Nanoclusters van Niobium de Niet-metalen Eigenschappen van de Vertoning bij ultra-Koude Temperaturen

Wanneer is een metaal geen metaal?

23 Mei kwestie van de antwoorden van de dagboekWetenschap die met een rekening van het verrassende gedrag dat door nanometer-schaal clusters van metaalniobium vragen wordt tentoongesteld. Wanneer de clusters aan onder 20 graden van Kelvin worden gekoeld, verschuiven de elektrolasten in hen plotseling, creërend structuren die als dipolen worden bekend.

„Dit is zeer vreemd, omdat geen metaal verondersteld dit,“ bovengenoemde Walter DE Heer, een professor in de School van Fysica bij het Instituut van Georgië van Technologie en medeauteur van het document is kunnen doen dat op het onderwerp in Wetenschap wordt gepubliceerd. „Deze clusters worden spontaan gepolariseerd, met elektronen die zich aan één kant van de cluster om geen duidelijke reden bewegen. Één kant van elke cluster wordt negatief-negatively-charged, en de overkant wordt positief-positively-charged. De clusters sluiten in dat gedrag en verblijf die manier.“

Dit ferroelectric fenomeen is tot dusver waargenomen in clusters van niobium, vanadium en tantalium - drie overgangsmetalen die in bulkvorm bij ongeveer de zelfde temperatuur supergeleidend worden dat de onderzoekers vorming van dipolen in de uiterst kleine clusters waarnemen. DE Heer gelooft deze ontdekking een nieuw gebied van onderzoek - zal openstellen en aanwijzingen aan het geheim van supergeleiding zal verstrekken.

In bulkmetalen - en zelfs in niobium clusters bij kamertemperatuur - de elektrolast wordt normaal verdeeld eveneens door de steekproef tenzij een elektrisch veld wordt toegepast. Maar in de clusters van zelfs 200 niobium atomen die door DE Heer en medewerkers Ramiro Moro, Xiaoshan Xu en Shuangye Yin worden gecreeerd, die verandert wanneer de deeltjes aan minder dan 20 graden van Kelvin worden gekoeld.

De onderzoekers van Technologie van Georgië ontdekten deze „spontane symmetrie die“ terwijl het zoeken naar tekens van supergeleiding in de nanometer-schaal clusters breken. Het was volledig onverwacht - en DE Heer laat toe hij geen verklaring voor het heeft.

„Wanneer dit gebeurt, deze deeltjes zich die uit metaalatomen niet meer worden gemaakt gedragen alsof zij metaal waren,“ hij zeiden. „Iets verandert de deeltjes van een metaal in iets anders.“

Voor de kleinste clusters, varieert de sterkte van het dipooleffect dramatisch al naar gelang grootte. De Clusters die uit 14 atomen worden samengesteld tonen sterke gevolgen, terwijl die samengesteld uit 15 atomen weinig effect tonen. Boven 30 atomen, tonen de clusters met gelijke aantallen atomen sterkere dipoolgevolgen dan groepeert zich met oneven aantallen atomen.

De „kwesties van de Structuur zeer aan dit proces,“ DE Heer zeiden. Een „pasmunt kan de positie van de faseovergang beïnvloeden eerder diep, en de nauwkeurige regeling van atomen is werkelijk aan deze systemen van belang.“

Hij schrijft de groottegevoeligheid aan het quantumgrootteregime toe, dat met beperkingen verwant is op hoe de elektronen zich in zeer kleine clusters kunnen bewegen.

DE Heer ziet sterk „indirect bewijs,“ maar geen stevig bewijs, dat het fenomeen met supergeleiding in deze metalen wordt verbonden.

„Onze veronderstelling is dat de supergeleiding in de bulkmaterialen iets heeft met de spontane productie van dipool in de kleine deeltjes te doen,“ hij zei. „Op dit punt, is het indirect bewijs - de zelfde materialen en het zelfde temperatuurregime, en de oneven faseovergangen die in allebei voorkomen. Door verscheidene verschillende metalen te bestuderen, vonden wij dat die die in massa supergeleidend zijn dit effect hebben, en die die niet supergeleidend zijn hebben het niet. Dat versterkt onze overtuiging dat dit met supergeleiding op één of andere manier wordt verbonden die wij nog niet.“ begrijpen

Om de uiterst kleine clusters te veroorzaken en te bestuderen, gebruiken de onderzoekers een op bestelling gemaakt apparaat dat een laser, een grote luchtledige kamer, een vloeibaar helium en een speciaal ontworpen detector bekwaam omvat om verscheidene miljoen deeltjes per uur te tellen en te kenmerken.

Eerst, wordt een laserstraal gericht op een niobium staaf die binnen de luchtledige kamer wordt gehouden. De Impulsen van de laser laten verdampen niobium, creërend een wolk van metaaldamp. Een stroom van zeer koud heliumgas wordt dan ingespoten in de kamer, veroorzakend het niobium gas om in deeltjes variërende grootte te condenseren. Onder druk van het ultra-koude helium, gaan de deeltjes door een prik die in de muur van de kamer weg, tot een één millimeter-brede straal van deeltjes leiden die tussen twee metaalplaten alvorens de detector te raken overgaat.

Met intervallen één minuut apart, worden de metaalplaten geactiveerd met 15.000 volts, die tot een sterk elektrogebied leiden. Het gebied staat met gepolariseerde niobium nanoclusters in wisselwerking, veroorzakend hen om vanaf de detector worden doen afwijken. De Niet Gepolariseerde clusters blijven in de straal en door de detector geteld

Door detectorlezingen te vergelijken terwijl de platen tegen de lezingen worden geactiveerd wanneer geen gebied wordt toegepast, leren de onderzoekers welke clusters de dipool dragen. De ononderbroken productie van deeltjes staat onderzoeksteam van DE Heer's toe om gegevens over miljoenen deeltjes tijdens elk experiment te verzamelen. Door de temperatuur en het voltage te variëren, bestuderen zij het effect van deze veranderingen op het effect.

Tot dusver, hebben zij in detail clusters van zelfs 200 atomen bestudeerd, hoewel DE Heer gelooft het effect in grotere clusters zou moeten verdergaan, misschien tot 500 atomen of wel 1.000.

„Dit is enkel het begin van wat uiteindelijk een zeer opwindend verhaal zal zijn,“ hij zei. „Wij hebben zeker heel wat te doen werk.“

Het onderzoek is gesponsord door het Ministerie van de V.S. van Defensie, de Nationale Stichting van de Wetenschap en het Instituut van Georgië van Technologie.

Gepost 22nd Mei 2003

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

Last Update: 12. June 2013 01:43

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit