科学家发现材料选件类为白热所知对电反之亦然相当意外地正常运行在 nanoscale 以回应在温度上的变化。
这个发现 - 描述在 2010年 12月 17日，科学的问题 - 是帮助解释这些材料强烈的热电回应的新的 “相反方向”相变。 它可能也帮助科学家识别其他有用的 thermoelectrics，并且可能促进他们的在获取作为热丢失的能源的应用，例如，在汽车和工厂尾气。
科学家 - 从美国能源部 (DOE) Brookhaven 国家实验室、哥伦比亚大学、 Argonne 国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、西北大学和瑞士联邦技术研究所 - 学习线索 chalcogenides (与碲、硒或者硫磺配对的线索) 使用最近给他们 “的可用的实验技术和理论上的途径看见”和各自的原子模型行为在 nanoscale，或者大约仪表的 billionths。 使用那些工具他们能观察在无形基本的排列上的细微的变化对结构常规探测。
要了解相变科学家被观察，认为气体的每天回应象然后冻结的蒸汽的冷却形成液体水，形成固定的冰。 在每个案件，原子经过结构上的重新整理的某种表单，在 Brookhaven 实验室和工程哥伦比亚大学的学校解释科学文件的西蒙 Billinge、物理学家和应用科学和主要作者。
“有时，进一步冷却将导致进一步结构上的转移： 在水晶的原子重新整理或变得偏移降低整体对称”， Billinge 说。 发展的在冷却的这样局限化的基本畸变是正常的，他说。 “什么我们在线索 chalcogenides 发现了是这个相反的工作情况： 在低温，没有基本位移，加温，位移出现!”
技术科学家过去常常观察此 nanoscale 基本活动是 X-射线远见的高科技版本，帮助由对结果的数学和计算机分析。 首先线索材料做以在西北大学的一种被净化的粉末形式。 然后科学家炮击了与二的范例射线 - 在先进的光子来源的 X-射线在 Argonne 和中子在洛斯阿拉莫斯的 Lujan 中子散射中心。 探测器收集关于这些射线如何的信息分散这个范例导致指示原子的位置和排列的绕射图。 对使用计算机程序的数据的进一步数学和计算分析被开发在 Brookhaven 和哥伦比亚允许科学家塑造和解释什么发生在温度的范围的基本级别。
Brookhaven 物理学家埃米尔 Bozin，本文的第一个作者，是注意在数据的多的个工作情况的第一个，并且他工作得顽强证明它是新的事而不是数据人工制品。 “如果我们查看平均结构，我们不会观察此作用。 对基本对分布函数的我们的分析产生我们一个更加局部的观点 - 从一个特殊原子的距离到其最近的邻居 - 而不是这个平均数”， Bozin 说。 这个详细的分析表示，作为物质获得的取暖器，这些距离在 - 表明的一微小的等级 - 大约 0.025 毫微米更改各自的原子变得偏移。
科学家做动画说明这些位移诞生在热化。 在它，位移由箭头表示指示原子的更改的取向，当他们反复翻转，或者动摇，象微小的偶极。
根据科学家，它 是关键的对材料的能力对白热到电的此任意翻转的工作情况。
“任意地翻转的偶极通过材料在相似情况下妨碍热的移动通过杂乱木头移动比结构树在行是更难的排队的顺序的苹果园”， Billinge 说。 “此低导热性允许大温度差在范例间被维护，对热电属性是关键的”。
当材料的一个端与热联系 - 时请说，在排气系统车这个梯度将造成载流子在热电材料 (即，电子) 从热端散开到冷端。 获取此热量地导致的电流能放置 “废”热到使用。
因为它链接对动摇的偶极的存在的好热电回应此研究可能帮助科学家搜索与例外属性的其他热电材料。
“我们的下一个步骤搜索显示此新颖的相变的新的材料，并且查找此工作情况的其他结构上的签名”， Billinge 说。 “允许我们探查 nanoscale 结构的新工具对此研究是重要的。
“复杂材料的这样研究在 nanoscale 的把握这个关键对我们寻求解决在能源的问题的许多变化的技术突破，健康和这个环境”。
来源： http://www.bnl.gov/