蹊径

今天的大部分商品化学品——我们使用的许多产品的基础——都是基于石油的加工过程。石油是一种有限的资源,开采和生产对环境来说是昂贵的。华金·雷萨斯科(Joaquin Resasco)预见到了这种变化,他自己的作品可能会起到一定作用。

Resasco是加州大学圣巴巴拉分校的一名化学工程博士后研究员,他预测未来我们赖以维持现代生活的化学物质将通过绿色方法、可持续过程和可再生资源来实现。

“今天这个行业围绕着石油,但它可以被一个使用可再生电力的行业所取代,”化学工程教授菲利普·克里斯托弗的团队的博士后研究员Resasco说。“可再生电力可以提供获取空气和水的能量,并把它们变成化学建筑材料。然后,有了更多的可再生电力,这些积木就可以拼在一起,创造出我们社会所依赖的产品。”

29岁的Resasco为了“改变几十年来使用石油作为化学能源的模式”做出了富有远见的努力,他被福布斯杂志提名为30位30岁以下的科学家。他加入了600名年轻的有影响力的人的行列,在福布斯2020年的20个类别中脱颖而出。

克里斯托弗说:“这是对华金职业生涯早期成就的巨大认可,也是对他未来研究的巨大潜力的认可。”“华金是一位深刻的思想家,我希望他的工作能继续带来有趣、有影响力的科学和工程研究。”

“当我听到这个消息时,我欣喜若狂,”Resasco说。他在加州大学伯克利分校获得化学工程博士学位后,于2018年来到加州大学圣巴巴拉分校。“能成为这样一个有才华、有影响力的群体中的一员,我感到很荣幸。”

他说,他选择来到UCSB,尤其是为了学习克里斯托弗在催化材料方面的专业知识。Resasco的具体目标是发现一种电催化剂,它可以利用可再生能源来代替传统的以石油为能源的能源来驱动这些反应。

Resasco指出:“这些过程加在一起,消耗的能源和产生的温室气体与全世界的交通运输一样多。”“制造由可再生电力驱动的高效催化剂,可以凭一己之力取代以化石燃料为基础的化学工业。”

尽管催化剂常常被它们所产生的过程和产品所掩盖,但它对我们的现代生活至关重要;没有它们,用于生产普通产品和商品的反应可能会发生得太慢或根本不会发生。

“催化让我着迷,因为它可以让你利用对分子水平上正在发生的事情的理解来控制大规模的工业过程,”Resasco说。“在加州大学圣巴巴拉分校这样的地方,我可以从事催化领域的前沿研究,为下一代可持续解决方案做出贡献。”

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带来欢乐

从迷幻的杯垫到独一无二的珠宝,从植物学装饰到纺织珍宝,2019年加州大学圣巴巴拉分校冬季温暖手工艺品集市给坎贝尔大厅的广场带来了节日的欢乐。

校园工作人员的创造力和才能得到了充分的展示,他们制作了独特的、手工制作的、在很多情况下是环保的作品,为那些想为朋友或自己买礼物的人找到合适的礼物。

所有这些混合在一起的、甜蜜的食物和漂亮的小玩意也都是为了一个很好的目的:相关的学生为A.S.食品库募集捐款,作为交换,他们的参赛作品将赢得冬季取暖抽奖的奖品。

一年一度的“冬季取暖器”活动由大学教职工大会、大学校长顾问委员会、职业妇女协会和学术商务官员小组主办。

 

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巨大的影响

不久前,如果你在夜间或旅途中不小心开了灯,你将为这个错误付出很大的代价,电费将大幅增加。白炽灯、荧光灯、卤素灯、汞灯和其他灯长期以来一直是世界范围内室内外照明的主要光源,但它们产生的热量往往很短暂,效率也相对较低,因此它们也占了全球能源消耗的很大一部分。

,一切都改变了,亮蓝色的创建由加州大学圣芭芭拉分校材料和电气和计算机工程科学家中村认他,谁,Hiroshi天野之弥和Isamu Akasaki从名古屋大学(都),赢得了2014年诺贝尔物理学奖释放技术,导致了白光LED的诞生。

