Nanoclusters dei Beni Non Metallici della Visualizzazione del Niobio alle Temperature Ultra-Fredde

Quando non è un metallo un metallo?

L'emissione del 23 maggio della Scienza del giornale risponde a che domanda con un conto del comportamento sorprendente esibito dai cluster del nanometro-disgaggio del niobio del metallo. Quando i cluster sono raffreddati inferiore a 20 gradi di Kelvin, le cariche elettriche in loro si spostano improvvisamente, creando le strutture conosciute come i dipoli.

“Questo è molto sconosciuto, perché nessun metallo è supposto per potere fare questo,„ ha detto Walter de Heer, il professor nel Banco di Fisica al Georgia Institute Of Technology ed al co-author del documento pubblicato sull'argomento nella Scienza. “Questi cluster sono polarizzati spontaneamente, con gli elettroni che si muovono verso un lato del cluster per nessuna ragione evidente. Un lato di ogni cluster diventa caricato negativamente e l'altro lato diventa di carica positiva. I cluster chiudono in quel comportamento e restano quel modo.„

Questo fenomeno ferroelettrico finora è stato osservato nei cluster di niobio, di vanadio e di tantalio - tre metalli di transizione che all'ingrosso il modulo diventano superconduttori alla temperatura circa lo stesso che i ricercatori osservano la formazione di dipoli nei cluster minuscoli. De Heer crede che questa scoperta apra un nuovo campo di ricerca - e fornisca le bugne al mistero della superconduttività.

All'ingrosso metalli - e perfino nei cluster del niobio alla temperatura ambiente - la carica elettrica si distribuisce normalmente ugualmente in tutto il campione a meno che un campo elettrico sia applicato. Ma nei cluster di fino a 200 atomi del niobio creati da de Heer e collaboratori Ramiro Moro, Xiaoshan Xu e Shuangye Yin, che cambia quando le particelle sono raffreddate meno di 20 gradi di Kelvin.

I ricercatori di Tecnologia della Georgia hanno scoperto questa “simmetria spontanea che si rompe„ mentre cercavano i segni della superconduttività nei cluster del nanometro-disgaggio. Era completamente inatteso - e de Heer ammette che non ha spiegazione per.

“Quando questo accade, queste particelle che sono fatte dagli atomi del metallo più non se lo comportano come se siano state metalliche,„ hanno detto. “Qualcosa cambia le particelle da un metallo in qualcos'altro.„

Per i più piccoli cluster, la concentrazione dell'effetto del dipolo varia drammaticamente secondo la dimensione. I Cluster composti di 14 atomi video i forti effetti, mentre quelli composti di 15 atomi mostrano scarso effetto. Superiore a 30 atomi, i cluster con i numeri pari degli atomi video i più forti effetti del dipolo che i cluster con i numeri dispari degli atomi.

“Strutturi gli argomenti notevolmente a questo trattamento,„ de Heer ha detto. “Un piccolo cambio può pregiudicare la posizione della transizione di fase piuttosto profondo e la disposizione esatta degli atomi realmente importa a questi sistemi.„

Attribuisce la sensibilità di dimensione al regime di dimensione di quantum, che è collegato con le restrizioni su come gli elettroni possono muoversi nei cluster molto piccoli.

De Heer non vede la forte “prova circostanziale,„ ma prova solida, che il fenomeno è connesso alla superconduttività in questi metalli.

“Il Nostro presupposto è che la superconduttività nei materiali alla rinfusa ha qualcosa fare con la produzione spontanea del dipolo nelle piccole particelle,„ lui ha detto. “A questo punto, è prova circostanziale - gli stessi materiali e lo stesso regime della temperatura e le transizioni di fase dispari che accadono in entrambi. Studiando vari metalli, abbiamo trovato che quelli che sono superconduttori all'ingrosso hanno questo effetto e quelli che non sono superconduttori non lo hanno. Quello rinforza la nostra credenza che questo è connesso alla superconduttività in qualche modo che ancora non capiamo.„

Per produrre e studiare i cluster minuscoli, i ricercatori utilizzano un apparato su misura che include un laser, una grande camera di vuoto, un elio liquido e un rivelatore specialmente progettato capace di contare e caratterizzare parecchio milione particelle all'ora.

In Primo Luogo, un raggio laser è puntato sui bastoncini del niobio tenuti all'interno della camera di vuoto. Gli Impulsi dal laser vaporizzano il niobio, creante una nuvola del vapore metallico. Un flusso del gas molto freddo dell'elio poi è iniettato nella camera, inducente il gas del niobio a condensare nelle particelle delle dimensioni varianti. Sotto pressione dall'elio ultra-freddo, le particelle escono attraverso un piccolo foro nella parete della camera, creante jet un un millimetro di ampiezza delle particelle che passa fra due zolle di metallo prima di colpire il rivelatore.

Ad intervalli un minuto a parte, le zolle di metallo sono stimolate con 15.000 volt, creanti un forte campo elettrico. Il campo interagisce con i nanoclusters polarizzati del niobio, inducente li ad essere deviato a partire dal rivelatore. I cluster Non Polarizzati rimangono nel raggio e sono contati dal rivelatore

Confrontando le letture del rivelatore mentre le zolle sono stimolate contro le letture quando non c'è nessun campo applicato, i ricercatori imparano quali cluster portano il dipolo. La produzione continua delle particelle permette che il gruppo di ricerca di de Heer riunisca i dati su milioni di particelle durante l'ogni esperimento. Variando la temperatura e la tensione, studiano l'impatto di questi cambiamenti sull'effetto.

Finora, hanno studiato dettagliatamente i cluster di fino a 200 atomi, sebbene de Heer credesse che l'effetto dovrebbe continuare in più grandi cluster, forse fino a 500 atomi o altrettanto come 1.000.

“Questo è appena l'inizio che cosa infine sarà una storia molto emozionante,„ del lui ha detto. “Certamente abbiamo molto lavoro da fare.„

La ricerca è stata patrocinata dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, dal National Science Foundation e dal Georgia Institute Of Technology.

22 maggio 2003 Inviatond

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

Last Update: 12. June 2013 01:50

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