板块构造之母

如果你足够幸运的话,也许你会听到她在城里的许多演讲,或者参加了她探索加州壮观地质的一次实地考察。也许你是她的学生。

然而,当你与加州大学圣塔芭芭拉分校的埃默里塔·塔尼亚·阿特沃特教授取得联系时,你很有可能对脚下的地球产生了一种全新的或更深刻的欣赏,这种欣赏会在每次大地震动、摇晃和翻滚时得到加强。

阿特沃特在构造学领域的工作获得了美国地质学会(GSA)颁发的彭罗斯奖。构造学是控制地壳和上地幔板块活动的过程。该勋章是授予地球科学领域个人的最具声望的荣誉之一。

阿特沃特说:“我感到非常幸运,能拥有如此有趣的生活,并能称之为‘工作’。”“我希望这个奖项能鼓励年轻女性,事实上,所有愿意追随自己的激情从事非传统职业的年轻人。”

阿特沃特是地球物理学家和海洋地质学家,因其在该领域的广泛研究被称为“板块构造之母”。她最为人所知的是她在北美西部板块构造史方面的研究,尤其是圣安德烈亚斯断层系统(San Andreas fault system),这是太平洋和北美板块之间的一个大约1200英里(约合1200公里)的地带。断层,扩展了几乎整个加利福尼亚和加利福尼亚半岛的长度,参与了大地震,包括1906年旧金山大地震(7.8级)和圣克鲁斯附近的1989年洛马普列塔地震(6.9级),并被认为是最终的下一个“大”在南加州。

阿特沃特的工作不仅限于陆地,还涉及海洋,她在那里研究了海底扩张和水下断层形成等过程。根据GSA的说法,阿特沃特“给大洋中脊的过程带来了理解,更重要的是,它展示了如何将板块构造的数量优雅和简单带到大陆,用数字来理解它们的历史,而不仅仅是定性的类比。”她在这一领域的工作意义重大,她赢得了海洋构造学最重要专家之一的声誉。

加州大学圣巴巴拉分校校长亨利·t·杨(Henry T. Yang)说:“阿特沃特教授是该领域的先驱,她在地球过程和板块构造方面的研究和屡获殊荣的教学成就举世闻名。”“我们为坦尼娅获得彭罗斯奖而感到骄傲和荣幸,这是地球科学家在国际上能获得的最高荣誉之一。”

阿特沃特在麻省理工学院、伍兹霍尔海洋研究所和斯克里普斯海洋研究所任职后,于1980年加入加州大学圣巴巴拉分校。她于1965年在加州大学伯克利分校获得学士学位,1972年在斯克里普斯大学获得博士学位。在她的职业生涯中,她参加或领导了许多陆上和海上的实地考察,包括12次潜入深海——深度可达两英里——乘坐小型潜水器“阿尔文”。阿特沃特还被认为是女性进行海洋实地研究权利的开拓者,而在她开始研究时,这种做法通常是不被允许的。

阿特沃特获得了许多荣誉和奖项,包括美国科学促进会颁发的纽科姆克利夫兰奖;妇女地球科学家协会颁发的鼓励奖;当选为美国国家科学院院士;国家科学基金杰出教学学者奖;德国地球科学学会的利奥波德·冯·布赫奖章;GSA结构和构造部门颁发的终身成就奖;洛杉矶地区教学节目艾美奖。她于2007年退休,但仍继续举办讲座和教师工作坊,并带领社区进行实地考察。

阿特沃特将于9月22日星期天在亚利桑那州凤凰城的凤凰会议中心,在GSA的年度颁奖典礼上接受她的奖章。

彭罗斯奖章由小R.A.F.彭罗斯于1927年设立,旨在表彰在纯地质学领域的杰出研究,表彰在地质学领域取得重大进展的杰出原创贡献或成就。

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扩展板

所有物质都由一个或多个相组成——具有统一结构和物理性质的空间区域。H2O(固态、液态和气态)的共同相也被称为冰、水和蒸汽,这是众所周知的。类似地,尽管不太熟悉,聚合物材料也可以形成不同的固相或液相,这决定了它们的性能和最终用途。嵌段共聚物尤其如此,当一种类型的聚合物链(“嵌段a”)与另一种类型的聚合物链(“嵌段B”)发生化学连接时,就会产生自组装大分子。

加州大学圣塔芭芭拉工程学院材料助理教授克里斯·贝茨解释说:“如果你想要一种具有一定性能的嵌段共聚物,你需要为特定的应用选择合适的相。”“对于鞋中的橡胶,你需要一个阶段;要制造一种膜,你需要一种不同的膜。”

在最简单的嵌段共聚物中,只发现了大约五种相。极少能找到一个新的阶段,但贝茨和其他加州大学圣芭芭拉分校的一个研究小组包括教授格伦•弗雷德里克森(化学工程)和克雷格小贩(材料),摩根贝茨,科学家和技术主管助理道指UCSB材料研究所,博士后研究员约书亚Lequieu,所做的。

他们的发现发表在《美国国家科学院院刊》上。

大约12个月前,摩根贝茨(Morgan Bates)在实验室里对她合成的聚合物进行了一些实验,她说,“通过研究调整嵌段化学反应的过程,来了解控制嵌段共聚物自组装的基本参数。”

根据Chris Bates的说法,“A”和“B”块的化学成分有无限的可能性。他说:“现代合成化学让我们基本上可以选择任何一种聚合物,然后将它与另一种B块连接起来。”“考虑到这个巨大的设计空间,真正的挑战是找出最关键的旋钮来转动控制自组装。”

摩根·贝茨试图理解化学和结构之间的关系。

“我用化学方法调整了一个与‘构象不对称’相关的参数,这个参数描述了两个块体如何填满空间,”她回忆起导致这一发现的过程。“我们并不一定要寻找一个新的阶段,但我们认为也许我们会发现一些新的行为。在这种情况下,共价键连接在一起的A和B块填充空间非常不同,这似乎是导致某种独特的自组装的潜在参数。”

在创造了嵌段共聚物之后,她把它们带到伊利诺斯州阿贡国家实验室的先进光子源,在那里用一种叫做“小角度x射线散射”的技术来表征它们。这个过程产生了一个二维的x射线分布在同心圆上的特征。环的相对位置和强度表示一个特定的相位。摩根需要去一个国家实验室,因为这个过程需要的x射线比校园里能产生的更强。

完成这项工作后,克里斯·贝茨说:“利用晶体学的知识,你可以解释散射数据并生成一幅图像,就好像你在用眼睛观察结构一样。在这种情况下,数据的质量如此之高,我们能够毫不含糊地做到这一点。”

摩根贝茨(Morgan Bates)回忆说,当她检查x射线图像时,有一件事是明确无误的:“它看起来不一样。我想,‘那是什么?’”

当然,这是他们新发现的阶段,被称为A15。“对于这些类型的AB嵌段共聚物,人们以前只观察到少量的相,而我们已经发现了另一种相,从设计的角度来看,这增加了可能的选择,”克里斯说。

“在对结构进行分类的方法中,这一阶段属于一个被称为‘四面体紧密堆积’的类别,”计算机模拟专家、聚合物相行为模型的勒奎补充说。“我们在嵌段共聚物中发现的相实际上是在1931年首次观察到的钨的同素异形体。但在这种情况下,A15是由金属原子形成的,这在原子长度尺度上创造了一个非常小的结构。我们的嵌段共聚物采用相同的结构,但在长度上要大两个数量级,当然,不涉及金属原子。

“如果你用显微镜观察它们,”他继续说,“它们的结构看起来是一样的,只是大小不同。令人着迷的是,大自然选择使用相同的结构基元来处理完全不同的材料,这些材料具有完全不相关的化学和物理特性。”

该项目证明了加州大学圣巴巴拉分校的研究人员之间合作的易用性和倾向性。它开始于霍克和贝茨开发的新化学来调整材料的性质,随后是摩根意想不到的表征结果。“从那以后,我们找到乔什,告诉他实验中有一些我们没有预料到的奇怪现象,并问他为什么,”克里斯贝茨(Chris Bates)说。然后,勒奎与弗雷德里克森合作开发计算机模拟。

Lequieu说:“在这个项目上有很好的反复。“我们做了一个很难理解的实验,所以我们进行了模拟来解释它。然后,摩根根据最初的模拟结果做了更多的实验,并观察到计算结果实际上具有预测性。实验中所观察到的相恰好出现在模拟结果所显示的位置。然而,在一些地方,实验和模拟结果并不一致,因此我们进行了多次迭代,以改进模型,并真正理解其中的微妙之处。”

“未来,”克里斯贝茨补充说,“我们的团队将继续整合材料合成和理论,以寻找更独特的相行为。”

勒奎将这种从实验到仿真再到理论再回来的反馈回路描述为“现代材料科学的一种梦想”。摩根做这些样品做了很多工作。如果有人在电脑上预测结果,然后说,‘这是要合成的聚合物的子集,应该会形成所需的结构’,那就容易得多。这种所谓的‘逆向设计’方法为她节省了很多时间和精力。”

就自然回归到对其他无关材料的首选设计而言,有一点历史是值得注意的。1887年,开尔文勋爵——他以绝对温度的单位命名——正在研究后来被称为“开尔文问题”的问题。“这是一项研究,旨在确定如何将空间分割成体积相等、表面积最小的细胞。他提出的解决方案,即最有效的泡沫泡沫,被称为“开尔文结构”。

它维持了大约一百年,但在1994年被证明是不正确的。开尔文选择了所谓的“结构A”,但一组英国科学家表示,“结构B”甚至更好。从那以后,结构B在科学界甚至更远的地方获得了声誉,例如,在为2008年奥运会而建的北京国家游泳中心的屋顶上,它以巨大的气泡的形式出现,既是功能性建筑元素,也是设计元素。

原来,研究人员在这个项目A15中发现的新阶段是结构B,这再次证实了大自然喜欢以前成功的设计。

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隐藏的宝藏

大多数矿物都来自地下,所以加州大学圣巴巴拉分校地球科学系把它的许多收藏品放在地下室似乎是合适的。但有一个特别突出。那里,在韦伯大厅的深处,躺着一个真正的宝藏:已故教授查尔斯道格拉斯(道格)伍德豪斯世界级的矿物收藏。

大约200个抽屉被锁得好好的,里面有8000多个标本,从荧光砷酸盐到宝石级电气石。伍德豪斯按类型和位置组织了样品,并以丰富的注释补充材料。许多标本都是伍德豪斯自己收集的,在他作为矿物学家和加州大学圣巴巴拉分校教授的漫长职业生涯中,他参观了数百个矿物收集点、矿山和采石场。

“这样的藏品并不多,”退休教授弗兰克·斯贝拉(Frank Spera)说。“比如,它有一些样本,来自已不复存在的矿山,现在成了购物中心。”

这样的收藏可以追溯到18和19世纪的科学实践,当时地质学家、植物学家、鸟类学家和许多其他科学家收集了大量的研究收藏,以帮助他们的研究。

伍德豪斯的集会以其独特的专长而闻名。作为新英格兰银行家的儿子,他获得了两个法律学位,并在第一次世界大战中服役。然而,他真正的激情在于宝石和矿物的璀璨世界。因此,他放弃了自己的学位和法律职业的经济保障,前往法国学习矿物学。

“他们总是对孩子们说,‘把兴趣当作事业来追求,’”斯贝拉说。他说:“这个人受过法律教育,有两个法律学位,来自东海岸的一个富裕家庭。他放弃了所有这些,去追求他的梦想。”

伍德豪斯对西方的矿物学非常感兴趣,他的收藏反映了这一范围,但也包括几乎所有大陆的标本。他把整个橱柜都用来存放特定地区的矿物,抽屉里装满了各个地方的精美样品。最终,他收集了大量北美西部的矿产资源。

一个粉红色和绿色电气石棱镜从圣地亚哥伟晶岩。

照片来源:哈里森·塔索夫

打开一个标着圣地亚哥伟晶岩的抽屉,斯贝拉发现了宝石质量的海蓝宝石、西瓜色的电气石和粉红色的孔雀石,这些都是来自世界闻名的圣地亚哥县花岗岩的标志性矿物。

在一个标着富兰克林熔炉的抽屉里,有几十种矿物。富兰克林熔炉以其丰富的矿物种类以及在紫外线下发光的惊人数量而闻名。每个标本都提供了该地区独特的地质情况。

伍德豪斯的收藏真的很全面,像suanite这样的样品甚至让斯贝拉教授都感到惊讶。“我甚至不知道这是一种化合物,”他说着,眯着眼睛看了看伴随这种特殊矿物而来的标签,“我自己就是一位矿物学家。”

把这批货的质量归功于伍德豪斯本人。这个人有一双热望的眼睛,一个研究人员的头脑和一个矿工的情感,他利用所有这些品质来收集既美观又实用的收藏品。

1939年,伍德豪斯加入加州大学圣巴巴拉分校,成为该校第一位地质学教授。该矿生产的红柱石(andalusite)等硅酸铝,最初用于牙科瓷,后来在汽车工业因对高温耐火材料的需求激增而蓬勃发展之际,被发现用作火花塞。该矿还有另一个特点:首先在那里发现了一种特殊的米色磷酸盐矿物,这种矿物现在被称为Woodhouseite。

磷钙铝矾

照片来源:哈里森·塔索夫

与许多收藏家(学术或娱乐)不同,伍德豪斯亲自参观了他收藏的大部分地点,并经常直接收集标本。他会和矿主交谈,到野外去,用自己无法通过其他矿主、矿物学家和地质学家网络获得的少量矿石进行交换。

没有人知道这些藏品的真正价值或范围,因为它们尚未被评估和数字化。“我肯定它值不少钱,”斯贝拉说。目前,这位已故教授细致入微的记录保存在八个布满灰尘的活页夹里,等待着被录入电子表格,把馆藏的数据库和资源带入21世纪。

像伍德豪斯所收集的这样的资料可以作为全世界正在进行的研究的资源。随着科学家和策展人的交流与合作,标本成为进一步发现的基础,在这方面,科学家经常会从收藏品中借用样本

斯皮拉确信,如果伍德豪斯的藏品可以在网上找到并搜索到,来自加州各地的研究人员一定会利用它。目前,他和他的一些同事将其用于教学,并将其作为标准标本的来源,以便在进行研究时进行比较。但在没有专门的工作人员或可搜索的数据库的情况下,它们很少这样做。斯贝拉说,理想的情况是,总有一天,这些藏品会有一个馆长来保存、数字化和展示这些材料和记录,让研究人员和公众都能更容易地获得它们。

“这是一个独特而奇妙的收藏,”斯贝拉说。“它只需要一些温柔的爱和关心。”

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建模错误信息

我们生活在一个信息泛滥的时代——源源不断的状态更新、表情包、转发、信息图表、引用和标签每天都在我们的社交媒体上滚动,目的是表达观点、团结一致、提供信息、改变主意或引发争议。

问题是,普通的在线浏览器/社交媒体用户没有时间或资金来调查他们提要上显示的所有内容的合法性或来源。正是这种漏洞,不那么严谨的内容生成器利用它来传播错误信息,其结果可能是小小的尴尬,也可能是彻底改变生活或潜在的致命后果。

对于加州大学圣巴巴拉分校的计算机科学家威廉·王来说,这片混乱的沼泽是探索的沃土。王认为,深度学习技术,当运用到文本和超链接网络上的在线帖子和新闻文章,可以帮助我们进行一些批判性思维的负重。这个概念是他三年项目“Dynamo:动态多通道错误信息建模”的核心。

”问题是,给定一个帖子,你怎么能了解这是专门误导或者如果这是一个真正的,”王说,“鉴于网络的结构,你能识别错误信息的传播,以及它是如何将不同的标准或非标准的文章相比?”

这是一项艰巨的任务,尤其是在社交媒体领域,它已经在合法、成熟的新闻网站和有问题的网站之间建立了一个公平的竞争环境。这些网站在用户能够退后一步质疑自己的信息来源之前,会尽力让自己看起来更官方,或者迎合用户的情绪。

然而,由于自然语言处理——王的专长——这些帖子和文章中的文字可以用来揭示创作者和传播者的信息,比如他们的从属关系、意识形态和发帖动机,以及他们的目标受众可能是谁。该算法会搜索Twitter和Reddit等平台上匿名用户发布的数百万篇新闻文章,并检查这些文章的标题、内容和链接。其目的不仅是了解它们背后的实体,而且是了解它们在整个网络中传播的模式。

王说:“我们很多人认为网站是理所当然的,随意转发或转发错误信息,这就是传播、级联和病毒式传播的方式。”“我们提出的一些最重要的问题是:这些模式是什么?动机是什么?”

为了找到答案,他和他的团队提出了一种学习机制,除了内容本身是对还是错之外,还能找出某些故事被转发或转发的原因。王说,在这个过程中,他们可以找出谁参与了错误信息的传播,以及在这个过程中可能出现的模式。图像也将成为数据集的一部分,他补充说。

后来,研究人员计划将他们工作的其他方面与虚假信息整合起来,比如“点击诱饵”(clickbait),它使用吸引人的、往往是耸人听闻的标题来吸引读者点击一个链接,这个链接最多只能把他们发送到一个不可靠的网站,或者最坏的情况是窃取他们的信息。

王说:“‘点击诱饵’主要是一些低质量的文章,它们确实含有大量的错误信息和虚假信息,因为它们不得不夸大事实。”该团队与计算机科学博士生吴佳薇(音译)一起,开发了一种名为“强化协同训练”的方法,该方法使用一种高效的系统,对数百篇文章进行标记,然后训练一个机器学习分类器,在一个庞大的百万故事数据集中标记它认为可能是“点击诱饵”的内容。