节能、耐用、多功能的白色LED照明在今天无处不在,其技术应用于家庭、办公室、汽车和设备、街道、店面等。美国能源部(U.S. Department of Energy)的数据显示,得益于LED照明,到2030年美国照明用电将下降40%以上,从而节省50多家发电厂的能源,并有可能减少1.85亿吨二氧化碳排放。led的能耗仅为白炽灯泡的四分之一,这也为消费者节省了大量的能源,减少了电费的上涨。

由于这些好处和更多,中村已被选定接受2019年Leigh Ann Conn可再生能源奖。该奖项由路易斯维尔大学(UofL)颁发,每两年颁发一次,旨在“表彰、宣传和传播与可再生能源的科学、工程、技术和商业化相关的杰出思想和成果。”

“这是我的荣幸收到利安康涅狄格州奖,“中村说,加州大学圣芭芭拉的克里族特聘教授的材料,和收件人其他荣誉包括千禧技术奖,国家发明家名人堂成员,国家工程院和科学院发明家。“全球变暖正在成为一个大问题;我希望LED和激光照明通过减少能源消耗,为人类的光明未来做出贡献。”

”博士。中村是致力于LED技术可行性的世界级科学家。他的工作和坚持不懈的精神鼓舞着我们所有人。路易斯维尔大学赞扬了他的研究及其积极影响。在一个能源使用必须对环境负责的世界里,他是Leigh Ann Conn奖的杰出得主。”

led提供了所有照明光源中最节能的一种,而且用途广泛,可用于各种应用,从住宅和商业到汽车和设备显示器。它们的效率、紧凑性和耐用性也有助于搜救行动,以及在不适宜居住的环境和远离电力基础设施的偏远地区提供照明。冷却燃烧的led灯减少了对空调的需求和相关的能源消耗,减少了燃烧化石燃料产生的温室气体排放。

Nakamura博士发明的“革命领导技术使得节能固态照明和低成本的LED光源已经每年为美国消费者节省了数十亿美元的电力成本,”史蒂文DenBaars说,中村的同事,一位材料和电气和计算机工程教授和主任固态照明,加州大学圣巴巴拉分校的能源电子中心。

中村博士的工作影响巨大,而正是利·安认为最重要的:如果创新永远不能改变世界,那还有什么用?康乃狄格(Leigh Ann Conn)之父、UofL校友汉克•康乃(Hank Conn)表示,“LED照明触及各个经济阶层的人,在全球范围内节省能源和资金。”我们很高兴能认识到这位杰出的科学家,他的创新,以及他们转化为明显有影响力的技术。”

中村将正式接受Leigh Ann Conn可再生能源奖——一枚奖章和5万美元奖金——并在2020年3月的正式典礼上发表公开演讲。

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海洋的命运

望向大海,它象征着永恒的耐力和富饶。人们很容易认为,面对迅速变化的气候及其带来的所有影响——灾难、粮食不安全、栖息地和生物多样性丧失等等——海洋将永远存在。

但在海洋看似不变的表面下,大量的变化正在发生——有些我们可以预测,有些我们无法预测。这些影响必然会影响到我们的人类系统。

加州大学圣巴巴拉分校的生物海洋学家黛博拉·伊格莱西亚斯-罗德里格斯(Debora Iglesias-Rodriguez)毕生都在研究海洋生物多样性和功能的控制机制,因此,她有绝佳的视角来见证这些人类活动带来的变化,并预测未来的影响。她的新书《变化海洋中的海洋生物的未来:气候变化和其他类型的人类扰动下海洋生物的命运和过程》(World Scientific, 2019)综合了这一领域数十年的研究成果。它将人类活动改变的海洋过程中的点与因海洋变化而对人类系统产生的影响联系起来。

伊格莱西亚斯-罗德里格斯说:“我写这本书的动机是向读者提供有关海洋面临的关键和紧急问题的最新信息。”

她从海洋学和气候科学的基本概念开始,然后带领读者了解最近海洋化学和物理学的变化——导致海洋酸化和变暖、海洋污染和氧气水平下降的现象及其对生态系统多样性和功能的涟漪效应。

她说:“这些章节讨论了海洋变化如何影响粮食安全、生态系统健康以及从表层海洋到深海的碳封存。”

