Asegun Henry quiere evitar los peores efectos del cambio climático mediante la búsqueda de nuevas formas de energía renovable y la mejora de los materiales que contribuyen al uso de la energía.

"La forma en que producimos electricidad hoy en día contamina el medio ambiente, "dijo Henry, profesor de ingeniería mecánica en Georgia Tech. "Mi investigación se centra principalmente en convertirnos de una infraestructura basada en combustibles fósiles a una infraestructura basada en energía renovable o solar para que podamos confiar en formas de energía renovables que no contaminen el mundo en absoluto.

"Personalmente, veo eso como salvar al mundo".

Lo que hace que el enfoque de Henry sobre los problemas energéticos sea diferente al de otros ingenieros es su experiencia en el modelado por computadora a nivel atómico.

"Entiendo los diferentes procesos en términos de lo que sucede a nivel atómico, ", Dijo Henry." Eso me permite desarrollar conocimientos y oportunidades para nuevas ideas que son diferentes de otras que vienen del nivel macroscópico ".

Su investigación está muy interesada en cómo funciona el transporte de calor en las escalas más pequeñas.

En octubre, Henry publicó los resultados de un estudio del dióxido de silicio amorfo, comúnmente conocido como vidrio, en Informes científicos de la naturaleza que respondió a un antiguo misterio sobre el material cotidiano:por qué su conductividad térmica aumenta con la temperatura.

El transporte de calor en el silicio amorfo está determinado por el comportamiento de los fonones en el material. Los fonones son similares a los electrones o fotones, en que llevan calor, pero en lugar de derivar de la radiación electromagnética o partículas subatómicas cargadas negativamente, están asociados con las vibraciones colectivas de los átomos.

Los científicos pueden predecir con precisión la conductividad térmica de muchos materiales cristalinos utilizando expresiones basadas en el "modelo de gas fonón" ampliamente utilizado. Sin embargo, Modelar la transferencia de calor en materiales amorfos, aquellos que carecen del orden y la periodicidad de un cristal, es más desafiante.

"A diferencia de los materiales cristalinos, donde las vibraciones se convierten en movimientos colectivos que actúan como ondas sonoras, en materiales amorfos, obtienes diferentes tipos de vibraciones, la mayoría de los cuales parecen aleatorios, como la estructura subyacente, "Henry explicó." Incluso te haces pequeño, vibraciones localizadas que constan de sólo decenas de átomos ".

Se sabía que existían estas pequeñas vibraciones, pero nadie había evaluado nunca cuánto contribuyen a la transferencia de calor.

"Se suponía que no contribuían en absoluto, ", Dijo Henry." Pero lo sorprendente que encontramos con nuestro nuevo método fue que en este material específico, los modos localizados contribuyen sustancialmente ".

Usando la supercomputadora Stampede en el Texas Advanced Computing Center, uno de los más poderosos del mundo, Henry realizó simulaciones que capturaron el comportamiento de las vibraciones localizadas como nunca antes.

Los resultados no solo coincidieron con los resultados experimentales, encontraron que los modos localizados contribuían más del 10 por ciento a la conductividad térmica total y son en gran parte responsables del aumento de la conductividad térmica del silicio amorfo por encima de la temperatura ambiente.

"Estos cálculos que se están haciendo son intratables en una sola máquina. Esperaría años para obtener la respuesta, ", dijo." Para poder dividir el problema en cientos o miles de partes individuales que se ejecutan al mismo tiempo, y hacerlo masivamente en paralelo es completamente habilitante ".

La conductividad térmica del vidrio resulta ser importante para la eficiencia energética.

"Los porcentajes de dos dígitos de todo el uso de energía en los EE. UU. Están relacionados con el vidrio, "Dijo Henry." El lugar principal donde se pierde calor es a través de las ventanas ".

No solo eso:el silicio amorfo se utiliza en células solares, y la mayoría de los polímeros, plásticos, como los que se utilizan en la electrónica personal, están compuestos de materiales amorfos.

