Kapag ang isang metal ay hindi isang metal ? Ang Mayo 23 isyu ng journal Science sagot na ang tanong sa isang account ng ang nakakagulat na pag-uugali ay exhibited sa pamamagitan ng nanometer-scale na kumpol ng niobiyum metal. Kapag ang mga kumpol ay cooled sa ibaba 20 degrees Kelvin, mga de-koryenteng singil sa kanila biglang shift, paglikha ng mga kaayusan na kilala bilang mga dipoles. "Ito ay lubhang kakaiba, dahil ang metal na walang ay dapat na gawin ito," sabi ni Walter de Heer, isang propesor sa School of Physics sa Georgia Institute of Technology at ang co-may-akda ng ang papel-publish sa ang paksa sa Science . "Ang mga kumpol maging spontaneously polarized, na may mga electron paglipat sa isang bahagi ng kumpol para sa walang maliwanag na dahilan. Isang bahagi ng bawat cluster ay nagiging negatibong-sisingilin, at sa iba pang mga bahagi ay magiging positibo- sisingilin. Ang mga kumpol ng lock sa na pag-uugali at manatili na paraan. " Ferroelectric kababalaghan na ito ay sa ngayon ay sinusunod sa mga kumpol ng niobiyum, vanadium at tantalum - tatlong paglipat ng mga riles na sa bulk form na maging superconducting sa tungkol sa parehong temperatura na ang mga mananaliksik na obserbahan ng pagbuo ng mga dipoles sa maliliit na kumpol. De Heer ay naniniwala sa pagtuklas na ito ay bukas up ng isang bagong larangan ng pananaliksik - at magbigay ng mga pahiwatig sa misteryo ng superconductivity. Sa bulk riles - at kahit sa mga niobiyum ng mga kumpol sa kuwarto temperatura - elektrikal singil ay karaniwang ipinamamahagi pantay sa buong sample maliban kung ang isang electric field ay inilapat. Ngunit sa mga kumpol ng hanggang sa 200 mga atoms ng niobiyum na nilikha sa pamamagitan ng de Heer at collaborator Ramiro Moro, Xiaoshan Xu at Shuangye Yin, na ang mga pagbabago kapag ang mga particle ay cooled sa mas mababa sa 20 degrees Kelvin. Ang Georgia Tech natuklasan ng mga mananaliksik na ito "kusang paglabag ng simetrya" habang naghahanap para sa mga palatandaan ng superconductivity sa ang nanometer-scale na kumpol. Ito ay ganap na hindi inaasahang - at de Heer admits siya ay walang paliwanag para dito. "Kapag nangyari ito, ang mga particle na ginawa ng mga atoms ng metal hindi na kumilos bilang kung sila ay metal," siya sinabi . "May mga pagbabago ang mga particle mula sa isang metal sa iba pa. " Para sa mga na ang pinakamaliit na mga kumpol, ang lakas ng epekto ang dipole ay nag-iiba -iba kapansin-pansing ayon sa laki. Kulumpon na binubuo ng 14 atoms display strong effects, habang ang mga binubuo ng 15 atoms ay nagpapakita ng maliit na epekto. Above 30 atoms, ang mga kumpol sa kahit na numero ng mga atoms display ng mga malakas na dipole epekto kaysa sa kumpol na may kakaibang mga numero ng mga atoms. "Istraktura ng bagay na lubhang sa prosesong ito," de Heer sinabi. "Ang isang maliit na pagbabago ay maaaring makaapekto sa ang posisyon ng phase ang paglipat sa halip profoundly, at ang eksaktong pag-aayos ng mga atoms ay talagang ay mahalaga sa mga system. " Siya katangian ang laki ng pagiging sensitibo sa rehimen kabuuan laki, na kung saan ay may kaugnayan sa mga pagrerenda sa kung paano ang mga electron ay maaari ilipat sa maliit na kumpol. De Heer nakikita strong "madetalye katibayan," ngunit walang matatag na patunay, na kababalaghan ay konektado sa superconductivity sa mga riles . "Ang aming palagay ay na ang superconductivity sa bulk materyales ay isang bagay na gawin sa likas na produksyon ng mga dipole sa maliit na mga particle , "siya sinabi. "Sa puntong ito, ito ay madetalye katibayan - ang parehong mga materyales at sa parehong temperatura ng rehimen, at ang kakaibang phase transition na nagaganap sa parehong. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng ilang iba't-ibang na riles, nakita namin na ang mga na superconducting nang maramihan ang epekto na ito, at ang mga na hindi superconducting hindi ito. Iyon strengthens sa aming paniniwala na ito ay konektado sa superconductivity sa ilang mga paraan na hindi pa namin maintindihan. " Upang makagawa ng at pag-aralan ang mga maliliit na kumpol, ang mga mananaliksik na gamitin ng isang pasadyang-built aparato na nagsasama ng isang laser, malaki vacuum kamara, likidong helium at isang espesyal na dinisenyo detector sa bilang at magpakilala ng ilang milyong mga particle kada oras. Una, ang isang sinag ng laser ay naglalayong sa isang niobiyum baras na gaganapin sa loob ng silid vacuum. Pulses mula sa laser na ang gawing usok niobiyum, paglikha ng isang ulap ng metal singaw. Ang isang stream ng masyadong malamig helium gas pagkatapos ay injected sa kamara, nagdudulot ang niobiyum gas upang paikliin sa mga particle ng iba't ibang laki . Sa ilalim ng presyon mula sa ang masyadong malamig helium, ang mga particle lumabas sa pamamagitan ng isang maliit na butas sa pader ng silid, ang paglikha ng isang milimetro-wide na jet ng mga particle na pumasa sa pagitan ng dalawang plates ng metal bago pagpindot sa detector. Sa pagitan ng isang minuto hiwalay, ang mga plates ng metal ay energized sa 15,000 volts, paglikha ng isang malakas na electrical field. Patlang na nakikipag-ugnayan sa polarized nanoclusters niobiyum, na nagdudulot sa kanila na pinalihis ang layo mula sa detector. Unpolarized kumpol ay mananatiling sa sinag at ay binibilang sa pamamagitan ng ang detector Sa pamamagitan ng paghahambing ng readings detector habang ang mga plates ay energized laban sa mga readings na kapag walang ay inilapat ang patlang, ang mga mananaliksik na malaman kung aling mga kumpol magtataglay ng dipole. Ang patuloy na produksyon ng mga particle ay nagbibigay-daan sa pananaliksik de Heer koponan upang lumikom ng mga data sa mga milyon- milyong ng mga particle sa bawat eksperimento. Sa pamamagitan ng iba't ibang ang temperatura at boltahe, sila ay pag-aralan ang epekto ng mga pagbabagong ito sa ang epekto. Sa ngayon, sila ay aral sa mga kumpol ng detalye ng hanggang sa 200 atoms, bagaman de Heer naniniwala epekto ay dapat magpatuloy sa mas malaking kumpol, marahil hanggang sa 500 atoms o bilang maraming bilang 1,000. "Ito ay lamang ang simula ng kung ano ang ganap na maging isang nakapupukaw kuwento," siya sinabi. "Kami ay tiyak na magkaroon ng maraming trabaho upang gawin." Ang pananaliksik ay na-sponsor na sa pamamagitan ng sa US Kagawaran ng Defense, ang National Science Foundation at Georgia Institute of Technology. |