Nanoclusters von Niobium-Bildschirmanzeige-Nichtmetallischen Eigenschaften bei den Ultra-Kalten Temperaturen

Wann ist ein Metall kein Metall?

Der Punkt Am 23. Mai der Zapfen Wissenschaft beantwortet dass Frage mit einer Rechnung des überraschenden Verhaltens, das durch Nmschuppe Cluster des Metallniobiums aufgewiesen wird. Wenn die Cluster zu unterhalb 20 Grad Kelvin abgekühlt werden, verschiebt erstellt elektrische Ladung in ihnen plötzlich und die Zellen, die als Dipole bekannt sind.

„Dieses ist, weil kein Metall in der Lage sein soll, dies zu tun,“ sagte Walter de Heer, ein Professor in der Schule von Physik an der Georgia-Fachhochschule Und am Mitverfasser des Papiers sehr merkwürdig, das auf dem Thema in der Wissenschaft veröffentlicht wird. „Diese Cluster werden spontan polarisiert, wenn die Elektronen sich ohne erkennbaren Grund auf eine bewegen Seite, des Clusters. Eine Seite jedes Clusters wird negativ-aufgeladen, und die andere Seite wird positiv-aufgeladen. Die Cluster sperren in dieses Verhalten und bleiben so.“

Dieses ferroelectric Phänomen ist bis jetzt in den Clustern des Niobiums, des Vanadiums und des Tantals - drei Übergangsmetalle beobachtet worden, die in der Massenform bei der ungefähr gleichen Temperatur supraleitend werden, dass die Forscher Entstehung von Dipolen in den kleinen Clustern beobachten. De Heer glaubt, dass diese Entdeckung ein neues Forschungsgebiet - erschließt und Anhaltspunkte zum Geheimnis der Supraleitfähigkeit zur Verfügung stellt.

In den Massenmetallen - und sogar in den Niobiumclustern bei Zimmertemperatur - elektrische Ladung wird normalerweise gleichmäßig während der Probe verteilt, es sei denn, dass ein elektrischer Bereich angewandt ist. Aber in den Clustern von bis 200 Niobiumatomen hergestellt von de Heer und Mitarbeiter Ramiro Moro, Xiaoshan Xu und Shuangye Yin, das ändert, wenn die Partikel weniger als 20 Grad Kelvin abgekühlt werden.

Die Georgia-Technologieforscher entdeckten diese „spontane Symmetriebrechung“ beim Suchen nach Zeichen der Supraleitfähigkeit in den Nmschuppe Clustern. Sie war vollständig unerwartet - und de Heer lässt zu, dass er keine Erklärung für sie hat.

„Wenn dieses geschieht, benehmen sich diese Partikel, die aus Metallatomen heraus gemacht werden, nicht mehr, als ob sie metallisch waren,“ ihn sagten. „Etwas ändert die Partikel von einem Metall in noch etwas.“

Für die kleinsten Cluster schwankt die Stärke des Dipoleffektes drastisch entsprechend Größe. Die Cluster, die aus 14 Atomen bestehen, zeigen starke Effekte an, während die, die von 15 Atomen gebildet werden, geringe Wirkung zeigen. Über 30 Atomen zeigen Cluster mit geraden Zahlen von Atomen stärkere Dipoleffekte als Cluster mit ungeraden Zahlen von Atomen an.

„Strukturieren Sie Stoffe groß zu diesem Prozess,“ sagte de Heer. „Eine kleine Veränderung kann die Stellung des Phasenüberganges eher profund beeinflussen, und die genaue Anordnung für Atome wirklich ist zu diesen Anlagen.“ von Bedeutung

Er schreibt die Größenempfindlichkeit der Quantumsgrößeneinfuhrüberwachung zu, die mit Beschränkungen zusammenhängt auf, wie Elektronen in sehr kleine Cluster sich bewegen können.

De Heer sieht starken „Indizienbeweis,“ aber keinen sicheren Nachweis, dass das Phänomen an Supraleitfähigkeit in diesen Metallen angeschlossen wird.

„Unsere Annahme ist, dass Supraleitfähigkeit in den Massenmaterialien etwas hat, mit der spontanen Produktion des Dipols in den Teilchen zu tun,“ er sagte. „An diesem Punkt, ist es Indizienbeweis - die gleichen Materialien und die gleiche Temperatureinfuhrüberwachung und die sonderbaren Phasenübergänge, die in beiden auftreten. Indem wir einige verschiedene Metalle studierten, fanden wir, dass die, die in der Masse supraleitend sind, diesen Effekt haben, und die, die nicht supraleitend sind, haben es nicht. Das verstärkt unseren Glauben, dass dieses an Supraleitfähigkeit auf gewisse Weise angeschlossen wird, die wir nicht noch verstehen.“

Um die kleinen Cluster zu produzieren und zu studieren, verwenden die Forscher einen kundenspezifischen Apparat der einen Laser, große eine Unterdruckkammer, ein flüssiges Helium und einen besonders konstruierten Detektor, der fähig ist einiges Million Partikel pro Stunde zu zählen und zu kennzeichnen enthält.

Zuerst wird ein Laserstrahl einem Niobiumgestänge angestrebt, das innerhalb der Unterdruckkammer angehalten wird. Impulse vom Laser verdunsten das Niobium und stellen eine Wolke des metallischen Dampfes her. Ein Strom des sehr kalten Heliumgases wird dann in die Kammer eingespritzt und veranlaßt das Niobiumgas, in Partikel von unterschiedlichen Größen zu kondensieren. Unter Druck des ultra-kalten Heliums verlassen die Partikel durch ein kleines Loch in der Wand der Kammer und stellen einen ein mm-weiten Jet von Partikeln her, der zwischen zwei Metallplatten passiert, bevor es den Detektor schlägt.

In Abständen eine Minute auseinander, werden die Metallplatten mit 15.000 Volt erregt und erstellen einen starken elektrischen Bereich. Der Bereich wirkt auf die polarisierten Niobium nanoclusters ein und veranlaßt sie, weg von dem Detektor abgelenkt zu werden. Unpolarized Cluster bleiben im Träger und werden durch den Detektor gezählt

Indem sie Detektoranzeigen vergleichen, während die Platten gegen die Anzeigen erregt werden, wenn kein Bereich angewandt ist, lernen die Forscher, welche Cluster den Dipol tragen. Der Dauerbetrieb von Partikeln erlaubt Forschungsteam de Heers, Daten bezüglich der Millionen Partikel während jedes Experimentes zu erfassen. Indem sie die Temperatur und die Spannung sich unterscheiden, studieren sie die Auswirkung dieser Änderungen auf den Effekt.

Bis jetzt haben sie ausführlich Cluster von bis 200 Atomen studiert, obwohl de Heer glaubt, dass der Effekt in den größeren Clustern, in möglicherweise bis 500 Atomen fortfahren sollte oder bis zu 1.000.

„Dieses ist gerade der Anfang von, was schließlich eine sehr aufregende Geschichte ist,“ ihm sagte. „Wir haben zweifellos viel Arbeit, zu tun.“

Die Forschung ist durch das US-Verteidigungsministerium, Die National Science Foundation und die Georgia-Fachhochschule Gefördert worden.

Am 22. Mai 2003 Bekannt gegebennd

Date Added: Nov 18, 2003 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 12. June 2013 01:47

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