Sign in to follow this
Followers
0
Zasilany fotosyntezą procesor działa od roku bez przerwy
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Co łączy uniwersyteckie laboratorium w Chicago, gdzie naukowcy schładzają atomy do temperatury bliskiej zeru absolutnemu, uzyskując egzotyczny stan materii, z widocznymi przez okna drzewami uzyskującymi energię z fotosyntezy? Pozornie nic, ale najnowsze badania prowadzone na University of Chicago sugerują, że to, co robią naukowcy i to, co robią drzewa, może być bardziej podobne, niż nam się wydaje. Uczeni poinformowali właśnie na łamach PRX Energy, że znaleźli podobieństwa na poziomie atomowym pomiędzy fotosyntezą a kondensatami ekscytonowymi, niezwykłym stanem materii, który pozwala na bezstratne przesyłanie energii przez materiał. Odkrycie to może prowadzić do znacznego udoskonalenia elektroniki.
O ile nam wiadomo, nikt wcześniej nie zauważył tych podobieństw, a to, co odkryliśmy jest niezwykle ekscytujące, mówi współautor badań, profesor David Mazziotti.
Laboratorium Mazziottiego specjalizuje się w modelowaniu niezwykle złożonych interakcji pomiędzy atomami i molekułami. Przed trzema laty wykazano tam na przykład, że możliwe jest istnienie podwójnego kondensatu fermionów i ekscytonów, a spostrzeżenie to może zrewolucjonizować obrazowanie medyczne.
W ostatnim czasie Mazziotti oraz Anna Schouten i LeeAnn Sager-Smith modelowali zjawisko fotosyntezy na poziomie molekularnym. Gdy foton ze Słońca uderza w liść, dochodzi do wyładowania w specjalnej molekule. Energia tego wyładowania uwalnia elektron. Następnie elektron ten, wraz z dziurą, w której był, wędrują przez liść, przenosząc energię do miejsca, w którym rozpoczyna ona reakcję chemiczną wytwarzającą cukry odżywiające roślinę. Ta wędrująca para elektron-dziura zwana jest ekscytonem. Gdy naukowcy stworzyli model przemieszczania się wielu takich ekscytonów, zauważyli znany sobie wzorzec. Okazało się, że ekscytony w liściu czasem zachowują się bardzo podobnie do kondensatu Bosego-Einsteina, zwanego czasem piątym stanem materii.
W kondensacie Bosego-Einsteina cząstki zachowują się jak jedna cząstka. Dzięki temu w materiale takim energia może być przemieszczana bez strat. Zaobserwowanie takiego stanu materii podczas fotosyntezy to olbrzymie zaskoczenie, gdyż dotychczas kondensat Bosego-Einsteina obserwowano w bardzo niskich temperaturach. Naukowcy mówią, że to tak, jakbyśmy obserwowali kostki lodu tworzące się w filiżance gorącej kawy. Fotosynteza zachodzi w systemach w temperaturze pokojowej. Co więcej, struktura takich systemów jest nieuporządkowana. To warunki całkowicie odmienne od dziewiczych krystalicznych materiałów i niskich temperatur, w jakich uzyskuje się kondensaty elektronowe, mówi Schouten.
Zaobserwowane zjawisko nie obejmuje całego systemu, w którym dochodzi do fotosyntezy. Bardziej przypomina pojawiające się „wyspy” kondensatu. To jednak wystarczy, by zwiększyć transfer energii w systemie, wyjaśnia Sager-Smith. Z modelu wynika, że te „wyspy” podwajają wydajność całego procesu.
Profesor Mazziotti jest zadowolony z odkrycia i mówi, że otwiera ono nowe możliwości w dziedzinie syntezy materiałów na potrzeby technologii przyszłości. Idealny kondensat ekscytonowy to stan bardzo wrażliwy i wiele warunków musi być spełnionych, by zaistniał. Ale jeśli myślimy o praktycznych zastosowaniach, to nie potrzebujemy ideału. To ekscytujące obserwować zjawisko, które zwiększa wydajność transferu energii, ale zachodzi w temperaturze pokojowej, cieszy się uczony.
