Il y a plus dans le verre qu'il n'y paraît.

Lunettes, qui sont des matériaux désordonnés sans ordre chimique à longue distance, possèdent des propriétés mystérieuses restées énigmatiques pendant plusieurs décennies.

Parmi ceux-ci se trouvent les états vibrationnels anormaux qui contribuent à la capacité calorifique à basse température. Les premiers chercheurs ont établi que ces États obéissaient aux statistiques de Bose-Einstein, et le nom est resté, donc aujourd'hui, cette caractéristique est connue sous le nom de pic de boson.

Il est généralement admis que ces états vibrationnels résultent de la désintégration de quasi-particules bosoniques de type phonon dans l'environnement de verre fortement désordonné.

Récents travaux de collaboration entre les partenaires de FLEET l'Université de Wollongong, RMIT et ANSTO ont révélé la fréquence du pic de boson dans la densité d'états d'alumine ultra-mince avec des épaisseurs de 2 nanomètres.

L'alumine amorphe est un verre important, utilisé dans l'industrie électronique comme couche diélectrique, et dans le secteur émergent de l'informatique quantique où il joue le rôle de barrière dans une jonction barrière Josephson.

Pourtant, étonnamment, de nombreuses propriétés fondamentales de l'alumine restent inconnues du fait qu'elle est thermodynamiquement instable à l'échelle macroscopique.

L'équipe UoW /RMIT a surmonté ce problème en se concentrant sur les verres nanométriques, dans le cadre de particules core-shell d'une sphère d'aluminium enveloppée dans une fine peau de son oxyde d'alumine natif. Vous pouvez l'imaginer comme un œuf dur, avec un "jaune" solide en aluminium interne entouré d'un mince, coque externe en alumine.

Armé de ces échantillons nouveaux (et légèrement explosifs), ils ont déployé la spectroscopie neutronique à l'ANSTO, l'une des organisations partenaires de FLEET, pour mesurer les vibrations du réseau dans les particules de l'enveloppe du cœur.

En étudiant différentes tailles de particules, le rapport relatif du noyau:coque a été varié pour permettre au groupe de séparer les contributions de l'aluminium "jaune" et de l'alumine "coque".

En utilisant les petites particules pour améliorer le contraste de surface, le groupe a révélé une caractéristique de fréquence THz pour le pic de boson qui est en bon accord avec les calculs théoriques.

"J'étais ravi de voir la correspondance entre la dynamique moléculaire réalisée par le groupe Cole et notre expérience neutronique, ", explique l'auteur principal David Cortie. "Notre capacité à prédire les propriétés vibrationnelles et électroniques des matériaux ultra-minces et des hétérointerfaces s'améliore d'année en année."

Les vibrations du réseau étant une des principales sources de dissipation en électronique, les nouvelles mesures sont utiles pour identifier des méthodes de contrôle du transfert de chaleur à travers l'alumine ultra-mince. Cela a également d'autres implications surprenantes en dehors de l'électronique, parce que la prochaine génération d'engins spatiaux pour les expéditions au-delà de Mars peut utiliser des carburants en aluminium/alumine si le problème de transfert de chaleur peut être réduit.

Dans un développement séparé, le groupe a également trouvé des preuves claires de l'hydrogène sous forme de groupes H2O et hydroxyle sifflant à la surface de l'alumine, et a rapporté une procédure pour éliminer ces défauts de surface natifs à l'aide d'une procédure de traitement thermique.

"Nous n'avons pas entrepris d'étudier l'hydrogène, " dit le co-auteur principal Jared Cole, "Toutefois, le fait que nous l'ayons observé si clairement peut être tout à fait fortuit. L'hydrogène est une impureté de surface importante dans les circuits supraconducteurs quantiques, et des expériences comme celle-ci sont un moyen utile d'apprendre comment il se comporte, et comment atténuer ses effets.

Normalement, l'hydrogène est presque invisible pour les techniques standard, mais les neutrons se dispersent dix fois plus fortement à partir de l'hydrogène que d'autres éléments parce qu'ils interagissent avec des forces nucléaires plutôt que des interactions électromagnétiques. A des températures ultra basses, l'effet tunnel quantique de l'hydrogène dans des systèmes à deux niveaux est un candidat pour expliquer la source de décohérence dans les principaux schémas d'informatique quantique.

L'étude, "Pic de boson dans des couches d'alumine ultrafines étudié par spectroscopie neutronique, " a été publié dans Examen physique de la recherche .