Ytterbiul, metalul „ciudat” devine și mai ciudat atunci când este lovit cu raze Gamma
FIZICĂ CUANTICĂ. Când fizicienii cuantici se referă la ceva „ciudat”, știi că într-adevăr face ceva ciudat. Oamenii care se simt confortabil cu suprapunerea și „acțiunea înfricoșătoare la distanță” au o ștachetă ridicată pentru ceea ce este ciudat. Cu toate acestea, anumite elemente au câștigat categoria „metale ciudate”, deoarece modul în care conduc electricitatea este diferit de metalele mai familiare și nu a fost încă înțeles. Cel mai recent exemplu al acestei ciudatenii, mult mai ciudat pentru fizicieni decât alții, este că are două vârfuri de absorbție pentru radiație în loc de cel obișnuit.
Ytterbiul combină ciudățenia în conductivitate cu, probabil, cel mai improbabil nume dintre elementele existente în mod natural. Nu este deosebit de rar, fiind mai frecvent în scoarța terestră decât aproximativ jumătate din elementele suburanice, dar nu este familiar.
O colaborare japoneza-americană a explorat comportamentul conductiv ciudat al itterbiului și a raportat într-o nouă lucrare că ciudățenia scade până la capăt.
Interesul său pentru doctorul Yashar Komijani de la Universitatea din Cincinnati este că, atunci când transportă curent, iterbiul nu se comportă ca niște conductori familiari, cum ar fi cuprul sau aluminiul. „Într-un metal, aveți o mare de electroni care se mișcă în fundal pe o rețea de ioni”, a spus Kominjani într-un comunicat. „Dar cu mecanica cuantică se întâmplă un lucru minunat. Puteți uita de complicațiile rețelei de ioni. În schimb, se comportă ca și cum ar fi în vid.”
În condiții de frig, yterbiul este mai conductiv decât ar trebui să permită teoria. Acest lucru s-ar putea dovedi util în căutarea materialelor supraconductoare la temperatură înaltă, dar prezintă și o anomalie Komijani și coautorii speră să o explice.
Autorii au expus ß-YbAlB4 – un aliaj de itterbiu, aluminiu și bor – la razele gamma pentru a vedea cum a variat răspunsul în funcție de temperatură și presiune. Acest lucru este ușor ironic, deoarece una dintre principalele utilizări ale itterbiului este ca producător de raze gamma.
Razele gamma sunt de obicei produse prin dezintegrare radioactivă, dar fiecare proces de dezintegrare produce fotoni cu o anumită energie. Pentru a produce raze gamma la cerere, echipa a accelerat protoni într-un sincrotron și a folosit razele gamma emise atunci când s-au spart în pereți pentru a efectua spectroscopie Mössbauer, un proces care poate detecta schimbări foarte mici în mediul chimic al nucleelor.
Când temperaturile au fost menținute foarte scăzute, aliajul a trecut de la „metal ciudat” la un „lichid Fermi”, starea familiară a majorității elementelor, pe măsură ce presiunea a crescut.
Autorii au fost martorii fluctuațiilor de sarcină producând un vârf dublu în spectrul de absorbție. „Interpretăm acest spectru ca o singură tranziție nucleară, modulată de fluctuațiile de valență electronice din apropiere”, scriu ei.
Observațiile depind de momentul fluctuațiilor de încărcare, care apar într-o perioadă de o miliardime de secundă. După standardele cuantice, acest lucru este excepțional de lent, lucru pe care echipa îl atribuie vibrațiilor din rețea.
Deși admit că nu sunt siguri, autorii cred că rezultatele lor pot reprezenta o schimbare înainte și înapoi între ceea ce ar fi considerate stări ionice Yb2+ și Yb3+ în fizica clasică, dar este mai complexă într-o lume cuantică.
Autorii cred că vârful dublu poate să nu fie unic pentru itterbiu, ci poate fi o trăsătură distinctivă a tuturor metalelor ciudate, una care poate fi folosită atât pentru a le identifica, cât și pentru a le explica.
Ytterbiul și-a primit numele ciudat de la Ytterby, un sat suedez în apropierea căruia a fost găsită o mostră care îl conținea. Este clasificat ca un Pământ rar, dar cu 0,3 părți per milion în scoarța terestră, este mai comun decât majoritatea celorlalți membri ai acestei categorii, inclusiv vecinii săi din tabelul periodic tuliu și lutețiu.
