Изотопические эффекты в атомах — в помощь студенту

В железосодержащих сверхпроводниках обнаружен изотопический эффект

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Открытые два года обратно железосодержащие сверхпроводники возродили интерес к одной из самых интригующих физических проблем современности — построению теории высокотемпературной сверхпроводимости.

Главной загадкой на пути решения этой задачи остаются неизвестные и не понятые до сих пор процессы внутри вещества, которые ответственны за его сверхпроводящее состояние и которые позволяют ему иметь высокую критическую температуру (температуру перехода из нормального состояния в сверхпроводящее).

Японские ученые в журнале Physical Review Letters опубликовали экспериментальную работу, результаты которой могут внести некоторую определенность в понимание этих внутренних механизмов сверхпроводимости с высокой критической температурой.

Изотопические эффекты в атомах - в помощь студенту

Кристаллическая решетка BaFe2As2. Изображение с сайта www.natureasia.com

Сверхпроводимость характеризуется отсутствием электрического сопротивления и идеальным диамагнетизмом (абсолютным непроникновением магнитного поля внутрь материала). Она возникает у веществ, которые имеют температуру ниже определенного, характерного только для них значения. Такая температура называется критической (Tc).

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Экзистенциал - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

Хотя сверхпроводимость была открыта голландским ученым Хейке Камерлинг-Оннесом вдобавок в начале прошлого века (в 1911 году), объяснено это явление было лишь спустя примерно 50 лет (в 1957 году). Создателями теории сверхпроводимости принято считать Джона Бардина, Леона Купера и Джона Шриффера.

Они установили, что вещество становится сверхпроводящим благодаря объединению электронов проводимости в пары (именуемые куперовскими) и их дальнейшей синхронизации.

Иными словами, все электроны ведут себя как единое неделимое (ни один из электронов не стремится в этом состоянии показать свою «индивидуальность») и благодаря этому обтекают без какого-либо сопротивления кристаллическую решетку вещества.

Появление куперовских пар обусловлено сложным взаимодействием ионов кристаллической решетки и электронов. Электроны обмениваются безмассовыми «почти» частицами (квазичастицами) фононами — квантами колебательного движения ионов. «Почти» — потому что фононы не могут существовать в свободном состоянии, их жизнь ограничена кристаллической решеткой.

В результате обмена квазичастицами промеж электронами появляется притяжение, что в свою очередь приводит к образованию куперовских пар. Описанный процесс формирования куперовских пар получил наименование электрон-фононного взаимодействия (механизма).

Именно этот механизм и составляет основу теории сверхпроводимости, или теории БКШ, названной так по первым буквам фамилий ее авторов.

Надо сказать, что теория БКШ, как и любая другая физическая теория, не возникла спонтанным образом. Она стала итогом последовательных экспериментальных и теоретических исследований различных ученых.

Среди этого многообразия особо стоит выделить публикации английского физика Герберта Фрёлиха, который в 1950 году первым указал на существенную роль влияния ионов на электроны в возникновении сверхпроводимости.

Из своей идеи профессор смог вывести заключение о том, что критическая температура в семействе изотопов данного сверхпроводника должна быть назад пропорциональна квадратному корню массы иона М (молекулярной массы), то есть Tc ~ M–α (значок «~» обозначает пропорциональность), где α = 0,5.

Проще говоря, чем больше молекулярная масса сверхпроводящего вещества, тем меньше его критическая температура. Такая зависимость получила наименование «изотопический эффект», или «изотоп-эффект». В том же году Эммануэль Максвелл обнаружил изотопический эффект в изотопах ртути, что явилось веским доказательством правильности гипотезы Фрёлиха. Позже изотоп-эффект был открыт и у других сверхпроводников (см. таблицу 1).

