The solution to a 7-decade mystery is crystal-clear to FSU chemist
http://www.physorg.com/news112018272.html
October 19, 2007
一位佛羅里達州立大學的研究者幫忙解開了一個科學之謎，那困擾化學家將近 70 年之久。在解謎的同時，他團隊的發現很可能導致開發出更強大的電腦記憶體與雷射。
Naresh S. Dalal，FSU Dirac 化學與生物化學教授，最近與三位同事，Jorge Lasave、Sergio Koval 與 Ricardo Migoni（全都來自於阿根廷 Universidad Nacional de Rosario），共同合作來測定為何某些類型的結晶體，即所知的磷酸二氫銨（ammonium dihydrogen phosphate，ADP）會表現出現像它那樣的行為。
"ADP 在 1938 年被發現，" Dalal 說。"它被觀察到有些不尋常的電氣特性，那仍然未被全般了解 -- 而且將近 70 年的時間，科學家對於這些特性茫然不知所措。利用（FSU）SCRI 的超級電腦，我們能夠進行徹底的計算性分析，那頭一遭解釋是什麼讓 ADP 有這些不尋常的特性。"
ADP，如同許多結晶體，會展現出一種電氣現象，稱為鐵電性（ferroelectricity）。鐵電材料可比擬為磁鐵，依每種化合物而定，在低於某種溫度之下，可維持一個帶正電荷與負電荷的電極。
"鐵電材料可在所給定的電荷狀態下持續一段好長的時間 -- 當外來的電源移除後，它們能繼續保持它們的電荷，" Dalal 說。"這使得 ADP 之類的材料很適合用來貯存與傳送資料。"
ADP 通常用於電腦記憶裝置、光纖技術、雷射與其他光電應用。
研究者所發現令人困惑的是，ADP 經常展現出一種十分不同的電相位（electrical phase）-- 即所謂的反鐵電性（antiferroelectricity）。
"由於反鐵電性，結晶體當中的一層分子有一個正極與一個負極，不過在下一層，極性卻顛倒了，" Dalal 說。"你看見整個結晶體當中電荷會一層接著一層的逆轉。"
利用 SCRI 的超級電腦讓 Dalal 及其同事能夠完成許多高度複查的計算，那無法在實驗室環境中複製。例如，他們能夠理論性的改變 ADP 銨離子的角度，然後接著測量會對結晶體的電荷產生哪些影響。這種方法最終讓他們解開了這個長達 70 年的謎團。
"我們發現銨離子在化合物當中的位置，如同結晶體中應力（stresses）與缺陷（defects）的存在一樣，決定它是否表現出鐵電性或反鐵電性，" Dalal 說。
該團隊的研究因二個理由而顯得重要，Dalal 說："首先，這讓我們更進一步了解如何設計出同時具有鐵電性與反鐵電性的新材料。這樣可以替電腦記憶科技開啟一道新的大門 -- 而且說不定能在量子電腦的開發中扮演一種角色。"
"其次，我們的研究開啟了測試材料的新方法，" Dalal 說。"利用超級電腦，我們能夠快速地完成測試，看看材料在不同條件下會如何做出反應。有很多這樣的測試在實驗室當中根本辦不到。"
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