“然后我们使用这些新标记的实例并重新训练分类器,”Wang说。“这个迭代过程允许我们随着时间的推移收集更多的标签数据,”他补充说,这提高了工具的准确性。

利用人工智能来理解和发现我们每天发送给对方的文本浪潮中的模式,将让我们了解我们是如何有意或无意地传播错误信息的。

“这就是自然语言处理和机器学习的美妙之处,”王说。“我们有大量不同格式的数据,问题是:如何将非结构化数据转化为结构化知识?”这是深度学习和数据科学的目标之一。”

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从社交媒体到教育学

近日,一份旨在促进该校本科生科研成果的新期刊出版了,该期刊收录了来自六个不同研究领域的九名学生的贡献。

本科生研究与创新活动(URCA)杂志展示了加州大学圣塔芭芭拉分校师生的兴趣和才华,根据安妮H. Charity Hudley教授,本科生研究主任和该项目的教师顾问。“每一篇文章是专门定制的,感谢作者,他们的导师和乌卡同行审查委员会,对于一般读者为了支持乌卡的使命的办公室,这是鼓励学生的背景和利益走到一起作为一个学术社区,”她说。“看到这种事情发生在个人和网络上,我感到很兴奋。”

悉尼·李·马丁任主编,萨拉·艾伦·萨特任期刊编辑。“URCA期刊是一种全新的、创新的、学术性的东西,是校园里唯一一本跨学科的期刊,”马丁说。

“我们收到了来自很多不同学科的论文,包括广泛的人文和美术、数学、生命和物理科学以及社会科学,”马丁继续说道。他指出,大约有三分之一的论文被选为第一份期刊。“这是一个范围广泛的研究,但其中很多都集中在UCSB的学生身上。人们所做的一些具体案例研究确实具有创新性。”

她强调本科研究期刊是由本科生撰写的。慈善Hudley建议编辑的时候,所做的评论都是学生,因为她解释道,“如果是本科研究杂志然后学生应该能够决定谁在和谁出去的学生是最好的指标是否可以访问纸。”

审查委员会由两名编辑和九名URCA同行顾问组成:Lesly Silva、Jordan Mitchell、Sabreena Sukhram、Erika Prado、Brenda Wu、David Lowe、Jasmin Morales、Wendy Santamaria和Xochitl Briseno。预计这将是一份年度出版物。

2019年UCSB本科生研究与创新活动期刊出版物包括:

布里安娜·A·罗宾逊(Brianna A. Robinson)的《休闲钢管舞的黑人女权主义研究》(A Black Feminist Approach to娱乐性钢管舞);教师导师,劳里·奥克斯

无薪实习生:在没有员工身份和反歧视保护的情况下,打破持续的障碍;教师导师,Nelson Lichtenstein

《结社白人:日裔美国人的通婚政策》阿什琳·德·普里著,历史系;学院导师,埃德里安娜·埃德加

民族研究教育学对拉美裔学生成绩的影响教员导师,Veronica Fematt

读写能力和社交媒体:英语系艾玛·安德森的《Goodreads在线社区的青年读者》;教师导师,伊丽莎白·赫根多恩·库克

心理与脑科学学院的Chinmay Surpur对交互式数字学习工具的潜力进行了调查;教师导师,Richard E. Mayer

心理与脑科学学院Chinmayee Balachandra的《压力对认知与表现的影响》(ESCAPE);教师导师,迈克尔·b·米勒

多文化环境:心理和脑科学系保拉·里维拉对社会关系和利他行为的影响;教师导师,凡妮莎·伍兹

汇款如何改变中美洲的贫困支出?教员导师,凯瑟琳·布鲁恩

作为一个开放获取的出版物,为了扩大本科研究的范围,该期刊可以在https://www.duels.ucsb.edu/research/urca/journal上找到。

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一个新家

加州大学圣巴巴拉分校图书馆和La Casa de La Raza图书馆达成了一项新的协议,这标志着在保护当地社区历史方面的又一个里程碑。

在7月11日于La Casa de La Raza举行的一次公众招待会上,图书馆和La Casa的代表签署了一项协议,将确保这个以社区为基础的组织的历史记录将被存档、保存并在图书馆的特别研究馆藏中可查阅。

来自加州大学圣巴巴拉分校的大约50名社区居民、民选官员和代表以及该组织的几位创始人出席了这次活动。La Casa de La Raza美国,圣芭芭拉La Casa de La Raza圣芭芭拉La Casa de La Raza圣芭芭拉La Casa de La Raza圣芭芭拉La Casa de La Raza圣芭芭拉La Casa de La Raza圣芭芭拉La Casa de La Raza圣芭芭拉每年,在蒙特西托大街601号,都会有成千上万的不同年龄的人走进La Casa的大门。

La Casa董事会主席迈克尔·冈萨雷斯代表加州大学圣巴巴拉分校图书馆与该校图书管理员克里斯汀·安特尔曼共同主持了签字仪式。La Casa向Antelman赠送了一张1981年的复古海报,以庆祝该组织成立10周年。

“我们非常认真地对待我们在这个收藏品上的管理角色,”安特尔曼说。“我们将确保这些档案得到妥善保管,以保存La Casa的集体记忆,并展示La Casa为我们当地社区和校园带来的许多积极贡献。”

加州大学圣塔芭芭拉分校图书馆档案保管员萨尔·盖里纳(Sal Guerena)将负责这些藏品的移交工作。他说,这些藏品的长度达300英尺,其中包括许多历史文物、海报、照片、组织文件和蜉蝣,将被大量使用。

“我们很高兴与加州大学圣巴巴拉分校图书馆合作,让我们得以保存

我们的故事、文件、历史,都值得纪念。”“今天,我们要铭记圣巴巴拉的当地居民和社区为我们共同的文化做出的贡献,保护和扩展这座建筑的故事,它是历史、变革和生命肯定事件的家园。”

