Nanoclusters av Ickemetallisk Rekvisita för NiobiumSkärm på Ultra-Förkylning Temperaturer

När äger rum en belägga med metall inte en belägga med metall?

Maj 23 utfärdar av föra journal överVetenskapssvaren som ifrågasätter med ett konto av det överraska uppförandet som ställs ut av nanometer-fjäll, samla i en klunga av belägga med metallniobiumen. När samla i en klunga, kylas till nedanföra 20 grader Kelvin, elektriska laddningar i dem skiftar plötsligt och att skapa strukturerar bekant som dipoles.

”Är Detta mycket konstigt, därför att inget belägga med metall är förment att vara kompetent att göra detta,”, sade Walter de Heer, en professor i Skola av Fysik på det Georgia Institutet av Teknologi och co-författare av det pappers- som publicerades på ämnet i Vetenskap. ”Samla i en klunga Dessa blivet spontaneously polariserade, med elektroner som är rörs till en sida av samla i en klunga för inte påtagligt, resonerar. En sida av varje samla i en klunga blir negativ-laddad, och andra sidan blir positiv-laddad. Samla i en klunga låser in i det uppförande och stag ditåt.”,

Detta ferroelectric fenomen så långt har observerats in samla i en klunga av niobium, vanadium och tantalum - tre övergången belägger med metall det i i stora partier, bildar blivet superconducting på omkring den samma temperaturen att forskarna observerar att bildande av dipoles i det mycket litet samla i en klunga. De Heer troar som detta upptäckten ska öppna övre ett nytt sätter in av forskning - och ger ledtrådar till gåtan av superconductivityen.

I i stora partier belägger med metall - och även i niobium samla i en klunga på rumstemperaturen - den elektriska laddningen är normalt den utdelade lika alltigenom ta prov, om inte en elkraft sätter in appliceras. Men i samla i en klunga av upp till 200 niobiumatoms som skapas av de Heer och kollaboratörer Ramiro Moro, Xiaoshan Xu och Shuangye Yin, som ändrar, när partiklarna kylas mer mindre än 20 grader Kelvin.

De Georgia Techforskarna upptäckte att denna ”spontana symmetri som bryter” stunder som söker för tecken av superconductivityen i nanometer-fjäll samla i en klunga. Det var fullständigt oväntat - och de Heer medger honom har ingen förklaring för den.

”När detta händer, belägger med metall dessa partiklar, som göras ut ur, atoms uppför ej längre som, om de var metalliska,” honom sade. ”Ändrar Något partiklarna från en belägga med metall in i någonting annat.”,

För det minst samla i en klunga, styrkan av dipolen verkställer varierar enligt storleksanpassar dramatiskt. Clusters komponerade av 14 atoms som stark skärm verkställer, fördriver de som göras upp av 15 atoms, showen verkställer lite. Ovanför 30 atoms samla i en klunga med även numrerar av atomsskärm som den starkare dipolen verkställer än samla i en klunga med udda numrerar av atoms.

”Strukturera materier väldeliga till detta processaa,”, sade de Heer. ”Kan en liten ändring påverka placera av arrangera gradvisövergången ganska profoundly, och avkrävaordningen av atoms betyder egentligen till dessa system.”,

Han tillskrivar storleksanpassakänsligheten till quantumen storleksanpassar styret, som förbinds till begränsningar på hur elektroner på burk flyttning i mycket litet samla i en klunga.

De Heer ser starkt ”circumstantial bevisa,”, men inte fast preparera, att fenomen förbinds till superconductivityen i dessa belägger med metall.

”Är Vårt antagande, att superconductivityen i de bulk materialen har något att göra med den spontana produktionen av dipolen i de små partiklarna,” honom sade. ”På detta peka, är den circumstantial bevisar - de samma materialen och det samma temperaturstyret och de udda arrangerar gradvis övergångar som uppstår i båda. Genom att studera, belägger med metall flera olikt, grundar vi att de, som är superconducting i i stora partier har detta att verkställa, och de, som inte är superconducting, har inte den. Det förstärker vår tro att detta förbinds till superconductivityen i något långt som vi inte förstår ännu.”,

Till jordbruksprodukter och studien samla i en klunga det mycket litet, använder forskarna en specialbyggd apparatur, som inkluderar en laser som är stor dammsuger kammaren, vätskehelium och special planlagd en avkännare som är kompetent att räkna och karakterisera flera miljon partiklar per timme.

Först strålar en laser siktas på en niobiumstång som rymms inom dammsugakammaren. Pulserar från laseren avdunstar niobiumen som skapar ett moln av den metalliska dunsten. En strömma av mycket kallt helium gasar injiceras därefter in i kammaren som orsakar niobiumen, gasar för att kondensera in i partiklar av varierande storleksanpassar. Under pressa från detförkylning heliumet, partiklarna går ut till och med ett litet spela golfboll i hål i kammarens vägg som skapar en en millimeter-sned boll, sprutar ut av partiklar som passerar mellan två belägger med metall pläterar, innan det slår avkännaren.

På minimala mellanrum ett ifrån varandra, pläterar belägga med metall aktiveras med 15.000 volt som skapar ett starkt elektriskt, sätter in. Sätta in påverkar varandra med de polariserade niobiumnanoclustersna och att orsaka dem som ska avböjs i väg från avkännaren. Unpolarized samla i en klunga återstår i stråla och räknas av avkännaren

Genom att jämföra avkännareläsningar som den stunden pläterar, aktiveras mot läsningarna, när inget sätta in appliceras, forskarna lärer samla i en klunga att vilket, bär dipolen. Den fortlöpande produktionen av partiklar låter det de Heers forskninglaget samla data på miljoner av partiklar under varje experiment. Vid varierande temperaturen och spänningen, dem studie som få effekt av dessa ändrar på verkställa.

Så långt, har de utstuderat in att specificera samla i en klunga av upp till 200 atoms, fast de Heer tror verkställa bör fortsätta i större samla i en klunga, kanske upp till 500 atoms eller så många som 1.000.

”Är Denna precis början av vad ska är ultimately en mycket spännande berättelse,”, sade han. ”Har Vi bestämt ett raddaarbete som ska göras.”,

Forskningen har sponsrats av U.S.-Avdelningen av Försvar, Nationalet Science Foundation och det Georgia Institutet av Teknologi.

Postad 22nd Maj 2003

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

Last Update: 12. June 2013 02:08

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