  • Таблица 1. Изотопический эффект в различных сверхпроводниках
  • СверхпроводникαМеханизм сверхпроводимостиHg (ртуть)0,5±0,03фононныйTl (таллий)0,5±0,1фононныйCd (кадмий)0,5±0,1фононныйMo (молибден)0,33±0,05фононный
  • La0,89Sr0,11CuO4
  • (замена 16О на 18О)
  • ≈0,07?
  • YBa2Cu3O7
  • (замена 16О на 18О)
  • ≈0,02?
  • *Знак вопроса означает, что ученые не знают истинной причины формирования куперовских пар и, сообразно, возникновения сверхпроводимости.
  • Отметим, что в рассуждениях Фрёлиха речь шла о моноатомных сверхпроводниках, то есть материалах, образованных из одного химического элемента.

Когда в 1986-87 годах была обнаружена высокотемпературная сверхпроводимость в купратных (медьсодержащих) соединениях La0,89Sr0,11CuO4 (Tc = 40 К) и YBa2Cu3O7 (Tc = 92 К) и др., ученым стало ясно, что ставшая уже классической теория БКШ не в состоянии ее объяснить.

БКШ-теория не допускает существования столь высокой критической температуры в веществах с такой силой электрон-фононного взаимодействия.

На то, что не фононы заставляют объединяться электроны в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП), указывало и неимение у этих ВТСП изотоп-эффекта по кислороду — элементу, который наряду с медью присутствует во всех открытых впоследствии сверхпроводниках с высокой Tc. Замещение традиционного кислорода 16О другими его изотопами чрезвычайно слабо изменяло критическую температуру (см. таблицу 1).

С тех пор изотоп-эффект стал рассматриваться как необыкновенный тест на причастность фононов к появлению сверхпроводимости. Если α равно или близ к 0,5, то в данном материале куперовские пары (сверхпроводимость) возникают за счет электрон-фононного притяжения. В противном случае сверхпроводимость вызвана иным механизмом.

Читайте также:  Приемы риск-менеджмента - в помощь студенту

Чтобы выявить наличие или неимение изотоп-эффекта в сверхпроводнике, надобно определить показатель степени α в зависимости Tc ~ M–α. Рассчитать α из экспериментальных данных не сложно.

Так как Tc ~ M–α, то герб равенства промеж критической температурой и массой иона возникнет, если переписать эту зависимость в таком виде: Tc = const·M–α (const — это постоянная величина, константа, которая от Tc и M не зависит).

Продифференцировав Tc по M и вспомнив определение производной функции, получим формулу:

,

где ΔM и ΔT соответствуют разности масс ионов и разности критических температур, возникающей при замещении иона его изотопом. Из этой формулы, опираясь на экспериментальные данные, ученые и определяют α, то есть наличие или неимение изотопического эффекта.

Конечно, изотоп-эффект не дает прямого ответа на важнейший вопрос высокотемпературной сверхпроводимости: что заставляет электроны в ВТСП объединяться в пары? Однако он играет важную роль в распутывании этой загадки, в частности позволяет определить ступень причастности фононов к возникновению куперовских пар.

С открытием в 2008 году железосодержащих ВТСП поиски причин возникновения высокотемпературной сверхпроводимости возобновились с новой силой. И, конечно, в первую очередь ученых заинтересовала величина вклада электрон-фононного взаимодействия в сверхпроводимость «железных» сверхпроводников.

Будет ли этот вклад отличен от нуля или он так же пренебрежительно мал, как и в купратных ВТСП? Один из возможных способов решения данной проблемы связан с обнаружением (или необнаружением) изотопического эффекта по железу — веществу, объединяющие «железные» сверхпроводники в один класс.

Впервые изотоп-эффект в железосодержащих ВТСП, а точнее, в поликристаллических соединениях SmFeAsO1–xFx (х = 0,15) с Tc = 40 К и Ba1–xKxFe2As2 (х = 0,4) с Tc = 37 К был открыт группой китайских ученых в 2009 году.

Заменяя атомы природного (наиболее распространенного) железа 56Fe изотопом 54Fe, исследователи выяснили, что показатель степени α находится вблизи от 0,5 и предположительно равен 0,35.

Из результатов эксперимента ученые заключили, что частично (частично — потому что α равно не 0,5, а чуть меньше – 0,35) куперовские пары формируются под действием электрон-фононного взаимодействия, но бесспорно, что количественно этот процесс классической теорией БКШ не описать.

