Una mirada a los mayores avances de Argonne en 2021

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Newswise – Desde la energía limpia hasta el estudio del cerebro, Argonne continuó su larga historia de descubrimientos fundamentales.

2021 fue un gran año para los descubrimientos en el Departamento de Energía de EE. UU. (GAMA) Laboratorio Nacional Argonne. Desde mejorar las células solares y las imágenes cerebrales hasta combatir COVID-19-19 y desarrollando mejores modelos de reactores nucleares, los investigadores de Argonne aceleran la ciencia y la tecnología para garantizar la prosperidad y la seguridad de Estados Unidos.

Estos son algunos de los mayores avances de este año.

Analizando las perovskitas para la energía fotovoltaica

Capturar la luz solar y convertirla en electricidad es una de las principales formas de obtener energía libre de carbono.

Las perovskitas son una clase de materiales con una estructura cristalina única que podría ofrecer grandes ventajas para la recolección de energía solar. Son más baratos que los materiales que se utilizan actualmente para convertir la luz solar en electricidad y son bastante efectivos.

Los científicos de Argonne utilizaron los rayos X ultrabrillantes en la fuente de fotones avanzada del laboratorio (APS), a GAMA Instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias, para Revelar la naturaleza de las perovskitas a escala atómica.. El estudio encontró que el movimiento similar a un líquido en las perovskitas puede explicar cómo los materiales producen corrientes eléctricas de manera eficiente. Estos conocimientos podrían ayudar a producir información para desarrollar nuevos modelos de los mejores materiales de perovskita que se pueden utilizar para las células solares.

Mostrando el efecto de COVID-19-19 en las comunidades

Los investigadores de Argonne han desarrollado índices, análisis y mapas interactivos que brindan una visión detallada de los impactos socioeconómicos del COVID-19-19 pandemia.

Estos análisis ayudan a las agencias federales a comprender qué áreas de la economía y qué grupos demográficos han sentido más profundamente los impactos de la pandemia y necesitan más apoyo.

Con la coordinación interinstitucional, Argonne amplió la forma en que recopilaba datos para satisfacer las necesidades de varias agencias. Tanto la Agencia de Desarrollo de Negocios de Minorías como el Fondo Nacional de las Artes solicitaron la ayuda de Argonne para informar sobre los efectos de la pandemia en los negocios, las artes y la cultura de propiedad de minorías.

Informes basados ​​en mapas de Argonne permitir visualizaciones condado por condado de varios impactos de la pandemia, incluido el producto interno bruto, ejecuciones hipotecarias y desalojos.

Imágenes de un cerebro de ratón completo en cinco órdenes de magnitud por primera vez

Usando rayos X proporcionados por Advanced Photon Source de Argonne, un GAMA Facilidad para usuarios de la Oficina de Ciencias, para cerrar la brecha entre Resonancia magnética imágenes y microscopía electrónica, los investigadores, por primera vez, obtuvieron imágenes de un cerebro de ratón completo en cinco órdenes de magnitud.

El avance permitirá a los investigadores conectar biomarcadores a macro y microescala, y demuestra que es posible obtener imágenes de todo el cerebro.

Usando una especie de tomografía similar a una Connecticut escaneado, los investigadores obtuvieron imágenes de un cerebro de ratón grande de un centímetro cúbico al nivel de un micrón, que tomó seis horas y arrojó dos terabytes de datos.

Los investigadores ya han utilizado esta técnica para investigar importantes temas neurocientíficos, que incluyen imaginando los cerebros de los ratones que han sido modificados genéticamente para desarrollar la enfermedad de Alzheimer.

Fomentar cambios agrícolas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero agrícolas

Un estudio realizado por investigadores que utilizan los gases de efecto invernadero, las emisiones reguladas y el uso de energía de Argonne en tecnologías (SALUDAR) muestra que los cambios agrícolas podrían reducir 70% de emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de cereales.

Reducir el carbono en la agricultura requiere un enfoque doble: reducir las emisiones de carbono de las actividades agrícolas y maximizar el almacenamiento de carbono en el suelo. El estudio identifica una serie de innovaciones fácilmente adoptables que reducirían Emisiones de gases de efecto invernadero y aún encajar en los sistemas de producción y los mercados actuales. El estudio también reveló que se podrían obtener mejoras de la agricultura digital, la genética de cultivos y microbios, y la electrificación de equipos agrícolas.

Materiales delgados que causan grandes impactos.