一路上,伊格莱西亚斯-罗德里格斯努力消除人们对海洋及其缓冲或纠正气候变化影响的能力的误解。

她说:“我讨论过的一个普遍存在的误解是,人口的规模和增长率与海洋面临的迅速升级的生态问题几乎没有关系。”另一种观点认为,环境退化主要是污染造成的,因此被认为是一种局部和可逆的现象,主要是对人类健康的影响。

她说:“今天,我们知道环境的扰动既有局部性的,也有全球性的影响。我们也知道人类已经造成了全球性的影响,比如气候变暖、海洋酸化和塑料污染,这些已经改变了全世界海水的物理和化学性质。”

还有两个错误的信仰,Iglesias-Rodriguez发现特别危险可能造成的不作为或推迟干预,当事实上迫切需要立即采取行动:人口的持续增长,因此自然资源的消耗,将可能由于科学和技术,而“海洋在某种程度上具有无限的惯性和回到稳定状态的能力或“再生”本身。”

”,而海洋是一个水库,有能力回到稳定状态,”她说,“不成比例的释放的温室气体和其他污染物的积累导致热量和化学成分的变化,海洋仍将在很长一段时间,除非工业实践和个人行为发生剧烈的改变。”

她补充说,自然调整是在地质时间尺度上发生的——如果没有强有力的、协调一致的干预措施,如大幅减少温室气体和污染,人类就等不了那么长时间。如果没有大规模的干预措施,如在短期内通过地球工程来应对气候变化,就不太可能回到工业化前的状态。

伊格莱西亚斯-罗德里格斯说,但是并不是所有的都输了。事实上,海洋的命运——以及地球其他部分的命运——并不是掌握在少数有钱有势的人手中,而是掌握在普通大众手中。她认为,消费者有能力扭转潮流,他们的决定可以共同推动企业和市场采取更多的环保措施和产品,以及形成更循环的经济,促进复苏和再生,而不是在产品使用寿命结束时进行处置。

为此,她说,价值观的转变是必要的。

“我最终的希望是这本书能够影响个人和社区的决定,并鼓励其他人探索技术途径和社会方法来恢复或改善海洋的健康。”

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给予的季节

人们很容易对“节日精神”嗤之以鼻。“每年有几个星期,我们专注于给予——给予家人、朋友、慈善组织。但新年过后不久,我们大多数人又回到了以自我为中心的状态。

虚伪吗?

进化人类学家迈克尔·古文(Michael Gurven)认为,根本不是这样。他是加州大学圣巴巴拉分校综合人类学科学的主席,他认为,给予他人是人性的基本组成部分,但在选择给谁以及在什么情况下给予也是如此。因此,一个“给予的季节”是非常有意义的。

古文说:“与他人联系的冲动是人类共有的,我们做到这一点的主要方式是给予和分享。”“当你把我们和我们最近的灵长类亲戚黑猩猩相比时,我们会分享大量的资源,并慷慨地给予——而不仅仅是为了请求或回应乞讨。”

每年的这个时候尤其如此,空气中充满了熟悉的颂歌旋律,宣告着和平与善意。

在他的研究中,古文从进化的角度来研究人类行为,这一观点认为,我们的习惯和动机往往与那些让我们的远古祖先得以生存和繁衍的行为相呼应。他认为,我们给予他人的冲动在很大程度上反映了我们的生物遗产。

古文指出,在生命的早期和晚期,我们都依赖于他人的照顾。这些经历使我们铭记分享的重要性。

他说:“即使在狩猎采集的社会,人们也要到十八九岁才会收支平衡。”“这意味着在生命的前18年,你需要从别人那里得到食物。如果你的家庭中有很多饥饿的人需要吃饭,那么在你30多岁、40多岁的黄金时期也是如此。另一方面,黑猩猩在断奶后不久就能自己进食。

“人类成长和发展缓慢,要成为一个成功的食品生产者需要很长时间,无论是狩猎、农业还是采集,”他继续说。“培训期间需要其他个人的补贴。合作不仅仅是一种奇怪的人类属性——它在很大程度上决定了我们是谁。”

也就是说,作为慈善家,“我们非常挑剔,”古文说。“如果我们把每天生产的东西都捐出去,我们就会一贫如洗。所以,我们对给予什么和给予谁是有策略的。如果你随时准备付出,那可能会让你不知所措,然后你可能就根本不想付出了。”

