یک اتم تیتانیوم که به طور همزمان در دو مکان در یک بلور وجود دارد مقصر یک پدیده غیر معمول است


3 با تصاویری پوشانده شده است که جهت گیری تک تک اتمها را در بلور نشان می دهد. با وجود کمال اتمی کریستال ، در انتقال گرما به طور غیر منتظره ضعیف است. اعتبار: Caltech / USC / ORNL “width =” 800 “height =” 480 “/>

این یک تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی با وضوح بالا (SEM) از BaTiS است3 بلورها با تصاویری پوشانده شده است که جهت گیری اتمهای جداگانه در بلور را نشان می دهد. با وجود کمال اتمی کریستال ، در انتقال گرما به طور غیر منتظره ضعیف است. اعتبار: Caltech / USC / ORNL

جامد بلوری BaTiS3 (سولفید تیتانیوم باریم) در انتقال گرما وحشتناک است و معلوم می شود که گسل اتم تیتانیوم سرسخت است که به طور همزمان در دو مکان وجود دارد.

این کشف توسط محققان Caltech ، USC و آزمایشگاه ملی Oak Ridge از آزمایشگاه وزارت انرژی (ORNL) انجام شد ، در تاریخ 27 نوامبر در مجله منتشر شد ارتباطات طبیعت. این یک دیدگاه اساسی در سطح اتمی یک خاصیت حرارتی غیرمعمول است که در چندین ماده مشاهده شده است. این کار مورد توجه ویژه محققانی است که در مورد استفاده بالقوه از مواد جامد بلوری با هدایت حرارتی ضعیف در کاربردهای حرارتی که در آن گرما مستقیماً به برق تبدیل می شود و بالعکس ، مطالعه می کنند.

آستین مینیچ ، استاد مهندسی مکانیک و فیزیک کاربردی در Caltech و یکی از نویسندگان کتاب ارتباطات طبیعت کاغذ.

بلورها معمولاً در انتقال گرما تبحر دارند. طبق تعریف ، ساختار اتمی آنها بسیار سازمان یافته است ، که به ارتعاشات اتمی – گرما – اجازه می دهد مانند موج از آنها عبور کند. از طرف دیگر ، عینک ها در انتقال گرما افتضاح هستند. ساختار درونی آنها بی نظم و دلخواه است ، به این معنی که ارتعاشات در هنگام عبور از اتم به اتم می پرند.

BaTiS3 متعلق به دسته ای از مواد به نام کالکوژنیدهای مربوط به پروسکایت است. جایاکانت راویچندران ، استادیار گروه مهندسی شیمی و علوم مواد خانواده مورک در USC Viterbi و تیم وی در حال تحقیق در مورد خصوصیات نوری آنها هستند و اخیراً مطالعه کاربردهای ترموالکتریک آنها را آغاز کرده اند.

“ما پیش بینی کردیم که BaTiS3 هدایت حرارتی کم وجود خواهد داشت ، اما این مقدار به طور غیر منتظره ای کم بود. مطالعه ما مکانیسم جدیدی برای دستیابی به رسانایی گرمایی پایین را نشان می دهد ، بنابراین س nextال بعدی این است که آیا الکترونهای سیستم در مقابل گرما برای دستیابی به خواص خوب ترموالکتریک در سیستم روان جریان می یابند یا خیر؟ “

تیم متوجه شد که BaTiS3، همراه با چندین ماده جامد بلوری دیگر ، رسانایی گرمایی “شیشه ای” دارند. رسانایی حرارتی آن نه تنها با شیشه نامرتب قابل مقایسه نیست ، بلکه در واقع با کاهش دما خراب می شود ، که برعکس اکثر مواد است. در حقیقت ، رسانایی گرمایی آن در دمای برودتی از بدترین موارد است که تاکنون در ماده جامد کاملاً متراکم (غیر متخلخل) مشاهده شده است.

این تیم دریافت که اتم تیتانیوم در هر کریستال BaTiS3 در چیزی وجود دارد که به عنوان پتانسیل دو چاه شناخته می شود – یعنی. دو مکان مکانی در ساختار اتمی وجود دارد که اتم می خواهد باشد. اتم تیتانیوم که به طور همزمان در دو مکان وجود دارد ، به اصطلاح “سیستم دو سطح” ایجاد می شود. در این حالت ، اتم تیتانیوم دو حالت دارد: حالت پایه و حالت برانگیخته. ارتعاشات اتمی گذرا توسط اتم تیتانیوم جذب می شود ، که از قاعده به حالت برانگیخته منتقل می شود و سپس به سرعت به حالت پایه فرو می رود. انرژی جذب شده به صورت لرزش و در هر جهت تابش می شود.