签约仪式结束后,La Casa夏令营的孩子们在Sandra Limon的指导下演唱了一首歌。

档案的问题可能会指向Guerena & # 103; & # 117; & # 101; & # 114; & # 101; & # 110; & # 97; & # 64; & # 117; & # 99; & # 115; & # 98; & # 46; & # 101; & # 100; & # 117;或(805)893 – 8563。

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石墨烯成为主流

自2004年石墨烯(一种柔性的二维石墨)被发现以来,世界各地的研究人员一直致力于开发这种高性能材料的商业可扩展应用。

石墨烯的强度是钢的100到300倍,其最大电流密度比铜大几个数量级,是地球上最强、最薄、也是迄今为止最可靠的导电材料。因此,它是一种极有希望用于互连的材料,互连是连接计算机和其他现代电子设备上的微芯片上的数十亿晶体管的基本组件。

过去20多年来,互连线一直是由铜制成的,但这种金属遇到了基本的物理限制,因为它所包含的电子元件会收缩到纳米级。“当你缩小铜线的尺寸时,它们的电阻率会飙升,”电气和计算机工程系教授考斯塔夫·班纳吉(Kaustav Banerjee)说。“电阻率是一种材料性质,它不应该改变,但在纳米尺度上,所有性质都会改变。”

随着电阻率的增加,铜线产生更多的热量,降低了它们的载流能力。这个问题对价值5000亿美元的半导体行业构成了根本威胁。石墨烯有潜力解决这个问题和其他问题。然而,一个主要的障碍是设计石墨烯微组件,这些组件可以在商业铸造厂的芯片上大规模生产。

Banerjee说:“无论石墨烯的成分是什么,不管是电感、互连线、天线还是其他任何你想对石墨烯做的事情,只有当你能找到一种方法将石墨烯直接合成到硅片上,工业才会向前发展。”他解释说,所有与晶体管相关的制造工艺都被称为“前端”。“要在后端合成某种东西——也就是说,在晶体管制造完成之后——你将面临一个不能超过500摄氏度左右的紧张热预算。”如果晶圆在制造互连线的后端过程中温度过高,芯片上已有的其他元件可能会损坏,或者一些杂质开始扩散,从而改变晶体管的特性。

现在,经过长达十年的石墨烯互连的探索,Banerjee的实验室已经开发出一种实现高导电性、纳米级掺杂多层石墨烯(DMG)互连的方法,这种互连可以与大规模集成电路制造相兼容。在2018年IEEE国际电子设备会议(IEDM)上,一篇描述这一新过程的论文被评为顶级论文之一,其中230多篇论文被接受作口头陈述。这也是《自然电子》(Nature Electronics)杂志第一期年度“IEDM精选”栏目中仅有的两篇论文之一。

Banerjee在2008年IEDM会议上首次提出了使用掺杂多层石墨烯的想法,并一直致力于此。2017年2月,他领导了多层石墨烯高温化学气相沉积(CVD)的实验实现,随后将其转移到硅芯片上,然后对多层石墨烯进行图形化,然后掺杂。对宽达20纳米的DMG互连线电导率的电特性验证了2008年提出的想法的有效性。然而,由于CVD工艺的温度远远超过后端工艺的热预算,该工艺并不“cmos兼容”(集成电路制造的标准工业规模工艺)。

为了克服这个瓶颈,Banerjee的团队开发了一种独特的压力辅助固相扩散方法,可以在后端CMOS工艺中使用的典型介质基板上直接合成大面积高质量的多层石墨烯。固相扩散是冶金学领域的一项著名技术,常用于制备合金。固相扩散是将压力和温度施加于两种紧密接触的材料上,使它们彼此扩散。

班纳吉的团队以一种新颖的方式运用了这项技术。他们首先以石墨粉末的形式将固相碳沉积到一层厚度最佳的镍金属上。然后他们对石墨粉加热(300摄氏度)并施加标称压力,以帮助分解石墨。镍中碳的高扩散率使它能迅速穿过金属薄膜。

镍中有多少碳流取决于它的厚度和所含颗粒的数量。“晶粒”指的是沉积的镍不是单晶金属,而是多晶金属,这意味着它有两个单晶区域在没有完全对齐的情况下相遇的区域。这些区域被称为晶界,外部粒子——这里是碳原子——很容易通过它们扩散。然后,碳原子在离介质基板更近的镍的另一表面重新结合,形成多个石墨烯层。

Banerjee的团队能够控制生产最佳厚度石墨烯的工艺条件。“对于互连应用,我们知道需要多少层石墨烯,”班纳吉实验室的博士生、2018年IEDM论文的第一作者蒋俊凯(Junkai Jiang)说。“因此,我们优化了镍的厚度和其他工艺参数,以获得我们想要的介电表面石墨烯层的精确数量。“随后,我们简单地通过蚀刻除去镍,剩下的只有非常高质量的石墨烯——几乎与CVD在非常高的温度下生长的石墨烯的质量相同,”他继续说道。“因为我们的工艺涉及相对较低的温度,不会对芯片上的其他元件构成威胁,包括晶体管,所以我们可以直接在它们上面制造互连线。”

UCSB已经为这一过程申请了一项临时专利,克服了迄今为止阻碍石墨烯取代铜的障碍。底线:石墨烯互连有助于创造更快、更小、更轻、更灵活、更可靠和更划算的集成电路。Banerjee目前正在与业界合作伙伴进行谈判,希望获得与cmos兼容的石墨烯合成技术的许可,这可能为2D材料进入主流半导体行业铺平道路。

多年来,对这项研究的支持来自不同的来源,包括国家科学基金会、国家标准与技术研究所、半导体研究公司,以及目前美国陆军研究办公室和加州大学的研究计划。

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努比亚的新眼睛

古努比亚的库什王国延续了1000多年,其作为早期非洲国家的遗产仍然是世界各地学者非常感兴趣的课题。

会议由斯图尔特·泰森史密斯教授在加州大学圣芭芭拉分校的人类学,将带来一个国际研究小组为三天的海边校园演讲,他说,“反映最新的发现和奖学金增长领域的努比亚研究评估的发展和遗产库什就其本身而言,不仅仅是古埃及文明的影子。”

