p O vidro é mais do que aparenta. p Copos, que são materiais desordenados sem ordem química de longo alcance, têm algumas propriedades misteriosas que permaneceram enigmáticas por várias décadas.

p Entre eles estão os estados vibracionais anômalos que contribuem para a capacidade de calor em baixa temperatura. Os primeiros pesquisadores estabeleceram que esses estados obedecem às estatísticas de Bose-Einstein, e o nome pegou, então hoje esse recurso é conhecido como pico do bóson.

p É geralmente aceito que esses estados vibracionais surgem da decadência de quasipartículas semelhantes a fônons bosônicos no ambiente de vidro forte e desordenado.

p Trabalho colaborativo recente entre os parceiros FLEET da Universidade de Wollongong, RMIT e ANSTO revelaram a frequência do pico bóson na densidade de estados de alumina ultrafina com espessuras de 2 nanômetros.

p A alumina amorfa é um vidro importante, usado na indústria eletrônica como uma camada dielétrica, e dentro do setor emergente de computação quântica, onde desempenha o papel de barreira em uma junção de barreira Josephson.

p Ainda assim, surpreendentemente, muitas das propriedades fundamentais da alumina permanecem desconhecidas devido ao fato de ser termodinamicamente instável em macroescala.

p A equipe UoW / RMIT superou esse problema, concentrando-se em óculos em nanoescala, no contexto de partículas de núcleo-casca de uma esfera de alumínio envoltas em uma película fina de seu óxido de alumina nativo. Você pode imaginá-lo como um ovo cozido, com uma "gema" sólida interna de alumínio rodeada por uma fina, concha externa de alumina.

p Armado com essas amostras novas (e ligeiramente explosivas), eles implantaram a espectroscopia de nêutrons na ANSTO - uma das organizações parceiras da FLEET - para medir as vibrações da rede nas partículas da casca do núcleo.

p Ao estudar vários tamanhos de partículas, a proporção relativa do núcleo:casca foi variada para permitir ao grupo separar as contribuições do alumínio "gema" e da "casca" de alumina.

p Usando as pequenas partículas para aumentar o contraste da superfície, o grupo revelou uma característica de frequência THz para o pico do bóson que está de acordo com os cálculos teóricos.

p "Fiquei animado em ver a correspondência entre a dinâmica molecular realizada pelo grupo Cole e nosso experimento de nêutrons, "diz o autor principal David Cortie." Nossa capacidade de prever as propriedades vibracionais e eletrônicas de materiais ultrafinos e heterointerfaces está melhorando a cada ano. "

p Como as vibrações da rede são a principal fonte de dissipação na eletrônica, as novas medições são úteis para identificar métodos para controlar a transferência de calor por meio de alumina ultrafina. Isso também tem algumas outras implicações surpreendentes fora da eletrônica, porque a próxima geração de espaçonaves para além de expedições de Marte podem utilizar combustíveis de alumínio / alumina se o problema de transferência de calor puder ser reduzido.

p Em um desenvolvimento separado, o grupo também encontrou evidências claras de hidrogênio na forma de H2O e grupos hidroxila circulando na superfície da alumina, e relatou um procedimento para remover esses defeitos de superfície nativos usando um procedimento de tratamento térmico.

p "Não pretendemos estudar o hidrogênio, "diz o co-autor principal Jared Cole, "Contudo, o fato de termos observado isso tão claramente pode ser bastante acidental. O hidrogênio é uma impureza de superfície importante em circuitos supercondutores quânticos, e experimentos como este são uma maneira útil de aprender como ele se comporta, e como mitigar seus efeitos. "

p Normalmente, o hidrogênio é quase invisível para as técnicas padrão, mas os nêutrons se espalham dez vezes mais fortemente do hidrogênio do que outros elementos porque eles interagem por meio de forças nucleares em vez de interações eletromagnéticas. Em temperaturas ultrabaixas, o tunelamento quântico de hidrogênio em sistemas de dois níveis é um candidato a explicar a fonte de decoerência nos principais esquemas de computação quântica.

p O estudo, "Pico de bóson em camadas ultrafinas de alumina investigadas com espectroscopia de nêutrons, "foi publicado em Pesquisa de revisão física .