所以我们很多人都等到假期——一年中“所有激发捐赠的信号都变得非常高”的时候。当你在超市时,救世军就在门外。你躲不开他们。”

古文认为,所有这些给予的机会都会产生某种传染效应。“慷慨洋溢在空气中,”他说。“你身边的每个人都在给予,我们都很有竞争力。

他继续说道:“如果你收到一封以‘亲爱的朋友’或‘亲爱的兄弟’开头的邮件,慈善机构就会创造一种虚拟的社会关系,可能会增加你对家庭或亲密关系的义务。”“当一个朋友向慈善事业捐款时,你可能会在社交媒体上看到;这是一种美德,它向每个人发出‘看我刚刚做了什么’的信号,这可能会激励其他人做同样的事情。”

还有一些假日“白象”聚会,格文指出,这些聚会是“让人们走到一起,提醒他们互相关心的机会”。

他说:“有些人在任何情况下都是无私的。”“他们必须小心,不要被利用。对我们其他人来说,环境和文化很重要。假期使我们集中注意力。我们意识到我们的社交网络有多重要,所以我们花钱给家人和朋友买礼物。”

好吧,但为什么我们要花时间和精力为我们所爱的人挑选礼物,而不只是送他们肯定会喜欢的礼物:冰冷的现金?

古文解释说:“当你与社交网络中的人交换礼物时,(经过深思熟虑的)礼物有很多象征价值。”经济学家会说,钱是最好的礼物,因为你可以得到任何你想要的,这应该使你的满意度最大化。但这太简单了。这并不能说明你们的关系;这说明你钱包很厚。

“如果我送你一件对我来说很昂贵的礼物,表明我一直很注意你的好恶,从你的角度来看,这意味着‘他一定很看重我。’”“因此,你更有可能珍视我们的友谊,并希望在未来进行互动。”这是一件大事。”

所以在挑选礼物的时候一定要小心,当你的捐款在一月中旬减少的时候也不要感到难过。古文说,两者都是人性的最好例证。

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开创了一个新的量子时代

2019年,加州大学圣巴巴拉分校/谷歌实验室的一组科学家通过展示量子优势创造了历史——这是第一台量子计算机,它甚至有能力超越世界上最强大的经典超级计算机。在UCSB物理学家和谷歌首席科学家约翰·马提尼斯的指导下,这个小组实现了仅仅一年前的一个雄心勃勃的计划,正如许多崇高的目标一样,充满了不可预见的困难和障碍。

结果:三分钟的量子计算将标志着量子计算世界的一个转变。

“我们非常兴奋,因为这个实验似乎在2019年冬天就能进行了,”马提尼斯在谈到他们在2018年12月制造的54-qubit处理器Sycamore时说。

他回忆说,当研究人员遇到无法解释的忠诚度潜在下降,威胁到他们在终点线的进展时,兴奋变成了担忧。该团队非常努力地识别并解决了这个谜题,他们发现——谢天谢地——这个问题是一个校准问题,而不是系统内部一些意料之外的复杂交互作用。到了晚春,他们有了数据,证实他们已经完成了多年来一直在做的事情。

Martinis说:“简单的校准就能很好地解释这些数据,这让我很惊讶,因为这有力地说明,没有意料之外的物理现象会限制量子计算机的发展。”“当我们完成实验时,每个人都松了一口气,因为一切都很顺利,我们可以发表论文,继续我们的生活。”

马提尼被《自然》(Nature)杂志选为其年终专题《自然的10人》(Nature’s 10),以表彰他在创造量子计算机方面的领先努力,这种计算机可能会超越传统计算机。

加州大学圣巴巴拉分校数学、生命和物理科学系的系主任皮埃尔·威尔兹乌斯说:“这一当之无愧的荣誉是我们自豪地称约翰·马提尼为加州大学圣巴巴拉分校的同事和成员的另一个原因。”“他颠覆性的研究将永远改变我们对计算机能力的看法。”

