Nanoclusters de las Propiedades Nas-metálico de la Visualización del Niobio en las Temperaturas Ultra-Frías

¿Cuándo no es un metal un metal?

La aplicación del 23 de mayo la Ciencia del gorrón contesta a que pregunta con una cuenta del comportamiento asombrosamente exhibido por los atados de la nanómetro-escala del niobio del metal. Cuando los atados se enfrían debajo de 20 grados de Kelvin, las cargas eléctricas ellos se desvían repentinamente, creando las estructuras conocidas como dipolos.

“Esto es muy extraño, porque no se supone ningún metal para poder hacer esto,” dijo a Gualterio de Heer, profesor en la Escuela de la Física en el Instituto de Tecnología de Georgia y el co-autor del papel publicado en el tema en Ciencia. “Estos atados se polarizan espontáneamente, con los electrones moviéndose a una cara del atado sin motivo aparente. Una cara de cada atado negativo-se carga, y la otra cara positivo-se carga. Los atados bloquean en ese comportamiento y tirante esa manera.”

Este fenómeno ferroeléctrico se ha observado hasta ahora en atados del niobio, del vanadio y del tantalio - tres metales de transición que en formulario a granel llegan a ser superconductores en la temperatura casi igual que los investigadores observan la formación de dipolos en los atados minúsculos. De Heer cree que este descubrimiento abrirá un nuevo campo de la investigación - y que proporcionará a pistas al misterio de la superconductividad.

En metales a granel - e incluso en atados del niobio en la temperatura ambiente - la carga eléctrica se distribuye normalmente igualmente en la muestra a menos que un campo eléctrico sea aplicado. Pero en los atados de hasta 200 átomos del niobio creados por de Heer y colaboradores Ramiro Moro, Xiaoshan Xu y Shuangye Yin, que cambia cuando las partículas se enfrían menos de 20 grados de Kelvin.

Los investigadores de la Tecnología de Georgia descubrieron esta “simetría espontánea que se rompía” mientras que exploraban para los señales de la superconductividad en los atados de la nanómetro-escala. Era totalmente inesperada - y de Heer admite que él no tiene ninguna explicación para ella.

“Cuando suceso esto, estas partículas que se hacen fuera de los átomos del metal se comportan no más como si fueran metálicas,” lo dijeron. “Algo cambia las partículas de un metal en algo más.”

Para los atados más pequeños, la fuerza del efecto del dipolo varía dramáticamente según talla. Los Atados integrados por 14 átomos visualizan efectos fuertes, mientras que ésos compuestos de 15 átomos muestran poco efecto. Encima de 30 átomos, los atados con números pares de átomos visualizan efectos más fuertes del dipolo que atados con números impares de átomos.

“Estructure las materias grandemente a este proceso,” de Heer dijo. “Un pequeño cambio puede afectar a la posición de la transición de fase bastante profundo, y la ordenación exacta de átomos importa realmente a estos sistemas.”

Él atribuye la sensibilidad de la talla al régimen de la talla del quantum, que se relaciona con las restricciones en cómo los electrones pueden moverse en atados muy pequeños.

De Heer ve “prueba circunstancial fuerte,” pero ninguna prueba sólida, que el fenómeno está conectado con la superconductividad en estos metales.

“Nuestra suposición es que la superconductividad en los materiales a granel tiene algo hacer con la producción espontánea de dipolo en las pequeñas partículas,” él dijo. “A este punto, es prueba circunstancial - los mismos materiales y el mismo régimen de la temperatura, y las transiciones de fase impares que ocurren en ambos. Estudiando varios diversos metales, encontramos que los que son superconductores en bulto tienen este efecto, y los que no son superconductores no los tienen. Eso fortalece nuestra creencia que esto está conectada con la superconductividad de cierta manera que todavía no entendemos.”

Para producir y estudiar los atados minúsculos, los investigadores utilizan un aparato a la medida que incluya un laser, un compartimiento de vacío grande, un helio líquido y un detector especialmente diseñado capaz de contar y de caracterizar vario millón de partículas por hora.

Primero, un de rayo láser se dirige una varilla del niobio sujetada dentro del compartimiento de vacío. Los Pulsos del laser vaporizan el niobio, creando una nube del vapor metálico. Una secuencia del gas muy frío del helio entonces se inyecta en el compartimiento, haciendo el gas del niobio condensar en las partículas de tallas diversas. Bajo presión por parte del helio ultra-frío, las partículas salen a través de un pequeño agujero en la pared del compartimiento, creando una tobera un milímetro-ancha de partículas que pase entre dos placas de metal antes de golpear el detector.

En los intervalos un minuto aparte, las placas de metal se energizan con 15.000 voltios, creando un campo eléctrico fuerte. El campo obra recíprocamente con los nanoclusters polarizados del niobio, haciéndolos ser desviado lejos del detector. Los atados Sin Polarizar permanecen en el haz y son contados por el detector

Comparando lecturas del detector mientras que las placas se energizan contra las lecturas cuando no hay campo aplicado, los investigadores aprenden qué atados llevan el dipolo. La producción contínua de partículas permite que el equipo de investigación de Heer recopile datos sobre millones de partículas durante cada experimento. Variando la temperatura y el voltaje, estudian el impacto de estos cambios en el efecto.

Hasta ahora, han estudiado detalladamente los atados de hasta 200 átomos, aunque de Heer cree que el efecto debe continuar en atados más grandes, quizás hasta 500 átomos o tanto como 1.000.

“Éste es apenas el principio cuál será final una historia muy emocionante,” del él dijo. “Tenemos ciertamente mucho trabajo a hacer.”

La investigación ha sido patrocinada por el Departamento de Defensa de los E.E.U.U., el National Science Foundation y el Instituto de Tecnología de Georgia.

22 de mayo de 2003 Asentadond

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

Last Update: 12. June 2013 02:05

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