科学者は、電気とその逆に熱を変換するために公知材料のクラスは、温度の変化に反応してナノスケールで非常に予期せず動作することを発見した。
発見 - サイエンスの2010年12月17日、問題に記載されては - これらの材料の強力な熱電応答を説明するための新たな"反対方向"相転移である。また、科学者は、他の有用な熱電変換を特定するのに役立ちますし、自動車や工場の排気で、例えば、熱として失われるエネルギーを捉えることに彼らのアプリケーションをさらに可能性があります。
科学者は - 米国防総省の米国エネルギー省（DOE）ブルックヘブン国立研究所、コロンビア大学、アルゴンヌ国立研究所、ロスアラモス国立研究所、ノースウェスタン大学、そしてスイス連邦工科大学から - （テルル、セレンとペアにリードカルコゲナイドを勉強していた、または硫黄）新たに利用可能な実験技術と理論的アプローチ、それらは"見る"ことができるし、ナノスケールでの個々の原子のモデルの動作を使用して、またはメートルの十億のオーダー。それらのツールを使用して、彼らは構造の従来のプローブには見えない原子配列の微妙な変化を観察することができた。
科学者が観察された相転移を理解するために、固体の氷を形成するために凍結して液体の水を形成する冷却蒸気のようなガスの日常の応答を考え、と。それぞれのケースで、原子は構造的な再配置のいくつかのフォームを受ける、サイモンBillinge、ブルックヘブン研究所と工学応用科学と科学の紙の上で執筆者のコロンビア大学の大学院で物理学者は説明する。
"時には、さらに冷却がさらに構造転移につながる：結晶中の原子の再配置や全体的な対称性を下げるために避難となる、"Billingeは述べています。冷却時にそのようなローカライズされた原子歪みの開発が正常である、と彼は言う。 "我々は鉛カルコゲナイドで発見されたことは逆の動作です：非常に低い温度では、ないの原子変位、何もなかった - しかし、温暖化で、変位が表示されます！"
テクニックは、このナノスケールアトミックアクションを観察するために使用される科学者は、結果の数学とコンピュータ分析によって支援X線ビジョンのハイテクバージョンであった。最初のリードの材料は、ノースウェスタン大学で精製した粉体の形態で行われた。光量子アルゴンヌでソースとロスアラモスでルハンの中性子散乱センターで中性子でX線 - その後、科学者は、ビームの二種類のサンプルを砲撃。検出器は試料からこれらのビームの散乱は、原子の位置と配置を示す回折パターンを生成する方法に関する情報を収集。ブルックヘブン国立研究所とコロンビア大学で開発されたコンピュータプログラムを使用してデータのさらなる数学的および計算分析は、科学者がモデルと温度の範囲で原子レベルで何が起こっているかを解釈することができました。
ブルックヘブン国立研究所の物理学者エミールBozin、紙の上で最初の著者は、データの奇妙な動作を確認するために初めて、彼はそれがデータのアーティファクトではなく新規に何かあったことを証明するために粘り強く働いた。 "我々は平均構造を見ていたら、我々はこの効果を認めてもみなかった原子対の分布関数の我々の分析は私たちに多くのローカルビュー与える - 。単なる平均ではなく - その最近傍にある特定の原子からの距離を、"Bozinは述べています。約0.025ナノメートル - - 個々の原子が変位になっていたことを示す詳細な分析は、材料が暖かくなったように、これらの距離は、小さなスケールで変化した、ことを明らかにした。
科学者は、加熱時にこれらの変位の出現を説明するためにアニメーションを行っています。その中で、変位は、それらが前後に反転、または小さな双極子のように、変動として原子の変化方向を示すために矢印で表されます。
科学者によると、それは熱を電気に変換する材料の能力の鍵となるこのランダムな反転動作です。
"ランダムにフリップ双極子が、それは木々が列に並んでいる整然としたリンゴの果樹園より無秩序な木材を移動することはより困難であるのと同じような方法で材料を通した熱の移動を妨げる、"Billingeは述べています。 "この低い熱伝導率が大きい温度勾配を熱電特性に不可欠なサンプル、全体で維持することができます。"
車の排気システムで、言う - - 勾配は、熱電材料の電荷キャリア（例えば、電子）低温側への高温側から拡散してしまう材料の片側が熱との接触時。この熱的に誘導電流を取得することで使用するために"廃"熱を入れることができます。
それが変動する双極子の存在に良好な熱電応答をリンクするので、この研究は、優れた特性を持つ他の熱電材料のための科学者の検索を助けるかもしれない。
"我々の次のステップは、この小説相転移を示す新材料の検索、およびこの動作のために他の構造的な署名を発見される、"Billingeは言った。 "私たちはナノスケールの構造をプローブするための新しいツールは、この研究には不可欠です。
"ナノスケールでの複雑な物質のような研究は、我々は、エネルギー、健康、そして環境の問題を解決するために求める変革技術革新の多くの鍵を握る。"
ソース： http://www.bnl.gov/