История с изотопическим эффектом в железосодержащих сверхпроводниках получила свое продолжение в недавно опубликованной в журнале Physical Review Letters статье японских ученых Inverse Iron Isotope Effect on the Transition Temperature of the (Ba,K)Fe2As2 Superconductor (доступной также здесь). Они сосредоточили свое внимание на изотоп-эффекте по железу в поликристаллах Ba1–xKxFe2As2 — сверхпроводника, в котором тот же эффект по железу исследовали их китайские коллеги.

Чтобы достичь минимальной грехи в итоговых результатах, авторы статьи приготовили семь наборов из сверхпроводящего Ba1–xKxFe2As2 по два образца в каждом. Условия их производства были совершенно идентичными.

разность заключалась лишь в химическом составе, а точнее, в использовании при изготовлении сверхпроводника наряду с обычным железом (56Fe, в таблице оно обозначено как nFe) двух его других стабильных изотопов: 54Fe и 57Fe.

предположим, набор S2, как видно из таблицы, представляет собой два одинаково приготовленных поликристалла Ba1–xKxFe2As2, в состав которых входят изотопы железа-54 и 57 соответственно.

Таблица 2. Критическая температура, сдвиг критической температуры и показатель степени в изотопическом эффекте по железу в зависимости от изотопа Fe, входящего в состав сверхпроводящих поликристаллов Ba1–xKxFe2As2

Изотопические эффекты в атомах - в помощь студенту

Из полученных данных (см. таблицу 2) ученые рассчитали показатель степени α и обнаружили, что, во-первых, он отличается от нуля и в среднем равен –0,18.

Во-вторых, и это самое необычное, он имеет отрицательный герб, то есть чем тяжелее ион железа, входящий в сверхпроводник, тем выше критическая температура.

В подавляющем большинстве сверхпроводники, если и обладают изотоп-эффектом, то для них α — положительное число.

Возникающее противоречие с результатами предыдущей работы по изотоп-эффекту (см. выше) авторы статьи объясняют несовершенством изготовления поликристаллов Ba1–xKxFe2As2, делая упор на возможную неточность в допировании исследуемого вещества атомами калия.

Какие выводы делают из своей работы японские экспериментаторы? Ненулевое значение α указывает на то, что фононы нельзя скидывать со счетов в теории сверхпроводимости «железных» ВТСП.

Однако отрицательная величина α говорит о том, что механизм электрон-фононного взаимодействия, возможно, более трудный, чем описываемый в теории БКШ. На основании того, что α в среднем равно –0,18, а не 0,5, авторы статьи делают следующее догадка.

По их мнению, в железосодержащих ВТСП реализуется экзотический механизм объединения куперовских пар: смесь «более сложного» электрон-фононного и обменного взаимодействий. В одной из прошлых новостей «Элементы» уже писали вероятном обменном механизме формирования пар электронов.

Поэтому лишь напомним, что обменное взаимодействие частиц представляет собой квантовый (связанный с принципом запрета Паули) аналог электростатического взаимодействия.

Таким образом, если теоретикам удастся объяснить такой аномальный изотоп-эффект в «железных» ВТСП в рамках высказанной авторами обсуждаемой статьи гипотезы о смешанном взаимодействии электронов, то не исключено, что природа высокотемпературной сверхпроводимости может проясниться не только для данного класса сверхпроводников.

Источник: Parasharam M. Shirage, Kunihiro Kihou, Kiichi Miyazawa, Chul-Ho Lee, Hijiri Kito, Hiroshi Eisaki, Takashi Yanagisawa, Yasumoto Tanaka, Akira Iyo. Inverse Iron Isotope Effect on the Transition Temperature of the (Ba,K)Fe2As2 Superconductor // Phys. Rev. Lett. 103, 257003 (2009).