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一个著名的识别

加州大学圣巴巴拉分校工程学院的两位教授被提名为全球最大的教育和科学计算学会——计算机械协会(ACM)的2019年院士。

计算机科学系的Giovanni Vigna因“在移动代码、入侵检测、恶意软件检测和漏洞分析领域的开创性贡献”而被认可。电气与计算机工程系的谢源被选为“对技术驱动的计算机体系结构的贡献以及为其实施和评估开发工具的人”。

这两人是入选2019年ACM的58名成员之一。

加州大学圣巴巴拉工程学院院长Rod Alferness说:“祝贺Vigna教授和谢教授被认可为ACM研究员。”“这项由最重要的学术团体颁发的荣誉奖项,突显了学院所进行的重要及具高度应用价值的工作。”我们非常感谢有两位如此优秀的教员和开创性的研究人员,他们是工程学院大家庭的一部分。”

Vigna是UCSB网络安全中心的主任,安全实验室的联合主任和Shellphish黑客组织的创始人。在后者的角色中,他组织了一年一度的国际捕获旗帜活动,这是世界上最大的攻击防御黑客竞赛之一。他也是Lastline公司的联合创始人,该公司开发创新的解决方案来检测和减轻高级恶意软件和有针对性的威胁。

与大多数学术领域不同,期刊论文是传播新研究的主要媒介,会议论文是计算机科学新研究的黄金标准。四个顶级会议主导着Vigna的专业领域——计算机安全,并且在将近20年的时间里,就发表的论文数量而言,Vigna一直是世界上排名前三的研究人员之一。

根据谷歌学者的数据,维尼亚的著作被引用了26000多次。他的一篇论文被引用了1700多次,他的60多篇论文被引用了100多次。

通过他的教学和指导,维尼亚的影响在整个行业产生了反响。例如,在当前1170万美元的国防高级研究计划局(DARPA)的事业,他正在与六UCSB之外,研究人员5人获得博士学位在安全实验室。该项目包括开发一种人机结合的方法软件安全的计算机系统可以请求人类援助问题不够“聪明”来解决。

Vigna的开源angr二进制分析系统从Github上下载了超过2.5万次,被思科、英特尔和高通等行业巨头用来分析物联网固件,并识别无法获得源代码的组件中的漏洞。2016年,Vigna因其在打击恶意软件和网络犯罪方面的贡献而获得了谷歌安全隐私和反滥用奖。

谢原(音译)是UCSB可扩展和节能建筑实验室的负责人。在他的职业生涯中,谢对利用新兴技术,特别是三维(或“堆叠”)集成电路(3D ic)和新的非易失性存储器(NVMs)的计算机架构设计和设计自动化做出了有影响力的贡献。

3D集成电路提供了实现系统级创新的新机会,而不依赖于扩展新技术。与传统的SRAM/DRAM存储器不同,NVMs具有非易失性的优点,即使设备关闭也能保留所有数据;更高的密度,这样每平方毫米物理内存可以存储更多的数据;同时,待机功率也更低,这意味着,如果一台电脑闲置了几分钟而不采取任何行动,那么它几乎不会消耗任何能量。

谢已经为这些新技术开发了设计自动化工具集(提高设计师效率的软件),并制作了原型实现,激发了商业上的后续行动。他被认为是这两种新兴技术的世界领导者,也是跨越了分隔架构、设计自动化和测试的传统边界的极少数研究人员之一。

谢最近还被任命为美国科学促进会的会员。他获得这种双重全球认可的可能性几乎为零。他出生在中国东南部农村的一个农民家庭,那里离任何规模的定居点都有数英里之遥。大平村的生活很艰苦。它的名字翻译过来是“又大又平”,但谢先生回忆说,大坪实际上很小,而且多山,上学需要长途跋涉。

在他的一、二年级老师从谢的村子搬到60英里外的一个小镇后,她主动要求接待班里的第一名谢,以便他能上更好的学校。这开启了他的教育之旅,使他在清华大学获得了电子工程学士学位,后来在普林斯顿大学获得了硕士和博士学位。

 

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雪上加霜

珊瑚礁已经存在了上千年,但我们对珊瑚和其群落中其他生物之间复杂的相互作用和关系还只是皮毛。由于珊瑚在海洋中维持着多种多样的生命,对这些联系有更细致入微的认识,对我们了解珊瑚在全球变化时期如何受到影响至关重要。

