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通过纳米级玻璃:测定超薄氧化铝中的玻色子峰值频率

信息来源:星火计划 发布时间:【2020-08-16 】 点击次数:
玻璃是一种无序的材料,没有长距离的化学顺序,具有一些神秘的特性,几十年来一直神秘莫测。
 
其中,异常的振动状态有助于低温下的热容量。早期的研究人员确定,这些州服从Bose-Einstein统计,并且名称固定不变,因此今天这种特征被称为玻色子峰。
 
人们普遍认为,这些振动状态是由强无序玻璃环境中的玻色子声子状准粒子的衰变引起的。
FLEET合作伙伴伍伦贡大学,RMIT和ANSTO之间最近的合作研究表明,玻色峰的频率以厚度为2纳米的超薄氧化铝的状态密度表示。
 
非晶态氧化铝是一种重要的玻璃,在电子工业中用作介电层,并在新兴的量子计算领域内发挥作用,在约瑟夫森势垒结中起着势垒的作用。
 
然而令人惊讶的是,由于氧化铝在宏观上是热力学不稳定的事实,氧化铝的许多基本性能仍然是未知的。
 
UoW / RMIT团队通过将纳米球包裹在其天然氧化铝薄皮中包裹的铝球芯壳颗粒的情况下,通过专注于纳米级玻璃克服了这个问题。您可以将其想象为煮熟的鸡蛋,内部的铝实心“蛋黄”被薄薄的外部氧化铝壳包围。
 
借助这些新颖的(且具有爆炸性的)样品,他们在FLEET合作组织之一的ANSTO部署了中子光谱仪,以测量核壳颗粒中的晶格振动。
 
通过研究各种粒径,改变了核:壳的相对比例,以使该组将“蛋黄”铝和氧化铝“壳”的成分分开。
 
该小组使用小颗粒增强了表面对比度,发现玻色子峰的太赫兹频率特征与理论计算非常吻合。
 
第一作者戴维·科蒂说:“看到科尔小组进行的分子动力学与我们的中子实验之间的匹配,我感到很兴奋。” “我们预测超薄材料和异质界面的振动和电子性能的能力逐年提高。”
 
由于晶格振动是电子设备中耗散热量的主要来源,因此新的测量方法可用于确定控制通过超薄氧化铝进行传热的方法。这在电子学之外还具有其他令人惊讶的其他含义,因为如果可以减少传热问题,那么下一代超越火星探测的航天器可能会使用铝/氧化铝燃料。
 
在另一项研究中,该小组还找到了明显的证据,证明氢以H2O的形式存在,并且羟基在氧化铝表面上起伏不定,并报告了使用热处理程序去除这些天然表面缺陷的程序。
 
首席合著者贾里德·科尔说:“我们没有开始研究氢,但是,如此清晰地观察到的事实可能是偶然的。氢是量子超导电路和实验中的重要表面杂质。像这样,是学习其行为以及减轻其影响的有用方法。”
 
通常,氢是标准技术几乎看不见的,但是中子从氢中的散射比其他元素强十倍,因为它们通过核力相互作用而不是电磁相互作用。在超低温下,两级系统中氢的量子隧穿是解释领先量子计算方案中退相干源的一种候选方法。
 
这项研究“ 用中子光谱法研究了超薄氧化铝层的玻色子峰”发表在《物理评论研究》上。
 
 

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