Nanoclusters des Propriétés Non Métalliques d'Affichage de Niobium aux Températures d'Ultra-Rhume

Quand un métal n'est-il pas un métal ?

La question du 23 mai de la Science de tourillon répond que question avec un compte du comportement étonnant montré par des batteries de nanomètre-échelle du niobium en métal. Quand les batteries sont refroidies à en-dessous de 20 degrés de Kelvin, les frais électriques en eux changent de vitesse soudainement, produisant des structures connues sous le nom de doublets.

« C'est très étrange, parce qu'aucun métal n'est censé pouvoir faire ceci, » a dit Walter de Heer, un professeur dans l'École de la Physique à l'Institut de Technologie de la Géorgie et au co-auteur du document publié sur le sujet en la Science. « Ces batteries deviennent spontanément polarisées, avec des électrons déménageant à un côté de la batterie sans raison apparente. Un côté de chaque batterie devient négatif-chargé, et l'autre côté devient positif-chargé. Les batteries verrouillent sur ce comportement et restent de cette façon. »

On a jusqu'ici observé Ce phénomène ferroélectrique dans les batteries du niobium, du vanadium et du tantale - trois métaux de passage qui en forme en vrac deviennent supraconducteurs à la température à peu près identique que les chercheurs observent la formation des doublets dans les batteries minuscules. De Heer croit que cette découverte ouvrira un domaine de la recherche neuf - et fournira des indices au mystère de la supraconductivité.

En Vrac les métaux - et même dans des batteries de niobium à la température ambiante - la charge électrique est normalement distribuée également dans tout l'échantillon à moins qu'un champ électrique soit appliqué. Mais dans les batteries de jusqu'à 200 atomes de niobium produits par de Heer et collaborateurs Ramiro Moro, Xiaoshan Xu et Shuangye Yin, qui change quand les particules sont refroidies moins de 20 degrés de Kelvin.

Les chercheurs de Tech de la Géorgie ont découvert cette « symétrie spontanée se brisant » tout en recherchant des signes de supraconductivité dans les batteries de nanomètre-échelle. Elle était complet inattendue - et de Heer admet qu'il n'a aucune explication pour elle.

« Quand ceci se produit, ces particules qui sont fabriquées à partir de des atomes en métal ne se comportent plus comme si elles étaient métalliques, » l'ont dit. « Quelque Chose change les particules d'un métal en autre chose. »

Pour les plus petites batteries, la force de l'effet de doublet varie excessivement selon la taille. Les Batteries composées de 14 atomes affichent des effets intenses, alors que ceux composées de 15 atomes affichent peu d'effet. Au-dessus de 30 atomes, les batteries avec des chiffres pairs des atomes affichent des effets plus intenses de doublet que des batteries avec des nombres impairs des atomes.

« Structurez les sujets grand à ce procédé, » de Heer a dit. « Un petit changement peut affecter la position du passage de phase plutôt profondément, et l'arrangement exact des atomes réellement importe à ces systèmes. »

Il attribue la sensibilité de taille au régime de taille de tranche de temps, qui est lié aux restrictions sur la façon dont les électrons peuvent déménager les batteries très petites.

De Heer ne voit « la preuve indirecte intense, » mais aucune épreuve solide, que le phénomène est connecté à la supraconductivité en ces métaux.

« Notre supposition est que la supraconductivité dans les matériaux en vrac a quelque chose faire avec la production spontanée du doublet dans les petites particules, » lui a dit. « En ce point, c'est preuve indirecte - les mêmes matériaux et le même régime de la température, et les passages de phase impairs se produisant dans les deux. En étudiant plusieurs différents métaux, nous avons constaté que ceux qui sont supraconducteurs en vrac ont cet effet, et ceux qui ne sont pas supraconducteurs ne les ont pas. Cela renforce notre opinion que ceci est connecté à la supraconductivité d'une certaine façon que nous ne comprenons pas encore. »

Pour produire et étudier les batteries minuscules, les chercheurs utilisent un appareil sur commande qui comprend un laser, un grand puits à dépression, un hélium liquide et un détecteur particulièrement conçu capable compter et caractériser plusieurs million de particules par heure.

D'abord, un faisceau laser est visé une tige de niobium retenue dans le puits à dépression. Les Pouls du laser vaporisent le niobium, produisant un nuage de vapeur métallique. Un flot du gaz très froid d'hélium est alors injecté dans la cavité, faisant condenser le gaz de niobium dans des particules des tailles variables. Sous la pression de l'hélium d'ultra-rhume, les particules quittent par un petit trou dans la paroi de la cavité, produisant un avion à réaction un de la taille de la mm des particules qui réussit entre deux plaques de métal avant de heurter le détecteur.

À intervalles une mn à part, les plaques de métal sont activées avec 15.000 volts, produisant un champ électrique intense. La zone agit l'un sur l'autre avec les nanoclusters polarisés de niobium, les causant d'être guidés à partir du détecteur. Les batteries Non Polarisées restent dans la poutre et sont comptées par le détecteur

En comparant les relevés de détecteur tandis que les plaques sont activées contre les relevés quand aucune zone n'est appliquée, les chercheurs apprennent quelles batteries transportent le doublet. La production continue des particules permet à l'équipe de recherche de Heer's de recueillir des données sur des millions de particules pendant chaque expérience. En variant la température et la tension, ils étudient l'incidence de ces modifications sur l'effet.

Jusqu'ici, ils ont étudié en détail des batteries de jusqu'à 200 atomes, bien que de Heer croie que l'effet devrait continuer en plus grandes batteries, peut-être jusqu'à 500 atomes ou autant d'en tant que 1.000.

« C'est juste le début ce qui sera éventuel une histoire très passionnante, » de lui a dit. « Nous avons certainement beaucoup de travail à faire. »

La recherche a été parrainée par le Ministère de la Défense des États-Unis, le National Science Foundation et l'Institut de Technologie de la Géorgie.

Posté le 22 mai 2003nd

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

Last Update: 12. June 2013 01:45

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