“库什的起源和来世:努比亚研究会议”将于7月25日(星期四)至7月27日(星期六)在加州大学圣塔芭芭拉分校莫舍校友公寓举行。这次会议包括来自美国国内外的考古学家、生物考古学家、历史学家和艺术历史学家。

专门研究埃及和努比亚考古的史密斯指出,库什王国作为埃及之外的第一个国家,在非洲历史上发挥了重要作用。公元前850年,王国沿着尼罗河在苏丹北部的纳帕塔兴起,其国王作为第25王朝(公元前750-650年)的法老统治了埃及100年。尽管他们被亚述人赶出了埃及,他说,这个王国持续了一千多年,对于一个古代甚至现代的国家和社会来说,这是一段异常漫长的时间。

史密斯说,尽管库什文明取得了成功并延续了很长时间,但它一直被描绘成一种依赖于“文明”埃及的“原始”文化——当库什王国与亚述人以及后来的希腊人和罗马人交战时,它闯入了更广阔的地中海世界。

“对埃及古物学家来说,”史密斯说,“种族主义叙事的共鸣,以及古埃及努比亚人自卑的意识形态,强化了努比亚人是‘不文明’死水的看法。”

会议报告的最后一天,即27日星期六,将集中于确定和纠正库什特征中以埃及为中心和种族主义偏见。

“作为复杂的非洲黑人文明的一个例子,”史密斯说,“库什和埃及一起,在黑人和非洲研究的发展中发挥了关键作用,更广泛地说,在非洲裔美国人反对把非洲描述为一个不文明大陆的种族主义方面发挥了重要作用。”

“早期的非裔美国学者和主要知识分子,包括W.E.B.杜·波依斯(W.E.B. Du Bois)、布克·t·华盛顿(Booker T. Washington)、马库斯和艾米·雅克·加维(Marcus and Amy Jacques Garvey)等人,都参与并挑战了早期埃及学家经常公开的种族主义观点,”他继续说。“库什在这些讨论中发挥了关键作用,对于黑人和非洲研究中更注重历史的学者来说,库什仍然是一个重要的焦点。”

史密斯自2013年以来一直在努比亚的汤博斯从事考古工作,他将为大会做最后的介绍,主题是“库施特物质文化中的种族主义、埃及古物学的刻板印象以及当地和国际的交集”。

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威拉米特盆地里的水

水。这可能是美国西部最大的问题。在过去的一个世纪里,它点燃了人们的激情,推动了雄心勃勃的项目。现在,加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)的一位经济学家研究了我们如何通过改变蓄水和用水的激励机制来减轻干旱带来的压力。研究结果发表在《自然可持续性》杂志上。

人类使用水的目的多种多样,但河流也需要水流经它们,以确保鱼类和其他野生动物的生存。事实上,《濒危物种法》(ESA)要求某些河流的流量必须达到最低,以保护受威胁的鱼类。在俄勒冈州的威拉米特河,这也与渔业有关。没有水就没有鲑鱼,没有鲑鱼就没有鱼。

加州大学圣塔芭芭拉分校布伦环境科学学院的环境经济学家Andrew Plantinga说管理部门与太平洋西北沿岸各机构的同事合作,调查威拉米特河流域的用水动态。目标是找出如何满足人类对水的需求,同时满足严重干旱期间的最低流量需求。

该团队建立了一个空间模型来模拟人与自然的因素。该模型由16万个独立的细胞组成,这些细胞横跨盆地,它们的规则控制着系统如何随时间变化。他们在模拟中选择了盆地遭受严重干旱的特定年份,并集中研究短期干预措施,使该区域能够满足人类需求和欧空局的需求。

不断变化的需求

该小组的目标是流域水经济的三个主要方面:城市利用、农业利用和水库供应。通过提高城市水的价格,他们可以降低城市用水。Plantinga说,农业比城市消耗更多的水,但这不仅仅是因小失大。改变城市定价机制是一个合理的策略。他说,这是加州应对2014年后干旱的一部分。在威拉米特盆地的模拟中,这些干预措施节省了320亿到840亿公升的水,这取决于变化的大小。

由于农业部门比城市地区使用更多的水,它提供了更大的保护潜力。与城市不同,威拉米特河流域的农业属于优先拨款原则,该原则为农民建立了容量限制和年资制度。因此,研究小组模拟了每英亩灌溉费用将如何影响农业用水。

普兰廷加解释说:“俄勒冈州西部不像加州的中央山谷,如果不灌溉,就无法种植作物。”“在威拉米特盆地,你可以在没有灌溉的情况下种植作物。所以,这实际上是激励机制的变化,决定了你是否会成为一名灌溉工。”

改变收费后,用于灌溉的水量减少了180亿升,至3090亿升。大规模的扩散源于干预的规模。

威拉米特河流域占俄勒冈州陆地面积的12%,是该州70%以上人口的家园。

图片来源:ANDREW PLANTINGA/ USGS

影响供应

改变水库的管理规则为解决这一问题提供了一条途径。水库在太平洋西北部有两种功能。它们储存水以备以后使用,但也通过吸收季末暴雨带来的水流来防止洪水。不幸的是,这些角色是不一致的,因为一个完整的水库不能接受多余的雨水。官员们需要平衡这两项任务,这意味着他们不会在潮湿的冬季完全填满水库。

普兰廷加说:“现在想想这个问题。“冬天很暖和,但你不知道三月份会是什么样子。你不能把水库里所有的水都收集起来,因为你可能会突然遇到一场巨大的风暴,这需要你有能力减轻洪水。“然而,如果春天的暴风雨从来没有来过,你就错过了本可以救你的水。

普兰廷加和他的同事决定测试一下,如果他们改变水库运行的规则,会发生什么。研究小组允许它们在干旱年份的早些时候开始蓄水,并允许它们在水位下降到缓冲区(水库通常会将剩余的水储存起来供人类使用)时,继续向河流排放水。他们发现,在他们的模拟中,这些协议的改变可以增加340亿到870亿升的储水可用性。

普兰廷加承认,最终,承担更多风险的政策具有更大的潜力。如果你早早地开始蓄水,你就有可能没有能力吸收春季大风暴带来的水流,但在干燥的冬天,你可以储存更多的水。如果你在水库水位低的时候继续放水,你就会面临人类需求不足的风险,但你能更好地满足ESA的流量要求。

如此之近

不幸的是,即使是最先进的干预措施也只能部分成功地满足欧空局的规定。这些努力能够保存足够的水,以填补81%的最低流量要求与现状之间的差距,但仍有流量不足的时期。

那么,这些努力为什么会失败呢?

