Scientists have long thought that p

Scientists have long thought that plutonium should be magnetic but observing that property experimentally seemed impossible. Now, a neutron scattering study by researchers in the USA has revealed that this electronically complex and unstable heavy metal does indeed display magnetism, but it is in constant flux, hence the difficulties in attempting to observe it since the metal was first produced 75 years ago.

Plutonium famously is a fissile material and was first produced in 1940 by Glenn Seaborg and Edwin McMillan at the University of California, Berkeley, by bombarding uranium-238 with deuterons. Not only is it radioactive, but its 5f electrons sit in a state between delocalized and localized and the energy difference between this shell and the 6d shell is very low, which gives rise to anomalous chemical behavior. Theories abound as to why plutonium should have such a complex electronic structure and predict that the metal should have magnetic order.

Marc Janoschek and colleagues at Los Alamos and at Oak Ridge national laboratories have detected the ever-changing magnetism of plutonium. Plutonium exists in a state of quantum mechanical superposition, Janoschek explains, in which the electrons are completely localized in one state giving rise to a magnetic moment and at the other extreme are entirely delocalized and no longer associated with the same ion in the bulk.

The team's neutron measurements revealed that the fluctuations give rise to different numbers of electrons in plutonium's outer valence shell; an observation that also explains volume changes observed in different phases. "This is a big step forward, not only in terms of experiment but in theory as well." Janoschek says. "We successfully showed that dynamical mean field theory more or less predicted what we observed. It provides a natural explanation for plutonium's complex properties and in particular the large sensitivity of its volume to small changes in temperature or pressure."

The work was painstaking not least because of regulatory approval required for research with this infamous metal but also because earlier neutron spectroscopy measurements by others had revealed that the plutonium-239 isotope is too neutron absorbent, so the team had to work with plutonium-242 instead. Additionally, plutonium adsorbs hydrogen leading to strong but spurious signals in the same spectroscopic region as the team anticipated magnetic signals would be observed. Nevertheless, the team developed a technique to remove hydrogen from their sample.

The new observations on plutonium and the techniques developed to make them and understand them could have broader applications, perhaps offering new insights into other functional materials with similar electronic dichotomies. Janoschek suggests that the methods could open the door to future investigations for materials critical to future computing and energy applications. For instance, he told us, "We are hoping to perform similar measurements on the plutonium superconductor PuCoGa5. In this material, recent work from some of my colleagues at LANL suggests that the valence fluctuations of plutonium could mediate the unconventional superconductivity in this compound.

Kết quả (Việt) 1:

Các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng plutoni nên được từ nhưng quan sát tài sản đó bằng thực nghiệm dường như không thể. Bây giờ, một nghiên cứu sự tán xạ neutron của nhà nghiên cứu tại Hoa Kỳ đã tiết lộ rằng kim loại nặng bằng điện tử phức tạp và không ổn định này thực sự hiển thị từ tính, nhưng nó là luôn luôn biến, do đó những khó khăn trong cố gắng để quan sát nó kể từ khi kim loại lần đầu tiên sản xuất 75 năm trước đây.Plutoni nổi tiếng là một vật liệu phân hạch và lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1940 bởi Glenn Seaborg và Edwin McMillan đại học California tại Berkeley, bằng cách bắn phá urani-238 với deuteron. Không chỉ là phóng xạ, nhưng các electron 5f ngồi trong một nhà nước giữa phi cục bộ và bản địa hóa và sự khác biệt năng lượng giữa vỏ này và vỏ 6d là rất thấp, mà cho phép tăng đến hành vi bất thường của hóa học. Có rất nhiều lý thuyết như lý do tại sao plutoni nên có một cấu trúc điện tử phức tạp và dự đoán rằng kim loại nên có từ tính thứ tự.Marc Janoschek và các đồng nghiệp ở Los Alamos và phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã phát hiện bao giờ thay đổi từ tính của plutoni. Plutoni tồn tại trong một nhà nước của chồng chất cơ học lượng tử, Janoschek giải thích, trong đó các electron được hoàn toàn bản địa hoá trong một nhà nước cho tăng đến một Mômen lưỡng cực và ở cực khác là hoàn toàn phi cục bộ và không còn liên kết với các ion tương tự trong hàng loạt.Các đo đạc neutron của nhóm nghiên cứu tiết lộ rằng những biến động làm phát sinh các con số khác nhau của các điện tử của plutoni ngoài valence vỏ; một quan sát cũng giải thích thay đổi khối lượng quan sát trong giai đoạn khác nhau. "Đây là một bước tiến lớn về phía trước, không chỉ trong điều khoản của thử nghiệm mà trong lý thuyết là tốt." Janoschek nói. "Chúng tôi đã cho thấy rằng lý thuyết trường có nghĩa là động lực hơn dự đoán những gì chúng tôi quan sát. Nó cung cấp một lời giải thích tự nhiên cho thuộc tính phức tạp của plutoni và đặc biệt là sự nhạy cảm lớn của khối lượng của nó để thay đổi nhỏ trong nhiệt độ và áp lực."Các công việc được siêng năng không kém vì phê duyệt quy định cần thiết cho các nghiên cứu với điều này nhưng kim loại khét tiếng cũng bởi vì trước đó số đo phổ học neutron bởi những người khác đã tiết lộ rằng đồng vị plutoni-239 là quá neutron thấm nước, do đó, các đội đã có để làm việc với plutoni-242 thay vào đó. Ngoài ra, plutoni adsorbs hydro dẫn đến tín hiệu mạnh nhưng giả mạo trong vùng quang phổ tương tự như đội dự đoán từ tín hiệu nào được quan sát thấy. Tuy nhiên, đội phát triển một kỹ thuật để loại bỏ hydro từ mẫu của họ.The new observations on plutonium and the techniques developed to make them and understand them could have broader applications, perhaps offering new insights into other functional materials with similar electronic dichotomies. Janoschek suggests that the methods could open the door to future investigations for materials critical to future computing and energy applications. For instance, he told us, "We are hoping to perform similar measurements on the plutonium superconductor PuCoGa5. In this material, recent work from some of my colleagues at LANL suggests that the valence fluctuations of plutonium could mediate the unconventional superconductivity in this compound.

