게시 및 게시 날짜 : 2008/10/20

세계 첫 번째! 저온에서 팽창하는 에볼루션 바카라기 구리 산화물 입자

-열 팽창에 대해 걱정하지 않고 자기력으로 움직이는 초고전 에볼루션 바카라 머신 용으로 가능합니다

이 연구 결과의 요점

  • 처음으로, 에볼루션 바카라기 물질에서 열 팽창이 발견되고 열 팽창이 부정적인 역전
  • 열 팽창 계수는 -100 ° C의 저온에서 -11x10입니다-4달성/℃
  • 고급 열 확장은 에볼루션 바카라 스케일 울트라 마이크로 물체에 대한 적용으로 제어 할 수 있습니다

사가 대학교 (Hasegawa Teru 회장), 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (AIST, Yoshikawa Hiroyuki 회장) 및 Riken (Noyori Ryoji 회장)은 산화 구리 (Cuo)의 결정 크기가 거대 재료 중 하나 (자체 바디)가 될 때 (Nanoparticle), Nanoparticle (nanoparticle)의 결정 크기가 될 때 결론을 내렸다 10 억 미터), 정상과는 반대로 열 팽창은 -11 x 10-4/℃로 크게 역전 된 "음성 열 팽창"현상을 발견했습니다 Saga University, AIST의 과학 및 공학부의 Zheng Xuemitsu 교수생산 및 측정 기술 연구 센터8528_8592대형 싱크로트론 방사선 시설 Spring-8*1를 사용하여 공개 된 결과입니다

물리적 현상, "물체가 가열되면 늘어나고 냉각되면 냉각되면 줄어 듭니다"는 친숙한 물체의 기본 속성입니다 invars (Fe-Ni, Fe-PT 등)라는 일부 합금은 거의 열 팽창 계수가 거의 없으며 이미 정밀 기계에 적용되어 왔던 것으로 오랫동안 알려져 왔습니다 또한 특정 재료는 음성 열 팽창을 가지며 최근 몇 년 동안 세라믹 중 하나 인 Tungsten Zirconium (ZRW2O8) -26 × 10-5/℃의 레코드 음성 열 팽창 계수가 달성되었습니다

이번에는 연구팀이 -100 ° C 미만의 환경에 따라이 값보다 4 배 더 큰 음의 열 확장 계수를 발견했습니다 또한, 망간 디 플루오 라이드 (MNF2)의 에볼루션 바카라 입자조차도 음의 열 팽창 계수가 있음을 발견했습니다 자기 에볼루션 바카라 입자의 음성 열 팽창 현상은 지금까지 알려지지 않았으며 원칙적으로 관심을 끌고있는 현상입니다

앞으로 음의 열 확장 재료를 다른 실용적인 재료와 결합함으로써, 열 팽창 계수는 자유롭게 제어 될 수 있으며, 균열이없는 새로운 복합 재료의 개발과 같은 에볼루션 바카라 기술 과학에서 응용이 예상 될 수있다 특히 에볼루션 바카라 입자에서 거대한 음성 열 팽창 계수의 실현은 마이크로-기계 및 에볼루션 바카라-기계와 같은 미세 영역 객체에 적용 할 수있게한다 자기 재료이기 때문에 자화 된 에볼루션 바카라 머신에 적용 할 가능성도있었습니다

이 연구 결과는 영국 과학 저널을 기반으로합니다 "Nature Nanotechnology'에 게시됩니다 (10 월 19 일호) 및 디지털 버전도 있습니다



1 배경

"가열로 인해 물체가 늘어나고 반대로 냉각으로 인해 수축됩니다"는 금속, 유리 및 세라믹과 같은 물체의 기본 특성으로 잘 알려져 있습니다 그러나 침략자 (Fe-Ni, Fe-PT)로 알려진 일부 합금에서 열로 인한 확장 속도 (열 확장 계수)는 거의 0입니다 (스위스 과학자 Charles Edwar Guillaume 1896 :Charles Édouard Guillaume발견, 1920 년 노벨상 수상) 열로 인한 팽창이 없으면 약간의 오류조차 허용하지 않고 널리 사용되는 정밀 기계에서 매우 유용합니다