اثر کلی این جذب و انتشار ارتعاشات این است که انرژی اتلاف شده و صرفاً منتقل نمی شود. تشبیه می تواند تابش نور از طریق شیشه مات ، با اتم های تیتانیوم به عنوان یخ باشد. امواج ورودی از تیتانیوم منحرف می شوند و فقط برخی از آنها از طریق مواد راه می یابند.

مدت هاست که شناخته شده است که سیستم های دو سطح وجود دارد ، اما این اولین مشاهده مستقیم از یک سیستم است که برای ایجاد اختلال در هدایت حرارتی یک ماده کریستالی در محدوده دما گسترش یافته در اینجا بین 50 تا 500 کلوین کافی است.

محققان با بمباران BaTiS این اثر را مشاهده کردند3 کریستالهای نوترونی در فرایندی که به عنوان پراکندگی الاستیک با استفاده از منبع نوترون Spallation در ORNL شناخته می شود. وقتی از بلورها عبور می کنند ، نوترون ها انرژی خود را به دست می آورند یا از دست می دهند. این نشان می دهد که در بعضی موارد انرژی توسط یک سیستم دو مرحله ای جذب می شود و در برخی دیگر به آنها منتقل می شود.

“برای کشف این رمز و راز در مورد ساختار و پویایی اتم های تیتانیوم ، کار کارآگاهی واقعی لازم بود. در ابتدا ، به نظر می رسید که اتمها از نظر موقعیتی بی نظم هستند ، اما کم عمق بودن یک چاه بالقوه به این معنی است که آنها نمی توانند برای مدت طولانی در موقعیت خود باقی بمانند “، مایکل مانلی ، محقق ارشد ORNL و یکی از نویسندگان کتاب ارتباطات طبیعت کاغذ. این زمانی بود که رافائل هرمان ، محقق ORNL ، محاسبات کوانتومی را برای چاه دو برابر پیشنهاد کرد. “البته ، اتم ها می توانند تونل بزنند ، این کاملاً شناخته شده است ، اما ما انتظار نداشتیم که آن را با چنین فرکانس بالا با چنین اتم بزرگی در یک کریستال ببینیم. اما مکانیک کوانتوم واضح است: اگر سد بین چاه ها به اندازه کافی کوچک باشد ، چنین تونل سازی با فرکانس بالا واقعاً بسیار زیاد است. این امکان وجود دارد و باید منجر به پراکندگی شدید فونون ها و در نتیجه رسانایی گرمایی شیشه ای شود. “

روش متداول در ایجاد جامدات بلوری با هدایت حرارتی پایین ، ایجاد نقص های زیادی در این جامدات است که به ضرر خواص دیگر مانند رسانایی الکتریکی است. بنابراین ، روش طراحی مواد بلوری با هدایت حرارتی کم و بدون آسیب رساندن به خصوصیات الکتریکی و نوری ، برای کاربردهای ترموالکتریک بسیار مطلوب است. تعداد انگشت شماری از جامدات بلوری همان هدایت حرارتی ضعیف را نشان می دهد ، بنابراین تیم بعدی قصد دارد بررسی کند که آیا این پدیده در این مواد نیز مقصر است.


تفکیک حمل و نقل الکترونیکی و حرارتی


اطلاعات بیشتر:
Bo Sun و همکارانش ، تونل زنی اتمی با فرکانس بالا ، هدایت حرارتی فوق العاده کم و شیشه ای را در کریستال های تک کلکوژنید می دهد ، ارتباطات طبیعت (2020) DOI: 10.1038 / s41467-020-19872-w

تهیه شده توسط موسسه فناوری کالیفرنیا

نقل قول: اتم تیتانیوم ، که به طور هم زمان در دو مکان در یک بلور وجود دارد ، مقصر یک پدیده غیر معمول (2020 ، 3 دسامبر) ، در تاریخ 3 دسامبر سال 2020 از https://phys.org/news/2020-12- Titanium- استخراج شده است اتم-کریستال-تقصیر- غیرمعمول. html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*