用中子分解有害金属

用中子分解有害金属

利用中子的性质探讨金属中的电子,研究团队由美国能源部(DOE)阿贡国家实验室已经获得了新的见解,相关电子系统的行为,这是有用的特性,如磁性、超导材料。

这项研究将发表在《科学》杂志上,它展示了科学家如何预测材料的性质和功能,使我们能够探索其潜在的用途。

“我们的使命是从能源部发现并了解新材料,可以形成完全新的应用的基础上,”主要作者Ray Osborn说,资深科学家在阿贡国家实验室的中子和X射线散射组。

奥斯本和他的同事们研究了强关联电子系统(CePd3)利用中子散射来克服其他技术的局限性,在高温和低温下揭示化合物的电学性能的变化。奥斯本希望这些结果能激发类似的研究。

奥斯本说:“能够有信心地预测,随着温度的变化,电子的行为应该鼓励比实验更为雄心勃勃的实验结果和模型。”。

他说:“在许多金属中,我们认为电荷的移动电子相互独立运动,只受电子-电子斥力的微弱影响。”。然而,有一类重要的材料,电子与电子之间的相互作用是如此强烈,它们不能被忽略。

科学家们已经研究了这些强烈相关的电子系统超过五年,其中最重要的理论预测之一是,在高温下,电子相互作用引起随机波动,阻碍他们的流动性。

奥斯本说:“它们变成了“坏金属”。”。然而,在低温下,电子激发开始类似于正常金属,但电子速度大大降低。

在尔湾加利福尼亚大学的教授Jon Lawrence(音)的合著者中,1985曾设想过这种从高温非相干随机涨落到低温相干电子态的交叉现象。虽然有了一些光电效应的实验证据,阿贡的合著者Stephan Rosenkranz指出,比较这些测量结果与理论计算很困难,因为现实中有太多的不确定性建模实验强度。

团队,主要以在阿贡国家实验室和其他DOE实验室,表明中子探测器的电子以不同的方式,克服了光电子能谱等技术的局限性。

使这项工作成为可能的是中子散射光谱在DOE的散裂中子源(SNS)在橡树岭国家实验室,一个能源部科学办公室用户设施,和英国的ISIS脉冲中子源,它允许在广泛的能量和动量转移的全面测量。在这项研究中两者都起着关键作用。

“中子对于这项研究是绝对必要的,”奥斯本说。中子散射是对动量和能量四个维度的电子涨落的整个光谱敏感的唯一技术,也是唯一能可靠地与绝对强度尺度上的实际理论计算相比较的技术。

通过这项研究,这些四维测量现在已经被直接用来计算,特别是用于强相关电子系统的新计算技术的计算。这项技术被称为动态平均场理论,它定义了一种计算电子性质的方法,包括强电子-电子相互作用。

奥斯本承认Eugene Goremychkin的贡献,前阿贡科学家领导的数据分析,和阿贡理论家晓园公园,谁执行的计算。奥斯本说,理论和实验之间的协议“真是了不起”。

展望未来,研究人员对缩小凝聚态物理实验结果与理论模型之间的差距持乐观态度。

“你如何进入一个模型可靠的阶段?奥斯本说。“本文表明,我们现在可以从理论上对极其复杂的系统进行建模。这些技术可以加速我们对新材料的发现。”

论文其他作者题为“阿贡,相干带激励CePd3:中子散射和从头算理论的比较,“公园和John Paul Castellan的材料科学部。也有助于这项工作在俄罗斯的联合核研究所研究员;伊利诺伊大学芝加哥;在德国卡尔斯鲁厄科技学院;橡树岭国家实验室;洛斯阿拉莫斯国家实验室和加州大学欧文分校。

在阿贡国家实验室和洛斯阿拉莫斯研究所的基础能源科学办公室DOE的材料科学与工程部的资助。橡树岭SNS的研究得到了基础能源科学办公室的科学用户设施部门的支持。在英国的卢瑟福-阿普尔顿实验室进行了中子实验。蓝调,由实验室计算资源中心在阿贡操作计算的高性能集群,也促成了这一研究。

阿贡国家实验室试图压制民族问题在科学和技术解决方案。全国第一个国家实验室,阿贡进行领先的基础和应用科学的几乎所有学科的科学研究。阿贡国家实验室的研究人员密切合作,从企业、高校、研究人员和联邦数百,州和市政机构帮助他们解决具体问题,推进美国的科学领导和准备迎接美好的未来。来自60多个国家的员工,阿贡是管理的UChicago阿贡,LLC为科学系美国能源部。

美国能源部的科学办公室是美国自然科学基础研究的最大支持者,正致力于解决我们这个时代最紧迫的一些挑战。欲了解更多信息,请访问科学办公室网站。

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