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.informbase.com.ua

Источник: https://studizba.com/files/show/doc/139601-1-109150.html

Кинетические изотопные эффекты

  • Первичный
    изотопный эффект
  • Значение первичного
    эффекта зависит от следующих факторов:
  • а) от природы связи:
    Например, эффект связи С–Н и N–Н
    различен;
  • б) температуры.
    Чем выше температура, тем менее селективно
    протекает реакция в отношении Н, D
    изомерии;
  • в) того, насколько
    затрагивается рассматриваемая связь
    в переходном состоянии.
  • Примеры использования
    первичного кинетического изотопного
    эффекта.
  • а) Скорость
    бромирования ацетона не зависит от
    концентрации брома.

png» width=»51″>

б) Наибольший
изотопный эффект достигается при
симметричном распределении водорода
в переходном состоянии, поэтому много
выводов можно сделать, изучая изотопный
эффект для серии реакций. Например, в
реакции Е2:

Чем хуже нуклеофуг,
тем менее симметричное переходное
состояние и меньше kH/kD.
Таким образом, при исследовании первичного
изотопного эффекта, можно изучать
нуклеофильные и электрофильные свойства
атомов и групп, а также кислотность и
основность.

  1. в) Для кислотоно-основных
    реакций
  2. АН + В  А- + ВН+
  3. максимальный
    изотопный эффект достигается, когда pKa(AH)
    pKa(BH+)=0,
    во всех остальных случаях, когда pKa0,
    наблюдается меньший изотопный эффект.
  4. В реакции

изучалась зависимость
kH/kD
от соотношения Н2О,
ДМСО. Найдено:

Таким образом при
изучении kH/kD
прослеживается зависимость влияния
среды (соотношения Н2О
и ДМСО) на основность КОН.

г) В реакции
Чичибабина

не обнаружено
изотопного эффекта при замене Н на D во
втором и третьем положениях. Следовательно,
на стадии, определяющей скорость реакции,
не происходит разрыва связей ни С(2)–Н,
ни С(3)–Н.
Эти данные исключают механизм SArN

и подтверждают
механизм АЕ,
причем лимитирующей будет первая стадия

Таким образом, и
из отсутствия первичного изотопного
эффекта можно сделать некоторые выводы
о механизме реакции.

Интерпретация
первичного изотопного эффекта иногда
усложняется из-за туннельного эффекта,
который со всей стороны допускает
обратные выводы о структуре переходного
состояния.

Туннельный эффект проявляется
в необычно большом kH/kD>7,
понижением соотношения AH/AD(A
определяется из уравнения lgk
= lgA
Ea/2,30RT)
и в сильной зависимости kH/kD
от температуры.

Вторичный
изотопный эффект
.

При изучении
реакции

были
получены такие данные по изотопному
эффекту соответствующих дейтериевых
производных А,
В
и С

Изотопный эффект
в А
соответствует первичному изотопному
эффекту в других реакциях Е2.
В случае В
и С
связи С–Н(D) не участвуют
непосредственно в реакции и, тем не
менее, оказывают влияние на скорость
реакции.

Такой эффект называется
вторичным изотопным эффектом. Как и
первичный, вторичный изотопный связан
с тем, что связь С–D прочнее связи С–Н.

Прочность связи, не участвующей
непосредственно в реакции, может
различным образом влиять на скорость
реакции, из чего могут быть сделаны
заключения о переходном состоянии.

1. Изменения в
гибридизации

При описанном выше
-элиминировании
два атома углерода, которые в исходном
состоянии имеют sp3-гибридизацию,
превращаются в ходе реакции в
sp2-гибридизированные
атомы углерода.

Это изменение гибридизации
частично наступает в переходном
состоянии, а связи С–D затрудняют этот
процесс.

То, что изменение гибридизации
действительно оказывает влияние на
k
H/kD,
показывает следующий эксперимент.

В обоих случаях
возникает один и тот же катион С,
однако изменение гибридизации имеет
место только в А,
в соответствии с чем находится и
экспериментально найденный изотопный
эффект.

Подобная интерпретация требует,
чтобы реакции, в которых происходит
изменение гибридизации с sp2
на sp3,
должен наблюдаться эффект kH/kD,
называемый обратным.

Это действительно
имеет место, например, в реакции

2.Гиперконъюгация.