在一篇发表在《海洋生态发展系列》,加州大学圣芭芭拉分校的研究人员在莫’orea的珊瑚礁,法属波利尼西亚,发现一些事件的一部分正常珊瑚的存在有可能成为有害的一个或多个环境压力。

以带刺鱼为例,带刺鱼是一种重要的有害生物,它们以生长在珊瑚礁上的藻类为食。数千年来,这些刺尾鱼一直与它们的珊瑚群落一起进化,吃草,排泄。

这项研究的主要作者、博士后研究员莱拉·埃扎特(Leila Ezzat)说:“每个人都会拉屎,包括鱼类,它们自古以来就一直在珊瑚礁上活动。”

在正常情况下,从鱼粪中排出的微生物对珊瑚的短暂影响很小——事实上,它们的粪便中含有可能有利于珊瑚生长的营养物质。

“然而,已知鱼粪中含有大量的机会主义细菌,这些细菌可能会改变珊瑚的微生物群落,”Ezzat说。她解释说,这个想法是为了研究珊瑚鱼和珊瑚之间常见的相互作用如何以及在多大程度上能够改变珊瑚的微生物群落和健康。

为了找到答案,Ezzat和加州大学圣巴巴拉分校的其他研究人员,海洋生态学家Deron Burkepile的小组将裂片珊瑚放入不同的容器中,并将它们置于各种可能出现在它们栖息地的条件下:一种未经处理的对照珊瑚;一块珊瑚,上面有一块硬鳍鱼的粪球;人工损伤的珊瑚(模仿捕食珊瑚的动物如鹦嘴鱼的动作);还有一块受伤的珊瑚,上面有个粪球。在为期两天的实验过程中,他们对珊瑚进行了三次取样——一次在开始,一次在24小时,一次在结束,也就是48小时。

Ezzat说:“我们发现,当珊瑚受伤或暴露在粪便颗粒中时,它们的细菌群落发生了整体变化。”“这包括细菌种类的丰富和多样性的增加,其中一些是潜在的机会主义者或珊瑚病原体。”

他们还发现,在48小时后,细菌群落往往会恢复到原来的组成,这表明珊瑚的微生物群落对每一个单独的应激源都有弹性。

“然而,当珊瑚同时暴露在两种压力下时,我们仍然观察到潜在有害细菌数量的增加,”Ezzat说。这使研究小组得出结论,当应激因素相互作用时,如损伤和粪便物质沉积,微生物的影响可能会加剧。虽然刺尾鱼是正常的,通常是珊瑚群落的良性成员,但在一个或多个压力源存在的情况下,它们确实可能通过自身的粪便成为机会主义细菌的载体。

研究表明,即使是一个常见的、局部的和自然的过程,如鱼排便,在与其他压力因素结合时,也会破坏健康的珊瑚微生物群落。更广泛和严重的压力,如污染或海面温度升高,可能进一步加剧这些类型的影响对珊瑚微生物群落。

Ezzat说:“无论是增加的塑料碎片会伤害珊瑚,还是海洋变暖会导致珊瑚白化,我们都需要更好地了解不同的压力源是如何与关键的珊瑚礁生物(如鱼类)相互作用,从而改变微生物群落和珊瑚的整体健康。”“我们的工作是朝着这个方向迈出的重要一步。”

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海岸的公民科学

为了建立当地圣巴巴拉和文图拉海岸海平面上升的良好模型,研究人员需要大量更详细的数据。填补这一缺口的是当地的公民科学家——前往海边收集数据的志愿者,以及利用自己开发应用程序的能力做好事的高中生。

加州大学圣塔芭芭拉分校海洋科学研究所的研究员Carolynn Culver、Monique Myers和Aaron Howard是加州海洋基金会的扩展专家,他们参与了社区测量沙滩地形联盟(CoAST SB)项目。

来自加州大学圣地亚哥分校的Sea Grant的报道如下:

加州海洋格兰特海滩监测数字化

凯瑟琳·莱茨尔/加州大学圣地亚哥分校

如果你是一个海滩爱好者,你知道加州的海滩可能是非常不同的地方,每一天,每一个季节,每年。迁徙物种来来去去。水涨涨落落。潮汐和风暴以神秘的方式移动沙子,即使是复杂的科学模型也无法完全捕捉到。

预计到2050年,圣巴巴拉地区的海平面将上升约1英尺,这使得了解这些动态比以往任何时候都更加紧迫。然而,为了校准这些模型,研究人员需要更多关于这些沙质生态系统动态的详细数据。

这就是为什么每个月,圣巴巴拉和文图拉地区的社区成员组成的小组都会前往海滩,仔细调查海滩的海拔高度。加州海洋赠款社区沙滩地形测量联盟(CoAST SB)项目监测从文图拉县的Oxnard海岸到圣巴巴拉的Isla Vista海滩的海滩。

这项研究已经提供了宝贵的数据,记录了2017年托马斯大火和随后蒙特西托泥石流之后圣巴巴拉海滩的剧烈变化。

“美国地质调查局每年只能对这些海滩进行两次调查,这意味着它们可能会错过季节变化,”加州海洋基金扩展专家、加州大学圣巴巴拉分校海洋科学研究所(MSI)研究员莫尼克·迈尔斯解释说。“我们的数据帮助美国地质勘探局完善他们的模型。”

海滩调查——有一个

的应用程序来调查海滩,志愿者使用一个简单的方法,包括两根测量棒和一根绳子。1961年设计的方法仍然在世界范围内使用,并提供了一致的数据集,美国地质勘探局和其他专业人员可以方便地使用。

虽然基本的方法是健全的,数据输入现在容易得多,这要感谢圣芭芭拉高中计算机科学学院的学生。在Kevin Parent(海岸SB志愿者)、Paula Cassin (SB高中计算机科学学院基金)和Jared Fitton (app项目经理)的指导下,高中生们开发了一款新的数据收集app,海岸SB志愿者可以在每月的海滩概况调查中使用该app收集数据。

海岸SB app的目的是消除繁琐的数据录入,减少错误,确保调查的所有步骤都完成。此外,它为高中生提供了一个为当地组织创造有用产品的机会,同时也让他们获得了与专业人士一起工作的宝贵经验。

该应用程序减少了在数据输入上花费的时间,允许团队更多地关注于程序扩展、数据可视化和社区参与。它还进一步简化和同质化调查过程,使社区成员更容易参与。

Carolynn Culver是一个项目小组的成员,他是加利福尼亚海洋基金的推广专家,也是UCSB MSI的研究员。这是一个很好的例子,展示了社区如何团结起来,帮助收集数据,这对于了解他们后院及周边的环境变化和影响是很有价值的。”

Howard补充说:“海岸合成生物学项目欢迎社区的人们参与进来,与我们一起了解沙滩,同时为科学做出贡献。在海岸SB做志愿者是一个让人们变得更有能力并采取行动帮助应对气候变化影响的机会。”

美国国家海洋和大气管理局的加利福尼亚海洋赠款学院项目资助整个加利福尼亚的海洋研究、教育和推广活动。总部设在加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所,是美国商务部国家海洋和大气管理局(NOAA) 33个海洋拨款项目之一。

 

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拯救摩尔定律

这是一个众所周知的现象:微芯片上的晶体管数量大约每两年就会增加一倍。而且,由于微型化和性能方面的进步,这一被称为摩尔定律的公理自1965年以来一直适用,当时英特尔联合创始人戈登•摩尔首次基于英特尔芯片制造的新兴趋势发表了这一声明。

然而,集成电路正面临着物理极限,这使得摩尔定律过时了——密集集成电路(IC)上的元件只能变得如此之小,如此紧密地挤在一起,否则就会相互干扰,失去功能。

加州大学圣巴巴拉分校的电气和计算机工程教授Kaustav Banerjee说:“除了将晶体管的特征尺寸缩小到几纳米以下的基本物理限制之外,在降低功耗以及证明集成电路制造成本方面也存在重大挑战。”因此,我们所依赖的那些性能和通用性不断提高的设备——电脑、智能手机、联网设备——也将达到极限,他说。

之一,但根据Banerjee纳电子学领域中世界领先的科学头脑,有一种方法可以无限期地维持摩尔定律,利用相对较新,有前途的二维(2 d)并结合材料单片3 d (M3D)集成实践创造紧凑,然而高性能电子芯片,可以克服传统集成电路,所面临的挑战。虽然Banerjee在2014年的一篇有远见的文章中首次提出了这个想法,但他的纳电子学研究实验室最近发表了一篇更详细的研究报告,对这项技术进行了评估。

