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↑↑↑↑    ↑↑↑↑当美国专家正在纳米级金属族中寻找具有超导性能的材料时，他们发现在实验室中进行的试验已经打破了常规。他们把铌族元素置于↑↑↑20 K↑↑↑的低温条件下，结果观察到，这些通常情况下属性正常的物质表现出奇异的特征：它们失去了可预测的金属属性而开始表现出非金属的属性。美国乔治亚理工学院的研究人员说，他们可以证明这种现象确实可以产生，但目前对这些使人吃惊的行为属性还没有完全令人信服的解释。低温下金属族的这种活动性值得进行研究，并可开辟—个新的研究领域来帮助提高人们对超导性的认识。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑乔治亚理工学院的沃尔特·西尔和他的同事们已经研制成了纳米级铌原子团以及一些其他过渡金属。这些原子团是用特制的设备、仪器产生的，包括激光、大型真空容器、低温系统以及特制的检测器，以便每小时可以形成几百万个微粒。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑激光束瞄准悬挂在真空容器中的铌棒，接着激光脉冲汽化金属，产生原子云，然后温度非常低的氨气流被注入容器，这样可使铌蒸汽冷凝成大小不同的微粒。超低温氦气流的压力把这些微粒吹过—个孔，而在这些微粒碰到探测器之前需要先通过两个金属板。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑金属板以↑↑↑1↑↑↑分钟的间隔用↑↑↑15000↑↑↑伏的电压不停充电，这个强大的电场作用于极化的铌原子团，而使它们偏离探测器，那些没被极化的铌原子团则停留在毫米宽的光束中并由探测器来计数。通过比较在电场消失时的探测器读数，研究人就能够断定哪些原子团处于偶极子状态。微粒的连续产生使得西尔的研究小组在每个实验中都能获得数以百万计的微粒数据。不断改变温度和电压可以让他们研究这些环境变量对偶极效应的影响。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑当把原子团冷却到低于↑↑↑20 K↑↑↑时，他们发现原子团中的电荷突然转移，产生了人们所熟知的双极子。↑↑↑↑  ↑↑↑↑西尔解释说：“这种现象非常奇怪，因为金属不该出现这种现象。这些原子团自发地被极化，电子都移向原子团的一边，没有什么合理的理由解释这种情况。原子团的一侧充满了负电荷，而另一侧则充满了正电荷。”一旦这些原子团处在了这种极化强介质状态，它们就会固定于这种行为模式并且一直保持这种状态。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑铌元素以及目前还在测试中的它的两种同类元素钒和钽的转变现象，发生在接近宏观金属超导转化温度附近。按照常规，如果没有电场强度，大多数金属，甚至室温下的铌原子团在正常情况下都包含电荷并且遍布整个金属。但是当这些物质被置于接近绝对零度的低温环境下时它们就会不遵守常规原则。乔治亚理工学院的研究小组显示了包含高达↑↑↑200↑↑↑个铌原子的原子团在自发地打破对称性时就不遵守经验式方法，西尔补充说：“当这种现象发生时，这些微粒表现的属性就不再像金属了，某种原因使微粒从金属变成了其他物质。开始我们利用磁场在铌族元素种寻求超导的证据，但是我们没有发现期望的结果，所以我们转向电偏转测量，它可以提供—些电属性信息。我们希望能够发现原子团极化性的轻微变化。”↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑研究人员已经发现对于最小的原子团，偶极效应的强弱随着原子团大小的不同会有巨大的变化。例如，由↑↑↑14↑↑↑个原子组成的原子团，显示出很强的效应。而由↑↑↑15↑↑↑个原子组成的原子团则显示出微弱的效应。对于平均原子数高于↑↑↑30↑↑↑的原子团，所观测到的效应比由奇数个原子组成的原子团的效应强的多。原子团的结列对这些系统至关重要。尺寸敏感度可能与原子团的量子力学特性以及对偶级子的形成有重要的影响，这就是可以从目前研究中得出的结论之一。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑西尔说：“一个小小的变化就会很大程度地影响相变的位置，并且原子的精确排列确实跟这些系统有关，而且尺寸敏感性可能依赖于原子团的量子力学属性，并且也与电子怎样被限制并束缚它们的运动范围有关。所观察到的接近超导过渡金属的现象为西尔提供了一个有力的间接证据，但是还没有坚实可靠的证据出现，这种现象与这些金属显示的超导属性多少有关。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑西尔解释说：“我们假设宏观物质的超导性与在微观粒子中偶极子的自发产生有关，在这一点上则属于间接证据：同一物质、同样的温度范围，奇数相变都可以发生。”在不把实验限制在单一金属原子团类型的情况下，他们能够看到那些宏观上显示出超导特性的金属也会表现出偶极效应，而非超导金属则没有此特性。西尔补充说：“这种现象使我们坚信它一定在某种方式上与超导性有关系，只不过这种关系我们还没有弄清楚。”↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑西尔说，铁电现象在宏观化合物晶体中相对来说比较普遍。通常情况下它是离子从对称位置自发产生位错而形成亚点阵结构的结果，在晶胞中产生的这种结果可以获得偶极子。这种现象在宏观单质物质中还没有被看到，不言自明，在金属中也不会看到这种现象。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑金属原子团的属性通常表现在单原子和宏观物质状态之间。但是也经常出现令人意想不到的属性。铌原子团室温下的极化属性可能与宏观金属特性有关，因此研究人员据此推断这些原子团的特征属性与低温下的超导属性相一致，研究人员认为它是“显而易见的候选物质”。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑至今为止，研究人员已经详细研究了多达↑↑↑200↑↑↑个原子的原子团，尽管西尔认为这种效应应该在更大的原子团中也继续存在，这些原子团的原于数可能高达↑↑↑500↑↑↑个或↑↑↑1000↑↑↑个。↑↑↑ ↑

↑↑↑↑    ↑↑↑↑西尔说：“我认为，这种新的金属物质相最终将会对我们理解铌和相关金属中电子关系和超导属性产生重要的影响。然而，实验表明，即使是非常小的金属原子团也会非常准确地反映新生物质的属性。”↑↑↑