简单地说,并不是所有的守恒水都能达到ESA的要求。在干旱时期满足水的需求完全取决于时间和地点。普兰廷加说:“例如,你不能通过保护波特兰下游的水来满足塞勒姆的最低流量要求。”“同样,如果你在5月份没有达到流量要求,那么在8月份节约大量的水对你也没有多大好处。”

他补充说:“节水可以非常有效,但它也必须在正确的时间把水送到正确的地方。”因此,尽管这些举措可以极大地影响水资源保护,但它们也说明了在严重干旱年份满足生态需求和人类需求的挑战。

不匹配的气候

尽管太平洋西北部的气候比加州温和,但它的降水模式却与加州相同:大部分降水在冬季到来,该地区依靠结实的积雪储存水分,并在整个春季和夏季缓慢释放水分。

普兰廷加解释说:“然而,在这类地中海系统中,我们在降水和需水量之间存在着错位。”虽然冬天下雨,但大部分需求都在夏天。例如,农民需要大量的水来灌溉作物在干燥的夏季生长季节。

普兰廷加说,气候变化在两个方面加剧了这一挑战:降水在时间和数量上变得更加多变,更多的降水以降雨而不是降雪的形式出现。干旱可能会成为世界范围内一个日益严重的问题,尤其是在美国西部。事实上,2015年威拉米特河流域实际上经历了一场严重的干旱,与该研究小组模拟的干旱并无不同。

按照这种思路,普兰丁加计划将他的注意力转向地下水管理,尤其是在加州。2014年,加州通过了《可持续地下水管理法案》,为地下水开采设定了可持续产量目标。然而,法律并没有规定如何实现这些目标,因此Plantinga计划研究实现这些目标的不同方法。

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海洋普查

他们穿着潜水衣滑倒,给相机充电,冲破塞纳河——这一切都是为了太平洋海岸的利益。

加州大学圣巴巴拉分校海洋科学研究所(MSI)的研究科学家珍妮·杜根(Jenny Dugan)、詹恩·卡塞勒(Jenn Caselle)、罗伯特·米勒(Robert Miller)和马克·佩奇(Mark Page)加入了全州40多名同事的行列,开始了多年来的多项研究工作,以研究加州海洋保护区(MPAs)的健康和多样性。该项目由海洋保护委员会(OPC)资助950万美元,并与加州海洋基金(California Sea Grant)和加州鱼类和野生动物部(California Department of Fish and Wildlife)合作管理。这都是2019年MPA第二阶段监测计划的一部分,旨在评估MPA网络,以及它是否达到了保护和保护加利福尼亚海岸多样化海洋栖息地的目标。

“海洋保护区是一个有附加限制的空间,通常是为了捕鱼,”生物学家Caselle说,她自己也参与了四个项目。1999年颁布的《海洋生物保护法》(Marine Life Protection Act)在2011年进行了重新设计,该法案创建了一个保护区网络,如今涵盖了各种海洋栖息地和区域。它有几个级别的限制,一般限制夺取海洋生物和其他资源,以便使这些地区及其居民不受干扰。这种多样性海洋保护区的目标是维持许多相互关联的海洋栖息地的生物多样性,这些栖息地可能受到渔业、娱乐、污染和其他因素的影响。

白雪船依靠健康的海岸生态系统来觅食和繁殖

图片来源:国家公园管理局

“这是一种生态系统管理设备,”Caselle解释说。“它不仅保护了一种鱼类免受一种萃取物的侵害,它还保护了整个生态系统。“在栖息地退化或某些物种过度捕捞的地方,这些限制给了海洋生物一个再生的机会。在其他地区,海洋保护区可能包括托儿所或产卵场,或可靠的食物来源。

MPA网络的设计是与无数利益攸关方的激烈合作,而且常常引发争议。这些利益攸关方是利用海岸和海水工作或玩耍的人,他们会发表自己的观点和担忧。但是,科学家们说,海洋保护区的不只是鱼:如果一个受保护的区域足够健康,可以供应鱼MPA以外的地方,这反过来,确保该地区渔民的生计和特许船只依赖运动钓鱼和水下生物多样性维持生计。海带林也可能出现同样的情况。海带林可以将孢子出口到离家几公里远的地方,有可能播种新的森林,也有可能补充被天气、捕鱼或入侵生物破坏的森林。

“加州开始提出的更棘手的问题是,‘MPAs能否以独特的方式缓冲气候变化的影响?”“Caselle说。她补充说,答案很难找到,但近年来海洋变暖的影响已经很明显,通过海星的消耗和海带森林的大量砍伐。

杜根指出:“还有一种弹性的概念,即一个完全多样化的生态系统,以完整的自然种群规模和结构支持物种,可能有更大的能力从气候变化带来的冲击中恢复过来。”

如果不加以控制,海胆可以摧毁海带森林

图片来源:凯蒂·戴维斯/卡塞勒实验室

杜根解释说,功能冗余是一种可行的方法。功能冗余是指在食物网络中存在多个具有相同作用的有机体。如果一个物种受到威胁,甚至被消灭,其他物种就会冲进来填补它的空缺——其功能从关键动物的食物到控制其他物种的数量——因此生态系统的平衡不会朝着某个方向倾斜得太远。在紫海胆已经泛滥成灾的地方由于海星掠食者的消耗性疾病,例如,龙虾和加州sheephead鱼的存在可以抑制海胆的数量,这反过来会降低割草的海胆海藻床,将其他更可取的红色海胆食品。事实证明,在海洋保护区保护的龙虾和羊头海胆种群(商业和娱乐捕捞)中,紫色海胆种群并没有失控,海带森林得到了保护。