“二维材料可以用原子尺度稳定的单层的形式- 0.5厚度对石墨烯纳米或5埃(导体)和hexagonal-boron-nitride(绝缘体),和2 d ~ 6.5埃过渡金属dichalcogenides(半导体)如二硫化钼(监理)或tungsten-disulphide /联硒化物(WS2 / WSe2)。”Banerjee说。“此外,由于其分层的特性,它们提供了相对没有缺陷的原始表面,并且在平面方向上是极佳的热导体。”所有这些性能,以及在预制设备上直接合成这些材料的可能性,都比市场上已有的传统3D集成电路或M3D与传统电子材料的集成提供了前所未有的优势。”

根据Banerjee小组的研究,传统半导体材料在其理想的电子性能开始衰退之前所能达到的厚度是有限的。

Banerjee说:“由于表面粗糙度引起的电子散射增加,导致普通半导体材料(如Si)的迁移率迅速下降,因此厚度缩放在几纳米以下变得具有挑战性。”“事实上,在~ 1nm以下,像Si或Ge这样的传统材料可能不具有热力学稳定性。”

另一方面,原子薄而稳定的二维材料,如石墨烯、六方氮化硼(h-BN)和过渡金属二卤代烃(MoS2、WS2、WSe2等),具有高度的空间效率和厚度。此外,由于其分层的性质和原始的界面,二维半导体表现出相当高的流动性和对表面缺陷的免疫力,根据论文。此外,2D材料往往比传统材料更灵活,这使它们成为最先进的电子应用的理想选择,如柔性显示器。同时,与堆叠的3D材料相比,堆叠的2D材料还可以最小化层间信号延迟、热阻,并减少潜在的过热。

根据研究人员的说法,通过选择特定的2D材料并将它们堆叠起来,单片3D不仅节省了芯片上宝贵的空间,而且还允许根据材料的组合电子特性进行配置。

例如,由于atomically-thin垂直维度的二维材料,精心设计inter-tier静电学与石墨烯屏蔽层也受益于增强散热,积极扩展的层厚度可以实现sub-μm,”巴纳吉说。“与传统的3D集成相比,这样的比例可以使集成密度提高10倍以上,与传统的M3D集成相比,这样的比例可以使集成密度提高150%以上,还有很大的改进空间。”

他补充说:“因此,2D材料可以帮助实现集成电子的最终密度缩放——横向和纵向——这可以为全球半导体行业带来一个前所未有的创新和经济增长的时代。”

与许多有潜力成为主流技术的创新一样,要为它们的大规模生产铺平道路也面临着挑战。对于单片3D设备,挑战是能够在相对较低的温度(低于500摄氏度)下制造这些组件,以避免降解和损坏位于较低层的预制设备;电磁干扰;和散热。

去年,Banerjee的团队演示了一种CMOS兼容的石墨烯合成方法,该方法基本上解决了石墨烯的低温和无转移合成难题。他的实验室也在进行类似的工作,以在低温下直接在晶片上合成其他2D材料。

“此外,还需要仔细设计,以电屏蔽产生的电磁波,不影响相邻层或邻近层上设备的运行,”这篇文章的第一作者姜俊凯(Junkai Jiang,音译)说。他最近获得了班纳吉实验室的电气和计算机工程博士学位。研究人员指出,通过在层之间使用薄的石墨烯屏蔽层(最好掺杂以增强电磁屏蔽效果),即使垂直层按比例缩小,也可以防止干扰。

在散热方面,材料本身的厚度有利于让热量从密集堆积的组件有效地消散。Kamyar Parto是这项研究的合作者之一,同时也是Banerjee实验室的一名成员,他评论说:“与像硅这样的薄化的传统材料相比,2D材料具有更高的平面内热传导性,这有助于快速的横向热传输,从而降低了任何热点形成的风险。””

他补充说:“最终,我们设想通过2D材料实现不同类型的集成设备和技术,实现世界上最高、密度最大的‘芯片城市’,并实现前所未有的性能、存储容量和能源效率。”

 

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