Den bemærkelsesværdige variation af aktinide-tetrafluorid elektroniske strukturer

Forskere har syntetiseret tetrafluoridpulvere af fire radioaktive grundstoffer - thorium, uran, neptunium, og plutonium. Disse fire elementer er actinider, en række tunge og radioaktive grundstoffer. Tetrafluorid pulvere er simpelthen pulvere med fire fluorid atomer pr atom af actinid. I denne nye undersøgelse, forskere undersøgte magnetfelterne i disse pulvere. Dette afslørede bemærkelsesværdige variationer i de elektroniske strukturer af pulverne, selvom de har næsten identiske krystalstrukturer. Disse undersøgelser afslører overgangen af ​​valenselektroner fra omrejsende til lokaliseret adfærd på tværs af aktinidrækken i det periodiske system; det er, for atomer af lettere elementer i rækken kan elektronerne i den ydre skal deles med naboer, hvorimod for tungere grundstoffer er elektroner begrænset til atomet. Denne forskning giver grundlag for fremtidige studier af elektroniske konfigurationer i andre materialer med lignende krystalstrukturer.

Aktinid-elementer er nøglen til produktion af nukleart brændsel og andre energiteknologier. Forskere har derfor brug for nøjagtige beskrivelser af disse elementers elektroniske strukturer. Dette vil hjælpe forskere med at udvikle fremtidens nukleare brændstoffer, superledere, og andre materialer. Denne undersøgelse præsenterer en ny måde at kortlægge den karakteristiske udvikling af elektronisk struktur i aktinid-elementer. Fremtidige undersøgelser vil søge teoretiske beskrivelser, der relaterer de eksperimentelle observationer til underliggende strukturer.

Aktinid-elementer som uran og plutonium spiller en førende rolle i energi- og forsvarsteknologier. Imidlertid, de videnskabelige fremskridt, der er nødvendige for at realisere det fulde potentiale af disse teknologier, står over for komplekse teoretiske spørgsmål i analysen af ​​tunge elementer. Brugen af ​​disse avancerede teknologier står også over for praktiske vanskeligheder på grund af de særlige foranstaltninger, der kræves for at håndtere radioaktivitetsfaren. I dette studie, forskere syntetiserede en række radioaktive actinide-tetrafluorid-pulvere. Disse grundstoffer (thorium, uran, neptunium, og plutonium) slår bro over den tunge og lette ende af aktinidrækken i det periodiske system og viser identiske krystalstrukturer for tetrafluoridformen. Forskere undersøgte derefter aktinide-tetrafluorid-elektroniske strukturer ved at kortlægge de lokale felter ved hjælp af nuklear magnetisk resonans (NMR) spektroskopi. Spektroskopiske eksperimenter blev udført i Radiochemical Processing Laboratory Radiological Nuclear Magnetic Resonance Facility, som rummer instrumentering tilpasset til analyse af radioaktive prøver, inklusive to NMR-spektrometre og et bredbåndsnuklear quadrupol resonansspektrometer. Dette arbejde kan bruges som en guide til fremtidige elektronkorrelationsstudier af f-blokelementer.