这些和其他影响是科学家们试图捕捉的东西之一,他们将建立在几个监测项目中收集的数据的基础上,并根据这些数据进行测量,其中包括2007年至2018年运行的MPA基线监测项目。

健康的森林,健康的海滩
要开始评估保护海洋生物多样性的效果,海洋生物学家杜根不需要走得比加州大学圣巴巴拉分校更远。校园点州海洋保护区是一个禁止进入的区域,从校园点横跨艾拉维斯塔的海滩,到戈莱塔的埃尔伍德地区,然后向南进入水域,覆盖10.51平方英里的保护区。除了是一个受欢迎的当地冲浪点,该地区还包括煤油点保护区,这是一个家园的其他生物,受到威胁的西部雪船。

那么,白雪皑皑的船鸭——以及其他在海滩上筑巢的滨鸟——与海洋有什么关系呢?海带森林。

杜根说:“我们在全州范围的基线研究中发现,海滩上海藻的数量、无脊椎动物的数量和以无脊椎动物为食的滨鸟之间存在着令人信服的关系。”“白化的船鸭幼鸟几乎完全依赖那些吃被冲到沙滩上的海带的小动物。事实上,她认为,通过海带在筑巢的海滩上积累的甲壳类动物和昆虫越多,在海滩上生活的脆弱的雏鸟就越不需要为了觅食而暴露在捕食者面前。反过来,这可能有助于提高它们的数量。

加州大学旧金山分校的研究生Jessica Madden(右)正在用他们将要使用的带诱饵的远程水下视频设备(BRUV)训练来自莫斯兰丁海洋实验室的研究生

照片来源:珍妮·杜根

这不仅仅是关于plovers。杜根的项目,进行与MSI co-PIs页面,米勒和10 7个机构的其他研究人员和他们的团队,将雇用在岸边沙滩盛和水下使用摄像机捕获和计数鱼住在冲浪区,以及行为的调查鸟类和滞留海带。此外,科学家们还将测量人类的使用以及海滩和冲浪区的物理特征。所有这些海滩措施都将与其他数据进行分析,例如从空间测量的海带森林冠层生物量和来自各州不同地区的可用基线信息。

Campus Point SMCA只是加州几个海洋保护区之一,Dugan和他的团队将在这个项目中工作。

杜根的团队利用海滩塞纳河来了解冲浪区的鱼类

照片来源:珍妮·杜根

她说:“我们将带着我们的渔网、潜水衣、照相机、写字板和双筒望远镜在这个州上上下下旅行。”研究区域包括从洪堡到圣地亚哥的至少21个MPAs,每个MPAs都有自己独特的特征。在离家更近的地方,杜根和他的团队还将在Point concept、Point Dume和Vandenberg国家海洋保护区撒网、数鸟,并拍摄冲浪区域的视频。他们采集的数据不仅将用于与同一地区以前的统计数据进行比较,而且还将用于与保护区以外采集的数据进行比较,以了解这些数据的有效性。

水下生物
卡塞勒的大部分工作将在离水面稍远的地方进行。她将与包括学生研究人员、志愿渔民、船长和租船公司在内的潜水合作伙伴一道,监测从岩石潮间带(介于涨潮和退潮之间的区域)到近岸海藻林的生态系统。

Caselle说:“在所有不同的栖息地中,海带森林和近岸礁石是最容易被捕捞的。”“因此,它们是最有可能在保护区内外表现出相当极端影响的物种。她说,她的项目想要回答的主要问题相当直接:“与外部地区相比,我们是否看到MPA中鱼类的数量和大小有所增加?”如果是这样,为什么?”

海带蟹

图片来源:凯蒂·戴维斯/卡塞勒实验室

此外,Caselle还将考虑MPA的首要问题,即消除捕鱼效应可能如何改变食物网和生态网络。“钓鱼通常会杀死大鱼,而大鱼通常是捕食者,”她说。“这是如何渗透到整个食物网络的呢?”一个健康的食物网和一个顶级的鱼类捕食者已经被清除的食物网相比是什么样子的?我们是否看到了更强的韧性和反弹的迹象?”

为了回答这些问题,Caselle和合作者将访问大型海藻森林在海峡群岛国家海洋保护区和国家公园,有些Caselle的团队监控区域内的在过去的20年里作为跨学科研究伙伴关系的一部分沿海海洋(皮斯科)。

水肺潜水将成为研究海带森林的主要工具,因为研究人员正在收集有关大型海藻的数据,这些海藻最近急剧减少,对当地生态和经济造成了影响。研究人员还将通过遥感和现场仪器收集冠层数据。

潜水员收集数据

图片来源:凯蒂·戴维斯/卡塞勒实验室

卡塞勒说,在更深的水域,研究小组将使用多种技术,包括遥控车辆和落体摄像机,让科学家可以确定鱼的位置和大小。

科学家们还有另一张王牌:志愿者垂钓者。加州渔业合作研究项目使用了一些最重要的——通常也是最关键的——MPA利益相关者的技能和专业知识,用于一些科学捕鱼。卡塞勒说,垂钓者将在保护区内外垂钓,以取样观察鱼类是否以及如何从保护区“溢出”到周边地区。

“我们对每分钟捕捉到的每件事都有非常详细的数据,”卡泽尔说。“钓具都是标准化的,我们可以用它来计算单位努力的渔获量,这是一个丰裕度的指标。”

卡塞勒的工作,像杜根的,并不局限于圣巴巴拉部分的圣巴巴拉海峡;它将包括从北加州到南加州的各种各样的MPAs。

从这些罕见的大型MPA监测项目中收集和分析的数据,预计需要2到3年的时间才能完成,将在2022年的某个时候提交给加州鱼类和野生动物委员会,用于全州范围的MPA网络管理审查。从那里,委员会将决定未来MPA管理的方向。

 

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