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Primeras Imágenes de Electrones Pesados en la Acción

Published on June 2, 2010 at 9:26 PM

Usando un microscopio diseñado a la imagen la ordenación y las acciones recíprocas de electrones en cristales, los científicos han capturado las primeras imágenes de los electrones que aparecen adquirir masa extraordinaria bajo ciertas condiciones extremas.

La técnica revela el origen de una transición de fase electrónica inusual en un material determinado, y abre la puerta en otras exploraciones de las propiedades y de las funciones de supuestos fermios pesados. Los Científicos del Ministerio de los E.E.U.U. de Laboratorio (DOE) Nacional de Brookhaven de la Energía, Universidad de McMaster, y Laboratorio Nacional de Los Alamos describen los resultados en la aplicación del 3 de junio de 2010 la Naturaleza.

En este diagrama esquemático, los electrones individuales (esferas blancas) obran recíprocamente con los átomos de uranio (mostrados como orbitarios amarillos y azules del f-electrón de los átomos de uranio) como se mueven a través del cristal URu2Si2. Estas acciones recíprocas inhiben drástico el progreso de los electrones, haciéndolos aparecen adquirir la masa extraordinaria - un efecto reflejado por primera vez en este estudio.

Los “Físicos han estado interesados en el problema del `' de fermios pesados - porqué actúan estos electrones como si ellos son centenares o millares condiciones inferiores más masivas de las épocas de ciertas - por treinta o cuarenta años,” dijo el arranque de cinta Séamus Davis del estudio, un físico en Brookhaven y al Profesor de J.D. White Distinguished de Ciencias Físicas en la Universidad Cornell. El comportamiento pesado de Comprensión del fermio podía llevar al diseño de los nuevos materiales para los superconductores des alta temperatura. La Superconductividad permite que los materiales lleven la corriente sin pérdida de energía.

En el estudio actual, los científicos eran propiedades electrónicas de la proyección de imagen en un material integrado por el uranio, el rutenio, y el silicio que sí mismo ha sido el tema de un misterio científico de 25 años. En este material - sintetizado por el grupo de Graeme Lucas en McMaster - los efectos de fermios pesados comienzan a aparecer mientras que el material se enfría debajo de 55 Kelvin (- °C) 218. Entonces, una transición de fase electrónica aún más inusual ocurre debajo de 17.5K.

Los Científicos habían atribuido esta transición de fase más a baja temperatura a un cierto formulario de la “orden ocultada.” No podrían distinguir si fue relacionado con el comportamiento colectivo de los electrones que actuaban como onda, o las acciones recíprocas de electrones individuales con los átomos de uranio. Alexander Balatsky, físico teórico de Los Alamos en el Centro para las Nanotecnologías Integradas, con tal que dirección en cómo examinar este problema.

Con esa dirección, grupo de Davis el' utilizó una técnica que él había diseñado visualizar el comportamiento de electrones “considera” qué los electrones hacían mientras que pasaron con la transición de fase misteriosa. La técnica, microscopia espectroscópica el hacer un túnel de la exploración de la proyección de imagen (SI-STM), dimensiones la longitud de onda de electrones en la superficie del material en relación a su energía.

“Imagínese el volar sobre un agua de superficie adonde las ondas derechas se están moviendo hacia arriba y hacia abajo, pero no propagando hacia la costa,” dijo Davis. “Cuando usted pasa sobre los puntos álgidos, usted puede tocar el agua; sobre puntas inferiores, usted no puede. Esto es similar a lo que lo hace nuestro microscopio. Él imágenes cuántos electrones pueden saltar a la punta de nuestra antena en cada punta en la superficie.”

De las mediciones de la longitud de onda y de la energía, los científicos pueden calcular el Massachusetts efectivo del electrón.

“Esta técnica revela que estamos tratando de los electrones muy pesados - o los electrones que actúan como si sean extremadamente pesada porque los están retrasando de alguna manera,” Davis dijo.

La detección de las características del “electrón pesado” debajo de la segunda temperatura de transición proporciona pruebas experimentales directas que los electrones están obrando recíprocamente con los átomos de uranio bastante que actuando como onda.

Para visualizar esto, imagínese a personas de los futbolistas que funcionan con hacia arriba el campo después de un saque de centro. Si cada jugador estuviera libre de ejecutar sin obstáculo, las personas enteras aparecerían operatorio como una ola de “electrones relativamente independientes.” Pero imagínese en lugar de otro que el campo está derramado con un arsenal de sillas, y cada jugador tiene que sentarse por un instante cada vez que él encuentra una silla antes de continuar encima del campo. En este caso las sillas son análogas a los átomos de uranio. Esas acciones recíprocas entre los jugadores y las sillas (o los electrones y los átomos de uranio) reducen sin obstrucción el progreso.

En el caso del material de uranio, el mecanismo de frenado de la velocidad de visualización en pantella del electrón dura solamente una pequeñita parte un segundo en cada átomo de uranio. Pero porque la energía cinética y la masa se relacionan matemáticamente, el mecanismo de frenado de la velocidad de visualización en pantella hace que aparece como si los electrones sean más masivos que un electrón libre.

Además de revelar estas acciones recíprocas como la fuente de la “orden ocultada” en la pasta de uranio, estudio de Davis el' muestra que la técnica de SI-STM se puede utilizar para visualizar electrones pesados. Eso a su vez abre la puerta en más maneras de investigar y de visualizar este fenómeno.

El equipo de investigación está continuando sondar una variedad de pastas relacionadas con esta nueva aproximación para fomentar su comprensión de los sistemas de fermio pesado.

Los “fermios Pesados siguen siendo misteriosos en gran medida, y es nuestro trabajo como científicos resolver el problema,” Davis dijo.

Esta investigación fue financiada en los Estados Unidos por la Oficina de la GAMA de la Ciencia y en Canadá por las Ciencias Naturales y el Consejo de Investigación de la Ingeniería y el Instituto Canadiense para la Investigación Avanzada. En Brookhaven, esta investigación fue utilizada como parte del Centro para la Superconductividad Emeregente, un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía financiado por el Ministerio de los E.E.U.U. de Energía, Oficina de la Ciencia.

Last Update: 11. January 2012 22:57

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