Los éxitos de Henry al capturar las vibraciones atómicas del vidrio se debieron al desarrollo de una nueva forma de estudiar la dinámica de los fonones, que había creado con Wei Lv, un estudiante de doctorado en su laboratorio, Conocido como análisis modal Green-Kubo (GKMA), El nuevo método utiliza simulaciones de dinámica molecular para calcular con mayor precisión las contribuciones que los diferentes modos de vibración hacen a la conducción del calor.

En diciembre de 2016, Henry y Lv publicaron un análisis amplio de GKMA versus el modelo de gas fonón en Informes científicos de la naturaleza . Sus resultados sugieren fuertemente que el modelo de gas fonón no es aplicable a sólidos amorfos. La investigación está apoyada en parte por un premio CAREER de la National Science Foundation (NSF).

El método GKMA se puede aplicar a una amplia gama de materiales, incluidas las aleaciones, otros sólidos amorfos e incluso moléculas rígidas.

Comprender y modelar con precisión estos sistemas puede conducir a mejores, formas más eficientes energéticamente de materiales cotidianos.

"El proyecto de Asegun es un excelente ejemplo del tipo de esfuerzo apoyado por NSF:básico, muy complejo, y, sin embargo, potencialmente perjudicial para la práctica de la ingeniería, "dijo José Lage, Director del programa de Procesos de Transporte Térmico de NSF. "Su esfuerzo está a la vanguardia de una de las nuevas áreas de investigación más interesantes en los procesos de transporte térmico, y ya ha afectado a nuestra comprensión de un fenómeno de ingeniería muy complejo ".

Por último, Henry espera utilizar los conocimientos adquiridos para identificar y diseñar materiales con propiedades sin precedentes:materiales que pueden transferir calor de manera mucho más eficiente y potencialmente incluso materiales superconductores.

"Estamos al borde de presionar a nuestra comunidad para que reconsidere el problema de la conductividad térmica y explote los comportamientos para lograr propiedades que antes se pensaba que eran imposibles". " él dijo.

Simulaciones de sonificación

Los científicos suelen comprender los datos a través de gráficos y visualizaciones. Pero, ¿es posible utilizar el sonido para interpretar información compleja?

Henry cree que lo es basado en sus experiencias personales obteniendo conocimientos a partir de grabaciones de vibraciones atómicas. Sus esfuerzos comenzaron cuando intentaba comprender los resultados de una simulación de una cadena de polímero estirada.

"Si miras los datos, parece ruido blanco, ", Dijo Henry." Decidimos sonificar los datos, y tan pronto como lo escuchamos, pudimos escuchar el patrón ".

Enrique, que tiene experiencia en música, dice que esto tiene sentido, dados los poderes naturales de procesamiento de audio del cerebro.

"El oído humano es mejor en el reconocimiento de patrones que el ojo, ", Dijo Henry." Si interactúas con un órgano es mejor, puedes encontrar patrones que no son obvios ".

Desde entonces, ha estado sonificando las vibraciones de varios materiales como una forma de explorar su significado.

"Cuando escuchas al orador, el imán está haciendo los mismos movimientos que el átomo, " él dijo.

Convertir las propiedades atómicas en sonido también puede ser una forma eficaz de hacer que los estudiantes se interesen por la física y la ciencia de los materiales. Como parte de su premio NSF CAREER, Henry ha estado dirigiendo un programa de extensión de verano en el que estudiantes afroamericanos y mujeres, profesores de música de la escuela secundaria, y los estudiantes de secundaria están trabajando para convertir las vibraciones de los átomos en archivos de sonido.

Generarán resultados para toda la tabla periódica y difundirán sus hallazgos a través de una aplicación móvil que le permitirá escuchar cada elemento.

Las personas podrán usar la aplicación móvil para hacer música a partir de estos sonidos, proporcionando una nueva forma para que el público aprenda y aprecie la belleza de la química.

"El enfoque del uso de la sonificación es bastante general y podría ser significativo para muchas áreas, ya que explota una propiedad básica del oído humano frente a la vista, ", Dijo Henry." Con suerte, nuestra aplicación generará un mayor uso en la ciencia y la ingeniería ".