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特定情况下电子变重之谜破解

  在某些情况下,电子难题要解决

  最近,来自美国和加拿大的科学家获得了第一张电子照片,这些电子在通过使用光谱成像扫描隧道显微镜(SI-STM)通过URu2Si2晶体时明显变得更“重”。科学家认为,这项研究将有助于探索重费米子的性质和功能,以开发新的高温超导材料。相关研究发表在最新一期的“自然”杂志上。几十年来,物理学家一直在试图弄清楚为什么在一定条件下电子能够重数百甚至数千倍。了解这种重费米子现象将有助于设计新的高温超导材料。美国布克海洋国家实验室的国家实验室,加拿大麦克马斯特大学和美国能源部的洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员共同研究了这个问题。在这项研究中,科学家研究了由铀,钌和硅组成的物质URu2Si2。该材料由加拿大麦克马斯特大学的Graeme Luk团队合成,并在冷却至零下256摄氏度(17kPa)时发生相变。过去,科学家们认为,由于“隐藏的秩序”,相变在较低的温度下发生。然而,科学家们无法辨别这种“隐藏的秩序”是否像电子群一样波动,或者是单电子与铀原子之间相互作用的函数。研究人员使用光谱成像扫描隧道显微镜观察电子在相变过程中的“一举一动”。他们测量了电子在材料表面的波长和能量,并计算出了有效的电子质量。这项研究的主要作者,布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的物理学家西克雷斯特·戴维斯(Seacrest Davis)表示,研究结果表明,电子非常“沉重” - 也许是因为它们的速度较慢,因此显得非常沉重。通过使用足球比赛来理解这一点,开球之后,一对足球运动员在场上跑,如果每个运动员都可以毫无问题地自由奔跑,那么整个队就像一波无关的“电子”。球场里充斥着一排排椅子,每位球员在碰到一把椅子后都必须停留一段时间,他们可以继续在球场上跑步,这种情况下,椅子与铀原子相似,球员与椅子(电子和铀原子之间)明显降低了原子能够运行的速度,尽管电子减速只能持续一个时间,每个铀原子都会遇到,但是减速会使电子出现比自由电子,因为动能取决于质量。除了揭示相互作用是铀化合物“隐藏秩序”的原因之外,这项新研究还表明SI-STM技术可以用来“看到”重电子,这也为研究人员提供了一种方法,他们可以开发更多的方式来“看”这些现象。该团队正在研究新的方法来研究许多相关的化合物,以更好地了解重费密子系统。点击

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