Algunos de los materiales más delgados del mundo incluyen nanohojas bidimensionales. Los materiales bidimensionales tienen propiedades únicas que pueden mejorar potencialmente el rendimiento en dispositivos electrónicos, baterías y células solares.

Un nuevo material que está atrayendo la atención es el borofano, que está hecho de láminas bidimensionales de boro e hidrógeno. El borofano representa una mejora con respecto al borofeno debido a su estabilidad muy mejorada. El borofeno, una monocapa de boro puro, fue sintetizado por primera vez por científicos de Argonne hace unos años.

Utilizando la visión por computadora, una rama de la inteligencia artificial que entrena a las computadoras de alto rendimiento para interpretar y comprender el mundo visual, los investigadores pudieron determinar la estructura y las características de unión de las capas de borofano de dos átomos de espesor y también observaron su estabilidad inusual.

Los investigadores de Argonne creen El borofano podría ser un material excepcional para la nanoelectrónica..

Modelado de reactores nucleares completos con una resolución sin precedentes

Por lo general, al modelar un reactor nuclear, es posible hacerlo solo en partes o a baja resolución. Sin embargo, gracias a la informática de alto rendimiento, los investigadores ahora tienen una forma de modelar un reactor nuclear completo a alta resolución.

Utilizando GAMA recursos de supercomputación, incluidos los sistemas de Argonne Leadership Computing Facility, un GAMA En las instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias, los investigadores desarrollaron un modelo para estudiar cómo fluye el refrigerante alrededor de las clavijas de combustible en el núcleo del reactor, con un nivel de detalle sin precedentes.

Los científicos que quieran crear un pequeño reactor nuclear modular necesitan la capacidad de modelarlo de manera integral, ya que construir un reactor es extremadamente costoso.

El estudio allana el camino para la simulación de reactores nucleares en supercomputadoras de exaescala, como la próxima Aurora de Argonne.

Curación de cerebros con luz

El alivio para quienes viven con trastornos cerebrales puede llegar algún día gracias a una nueva investigación que combina tanto la óptica como la genética. La investigación de Argonne utiliza la luz para estimular las neuronas en las profundidades del cerebro mediante el uso de nanopartículas que se iluminan cuando se exponen a los rayos X.

En lugar de utilizar electrodos implantados o cables de fibra óptica, esta nueva técnica logra una estimulación cerebral profunda de una manera menos invasiva.

Las nanopartículas sirven como fuente de luz interna, absorbiendo rayos X y reemitiendo luz roja en lo profundo del cerebro, ya sea estimulando o reprimiendo áreas específicas.

La investigación podría tener implicaciones para quienes padecen epilepsia, temblor esencial o enfermedad de Parkinson.

Este estudio utilizó la fuente de fotones avanzada y el centro de materiales a nanoescala de Argonne, ambos GAMA Instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias.

Reciclaje de baterías de vehículos eléctricos

A medida que más y más vehículos eléctricos comienzan a llegar al final de su vida útil, los científicos enfrentan un problema y una oportunidad: cómo reciclar las baterías de iones de litio de los vehículos.

En su forma actual, el proceso de reciclaje de baterías de vehículos que se utiliza hoy en día recupera metales y plásticos en formas que son de bajo valor para los fabricantes de baterías.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Michigan, parte de GAMAEl ReCell Center, con sede en Argonne, ha desarrollado un proceso para separar los metales valiosos que forman el cátodo de una batería.

El proceso de separación funciona mediante una técnica llamada flotación por espuma, que ha sido utilizada por la comunidad minera durante años para purificar minerales.

La investigación se relaciona con la misión de ReCell de encontrar formas menos intensivas en energía para reciclar baterías de vehículos y capturar componentes útiles.

Utilizando AI para detectar ondas gravitacionales

El descubrimiento de las ondas gravitacionales, y la confirmación de la teoría de Einstein que las predijo, ha sido uno de los descubrimientos más importantes de la física en los últimos años. 10 años.

Mientras ondas gravitacionales fueron detectados originalmente por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), los científicos han recurrido a la inteligencia artificial (AI) para buscar más fusiones de agujeros negros que los crean.

Usando avanzado AI técnicas y GAMA recursos de supercomputación, los científicos de Argonne procesaron el valor de un mes entero de LIGO datos en siete minutos, identificando cuatro fusiones de agujeros negros binarios previamente identificadas sin clasificaciones erróneas.

AI está aumentando la inteligencia humana, lo que permite a los investigadores procesar datos de manera más rápida y eficiente.

Artículo cortesía de Fuente de noticias científicas del DOE / Laboratorio Nacional Argonne.

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