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革命性的絕緣材料竟也可以導電?這是要鬧哪樣

發布時間:2019-08-08 點擊次數:95次

  《科學》(Science)雜誌11月30日報道,美國威斯康辛大學麥迪遜分校的研究人員領導的國際團隊製造出一種新材料,可以在不改變其原子結構的條件下,從導電金屬轉換為非導電絕緣材料。這種新材料可以為超高速電子器件奠定基礎。材料科學與工程教授張伯倫(音譯)說:“這是一個令人興奮的發現,97电影院找到了一種新的材料性能轉換方法。”

  一般來說,絕緣體和導體是嚴格區分的,例如金屬是導電的,而橡膠或玻璃這樣的絕緣體就完全不允許電流流動。然而,有些材料卻能從絕緣體轉化為電導體。出現這種轉換意味著材料的原子和電子的排列必須協調改變。然而,原子躍遷通常比電子慢得多。張教授解釋道,材料如果能像金屬一樣,在不移動原子的情況下具備導電性,那麽由其製造的設備的切換速度將顯著提高。他說:“金屬到絕緣體的切換對於開關和邏輯器件來說非常重要。現在,97电影院有可能利用這一概念製造快速開關了。”張教授等的研究,對於回答困擾科學家們多年的基本問題“電子和結構轉變能否解耦?”非常重要。

  張教授團隊製造的新材料的主要成分為二氧化釩。二氧化釩受熱時為導電體,在室溫時呈絕緣態——高溫下,組成二氧化釩的原子呈規則排列,科學家稱之為金紅石相;而當二氧化釩冷卻時,其原子排列會轉變為單斜模式。

  當原子處於單斜構象時,天然物質均不導電。而材料達到絕緣體-金屬轉變溫度時,原子的重新排列需要花費時間。在不同溫度下,二氧化釩的金屬-絕緣體轉換取決於其含氧量。研究人員根據這一原理,製造了兩層薄二氧化釩層,其中一層的轉變溫度略低於另一層。兩層頂部相互夾持,中間形成一個尖銳的界麵。當研究人員加熱二氧化釩夾層時出現了令人吃驚的結果:其中一層變成金屬態,另一層保持絕緣單斜相的部分也有導電性了。值得注意的是,這種材料既具有穩定性,還保留了其獨特的特性——在此之前,有許多研究小組也曾試圖製造導電絕緣體,但這些材料幾乎在瞬間就失去了它們的導電-絕緣特性。

  張教授認為,實現導電-絕緣態穩定存在的關鍵在於材料的薄夾層結構。能夠使導電-絕緣態穩定存在才能使材料有應用價值。目前,威斯康辛大學校友研究基金會正在協助研究人員申請專利保護。


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