超冷たい温度のニオブの表示非金属特性の Nanoclusters

金属はいつ金属ではないですか。

ジャーナル科学の 5 月 23 日問題はことを金属のニオブのナノメータースケールクラスタによって表わされる意外な動作のアカウントの質問答えます。 クラスタがケルビン 20 度のの下でに冷却されるとき、それらの充電は突然移りま、双極子として知られている構造を作成します。

「これは金属がこれをされる仮定されないので非常に奇妙」言いました、ウォルター de Heer をジョージアの技術協会および科学のトピックで出版されるペーパーの共著者の物理学の学校の教授です。 「これらのクラスタはクラスタの 1 つの側面に明らかな理由もなく移動していて電子が自発的に分極されるように、なります。 各クラスタの 1 つの側面は負荷電になり、反対側は正荷電になります。 クラスタはその動作にロックし、とどまりますそういう風に」。

この ferroelectric 現象はニオブ、バナジウムおよびタンタル - バルク形式でほぼ同じ位の温度で superconducting なる 3 つの遷移金属のクラスタで今のところ研究者は小さいクラスタの双極子の形成を観察すること観察されてしまいました。 この発見が研究の新しいフィールドを - 開発し、超伝導のミステリーへの糸口を提供することを De Heer は信じます。

バルク金属で - 室温のニオブクラスタで - 充電はサンプル全体普通電界が応用でなければ均等に配られ。 しかし粒子が 20 度以下ケルビン冷却される時変更する de Heer および共作者ラミロモロ、 Xiaoshan Xu および Shuangye Yin が作成する 200 個までのニオブ原子のクラスタで。

ジョージアの技術の研究者はナノメータースケールクラスタの超伝導の印を捜している間この 「壊れる」自発の対称を検出しました。 それは完全に予想外であり、 - 彼はそれのための説明がないことを de Heer は是認します。

「これが起こるとき、金属原子からなされるこれらの粒子はもはや金属だったようにと」、彼を言いました動作しません。 「何かは何か他のものに金属から変更します粒子を」。

最も小さいクラスタのために、双極子の効果の強さはサイズに従って劇的に変わります。 14 個の原子で構成されるクラスタは 15 個の原子から成っているそれらは僅かな影響を示すが、強い効果を表示します。 30 個の原子の上で、原子の偶数を用いるクラスタは原子の奇数を用いるクラスタより強い双極子の効果を表示します。

「このプロセスに問題を非常に構成して下さい」と de Heer は言いました。 「小さな変更フェーズ遷移の位置に幾分深く影響を与えることができ原子の厳密な整理はこれらのシステムに実際に重要です」。は

彼は制限と関連している量のサイズの政体に電子が非常に小さいクラスタでどのようにの移動できるかサイズの感度を帰因させます。

現象がこれらの金属の超伝導に接続されること、 De Heer は強い 「状況証拠」、固体証拠を見ませんが。

「私達の仮定と」は彼言いました第一次製品の超伝導が小粒子の双極子の自発の生産に関与していることです。 「この時点で、それは状況証拠 - 同じ材料および同じ温度の政体、および両方に発生する異様なフェーズ遷移です。 複数の異なった金属の調査によって、私達は大きさで superconducting であるそれらがこの効果をもたらす、 superconducting ではないそれらにそれがありませんことが分り。 それはこれが私達がまだ」。理解していない超伝導に何らかのかたちで接続されるという私達の確信を増強します

小さいクラスタを作り出し、調査するために、研究者はレーザー、大きい真空槽、液体のヘリウムおよび 1 時間あたりの複数の百万の粒子を数え、特徴付けることできる特に設計されていた探知器を含んでいる特注の器具を使用します。

最初に、レーザ光線は真空槽の内で保持されるニオブの棒目指します。 レーザーからのパルスは金属蒸気の雲を作成するニオブを蒸発させます。 非常に冷たいヘリウムのガスのストリームはさまざまなサイズの粒子に凝縮しますニオブのガスは区域によりにそれから注入されます。 超冷たいヘリウムから圧力を受けて、粒子は 2 ヵの金属板の間で探知器に当る前に渡る粒子の 1 ミリメートル全体のジェット機を作成する区域の壁の小さい穴を通って出ます。

間隔で離れて 1 分、金属板は強い電場を作成する 15,000 ボルトと活気づきます。 フィールドは探知器から逸らしますそれらを分極されたニオブの nanoclusters と相互に作用しています。 Unpolarized クラスタはビームに残り、探知器によって数えられます

探知器の読書の比較によってフィールドが応用のとき版が読書に対して活気づく間、研究者はどのクラスタが双極子を運ぶか学びます。 粒子の連続的な生産は de Heer's の調査チームが各実験の間に何百万の粒子のデータを集めることを可能にします。 温度および電圧の変化によって、彼らは効果のこれらの変更の影響を調査します。

これまでは、彼らは効果は 1,000 より大きいクラスタ、 500 個多分までの原子または多数で続くべきであることを de Heer が信じるけれども、 200 個までの原子のクラスタを詳しく調査しました。

「これは非常にエキサイティングな物語は最終的にである何と」、彼のちょうど始め言いましたです。 「私達に確かにありますするべき多くの作業が」。

研究は、全米科学財団およびジョージアの技術協会米国の国防省によって後援されました。

2003 年 5 月nd 22 日掲示される

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

Last Update: 12. June 2013 01:52

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