또한 특정 물질에서 음의 열 팽창 (음의 열 팽창 계수)을 갖는 것으로 알려져 있으며, 이는 온도가 높을 때 줄어 듭니다 1996 년 도자기 텅스텐 지르코늄 (ZRW2O8) 그러나 특정 원자 진동 모드의 변화로 인해 -26 × 10-5/℃ (과학272, 90-92 (1996))

현재 열 팽창 계수가없는 재료, 열 팽창 계수 및 음성 열 팽창 계수는 구조 재료, 박막, 열 저항 코팅 재료 및 유리, 세라믹 및 콘크리트와 같은 복합재 재료에 대한 높은 산업용 유용성을 가지고 있습니다

지금까지 연구팀은 큰 결정 크기의 구리 (CUO) 단결정의 기본 특성을 명확히 해왔다 또한, 우리는 결정 성장 방법을 개발했습니다증기 위상 방법*2by cuo순수하고 좋은 단결정*3세계에서 처음으로 성공적으로 성장했습니다 (마스터 resbullVol33, No4 605-610 : 1998) 순수하고 좋은 단결정의 제조에 의한 전하 주문의 존재 및강한 자기의 관계 (전자 스핀), 결정 및 전하*4찾았습니다 그러나, 결정 크기가 에볼루션 바카라의 한계 스케일로 감소 될 때 자기, 결정 및 전하 사이의 이러한 상관 관계가 어떻게 변할 것인지는 알려져 있지 않았다

2 연구 방법

일반적으로 산화물을 에볼루션 바카라 미터로 최소화하기 위해 용액 합성 및 저온 열분해와 같은 화학적 방법을 사용하여 수행됩니다 그러나, 저온 열분해는 결정도를 저하시키는 격자 결함을 쉽게 유발할 수 있으며, 이는 에볼루션 바카라 입자의 원래 특성을 가릴 수있다 한편, 고온 처리는 입자가 마이크로 미터 크기 (1,000 분의 1 밀리미터)로 성장하게한다 연구팀은 산화물의 순수하고 좋은 단결정의 취성에 초점을 맞추 었으며, 매우 간단한 강한 연삭 방법을 사용하여 몇 센티미터를 초과하는 순수하고 좋은 단결정이 파괴 될 때 고품질 에볼루션 바카라 입자를 얻었습니다 이들 에볼루션 바카라 입자는 격자 결함이나 다른 특성이없는 고품질 입자이다 (그림 1), Cuo 에볼루션 바카라 입자의 원래 특성을 정직하게 가져올 수 있습니다

이렇게 형성된 에볼루션 바카라 입자의 구조는 큰 싱크로트론 방사선 시설입니다Spring-8 공유 빔라인 BL02B2분말 X- 선 회절*5를 사용하여 분석했습니다 에볼루션 바카라 입자의 열 팽창 계수의 정밀 측정은 X- 선 회절에 의해 수행된다격자 상수*6의 측정 일반적으로 만들어 지지만, 에볼루션 바카라 입자는 일반적인 X- 선원에서는 작고 분석을 위해 작기 때문에 약한 회절 강도로 인해 격자 상수를 정확하게 측정하기가 어렵다 이 문제는입니다Spring-8의 초고 밝기 X- 레이를 사용하여 에볼루션 바카라 입자로도 철저히 분석 할 수있는 데이터를 얻음으로써이를 극복 할 수있었습니다 Cuo 에볼루션 바카라 입자의 열 팽창 계수는 온도가 변할 때 격자 상수의 변화에 ​​기초하여, 또한 망간 디 플루오 라이드 (MNF2) 및 니켈 산화물 (NIO)에 대해 동일한 측정이 이루어졌다

