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科學家觀察到強磁場域下電子的運動變化
作者:駐美國台北經濟文化代表處科技組 現職:駐美國台北經濟文化代表處科技組
文章來源:https://www.anl.gov/articles/electrons-puddle-under-high-magnetic-fields-study-reveals
發佈時間:2017.03.08
美國阿岡國家實驗室(Argonne National Laboratory)的研究學者,使用相當於中子星(neutron star)中心強度之極強磁場,改變了電子的行為模式。科學家期待藉由觀察電子行為的改變,可多方增進對物質性質的了解。電子的運動和奧林匹克花式溜冰選手有許多相似之處。溜冰比賽的時候,選手可以在「自由式花樣滑冰」的項目中,自由運用所選擇的「花式」溜冰,靈活行進於溜冰場之間;在金屬中的電子也是如此,漫遊在軌道外的電子,非常自由自在。然而,研究學者發現,當磁場驟然增強的時候,電子運動變得侷限起來,其舉止好像滑冰選手正在完成指定跳躍和旋轉動作一樣。主導此研究的阿岡國家實驗室材料科學家Dr. Anand Bhattacharya表示:「在過去五十多年來,這種『電子的遊戲規則隨磁場密度不同而改變』的電子本相已經被討論了很久,卻始終無法經由實驗來測量。」Dr. Bhattacharya使用類似合成水晶的鈦酸鍶(strontium titanate)進行研究。鈦酸鍶特有的屬性使得電子即使在稀疏且緩慢的移動狀態下,仍然可以容許電流流通。研究學者觀察到,在水晶裡緩慢移動的電子,會對磁場的吸引力特別敏感;當電子位於強磁場中且溫度下降時,其量子特性(quantum properties)會產生劇烈變化。研究人員據此提出一種電子理論解析,他們推論在極強的磁場中,電子會聚集成各種可佔據空間、像形狀不同的水池(puddle)般形狀。這是第一次有科學家成功測量到電子的運動模式變化,我們越了解電子,便可以對物質有更多的認識。
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