超級原子

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更新時間: 2013-09-05

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超級原子是指美國科學家發現的一種同時具有磁性和導電性物質。這種含有1個釩原子和8個銫原子的原子簇十分穩定,將來可能被用於製造下一代計算機的分子電子器件。該研究成果發表在近期的《自然·化學》雜誌網路版上。

(圖)超級原子超級原子


 

超級原子 -基本簡介

美國弗吉尼亞共同體大學物理學教授施夫·漢納等人在最近一期的《科學》雜誌上發表報告披露,他們成功地發現了由13個鋁原子組成的「超級原子」,並將這個「超級原子」命名為AL13,AL是鋁的符號,13表示它具有13個普通鋁原子。

很早以來科學家就企圖尋找由多個單個原子組成的「超級原子」,他們希望這種「超級原子」具有現有單個原子不具有的化學性質,施夫·漢納等人的工作是一個新突破。施夫·漢納教授和他的同行——賓夕法尼亞大學物理學家卡斯爾曼教授,首先在實驗室中將金屬鋁製成蒸氣,在這個過程中會形成一些由多個鋁原子組成的極其微小的球,他們發現由13個鋁原子組成的小球最穩定。然後,他們使用質譜儀從鋁蒸氣中過濾出這些AL13「超級原子」,讓它們與呈鏈形的碘分子發生化學反應。結果發現AL13「超級原子」取代了碘分子中的一個碘原子的位置,其他碘原子也「懸挂」在AL13「超級原子」上,這樣就產生了一種新的碘鋁化合物,在該碘鋁化合物中AL13「超級原子」顯示了類似碘原子的性質。

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超級原子 -元素周期

由於現有的門捷列夫元素周期表沒有包含這樣的「超級原子」,AL13「超級原子」的發現勢必導致元素周期表進一步擴大。發現的意義還遠不止於此,AL13「超級原子」與碘形成的化合物,既有金屬(鋁)的性質,也有非金屬(碘)的性質。因此人們可以根據擴大了的元素周期表「按圖索驥」,尋找特定的新物質。施夫.漢納教授說,「在人造物質中使用AL13來代替碘,可以研製出導電性能更好的導體,而且AL13還能產生不氧化的鋁的顆粒,用做固體火箭發動機燃料,可以解決現在使用鋁做燃料的固體火箭發動機因為鋁燃燒而出現的難題。」這一發現將在宇宙飛行中獲得很大應用。

但是,也從事這方面研究的德國卡爾斯魯厄大學化學家施諾克爾認為,AL13的研究結果還是純理論的,沒有現實的應用價值。在施諾克爾看來,AL13還不很穩定,用它來製成長期穩定的具有新化學性質的物質,還是「未來之事」。

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超級原子 -應用價值

在美國陸軍部的支持下,弗吉尼亞聯邦大學物理系教授什夫N·康納博士帶領他的研究小組,經過一系列的理論研究后,對由多個銫原子圍繞一個釩原子所組成的原子簇的電學和磁力學特性進行了測定。結果發現,當銫原子數量達到8個時,原子簇變得十分穩定。這種「超級原子」有5個玻爾磁子的磁矩(磁矩是描述微觀粒子磁性的物理量),是磁鐵中鐵原子的兩倍多。康納表示,錳原子也具有類似的磁矩,同樣也具有可以緊緊束縛住電子的電子層,因此,「超級原子」可以被看成是一個模擬的錳原子。   

康納指出,銫是良好的導電體,因此,這種「超級原子」就具有了磁性和導電性兩大物理特性。而同時具有磁性和導電特性的物質具有重要的應用價值,可能導致分子電子學領域的重大發展,有望廣泛用於永久資料存儲器、緻密集成設備、高速數據處理器等產品設備的製造。   

康納和他的研究小組目前正在對由兩個「超級原子」組成的分子進行初步研究,並取得了一些令人鼓舞的結果,有望應用於自旋電子學領域的研究。   

此外,研究人員還指出,結合錳原子和金原子,可製造出另一種具有磁矩但不導電的「超級原子」。這樣的「超級原子」可能在生物醫學領域,如感測器、醫學成像和藥物釋放等方面具有潛在的應用價值。

超級原子 -參考資料

[1] 新華網 http://news.xinhuanet.com/tech/2009-06/18/content_11560717.htm

[2] 王朝網路 http://www.wangchao.net.cn/bbsdetail_865280.html

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