener ventajas cuánticas prácticas en problemas de estructuras electrónicas sin requerir una preparación y medición muy precisas de la función de onda del estado fundamental.

Fuerte propagación del viento en dispositivos inalámbricos sin batería

Dispositivos inalámbricos sin batería con dispersión del viento

Autores: Vikramier, Hans Gainsbauer, Thomas Daniel;

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/articles/s 41586-021-04363-9

Resumen

Las plantas cubren una gran porción de la masa terrestre de la Tierra , aunque la mayoría de las especies son inmóviles. Para transportar y reproducir a su descendencia, muchas plantas han desarrollado mecanismos para dispersar semillas por el viento.

Por ejemplo, las semillas de diente de león tienen estructuras filamentosas y erizadas que ralentizan su velocidad terminal y ayudan a posicionarlas cuando flotan hasta el suelo. Inspirándonos en esto, presentamos aquí un dispositivo inalámbrico de detección de dispersión del viento sin batería. Nuestro dispositivo de escala milimétrica pesa 30 miligramos y se basa en un sustrato flexible que utiliza componentes programables y disponibles en el mercado para proporcionar escalabilidad y flexibilidad para una variedad de aplicaciones informáticas y de detección.

El sistema funciona con células solares livianas y circuitos de recolección de energía. El circuito es muy estable en condiciones de iluminación baja y variable y tiene un enlace de comunicación de retrodispersión para permitir la transmisión de datos.

Para lograr la dispersión de área grande y el aterrizaje vertical necesarios para la recolección de energía solar, desarrollamos una estructura porosa de película delgada inspirada en el diente de león con una velocidad terminal de 0,87 ± 0,02 m/s, estabilidad aerodinámica y una vertical. probabilidad de aterrizaje de más de 95 . Los resultados experimentales en entornos exteriores muestran que estos dispositivos pueden moverse de 50 a 100 metros con una brisa de moderada a normal.

Finalmente, en los sistemas naturales, las diferencias morfológicas en las semillas individuales hacen que algunas semillas caigan más juntas mientras que otras se extienden más.

Adoptamos un enfoque similar y mostramos cómo podemos ajustar la porosidad y el diámetro de la estructura para lograr cambios de dispersión entre dispositivos.

Resumen

Las plantas cubren una gran parte de la masa terrestre de la Tierra, aunque la mayoría de las especies tienen una movilidad limitada. Para transportar sus propágulos, muchas plantas han desarrollado mecanismos para utilizar el viento para dispersar sus semillas. Por ejemplo, una semilla de diente de león tiene una estructura de filamentos erizados que reduce su velocidad terminal y ayuda a orientar la semilla mientras flota hacia el suelo. Inspirándonos en esto, demostramos la propagación del viento mediante un dispositivo sensor inalámbrico sin batería. Nuestro equipo milimétrico pesa 30? Mg, diseñado con dispositivos programables disponibles en el mercado sobre sustratos flexibles, proporciona escalabilidad y flexibilidad para una variedad de aplicaciones informáticas y de detección. El sistema se alimenta mediante células solares livianas y circuitos de recolección de energía que son resistentes a condiciones de poca luz y luz variable, con un enlace de comunicaciones de retrodispersión que respalda la transmisión de datos. Para lograr la dispersión de área grande y el aterrizaje vertical necesarios para la recolección de energía solar, desarrollamos una estructura porosa de película delgada inspirada en el diente de león que logró una velocidad terminal de 0,87? 0,02?metros? por segundo y estabilidad aerodinámica, la probabilidad de aterrizaje vertical supera el 95. Los resultados de nuestras pruebas en entornos exteriores indican que estos dispositivos pueden funcionar entre 50 y 100? metros en la brisa. Finalmente, en los sistemas naturales, las diferencias en la morfología de las semillas individuales hacen que algunas semillas caigan más juntas, mientras que otras se separan más. Adoptamos un enfoque similar y mostramos cómo se pueden ajustar la porosidad y el diámetro de la estructura para lograr cambios de dispersión entre dispositivos.

Ciencias de la Tierra

Aumento limitado de las reservas de carbono de la sabana durante décadas de extinción de incendios

Las reservas de carbono de la sabana en décadas sin crecimiento de incendios son limitadas.

Autor: Yong Zhou, Jania Singer, John R. Butenauer, Colley Cortsey, Peter B. Boucher, Madelon F. Case, Evan G. ·Hockridge, Andrew B. Davis

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/articles/s 41586-022-04438-1

Resumen

Aquí proporcionamos la primera evaluación directa de toda la respuesta al carbono del ecosistema de un humedal africano que ha estado libre de incendios durante 60 años.

