橡树岭国家实验室的ARCS仪器科学家Doug Abernathy(左)和洛斯阿拉莫斯国家实验室的Marc Janoschek准备在散裂中子源上进行实验。信贷:吉纳维芙马丁/ ORNL。
这一突破性的研究证实了长期以来一直推测但一直未能在实验水平上观察到的钚的磁性。这一最新发现为能源、材料和计算应用提供了巨大的潜力。欧洲杯足球竞彩
钚最初产生于1940年，是一种含有不稳定原子核的放射性元素。这个核使它发生裂变，使它对核武器和核燃料都有用。
然而，鲜为人知的事实是，环绕钚原子核的电子云也是不稳定的，这使得钚成为元素周期表中最多面体的元素，作为一种基本金属元素具有复杂的特性。
传统的概念有效地阐明了钚的复杂结构特征，并预测了钚的磁阶。这一理论与迄今为止还没有发现钚中磁顺序的证据的实验完全相反。现在，经过多年的研究，这种关于钚“缺失”磁性的科学匿名性终于得到了解决。
来自洛斯阿拉莫斯的Marc Janoschek是发表在《科学进展》杂志上的论文的首席科学家，他解释说，钚的磁性保持在连续状态，这使得它几乎不可能被探测到。欧洲杯线上买球
钚的电子结构介于两个极端之间，我们称之为量子力学叠加。考虑一个极端，电子完全集中在钚离子周围，这就产生了磁矩。然后电子会去到另一个极端它们变得离域不再和原来的离子结合。
马克·雅诺谢克-洛斯阿拉莫斯国家实验室
Janoschek和他的同事利用在ORNL的散裂中子源的ARCS仪器上进行的中子测量，确定了这些变化在钚的价电子层中显示出不同数量的电子，这一观察也说明了钚不同相体积的不寻常变化。中子特别适合于这项研究，因为它们能够探测磁涨落。
“钚的波动发生在一个特定的时间尺度上，其他任何方法都不敏感，”Janoschek说。
这是一个很大的进步，不仅在实验上，而且在理论上。我们成功地证明了动态平均场论或多或少地预测了我们的观测结果。它为钚的复杂性质提供了一个自然的解释，特别是其体积对温度或压力的微小变化的巨大敏感性。
马克·雅诺谢克-洛斯阿拉莫斯国家实验室
最新的研究是更广泛的钚检测尝试的高潮，但在此过程中受到了一些困难的阻碍。因为钚是放射性元素，需要慎重处理，所以在经过几年的批准程序后才最终被接受。
尽管研究人员意识到，中子光谱学测量对于改善钚的“缺失”磁性是不可或缺的，但其他研究人员对先前中子的研究表明，目前的样品必须通过两种不同的方式来增强。
首先，钚主要包括同位素钚-239，它能有效吸收中子，并会屏蔽所需的微弱信号。相反，研究人员使用了钚-242，一种只吸收少量中子的同位素。钚也会吸附氢，在被认为存在磁信号的地方产生强烈的虚假信号。
我们用了洛斯阿拉莫斯开发的一种特殊方法从样本中提取氢气。我们实验室和综合体的许多人帮助解决了这些问题，但我特别感谢Eric Bauer，在洛斯阿拉莫斯凝聚剂和磁体科学小组的材料合成和表征能力负责人，帮助我设计了一个成功的实验。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
马克·雅诺谢克-洛斯阿拉莫斯国家实验室
洛斯阿拉莫斯前主任、钚科学国际权威人士西格弗里德·赫克说，欧洲杯线上买球M. Janoschek等人的文章是一篇杰作。通过动态平均场理论和实验、中子光谱学的伟大结合，它证明了δ -钚的磁矩是动态的，由价波动驱动，而不是丢失。”
“它也提供了迄今为止最好的解释，解释了为什么钚对所有外部扰动如此敏感——这是我50年来一直在努力理解的东西。”检验员说。
不止一个人表示，这是一代人中对钚最重要的测量。
劳伦斯·利弗莫尔-国家实验室钚期货项目主席斯科特·麦考尔
这样的观察为钚在结构上不稳定提供了一个理由，并在更广泛的范围内，提出了一个更好的理解复杂的，具有相同电子二分类特征的功能材料。欧洲杯足球竞彩本文所采用的动态平均场论计算，无疑达到了一个新的标准。
Janoschek说，这项工作中开发的技术为未来对其他复杂材料的研究铺平了道路，这些材料被认为对未来的能源和计算应用同样重要。欧洲杯足球竞彩
动态平均场理论计算是在橡树岭领先计算设施(OLCF)的泰坦超级计算机上进行的。Janoschek表示，研究人员在计算中使用了多达1000万个核心小时。
这项研究的共同作者包括来自俄勒冈州nl的Mark Lumsden和Doug Abernathy, J.M. Lawrence, Pinaki Das, J. D. Thompson, S. Richmond, J.N. Mitchell, F. Trouw, M. Ramos, Eric Bauer和J.- x。来自洛斯阿拉莫斯的朱;罗格斯大学(Rutgers University)的G. Kotliar、K. Haule和B. Chakrabarti，以及欧盟委员会(European Commission)的G.H. Lander。