Kết quả (Việt) 2:

Các nhà khoa học từ lâu đã nghĩ rằng plutonium nên từ tính nhưng quan sát tài sản mà thực nghiệm dường như không thể. Bây giờ, một neutron nghiên cứu sự tán xạ bởi các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã tiết lộ rằng kim loại nặng bằng điện tử phức tạp và không ổn định này không thực sự hiển thị từ tính, nhưng nó là dòng chảy liên tục, do đó những khó khăn trong việc cố gắng để quan sát nó từ các kim loại lần đầu tiên được sản xuất 75 năm trước . Plutonium nổi tiếng là một loại vật liệu phân hạch và được sản xuất lần đầu tiên vào năm 1940 bởi Glenn Seaborg và Edwin McMillan tại Đại học California, Berkeley, bằng cách bắn phá urani-238 với deuterons. Không chỉ là nó phóng xạ, nhưng electron 5f nó ngồi trong một nhà nước giữa delocalized và bản địa hóa và sự khác biệt giữa năng lượng vỏ này và vỏ 6d là rất thấp, dẫn đến sự vi hóa dị thường. Giả thuyết khác nữa là tại sao plutonium cần phải có một cấu trúc điện tử phức tạp như vậy và dự đoán rằng các kim loại nên có trật tự từ. Marc Janoschek và các đồng nghiệp tại Los Alamos và tại phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge đã được phát hiện từ tính luôn thay đổi của plutonium. Plutonium tồn tại trong trạng thái chồng chất cơ học lượng tử, Janoschek giải thích, trong đó các điện tử được hoàn toàn khu trú trong một nhà nước dẫn đến một thời điểm từ và ở thái cực khác là hoàn toàn delocalized và không còn liên kết với các ion cùng với số lượng lớn. Các đo neutron đội cho thấy những biến động làm phát sinh các số khác nhau của các điện tử trong ngoài vỏ hóa trị plutonium của; một quan sát mà cũng giải thích sự thay đổi khối lượng quan sát thấy trong các giai đoạn khác nhau. "Đây là một bước tiến lớn, không chỉ về mặt thí nghiệm nhưng trong lý thuyết là tốt." Janoschek nói. "Chúng tôi đã thành công rằng động lực lý thuyết trường trung bình nhiều hơn hoặc ít hơn dự đoán những gì chúng tôi quan sát. Nó cung cấp một lời giải thích tự nhiên cho các thuộc tính plutonium của phức tạp và đặc biệt là sự nhạy cảm lớn của khối lượng của nó để thay đổi nhỏ về nhiệt độ hay áp lực." Công việc đã siêng năng không kém vì chính pháp lý cần thiết cho nghiên cứu với các kim loại khét tiếng này nhưng cũng vì neutron sớm phổ đo bởi những người khác đã tiết lộ rằng plutonium-239 đồng vị là quá neutron hấp thụ, do đó, nhóm đã phải làm việc với plutoni-242 để thay thế. Ngoài ra, plutonium adsorbs hydrogen hàng đầu cho tín hiệu mạnh mẽ nhưng giả trong vùng quang phổ tương tự như nhóm tín hiệu từ trường dự kiến sẽ được quan sát thấy. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật để loại bỏ hydrogen từ mẫu của họ. Các quan sát mới về plutonium và các kỹ thuật phát triển để làm cho họ và hiểu họ có thể ứng dụng rộng rãi hơn, có lẽ cung cấp hiểu biết mới về vật liệu chức năng khác với phân đôi điện tử tương tự. Janoschek cho thấy rằng các phương pháp có thể mở cửa để điều tra trong tương lai đối với nguyên liệu quan trọng cho các ứng dụng điện toán và năng lượng trong tương lai. Ví dụ, ông nói với chúng tôi, "Chúng tôi đang hy vọng sẽ thực hiện đo lường tương tự trên các chất siêu dẫn plutonium PuCoGa5. Trong tài liệu này, công việc gần đây của một số đồng nghiệp của tôi tại LANL cho thấy sự biến động hóa trị của plutonium có thể làm trung gian cho siêu dẫn không theo quy ước trong hợp chất này.