Оказывается, плутоний обладает магнитными свойствами — то, что учёные давно предполагали, но не могли доказать. Это новое открытие открывает большие перспективы в области материаловедения, энергетики и вычислительной техники.
Плутоний был впервые получен в 1940 году. Его нестабильное ядро позволяет ему расщепляться, что делает его пригодным для использования в ядерном топливе и ядерном оружии. Кроме того, вокруг плутония находится электронное облако, которое также нестабильно. Это делает плутоний самым сложным с точки зрения электронной структуры элементом в периодической таблице.
Традиционные теории успешно объясняют сложные структурные свойства плутония. Однако эти теории также предсказывают, что плутоний должен обладать магнитным порядком. Это резко контрастирует с результатами эксперимента, который не выявил признаков магнитного порядка в плутонии.
В ходе последнего исследования учёные использовали метод рассеяния нейтронов, чтобы впервые напрямую измерить уникальную характеристику флуктуирующего магнетизма плутония. Плутоний не лишён магнетизма. Однако его магнетизм находится в постоянном движении, что делает его практически неуловимым.
«Плутоний находится между двумя крайностями в своей электронной конфигурации, которую мы называем квантовой суперпозицией, — сказал Марк Яношек, один из исследователей, в пресс-релизе. — Представьте себе одну крайность, когда электроны полностью локализованы вокруг иона плутония, что приводит к возникновению магнитного момента. Но затем электроны переходят в другую крайность, когда они становятся делокализованными и больше не связаны с тем же ионом».
Новые открытия дают естественное объяснение сложным свойствам плутония. В частности, они объясняют, почему его объём так сильно зависит от небольших изменений температуры или давления.
Однако полученные результаты не только дают микроскопическое объяснение. Они также позволяют лучше понять сложные функциональные материалы, которые часто характеризуются схожими электронными дихотомиями.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.