磁性'超级原型'承诺可调材料

 作者:季冱     |      日期:2019-02-05 08:13:04
作者:MacGregor Campbell(图片来源:Ulises Reveles,VCU)新的“超级原子” - 共享电子并能模仿其他元素行为的原子簇 - 首次被设计成具有磁性这一突破提供了一种设计具有可控磁性的新型纳米级构建块的方法,可用于制造更快的计算机处理器和更密集的存储器 20世纪80年代,当加州大学伯克利分校的沃尔特奈特及其同事发现钠原子团可以在它们之间共享电子时,发现了超级原子电子形成一个集体“超级壳”,覆盖集群超级壳的行为与常规元素上的外部电子大致相同,掩盖了超级原子的真正化学特性化学家后来发现了许多其他超级原子 - 主要是铝簇,它们像其他元素一样反应,如惰性气体氦气或氩气这种模仿可以帮助创造更有效的燃料,因为铝粉在燃烧时释放出大​​量的能量,但是与其他元素反应太快而不能用作固体燃料添加剂然而,在化学上像贵重气体一样的铝簇中,金属可以隐藏起来,直到它被燃料燃烧激活然而,到目前为止,复制其他元素的磁性的簇已经证明更难以设计磁性是由原子电子的自旋引起的,原子的电子排列在原子核周围的壳或轨道中它们的净旋转决定了原子磁性“力矩”的强度,并且因为它们倾向于成对地相互抵消,所以原子的不成对电子会产生磁矩然而,不成对的电子会使原子或超原子更容易与其他物质反应,试图填充其轨道并变得稳定结果,稳定性和磁性一直被认为是相互排斥的由弗吉尼亚联邦大学的Shiv Khanna领导的一个团队提出了解决问题的方法 Khanna的团队研究说,在八个铯原子的笼子中封装一个钒原子会在整个星团周围形成一个稳定的电子超壳这可以防止钒原子的不成对电子与其他原子反应,保持其磁性该布置将产生五个玻尔磁子的磁矩,其与锰原子相同 “我们所做的是扩大可能的磁性材料的范围,”Khanna说他说等待发现的新磁性簇的数量没有限制,他的团队后来设计了由钒包裹在钠中的磁性超级原子和用金制成的锰在每种情况下,集群都具有磁矩和填充的超级壳,使其稳定 “磁性和稳定兼容;他们可以共存,“乔治亚理工学院的化学家罗伯特·特滕说,他不是团队的一员 “这是一场革命,”他对“新科学家”说 “现在你有一个设计所需磁性的策略”Khanna的磁性超级原子只是在这一点上的计算,但是他从能源部获得资金使它们成为现实他希望这些聚类可以用来为研究人员设计新材料的控制新方面例如,稳定的磁簇有一天可能会用在新的“自旋电子”设备中,这些设备使用磁矩而不是简单的电荷来计算或存储信息以这种方式编码数据意味着设备可以远小于用于制造传统电子组件的设备,可能提供计算能力的整体提升期刊参考:自然化学(DOI: