Aşırı Koşullarında Yoğun Madde Elektronik ve Kimyasal Özellikler Probing için Yeni Bir Aracı: Giga Pascal Baskılara yüksek-Hassasiyet Nükleer Manyetik Rezonans

Geçen yüzyılın başında, yüksek hidrostatik basınç altında yoğunlaştırılmış madde Percy BRIDGMAN damgasını deneylerde bu yana, yüksek basınç fizik alanı hızla ¹ gelişmiştir. Ilgi çekici fenomenlerin çok sayıda çeşitli GPa ² basınçlar altında meydana geldiği bilinmektedir. Buna ek olarak, yüksek basınç yoğun madde sistemlerin yanıtı bize elektronik zemin ve uyarılmış hal ^3,4 hakkında çok şey öğretti.

Ne yazık ki, Giga-Pascal basınçlarında Yoğun madde elektronik özelliklerinin incelenmesi için teknikler x-ray ya da yolunu ⁵ önde gelen DC direnç ölçümleri ile nadirdir. Özellikle, elektron spin (ESR), ve nükleer manyetik rezonans (NMR) deneyleri, elektronik ya da nükleer Manyetik anlar üzerinde bir algılama gelen sinyali almak için gereken tipik bir yüksek basınçlı örs hücrelerde uygulanması neredeyse imkânsız olacağı kesindir küçük bir volume örs ve bir sızdırmaz contası tarafından konulan.

Çeşitli gruplar, karmaşık düzenlemeler kullanarak bu sorunu çözmek için çalıştık, örneğin, iki bölünmüş çift radyo frekans (RF) bobinler örsün ⁶ yanları boyunca yara, bir tek veya çift döngü saç iğnesi rezonatörünü ^7,8; . ¹ gibi çekirdekler γ – ya da bir RF bobin tarafından ^9, Şekil 1, bir çift olarak bölünmüş renyum conta Ne yazık ki, bu yaklaşım hala büyük için deneysel uygulamalar sınırlayan düşük bir sinyal-gürültü oranı (SNR) muzdarip H ^{10. 15 –} İlgilenen okuyucu diğer yüksek basınçlı rezonans tank devresi deneyleri ¹¹ ifade edilebilir. Pravica ve Silvera ¹⁶ rapor hidrojen orto-para dönüşüm incelenmiştir 12.8 GPa, NMR ile bir örs hücrede elde edilen en yüksek basınç.

NMR uygulayarak büyük bir ilgi ilekuantum katıların özelliklerini incelemek için, bizim grup da yüksek basınçlar mevcut NMR olan ilgi oldu. Nihayet, 2009 yılında bir rezonansa radyo frekansı (RF) mikro-bobin örnek ¹⁷ çevreleyen yüksek basınç boşluğuna doğrudan yerleştirilir eğer yüksek hassasiyetli örs hücre NMR gerçekten mümkün olduğunu gösterdi olabilir. Bu tür bir yaklaşımda, NMR hassasiyeti, toz numuneleri üzerinde ^{17 A,} NMR, örneğin daha da zor bir NMR deneyleri mümkün kılan, (RF bobini faktörü doldurulmasında çoğunlukla dramatik artışa bağlı olarak), birkaç büyüklük geliştirilir 7'ye kadar ¹⁸ GPa yüksek-sıcaklık süper-iletken. Bu malzemeler içinde büyük ölçüde süper-iletkenlik basınç uygulanması ile amplifiye edilebilir ve bu süreçlere ilişkin temel fikir söz yerel elektronik sonda ile bu işlemi takip etmek mümkündür. Ne olduğunu, yüksek basınç altında NMR ve güç için bir başka örnek ortaya Believed rutin deneyler referans olması: – Basit alüminyum metal gelen yeni örs hücre NMR test etmek için, en iyi bilinen malzemelerin bir ölçülmüştür. Basınç arttıkça, tek bir serbest elektron sistemi için beklediğiniz gelen NMR kayması beklenmedik bir sapma tespit edildi. Daha yüksek basınç altında da, deney tekrarlandı, yeni sonuçlar gerçekten de güvenilir olduğunu göstermektedir. Işlem gücü düşük olduğunda Nihayet, bant yapısı hesaplamaları ile daha sonra, sonuçları yıl önce hesaplamalar tarafından tespit edilemeyen alüminyum Fermi yüzeyinin, bir topolojik geçiş tezahürü olduğu tespit edilmiştir. Ortam koşullarına bulguların ekstrapolasyonunda hemen hemen her yerde kullanılır bu metalin özellikleri bu özel elektronik durumun etkili olduğunu gösterdi.

Farklı uygulamalar bir dizi takip etmek için özel olarak tasarlanmış örs hücreleri (önceki hücreleri Cavend ithal edilmiştiNMR sonradan ish Laboratuar ve) geliştirilmiştir. Şu anda, ikinci ev yapımı taşıyıcı 800 um culet 6H-SiC örsün çifti kullanılarak 25 GPa kadar basınç ulaşma kabiliyetine sahiptir. NMR deneyleri başarıyla bugüne kadar, 10.1 GPa kadar yapılmıştır. Bu yeni hücre NMR performansı ¹⁹ çok iyi olduğu gösterilmiştir. Ana bileşen Titanyum-Alüminyum (6) -vanadyum (4) yaklaşık 800 akma mukavemeti MPa ²⁰ sağlayan bir ekstra düşük interstisyel düzeyde (sınıf 23), ile. Sayesinde manyetik olmayan özellikleri (manyetik duyarlılık χ yaklaşık 5 ppm) o örs hücre şasi için yeterli bir malzeme olduğundan. Tanıttı hücreler (tüm ev inşa örs hücre tasarımları bir bakış için bakınız Şekil 2) genel ölçüler normal standart delik NMR mıknatıslar içine sığacak kadar küçük. Yüksekliği sadece 20 mm ve 17 mm küçük tasarım, LAC-TM1, aynı zamanda tipik bir küçük kalibreli soğuk mıknatıslar (30 mm delik çapı) uyar. LYazarlar tasarlanmış en son şasi AC TM2, (iç basınç düzgün bir kontrolü için bağlanmış mavi baskı sağlayan basınç tahrik mekanizması olarak (ki bu hücre şasi ile aynı alaşımdan yapılmış) dört adet M4 Allen havşa civatalar kullanır ek bölüm).

Tipik olarak, elmas örsler 100 GPa üzerinde en yüksek basınçlar oluşturmak için kullanılır. Xu Mao ^21-23 moisanit örsler yaklaşık 60 GPa basınçlara kadar, yüksek basınçlı araştırma maliyetli bir alternatif temin olduğunu göstermiştir. Bu nedenle moisanit örsler katılan GPa NMR yaklaşım kullanılmıştır. En iyi sonuçlar Charles & Colvard bir örs bölümünden özelleştirilmiş büyük koni 6H-SiC örs ile elde edilmiştir. Bu hücreler sayesinde, 10.1 GPa kadar basınçlar için 800 um culet örsün kullanımı çok iyi NMR duyarlılık ile sonuçlandığı bulunmuştur. Karşılaştırma için, Lee ve ark. ^1H NM 1 bir SNR raporTanıtılan mikro bobin yaklaşımın SNR hatta biraz daha düşük manyetik alan, kendi hacminin 1/7 için 25 değerini gösterirken musluk suyu R,.

Modern malzeme fiziği ve kimyası heyecan verici yeni bir bakış açısı söz birçok uygulama takip edebilirsiniz yüksek hassasiyetli örs hücre NMR birine bu yeni yaklaşım ile. Bir küçük culet boyutlarını talep çok daha yüksek basınçlar ilgilenen Ancak, her zaman olduğu gibi, hassasiyet ve çözünürlük sonuçta, özellikle, NMR uygulamasını sınırlamak. Sonra, bir daha küçük RF bobinleri ile hücre tasarımı optimize değil, aynı zamanda nükleer kutuplaşmayı arttırmak için yöntemler düşünmek sadece vardır.