Encontramos que la extinción de incendios solo aumentó el almacenamiento de carbono de todo el ecosistema en 35,4 · 12 (error estándar de la media). Incluso si la cobertura de árboles aumentó en 78,9 · 29,3, el beneficio total correspondiente fue de 23,0 · 6,1 Mg. ? ¿do? ¿Ha 1 tiene un promedio de aproximadamente 0,35 ± 0,09 mg? ¿do? Ha 1 año 1, menor de lo que se pensaba anteriormente.

Hay mucho carbono debajo de la sabana que a menudo se quema, especialmente en la biomasa y el suelo profundo. Estos embalses subterráneos no se consideran plenamente en los planes de reforestación o extinción de incendios, pero esto puede significar que el potencial de almacenamiento de la sabana durante diez años sea insignificante, especialmente en comparación con la posterior pérdida de biodiversidad y funcionalidad.

Resumen

Aquí proporcionamos respuestas de carbono de todo el ecosistema sobre 60? Exclusión de incendios plurianual en las sabanas de África Central. Descubrimos que a pesar de un aumento de 78,9±29,3 en la cubierta forestal, la extinción de incendios solo aumentó las reservas generales de carbono del ecosistema en 35,4±12 (un error estándar), equivalente a un beneficio total de 23,0±6,1? ¿MG? ¿do? El promedio ha 1 es de alrededor de 0,35 0,09? ¿MG? ¿do? ha 1?1 año, que es más de un orden de magnitud menor de lo que se suponía anteriormente. Las sabanas que se queman con frecuencia tienen grandes cantidades de carbono subterráneo, particularmente en la biomasa y los suelos profundos. Estos reservorios subterráneos no se consideran adecuadamente en los planes de reforestación o extinción de incendios, pero esto puede significar que el potencial de secuestro de la sabana a diez años sea insignificante, especialmente dada la pérdida de biodiversidad y funcionalidad que la acompaña.

Química

Las nuevas emisiones del cambio de uso de la tierra muestran que la proporción de dióxido de carbono en el aire está disminuyendo

Las nuevas emisiones del cambio de uso de la tierra muestran la proporción de carbono El dióxido del aire está cayendo.

Autores: Margaret J.E. Van Mahler, Dave Van Weiss, Richard A. Horton, Robert D. Field, Jane Websell y Gui many. Van der Werff

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/articles/s 41586-021-04376-4

Resumen

Aquí tenemos los datos de visibilidad utilizado para construir un conjunto de datos de emisiones de áreas clave de deforestación de Uso de la Tierra y Cambio de Cobertura Suelo (LULCC). Estas observaciones de visibilidad están relacionadas con las emisiones de incendios, que están relacionadas con el uso de la tierra, el cambio de uso de la tierra y el cambio climático. Aunque esto es indirecto, proporciona un conjunto de datos consistentes a largo plazo sobre las emisiones de LULCC, lo que muestra que las emisiones provenientes de la deforestación tropical han aumentado significativamente desde que comenzaron las mediciones de concentración de CO2 en 1958.

Hasta ahora, se cree que estas emisiones son relativamente estables, lo que da como resultado una proporción cada vez mayor en el aire. Sin embargo, nuestros resultados muestran que la cantidad de CO2 en la atmósfera ha disminuido en 0,0140,010 década 1 desde 1959. Esto sugiere que el sumidero combinado tierra-océano está creciendo al menos tan rápido como las emisiones antropogénicas.

Resumen

Aquí construimos un conjunto de datos de emisiones LULCC utilizando datos de visibilidad de áreas clave de deforestación. Estas observaciones de visibilidad son un indicador de las emisiones de incendios, que a su vez están relacionadas con el uso de la tierra, el cambio de uso de la tierra y el cambio climático. Aunque indirecto, esto proporciona un conjunto de datos consistentes a largo plazo sobre el uso de la tierra, el cambio de uso de la tierra y las emisiones del cambio climático, que muestra un gran aumento en las emisiones de la deforestación tropical (0,16?Pg?c?Década 1) desde 1958 para el CO2 desde la concentración medición. Hasta ahora, se cree que estas emisiones son relativamente estables, lo que da como resultado una mayor proporción de transmisión aérea. Sin embargo, nuestros resultados indican que la cantidad de dióxido de carbono en el aire ha disminuido en 0,014 ± 1 decimal desde 1959. Esto sugiere que la absorción total por tierra y océano está creciendo al menos tan rápido como las emisiones antropogénicas.