Valans Bileşiklerindeki Kayıp Elektronların Gizemi Çözüldü

Belirli bir atomun diğer atomlarla elektron değiş-tokuşu yaparak birleşmesi yeteneği olan “valans” konsepti, modern kimyanın ve katıhal fiziğinin köşe taşlarından biridir. Valans moleküllerin ve mater..
Görsel Telif:

Belirli bir atomun diğer atomlarla elektron değiş-tokuşu yaparak birleşmesi yeteneği olan “valans” konsepti, modern kimyanın ve katıhal fiziğinin köşe taşlarından biridir. Valans moleküllerin ve materyallerin, bağlanma, kristal yapı ve elektronik-manyetik özellikleri gibi önemli özelliklerini denetler.

40 yıl önce, “karışık valans” bileşikleri adı verilen bir materyal sınıfı keşfedildi. Bu bileşiklerin pek çoğu, periyodik cetvelin sonuna yakın elementler, sıklıkla kullanılan isimleriyle “nadir toprak elementleri” içerir. Bu elementlerin valansının, bazı durumlarda sıcaklıktaki değişimle değiştiği keşfedilmişti. Bu elementleri içeren malzemeler egzotik süper-iletkenlik ve sıra dışı manyetizma gibi alışılmadık özellikler gösterebilirler. Fakat karışık valans bileşikleri hakkında henüz çözülmemiş bir gizem bulunmakta: Bu bileşiklerdeki bir elementin valans durumu artan sıcaklıkla birlikte değiştiğinde, o elementle bağlantılı elektronların sayısı da azalıyor. Peki bu elektronlar nereye gidiyor?

X ışını ölçümleri ve Cornell Yüksek Enerji Sinkrotron Kaynağı (CHESS) gibi modern araçlar kullanarak; fizik profesörü Kyle Shen ve kimya profesörü Darrell Schlom’un önderliğindeki bir ekip, bu soruna bir cevap buldu. Çalışmaları, Nature Communications dergisinde yayımlandı. Bu gizemi ele almak için, makalenin başyazarı Shouvik Chatterjee, valansı sıcaklıkla değişen iterbiyum elementi ve alüminyumdan oluşan karışık valans bileşiklerinin ince filmlerini, “moleküler ışın epitaksisi” adı verilen bir yöntemle birleştirdi. Ekip sonrasında, kayıp elektronların nereye gitmiş olabileceğini bulmak amacıyla, elektronların, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak dağılımını araştırmak için “açı çözümlü fotoemisyon spektroskopisi” (ARPES) kullandı.

Genellikle herhangi bir malzeme için, sıcaklık değiştirilir ve belirli bir orbitaldeki elektronların sayısı ölçülür ve bu sayı daima aynı kalır. Fakat bu çalışmada incelenen özel malzeme gibi, bu türden malzemelerin bir kısmında, bu sayının değiştiği gözlenmiştir. Fakat bu kayıp elektronların bir yere gitmiş olması gerekir. Sonuç olarak, bileşik ısıtıldığında, iterbiyum atomlarında kaybolan elektronların, atomun dışında kendi “bulutlarını” oluşturdukları ortaya çıktı. Bileşik soğutulduğunda, elektronlar iterbiyum atomlarına geri dönüyorlardı. Bunu şu şekilde canlandırabilirsiniz. İki ayrı bardakta bir miktar su vardır. Bardaklardan birbirine sürekli su döküp durursunuz, fakat her iki bardaktaki toplam su miktarı daima sabit kalır.

Bu olgu ilk defa, 20. yüzyıl fizikçisi Evgeny Lifshitz tarafından öne sürülmüştü; fakat elektron gizemine yönelik cevap şimdiye kadar sunulmamıştı. Chatterjee; “Bu bulgular, malzeme sistemlerindeki valans değişikliklerinin önemine işaret ediyor. Serbest elektronların diziliminin değişmesiyle, bu elektronlar ortaya çıkabilecek benzersiz fiziksel özellikleri çarpıcı bir biçimde etkileyebiliyorlar” diye yorumda bulunuyor.

 


Kaynak: Where did those electrons go? Decades-old mystery solved

< https://phys.org/news/2017-11-electrons-decades-old-mystery.html >

Referans: Lifshitz transition from valence fluctuations in YbAl3

< https://www.nature.com/articles/s41467-017-00946-1 > DOI: 10.1038/s41467-017-00946-1


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv