2010年6月3
使用显微镜设计形象的安排和交互电子在晶体中,科学家们已经捕获电子的第一图像显示非凡的质量在某些极端条件下。
这项技术揭示了一个不同寻常的电子相变的起源在一个特定的材料,并打开门的属性和功能的进一步探索所谓的重费米子。科学家从美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室,麦克马斯特大学,和洛斯阿拉莫斯国家实验室描述结果在6月3日,2010年,自然的问题。
“物理学家一直感兴趣的问题重费米子——为什么这些电子充当如果他们是在特定条件下大成百上千倍——三十或四十年,”研究带头人谢默斯·戴维斯说,布鲁克海文国家实验室的物理学家和物理科学的J.D.白色特聘教授康奈尔大学。亚博老虎机网登录理解重费米子行为可能导致对高温超导体新材料的设计。亚博网站下载超导材料允许携带电流没有能量损失。亚博网站下载
在这个示意图,单个电子(白色球体)与铀原子(显示为黄色和蓝色f-electron铀原子的轨道)当他们穿过URu2Si2晶体。
在当前的研究中,科学家们成像电子性质的材料组成的铀,钌,硅本身的主题一个25年的科学之谜。这种材料,合成了格雷姆卢克的集团在麦克马斯特-重费米子的影响开始出现如下材料冷却55开尔文(-218°C)。然后,一个更不寻常的电子相变发生低于17.5 k。
科学家们认为这稍低阶段过渡到某种形式的“隐藏的秩序。“他们不能辨别是否有关电子的集体行为作为波,与铀原子或单个电子的相互作用。亚历山大•Balatsky洛斯阿拉莫斯理论物理学家集成纳米技术中心提供指导如何检查这个问题。
指导,戴维斯的团队使用一种技术他们设计可视化电子的行为“看见”电子在做什么当他们通过神秘的相变。技术、光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)措施的波长电子表面的物质与能量。
“想象飞过一个驻波的水体上下移动,而不是传播向海岸,”戴维斯说。“当你经过高点,你可以碰水;小点,你不能。这类似于我们的显微镜。这图片有多少电子能跳的探针表面每一点。”
波长和能量的测量,科学家们可以计算电子的有效质量。
“这种技术显示,我们正在处理很重的电子或电子作为,如果他们是非常沉重的,因为他们是不知何故被放缓,”戴维斯说。
“重电子”特征的检测低于第二个转变温度提供了直接的实验证据,电子与铀原子交互,而不是作为一个波。
想象,想象一个团队球员开球后跑现场。如果每个玩家自由畅通运行,整个团队就会出现操作波相对独立”电子。相反,“但想象字段是布满了椅子,数组,每个球员都有坐一瞬间每次他遇到一个椅子在继续之前的字段。在这种情况下,椅子是类似于铀原子。这些球员和椅子之间的相互作用(或电子和铀原子)明显进展缓慢。
在铀材料的情况下,电子放缓持续只有一小部分第二个在每个铀原子。但由于动能和质量是与数学相关的,经济放缓使它看起来好像电子更大量的自由电子。
除了揭示这些交互的“隐藏的秩序”作为源铀化合物,戴维斯的研究表明SI-STM技术可用于可视化重型电子。这反过来了更多的方法来调查和可视化这一现象。
研究团队正在继续调查各种相关化合物的新方法,进一步理解重费米子体系。
“重费米子在许多方面仍然神秘,这是我们的工作,科学家们为了解决这个问题,”戴维斯说。
这项研究由美国能源部科学办公室和在加拿大自然科学和工程研究理事会和加拿大先进的研究所。亚博老虎机网登录布鲁克海文,本研究支持作为紧急超导中心的一部分,一个能源前沿研究中心由美国能源部科学办公室。亚博老虎机网登录
来源:http://www.bnl.gov/