Naukowiec zauważa jeszcze jedną ważną rzecz. Zachodzące w procesie fotosyntezy interakcje pomiędzy atomami a molekułami są tak złożone, że z ich symulowaniem nie radzą sobie nawet najpotężniejsze superkomputery. Dlatego też podczas badania tych zjawisk dokonuje się uproszczeń. Najnowsze odkrycie pokazuje, że niektórych elementów upraszczać nie należy. Sądzimy, że lokalne korelacje elektronów muszą pozostać, byśmy mogli badać, jak działa natura.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Glony Malosira arctica, które żyją pod lodem Arktyki, zawierają 10-krotnie więcej mikroplastiku niż otaczające je wody. Koncentracja plastiku na początku łańcucha pokarmowego to bardzo zła informacja. Może on zagrażać stworzeniom, które żyją się glonami i wędrować w górę łańcucha pokarmowego. Ponadto gromady martwych glonów bardzo szybko transportują plastik na dno morskie, co może wyjaśniać wysoką koncentrację mikroplastiku w osadach.
Wiosną i latem Melosira arctica bardzo szybko się rozrasta, tworząc metrowej długości łańcuchy. Gdy giną, a lód nad nimi się roztapia, glony w ciągu zaledwie jednego dnia opadają na dno położone tysiące metrów poniżej. Są niezwykle ważnym źródłem pożywienia dla mieszkających tam zwierząt i bakterii. Jednak, jak się okazuje, niosą ze sobą duże ilości plastiku.
W końcu znaleźliśmy prawdopodobne wyjaśnienie dlaczego największa koncentracja mikroplastiku na tym obszarze występuje na krawędziach pól lodowych, nawet w osadach dennych, mówi doktor Melanie Bargmann z Instytutu Badań Morskich i Polarnych im Alfreda Wegenera (AWI). Z wcześniejszych badań naukowcy wiedzieli jedynie, że mikroplastik gromadzi się w lodzie, z którego jest uwalniany, gdy ten topnieje. Tempo, z jakim glony opadają na dno, wskazuje, że wędrują niemal po linii prostej. Tworzący lód śnieg opada wolniej, jest przemieszczany przez prądy, więc pochodzący zeń plastik opada na dno dalej. Teraz, wiedząc, że mikroplastik przemieszcza się na dno wraz z martwymi Malosira, wiemy, dlaczego pod lodem koncentracja plastiku jest większa, dodaje uczona.
Naukowców z AWI, Ocean Frontier Institute, Dalhousie University i University of Canterbury zaskoczyła olbrzymia ilość mikroplastiku w glonach. Okazało się, że zawierają one średnio 31 000 ± 19 000 fragmentów mikroplastiku na każdy metr sześcienny. To dziesięciokrotnie więcej niż otaczające je wody. Nagromadzenia glonów mają śluzowatą, kleistą powierzchnię. Prawdopodobnie to przez nią gromadzą mikroplastik z powietrza, wody, lodu i innych źródeł. Gdy już glony przechwycą mikroplastik, albo przetransportują go na dno, albo zostanie on wraz z nimi zjedzony jeszcze na powierzchni, dodaje Deonie Allen z University of Canterbury.
Z glonów mikroplastik trafia do żywiącego się nimi zooplanktonu, stamtąd zaś do organizmów ryb, następnie ludzi czy niedźwiedzi polarnych. Szczegółowe analizy wykazały, że w arktycznych glonach znajduje się polietylen, polistyren, nylon, akryl i inne rodzaje plastików. Zawierają one barwniki, plastyfikatory, środki opóźniające palenie się oraz olbrzymią ilość innych substancji chemicznych, a ich łączny wpływ na środowisko i organizmy żywe trudno jest ocenić. Mikroplastik wykryto już w ludzkich jelitach, krwi, naczyniach krwionośnych, płucach, łożysku i mleku matki. Wiemy, że może wywoływać reakcje zapalne, ale jego całkowity wpływ na zdrowie nie został jeszcze dobrze poznany, dodaje Bergmann. A Steve Allen z Dalhousie University przypomina, że mikroplastik znaleziono w każdym fragmencie ludzkiego ciała, w którym go poszukiwano. U zanieczyszczonych nim organizmów obserwowano zmiany zachowania, zaburzenia wzrostu, płodności i zwiększenie śmiertelności.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Światło posiada niezwykle interesującą cechę. Jego fale o różnej długości nie wchodzą ze sobą w interakcje. Dzięki temu można jednocześnie przesyłać wiele strumieni danych. Podobnie, światło o różnej polaryzacji również nie wchodzi w interakcje. Zatem każda z polaryzacji mogłaby zostać wykorzystana jako niezależny kanał przesyłania i przechowywania danych, znakomicie zwiększając gęstość informacji.
Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego poinformowali właśnie o opracowaniu metody wykorzystania polaryzacji światła do zmaksymalizowania gęstości danych. Wszyscy wiemy, że przewaga fotoniki nad elektronika polega na tym, że światło przemieszcza się szybciej i jest bardziej funkcjonalne w szerokich zakresach. Naszym celem było wykorzystanie wszystkich zalet fotoniki połączonych z odpowiednim materiałem, dzięki czemu chcieliśmy uzyskać szybsze i gęstsze przetwarzanie informacji, mówi główny autor badań, doktorant June Sang Lee.
Jego zespół, we współpracy z profesorem C. Davidem Wrightem z University of Exeter, opracował nanowłókno HAD (hybrydyzowane-aktywne-dielektryczne). Każde z nanowłókien wyróżnia się selektywną reakcją na konkretny kierunek polaryzacji, zatem możliwe jest jednoczesne przetwarzanie danych przenoszonych za pomocą różnych polaryzacji. Stało się to bazą do stworzenia pierwszego fotonicznego procesora wykorzystującego polaryzację światła. Szybkość obliczeniowa takiego procesora jest większa od procesora elektronicznego, gdyż poszczególne nanowókna są modulowane za pomocą nanosekundowych impulsów optycznych. Nowy układ może być ponad 300-krotnie bardziej wydajny niż współczesne procesory.
To dopiero początek tego, co możemy osiągnąć w przyszłości, gdy uda się nam wykorzystać wszystkie stopnie swobody oferowane przez światło, w tym polaryzację. Dzięki temu uzyskamy niezwykły poziom równoległego przetwarzania danych. Nasze prace wciąż znajdują się na bardzo wczesnym etapie, dlatego też szacunki dotyczące prędkości pracy takiego układu wciąż wymagają eksperymentalnego potwierdzenia. Mamy jednak niezwykle ekscytujące pomysły łączenia elektroniki, materiałów nieliniowych i komputerów, komentuje profesor Harish Bhakaran, który od ponad 10 lat prowadzi prace nad wykorzystaniem światła w technologiach obliczeniowych.
Ze szczegółami pracy można zapoznać się w artykule Polarisation-selective reconfigurability in hybridized-active-dielectric nanowires opublikowanym na łamach Science Advances.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie (UWM) pracują nad rozwiązaniami technologicznymi, które pozwolą na hodowlę i wykorzystanie glonów Chlorella na dużą skalę. Zespół skupia się na ich zdolności do pochłaniania dwutlenku węgla i możliwości wykorzystania olejów zawartych w komórkach alg. Jak podkreślono w komunikacie uczelni, już teraz wiadomo, że glony mogą kumulować go o wiele więcej niż inne znane nam rośliny oleiste.
Uzyskane dotąd wyniki są na tyle obiecujące, że rozpoczęły się poszukiwania zakładów przemysłowych do testów. Prowadzone są już pierwsze rozmowy, uczeni zgłosili też swój pomysł do programu ogłoszonego przez Grupę Azoty.
Pożądane właściwości Chlorelli
Glony mają ogromny potencjał. My skupiliśmy się na tych właściwościach Chlorelli, które mogłyby zostać z powodzeniem wykorzystane w przemyśle energetycznym, czyli produkcji biooleju oraz zdolności wychwytywania dwutlenku węgla - tzw. biosekwestracji – wyjaśnia prof. dr. hab. inż. Marcin Zieliński.
Podstawowym celem zespołu jest stworzenie warunków do hodowli w jak najkrótszym czasie i możliwie najniższym kosztem jak największej ilości alg, które będą wychwytywać maksymalnie dużo dwutlenku węgla i przy okazji zgromadzą jak najwięcej biooleju.
Potencjalne zastosowania biooleju
Olej wytwarzany przez glony można wykorzystać w przemyśle spożywczym, a także jako produkt prozdrowotny/suplement diety i biopaliwo. Aby z tego oleju mogło powstać biopaliwo, konieczne jest przeprowadzenie różnych procesów, w wyniku których zostanie uzyskany biodiesel, ale z naszych badań wynika, że jest to jak najbardziej możliwe - wyjaśnia dr Paulina Rusanowska.
Czas na testy w zakładach przemysłowych
Opracowane rozwiązania zostały już przetestowane w warunkach laboratoryjnych. Teraz naukowcy szukają zakładów przemysłowych, które byłyby zainteresowane ich sprawdzeniem. Zależy nam na współpracy z firmami, które np. produkują spaliny i chcą ograniczyć emisję CO2. Glony można wykorzystać do oczyszczania spalin z dwutlenku węgla, a przy okazji uzyskać także inne cenne produkty, jak np. bioolej czy nawóz organiczny z alg - zachwala prof. Zieliński.
Dr Rusanowska dodaje, że na tym etapie można już ze sporą dozą pewności powiedzieć, że możliwe jest opłacalne hodowanie Chlorelli w dużym zakładzie przemysłowym. Należy się, oczywiście, liczyć z wkładem początkowym, bo konieczne jest wybudowanie reaktorów do hodowli oraz zapewnienie światła i pożywki na bazie fosforu i azotu. Wierzymy jednak, że zaproponowane przez nas rozwiązania zafunkcjonują i taka inwestycja będzie się opłacać.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Od dekad tranzystory są mniejsze i mniejsze. Dzięki temu w procesorze możemy upakować ich więcej. To zaś najłatwiejszy sposób na zwiększenie wydajności procesora. Powoli zbliżamy się do momentu, w którym nie będziemy już w stanie zmniejszać długości bramki tranzystora. Niewykluczone, że Chińczycy właśnie dotarli do tej granicy.
Prąd w tranzystorze przepływa pomiędzy źródłem a drenem. Przepływ ten kontrolowany jest przez bramkę, która przełącza się pod wpływem napięcia. Długość bramki to kluczowy czynnik decydujący o rozmiarach tranzystora.
W ostatnich latach naukowcy zaczęli eksperymentować z nowymi materiałami, z których chcą budować elektronikę przyszłości. W obszarze ich zainteresowań jest na przykład grafen – dwuwymiarowy materiał składający się z pojedynczej warstwy atomów węgla – czy disiarczek molibdenu, czyli warstwa atomów molibdenu zamknięta między dwiema warstwami siarki.
Teraz specjaliści z Chin wykorzystali te materiały do zbudowania rekordowo małego tranzystora. Długość jego bramki wynosi zaledwie 0,34 nanometra. To tyle, co średnica atomu węgla.
Nowy tranzystor można porównać do dwóch schodów. Na górnym znajduje się źródło, na dolnym zaś dren. Oba zbudowane są z tytanu i palladu. Powierzchnia schodów działa jak łączący je kanał. Jest ona zbudowana w pojedynczej warstwy disiarczku molibdenu, pod którą znajduje się izolująca warstwa ditlenku hafnu. Wyższy stopień zbudowany jest z wielu warstw. Na samy dole znajduje sie warstwa grafenu, nad nią zaś aluminium pokryte tlenkiem aluminium. Jego zadaniem jest oddzielenie grafenu i disiarczku molibdenu. Jedynym miejscem ich połączenia jest widoczna na grafice niewielka szczelina w wyższym stopniu.
Gdy bramka zostaje ustawiona w pozycji „on” jej długość wynosi zaledwie 0,34 nm. Autorzy nowego tranzystora twierdzą, że nie uda się tej odległości już bardziej zmniejszyć. Na pewno zaś próba zbudowania jeszcze mniejszych tranzystorów będzie wymagała nowatorskiego podejścia do materiałów dwuwymiarowych.
Ze szczegółami pracy zespołu z Tsinghua University można zapoznać się na łamach Nature.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.