Связь С–D прочнее
связи С–Н и в меньшей степени подвержена
сопряжению с р
или -орбиталями,
поэтому в реакциях, где переходное
состояние имеет гиперконъюгацию,
наблюдается вторичный изотопный эффект.
Например, реакция сольволиза
трет-амилхлорида
в 80 % этиловом спирте.

3. Стерические
эффекты. Группа СD3занимает
меньший обьем по сравнению с СН3,
что является причиной вторичного эффекта
во многих реакциях. Пример реакции, где
стерический эффект действует в чистом
виде, представлен рацемизацией следующих
соединений.

Источник: https://studfile.net/preview/1605310/page:19/

Изотопные эффекты

масс. Неодинаковые свойства изотопов, определяемые не массой, а другими характеристиками атомного ядра (проявляющиеся в радиоактивном распаде и т. п.), обычно не относятся к Изотопные эффекты

  Разница в массах изотопов обусловливает различие масс молекул, их моментов инерции, прочности соответствующих химических связей.

Это приводит как к неравномерному распределению изотопов между химическими соединениями при достижении равновесия изотопного обмена (термодинамические Изотопные эффекты), так и к неодинаковым скоростям одной и той же химической реакции, протекающей с участием разных изотопных форм реагирующих соединений (кинетические Изотопные эффекты).

Относительное различие масс изотопов тем меньше, чем больше атомный номер элемента. У изотопов водорода оно составляет 100% для дейтерия D (2H) и 200% для трития Т (3H) по сравнению с протием Н (1H). Поэтому для водорода и гелия Изотопные эффекты выражены наиболее сильно.

К ним относятся, в частности, изотоническое смещение спектральных линий и эффекты, наблюдаемые при переходе в сверхпроводящее состояние и в состояние сверхтекучести.

  Разница в массах изотопов данного элемента обусловливает неодинаковость свойств у изотопных форм химического соединения, содержащего этот элемент (таких, как плотность, показатель преломления, вязкость, коэффициент диффузии и др.).

Вследствие Изотопные эффекты изменяются также термодинамические свойства, такие, как теплоёмкость, теплопроводность, теплота испарения, теплота плавления, давление насыщенного пара при данной температуре и др.

, а также частоты колебания атомов в молекулах и в кристаллических решётках.

  Использование изотопов в качестве изотопных индикаторов (меченых атомов) основано на представлении об идентичности физических и химических свойств изотопов данного элемента.

Как показывает опыт, для многих изотопов это упрощающее представление близко к действительности, и для них величины Изотопные эффекты (как кинетических, так и термодинамических) не выходят за пределы ошибок химического эксперимента.

Читайте также:  Основы противодействия нарушению конфиденциальности информации - в помощь студенту

Однако для лёгких элементов различия в химических свойствах изотопов могут быть существенны. Это необходимо учитывать, когда в качестве меченых атомов используются изотопы лёгких элементов, особенно изотопы водорода — дейтерий или тритий.

Изотопные эффекты лежат в основе почти всех известных лабораторных и промышленных методов изотопов разделения.

  Я. М. Варшавский.

Буква «И» | В начало | Буквосочетание «ИЗ» |

Статья про слово «Изотопные эффекты» в Большой Советской Энциклопедии была прочитана 1524 раз

Источник: http://bse.sci-lib.com/article052058.html

Пикотехнологии: манипулирование материей на атомном уровне

Термин «пикотехнология» — слово-гибрид, состоящее из слов «пикометр» и «технология», образованное по аналогии с термином «нанотехнология».

Пикотехнология – гипотетически достижимый в будущем уровень технологического взаимодействия с материей, в масштабах триллионных долей метра или пикометров (10^-12 м).

Эта величина на три порядка меньше, чем нанометр (а значит – большинства нанотехнологий), и на два порядка меньше, чем те, которыми измеряется большинство химических превращений и величин. Пикотехнология будет включать взаимодействие с материей на атомном уровне.

Дальнейшая гипотетическая разработка, фемтотехнология, будет подразумевать взаимодействие с материей на субатомном уровне.

Области применения

Термин «пикотехнология» используется некоторыми футурологами для обозначения структурирования материи в достижимых пикометрических масштабах.

Модель структуры коллагена с точностью 1 пикометр. Источник изображения: quantoforum.ru

Пикотехнология была описана, как способ взаимодействия, подразумевающий изменение структуры и химических свойств отдельных атомов, как правило – посредством изменения энергетических уровней электронов внутри атома, для создания метастабильных (или, напротив, устойчивых) уровней с необычными свойствами, создающих определенные виды экзотических атомов. Среди аналогичных трансформаций, известных в реальном мире, находятся окислительно-восстановительные реакции, которые могут изменять степень окисления атомов, а также — возбуждение электронов до метастабильных состояний как при помощи лазеров, так и при помощи некоторых видов насыщающегося поглощения, и изменение уровней возбужденных электронов в ридберговских атомах для кодирования информации. Однако, ни один из этих процессов не приводит к появлению экзотических атомов, описанных футурологами.

С другой стороны, пикотехнология используется некоторыми исследователями в нанотехнологиях для производства структур, где атомы и устройства расположены с точностью менее 1 нм.

Пикотехнологическая модель гистонного комплекса. Источник изображения: nanoworld.org.ru

Это важно там, где желательно взаимодействие с отдельным атомом или молекулой по причине силы взаимодействия между двумя близко расположенными атомами.

К примеру, сила между атомом на наконечнике зонда атомного силового микроскопа и атомом в изучаемом образце изменяется экспоненциально при изменении состоянии, и она очень чувствительна к изменению положения даже на 50-100 пикометров.

Причина – действие принципа Паули на малых расстояниях, и силы Ван Дер Ваальса – на больших.

Немецким учеными уже разработана технология, позволяющая создавать изображения с пикометровым разрешением, при помощи которой им удалось получить изображение кристаллической решетки с разрешением – 38 пикометров (0,038 нанометра).

Пределы передачи и разрешения контраста электронной микроскопии с высоким разрешением достигли нескольких пикометров, намного меньше, чем диаметр атома.

Новые приборы, оснащенные электронно-энергетическими фильтрами и спектрометрами, позволяют изучать не только структуру, но и элементный состав и химическую связь. Энергетическое разрешение составляет около 100 миллиэлектронвольт, а точность пространственных измерений достигла пикометров.

Как думаете, скоро пикотехнологии появятся в нашей повседневной жизни и возможно ли когда-нибудь появление технологий по взаимодействию с материей на субатомном уровне? Выскажите ваше мнение в комментариях!

Если вам понравилась статья, поставьте лайк и подпишитесь на канал НАУЧПОП . Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5af18cff8c8be36795a8504e/5c1b67a24af1f900a92ebb36

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Р�зотопический эффект указывал РЅР° то, что сверхпроводимость связана СЃ особым, эффективным взаимодействием между электронами, которое РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ СЃ участием кристаллической решетки Рё РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє исчезновению удельного электрического сопротивления.  [1]

Р�зотопический эффект имеет очень большое значение, поскольку является РѕРґРЅРёРј РёР· немногих открытий, дающих РїСЂСЏРјРѕР№ ключ Рє пониманию микроскопического механизма возникновения необычной сверхпроводящей фазы РІ металлах. РќР° основании этого эффекта можно сделать вывод, что сверхпроводимость возникает РІ СЂРµ-зультате некоторого сильного взаимодействия между электронами Рё колебаниями решетки металлов ( СЃРј. РіР».  [2]

Р�зотопический эффект свидетельствует Рѕ том, что сверхпроводимость обусловлена взаимодействием между электронами Рё колебаниями решетки, Р° теория показывает, что, РєРѕРіРґР° взаимодействие электрон-решетка велико, можно ожидать заметного изменения электронных волновых функций. Для рассмотрения сильных взаимодействий необходимы более точные математические методы. Теория промежуточной СЃРІСЏР·Рё Томонага СЃ успехом применялась Рє задаче полярона [150-152] ( электрона, движущегося РІ РёРѕРЅРЅРѕРј кристалле), Рё можно надеяться, что такие методы РјРѕРіСѓС‚ быть применимы Рє электронам РІ металле.  [3]