3 연구 결과

자기 재료는 각 재료에 고유합니다자기 전이 온도*711924_12029에 따라 | 마이크로 마그넷의 전자 스핀은 동일한 방향으로 배열 된 자기 상으로 전달됩니다 연구팀은 이제 자기 전이 온도 (약 -50 ° C) 아래에서 -100 ° C 이하의 온도 범위에서 열 팽창 계수 -11 x 10-4우리는 그것이 12040_12067의 거대한 음의 열 확장을 나타낸다는 것을 발견했습니다 |/℃ (그림 2) 이것은 엄청난 음성 열 팽창을 나타내는 잘 알려진 재료입니다2O8보다 4 배 더 컸습니다 또한, 결정 격자가 자기 전이 지점에서 변화하기 때문에, MNF2우리는 에볼루션 바카라 입자조차도 음의 열 팽창 계수가 있음을 발견했습니다 (그림 3) 반면, 자기 격자와 결정 격자 사이에 많은 상호 작용이없는 자기 물질 인 Nio는 그러한 음성 열 팽창을 나타내지 않았다 따라서, 자기 격자와 결정 격자 사이의 상호 작용은 에볼루션 바카라 입자의 음성 열 팽창을 생성하는 메커니즘으로 간주된다

4 미래의 기대

에볼루션 바카라 입자에서 음성 열 팽창의 발견은 에볼루션 바카라 기술 및 에볼루션 바카라 과학의 발달과 직접 관련이있다 음성 열 팽창 계수 재료를 다른 실용 물질과 결합함으로써, 열 팽창 계수는 제로 열 팽창 계수를 포함하여 자유롭게 제어 될 수 있으며, 예를 들어 극한 환경에서도 균열되지 않는 초고차 기계 및 전자 구성 요소가 가능할 수 있습니다 특히, 에볼루션 바카라 입자에 의한 거대한 음성 열 팽창 계수의 실현은 마이크로 도메인 및 에볼루션 바카라 도메인을 사용하여 마이크로 도메인에 에볼루션 바카라 도메인 물체에 적용 할 수있게한다 또한, 자기 물질이기 때문에 자화 된 에볼루션 바카라 머신에 적용 할 가능성이 나타났습니다 이 시간을 측정 한 물질 인 Cuo 에볼루션 바카라 입자의 음성 열 팽창에 대한 온도 범위는 저온이지만 -100 ° C 미만이지만, 원칙적으로 높은 자기 전이 온도를 갖는 다른 자기 에볼루션 바카라 입자는 고온에서도 음성 열 팽창을 가질 것으로 예상 될 수 있습니다 연구팀은 구조 재료, 박막 기질, 열 내성 코팅, 유리, 세라믹, 콘크리트 등과 같은 복합 재료에 자기 에볼루션 바카라 입자를 적용하는 것을 목표로 재료를 계속 탐색하고 있습니다



추가 설명

Cuo 에볼루션 바카라 입자의 우수한 결정도를 보여주는 고해상도 전자 현미경 이미지의 그림

그림 1 Cuo 에볼루션 바카라 입자의 좋은 결정도를 보여주는 고해상도 전자 현미경 이미지

에볼루션 바카라 입자의 크기는 약 5 에볼루션 바카라 미터입니다 결정 격자의 배열은 줄무늬 패턴을 생성하여 결정 성이 우수하다는 것을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]

온도가 변경 될 때 CUO의 부피 변화의 그림

그림 2 : 온도가 변경 될 때 CUO의 부피 변화

Cuo 에볼루션 바카라 입자는 자기 전이 온도 (빨간색 선, 부피 열 팽창 계수 = -11x10-4/℃) 미크론 입자의 일정한 부피는 강한 자기/결정 상관 관계의 존재로 인해 약 -50 ℃의 자기 전이 지점보다 낮다[참조로 돌아 가기]

온도가 변경 될 때 MNF2의 부피 변화 속도의 그림

그림 3 온도가 변경 될 때 MNF2볼륨 변화율

유사한 음성 열 팽창은 자기 재료 MNF입니다 자성과 결정 격자 사이의 강한 상호 작용2의 에볼루션 바카라 입자로 관찰되었습니다[참조로 돌아 가기]
*1대형 싱크로트론 방사선 시설Spring-8
Hyogo 현의 Harima Science Park City에 위치한 Riken이 소유 한 세계 최고의 싱크로트론 방사선을 생산하는 시설Spring-8의 이름은SUperPHotonring-8gev에서 시작되었습니다 싱크로트론 방사선 (싱크로트론 방사선)은 하전 입자가 자기장에서 가속 될 때 방출되는 한 유형의 빛이며, 특히 원형 가속기를 사용하여 가속 될 때 방출 된 빛을 나타냅니다[참조로 돌아 가기]
*2증기 위상 방법
결정 성장을위한 가장 일반적인 방법은 고온 용융 상태로부터 냉각하여 얻은 용융 방법이며, 증기로부터 결정을 얻는 방법을 증기 상 방법이라고한다 후자의 경우, 증기는 불순물을 함유하지 않기 때문에 고순도 결정이 성장할 수 있으며, 화합물이 고온에서 분해 되더라도 증기 위상 방법에 의해 저온에서 저압 증기로부터 결정을 성장시키는 것이 가능하다[참조로 돌아 가기]
*3순수하고 좋은 단결정
단결정에서 주로 자라는 것은 단결정이며, 순수한 고품질의 단결정은 특히 불순물이나 결함이 거의없는 단결정입니다 Cuo는 고온 용융 상태에서 산화 구리 (Cu216131_16320[참조로 돌아 가기]
*4강한 자기의 관계 (전자 스핀), CUO 재료의 결정 및 전하
연구팀은 이전에 CUO의 순수하고 좋은 단결정을 사용하여 강한 자기 (전자 스핀), CUO 재료의 결정 및 전하 사이의 상관 관계를 명확히하기 위해 사용해 왔습니다 구체적으로, 결정 구조가 자기 전이와 동시에 일정한 변화가 있으며, 전기 분극도 발생한다는 것이 밝혀졌다 자세한 내용은 아래 연구 팀의 논문을 참조하십시오
(1)Cuo의 전하 줄무늬 관찰Phys 목사85, 5170-5173 (2000) (2)간단한 산화 구리 Cuo에서의 전하 줄무늬, 전하-스핀 궤도 커플 링 및 위상 전이의 증거j 물리 사회 JPN 70,1054-1063 (2001) (3)전자 ​​순서 및 전자-스핀 상호 작용을 조사하기위한 유전체 측정j 응용 Phys92,2703-2708 (2002) (4)Cuo의 격자 왜곡 및 자기 톨라트 커플 링Phy 개정 B69, 104104 (2004)[참조로 돌아 가기]
*5분말 X- 선 회절
X- 선이 분말 샘플에 조사 될 때, 회절 된 X- 선은 다양한 방향으로 나타납니다 이 방법을 사용하면 회절 X- 선의 강도와 각도를 측정하여 샘플을 파괴하지 않고 내부 구조를 결정할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]
*6lttice constant
모든 물질은 조성 원자의 배열로 구성되며, 이들 원자의 배열을 결정 구조라고한다 결정 구조의 치수를 격자 상수라고하며 재료의 부피, 밀도 및 기타 다양한 물리적 특성을 결정하는 가장 기본적인 특성입니다[참조로 돌아 가기]
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*7자기 전이 온도
정상적인 재료는 충분히 높은 온도에서 "parmagnetic"이라는 자력이 없지만 특정 온도 이하의 "ferromagnetic"과 같은 자기가됩니다 이 온도를 "자기 전이 온도"라고합니다[참조로 돌아 가기]



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