Cinco científicos de ORNL recibirán el Early Car del DOE

DOE/Laboratorio Nacional de Oak Ridge

Imagen: Jack Cahill, Eugene Dumitrescu, Dan Lu, Takaaki Koyanagi y Matthew Brahlek de ORNL han sido seleccionados para recibir premios de Investigación de Carrera Temprana del Departamento de Energía. Crédito: Carlos Jones/ORNL, Departamento de Energía de EE. UU.ver más

Crédito: Carlos Jones/ORNL, Departamento de Energía de EE. UU.

La Oficina de Ciencias del Departamento de Energía ha seleccionado a cinco científicos del Laboratorio Nacional Oak Ridge para los premios del Programa de Investigación de Carrera Temprana.

Desde su inicio en 2010, el programa refuerza el descubrimiento científico nacional al apoyar a los investigadores que inician su carrera en campos relacionados con las ocho oficinas principales del programa de la Oficina de Ciencias: Investigación en Computación Científica Avanzada, Investigación Biológica y Ambiental, Ciencias Energéticas Básicas, Ciencias de la Energía de Fusión, Alta Energía. Física, Física Nuclear, I+D y Producción de Aceleradores e I+D y Producción de Isótopos.

Los premios suelen estar restringidos a científicos en los primeros 10 años de sus carreras, pero este año la elegibilidad se amplió a 12 años en reconocimiento a las complicaciones de la pandemia de COVID-19. Muchos investigadores completan su trabajo más formativo en estos primeros años de carrera.

"Apoyar a los científicos e investigadores estadounidenses en las primeras etapas de sus carreras garantizará que Estados Unidos permanezca a la vanguardia de los descubrimientos científicos", afirmó la Secretaria de Energía de Estados Unidos, Jennifer M. Granholm. "La financiación anunciada hoy brinda a los beneficiarios los recursos para encontrar las respuestas a algunas de las preguntas más complejas mientras se establecen como expertos en sus campos".

Un total de 93 científicos en todo el país, empleados en 12 laboratorios nacionales del DOE y 47 universidades, recibirán financiación a través del programa de este año.

"El apoyo a estos talentosos investigadores es vital para el objetivo de ORNL de promover las prioridades científicas de la nación", dijo el director interino de ORNL, Jeff Smith. "Sus contribuciones científicas ayudarán a abordar los desafíos en materia de materiales e informática cuántica, sistemas ambientales y energía de fusión".

Los investigadores de ORNL que reciben premios incluyen:

Mateo Brahlek, científico del personal de I+D de la División de Ciencia y Tecnología de Materiales, fue seleccionado por el programa de Ciencias Energéticas Básicas por su propuesta, "Control impuesto epitaxialmente de los fenómenos del transporte quiral".

Debido a sus estados exóticos, los materiales con simetría quiral o falta de simetría especular ofrecen ventajas clave en las tecnologías basadas en cuántica. Sin embargo, para explotar plenamente sus propiedades, los científicos deben controlar simultáneamente la simetría y la dimensionalidad subyacentes de un material. En este proyecto, Brahlek creará nuevos sistemas quirales combinando materiales diferentes a nivel atómico como películas cristalinas atómicamente delgadas. Estos nuevos materiales permitirán un control específico de la simetría y la dimensionalidad para permitir el descubrimiento de nuevos superconductores exóticos y estados inusuales de baja dimensión. Los principios de diseño fundamentales resultantes establecidos impulsarán el desarrollo de una nueva generación de materiales cuánticos.

Jack Cahill,Científico asociado de I+D de la División de Biociencias, fue seleccionado por el Programa de Investigaciones Biológicas y Ambientales por su propuesta “Elucidación y validación de genes asociados con la inhibición de la nitrificación biológica en Populus”.

La eficiencia del uso del nitrógeno, la cantidad de nitrógeno utilizada por un cultivo en comparación con la cantidad de nitrógeno agregado, tiene un gran impacto en el secuestro natural de carbono. Los cultivos bioenergéticos suelen tener una baja eficiencia en el uso del nitrógeno (hasta el 70% del nitrógeno añadido se pierde como residuo), lo que conduce a un deficiente secuestro de carbono. Las moléculas inhibidoras biológicas de la nitrificación liberadas por las plantas previenen dicha pérdida de nitrógeno al ralentizar los procesos de nitrificación. Con esta propuesta, Cahill llevará a cabo experimentos para identificar genes asociados con tales moléculas en el álamo de cultivos bioenergéticos comunes, analizará la nitrificación en el suelo que rodea las raíces del álamo y, en última instancia, mejorará la eficiencia de los cultivos y el secuestro de carbono.

Eugenio Dumitrescu, científico investigador de la División de Ingeniería y Ciencias Computacionales, fue seleccionado por el programa de Investigación en Computación Científica Avanzada por su propuesta, "MLRep4QC3: Representaciones multilineales para caracterización, control y computación cuántica".

Los procesos cuánticos han ampliado enormemente los límites de la ciencia moderna, pero los científicos carecen de métodos operativos de alto nivel para controlar los estados cuánticos. Dumitrescu pretende acelerar la ciencia computacional identificando dónde es posible el control cuántico con recursos informáticos clásicos. Para superar los problemas de escalabilidad con modelos anteriores, Dumitrescu desarrollará algoritmos de representación multilineal, o MLRep, poderosas herramientas para representar estados cuánticos y minimizar los requisitos computacionales para la caracterización cuántica. Luego, Dumitrescu evaluará la calidad de los procesos cuánticos y demostrará la viabilidad de los algoritmos MLRep para controlar los estados cuánticos. Finalmente, los algoritmos se compilarán en un paquete de álgebra lineal que evaluará el potencial de la computación clásica en el control cuántico.

Takaaki Koyanagi, científico del personal de I+D de la División de Ciencia y Tecnología de Materiales, fue seleccionado por el Programa de Ciencias de la Energía de Fusión por su propuesta, "Marco mecanicista para la fabricación aditiva de componentes de SiC altamente resistentes a la radiación".

A pesar de su potencial como fuente de energía libre de carbono, la energía de fusión aún enfrenta varios desafíos, incluida la necesidad de componentes resistentes a la irradiación. Koyanagi tiene como objetivo desarrollar estas piezas críticas combinando los beneficios del carburo de silicio, un material prometedor para componentes de sistemas de energía de fusión, con las flexibilidades de la fabricación aditiva. Específicamente, Koyanagai utilizará impresión 3D por chorro de aglutinante e infiltración química de vapor de carburo de silicio, un proceso novedoso desarrollado en ORNL, para fabricar componentes de forma aditiva. Determinará la microestructura ideal de los productos para la fusión mediante experimentos de irradiación de neutrones en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL, procesamiento de alto rendimiento y análisis de datos de aprendizaje automático.

y lu, científica senior de la División de Ingeniería y Ciencias Computacionales, fue seleccionada por el programa de Investigación Biológica y Ambiental por su propuesta, "Integración de modelos de aprendizaje automático en E3SM para comprender las inundaciones costeras compuestas".

Las regiones urbanas costeras tienen una importancia única para la salud económica y ambiental. Debido al aumento de la población y al desarrollo costero, estas zonas están gravemente amenazadas por el riesgo de graves inundaciones. Se necesita más investigación para comprender los efectos de los remansos, que ocurren cuando los niveles de agua río abajo son más altos que los niveles de agua de los ríos y, a menudo, son responsables de las inundaciones costeras. Para abordar esta necesidad, Lu utilizará el Modelo de Sistema Terrestre de Exaescala de Energía, o E3SM, del DOE, junto con métodos de aprendizaje automático para crear un modelo fluvial basado en datos y física para evaluar los efectos de los remansos y modelar inundaciones, con el objetivo de establecer predicciones confiables para mitigar inundaciones.

Los premiados recibirán un total combinado de 135 millones de dólares durante cinco años para cubrir salarios y gastos de investigación. Los detalles finales para la adjudicación de cada proyecto están sujetos a las negociaciones finales de subvención y contrato entre el DOE y los adjudicatarios.

UT-Battelle administra ORNL para la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos. La Oficina de Ciencias está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite energy.gov/science. — Alexandra DeMarco

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