Р�зотопический эффект очень наглядно демонстрирует СЃРІСЏР·СЊ явления сверхпроводимости СЃ фононными взаимодействиями.  [4]

Р�зотопический эффект свидетельствует Рѕ том, что сверхпроводимость обусловлена взаимодействием между электронами Рё колебаниями решетки, Р° теория показывает, что, РєРѕРіРґР° взаимодействие электрон-решетка велико, можно ожидать заметного изменения электронных волновых функций. Для рассмотрения сильных взаимодействий необходимы более точные математические методы. Теория промежуточной СЃРІСЏР·Рё Томонага СЃ успехом применялась Рє задаче полярона [ 150 — 152J ( электрона, движущегося РІ РёРѕРЅРЅРѕРј кристалле), Рё можно надеяться, что такие методы РјРѕРіСѓС‚ быть применимы Рє электронам РІ металле.  [5]

Р�зотопический эффект может появиться РІРѕ втором приближении вследствие зависимости силовых постоянных РѕС‚ равновесных межатомных расстояний.  [6]

Р�зотопический эффект предположительно связан СЃ зависимостью антиферромагнитного обменного взаимодействия РѕС‚ массы атомов кислорода.  [7]

�зотопический эффект указывает на то, что для явления сверхпроводимости ионы в металле играют существенную роль.

Фрелих предположил, что взаимодействие между электронами и колебаниями решетки ( фононами) может приводить к эффективному взаимодействию между самими электронами.

Электроны связаны с колебаниями решетки, поскольку ионы положительно заряжены.

Предположим, что РјС‹ хотим СЃ помощью кван-товомеханической теории возмущений вычислить энергию пары электронов, движущихся через решетку.  [8]

Рассмотренный изотопический эффект РІ одноэлектронных атомах, обусловленный содвижением СЏРґСЂР° конечной массы, принято называть нормальным эффектом массы. РЎ ростом массового числа Рђ этот эффект быстро убывает — примерно пропорционально 1 / Р›2 Рё РїСЂРё Рђ — — 20 ( Z IO) достигает величины сверхтонкой структуры.  [9]

Заметный изотопический эффект РїСЂРё дейтерировании ( частота РЇРљР  изменяется РЅР° 6 — 7 РњРіС†) также указывает РЅР° существенное влияние водородных связей Рё движения протонов.

При увеличении температуры частота ЯКР 75As в дейтерированных дигидроарсенатах практически не изменяется.

Однако РїСЂРё приближении Рє точке РљСЋСЂРё частота, так же как Рё РІ недейтерированных аналогах, резко падает.  [10]

Недавно достаточно заметный изотопический эффект был обнаружен Рљ.  [11]

Существование изотопического эффекта в сверхпроводниках свидетельствует о том, что важную роль играет решетка.

Наличие решетки проявляется в том, что электроны могут взаимодействовать через поле фононов. Это взаимодействие имеет характер притяжения.

С другой стороны, существует кулоновское взаимодействие электронов отталкпватель-ного характера.

Взаимодействие электронов через фононное поле может быть описано СЃ помощью так называемого гамильтониана Фрелиха. Однако последовательный учет кулоновского взаимодействия является РІ настоящее время нерешенной задачей.  [12]

Существование изотопического эффекта в сверхпроводниках свидетельствует о том, что важную роль играет решетка.

Наличие решетки проявляется в том, что электроны могут взаимодействовать через ноле фононов. Ото взаимодействие имеет характер притяжения.

С другой стороны, существует кулоновское взаимодействие электронов отталкпватель-ного характера.

Взаимодействие электронов через фоношюе поле может быть описано СЃ помощью так называемого гамильтониана Фрелиха. Однако последовательный учет кулоновского взаимодействия является РІ настоящее время нерешенной задачей.  [13]

Р�сследование изотопического эффекта РІ остаточном электрическом сопротивлении металлов показало, что РІ кристалле без физических дефектов Рё химических примесей возникает благодаря наличию изотопов конечное остаточное электрическое сопротивление.  [14]

После открытия изотопического эффекта теория была модифицирована.

Предполагалось, что малые массы возникают вследствие уменьшения энергии электронов вблизи поверхности Ферми благодаря взаимодействию электронов СЃ колебаниями решетки. Р’ этом случае зонная структура уже неверна, РЅРѕ большинство электронов СЃ энергией РІ интервале & Р• вблизи поверхности Ферми СЃРЅРѕРІР° будет участвовать РІ процессе Рё ns будет иметь прежний РїРѕСЂСЏРґРѕРє величины.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id623963p1.html

Неизученные явления в атомах могут расширить Стандартную модель

Исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого совместно с коллегами из Национального метрологического института Германии и ряда немецких научных организаций обнаружили ранее неизученные эффекты в атомах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Physical Review A. Значимость этой статьи была отмечена редакцией научного издания: материал попал в раздел «Выбор редакции».

Многие годы ученые всего мира ищут новые частицы, которые помогут построить теорию, расширяющую Стандартную модель фундаментальных взаимодействий в физике. Одно из направлений таких поисков осуществляется исследователями на Большом адронном коллайдере.

Группа ученых из России и Германии занимается другим методом, основанном на изучении атомной спектроскопии.

Такие исследования менее ресурсоемкие, но очень перспективные в связи с тем, что в атомной физике точность экспериментов выше, чем в физике высоких энергий.

Ученые СПбПУ вычисляли частоты переходов в разных изотопах одного элемента (разновидностях атомов химического элемента, которые имеют одинаковый атомный номер, но при этом разные массовые числа), в данном случае – атомов аргона.

Исследователи рассматривали разные состояния атомов аргона с четырьмя, пятью и шестью электронами.

Это оптимальные электронные конфигурации, которые могут, с одной стороны, надежно вычисляться в теоретических расчетах, а с другой – измеряться в эксперименте.

Ученые анализировали полученные результаты с помощью графика Кинга (Kingplot) – широко используемого метода, который позволяет систематически изучать изотопические сдвиги двух атомных переходов в цепочке изотопов.

Современная теория с большой точностью утверждает, что график Кинга должен быть линейным. До последнего времени считалось, что нелинейные эффекты настолько малы, что они не представляют собой никакого интереса.

Но международная научная группа продемонстрировала, что в рамках Стандартной модели возникают новые эффекты, искривляющие график Кинга на четыре порядка сильнее, чем ожидалось (на уровне 10 кГц).

Ранее из-за ограничения приборов они не поддавались обнаружению, но новое поколение спектроскопических экспериментов увеличивает достижимую точность на несколько порядков, в связи с чем такие эффекты становятся доступными для экспериментального изучения. Это важный вклад в науку, подтверждающий, что общепринятые представления нуждаются в корректировке.

«Если график оказывается слегка искривленным, то это может быть проявлением новых частиц, которые помогут расширить Стандартную модель физики. Необходимо продолжать изучение данных эффектов в других атомах с большим числом электронов, чтобы снизить влияние погрешности расчетов», – отмечает Владимир Ерохин, главный научный сотрудник Центра перспективных исследований СПбПУ.

В ближайшее время теоретические предсказания, полученные учеными Политехнического университета, будут проверяться экспериментально на базе Национального метрологического института Германии при помощи установок, в которых ионы запираются в ловушку из магнитных и электрических полей и исследуются методами квантовой логики.

«Если эксперимент будет успешен, то мы сможем получить ограничения на параметры предполагаемой новой частицы за пределами Стандартной модели. Кроме того, такие эксперименты помогут найти ответы на вопросы о том, изменяются ли фундаментальные константы с течением времени, что имеет большое значение для нашего понимания развития Вселенной», – прокомментировал Владимир Ерохин.

Источник: https://indicator.ru/physics/neizuchennye-yavleniya-v-atomakh-mogut-rasshirit-stantartnuyu-model-26-01-2020.htm

Ссылка на основную публикацию