革命性的绝缘材料竟也可以导电?这是要闹哪样
发布时间:2019-08-08 点击次数:256次《科学》(Science)杂志11月30日报道,美国威斯康辛大学麦迪逊分校的研究人员领〗导的国际团队制造出一种新材料,可以在不改变其原子结构的条件下,从导电金属转换为非导电绝缘材料。这种新材料可以为超高速电子器ω 件奠定基础。材料科学与工程教授张伯伦(音译)说:“这是一个令人兴奋的※发现,我们找到了一种新的材料性能转换方法。”
一般来说,绝缘体和导体↙是严格区分的,例如金属是【导电的,而橡胶」或玻璃这样的绝缘体就完全不允许电流流动。然而,有些㊣ 材料却能从绝缘体转化为电导体。出现这种转换意味着材料的原子和电子的排列必须协调¤改变。然而,原子跃迁通常比电子△慢得多。张教授解释道,材料↙如果能像金属一样,在不移动原子的情况下具备导电性,那么由其制造的设备的切换速度将显著提高。他说:“金属到绝缘体◆的切换对于开关和逻辑器件来说非常重要。现在,我∴们有可能利用这一概念制造快速开关了。”张教授等的研究,对于回答困扰科学家们多年的基本问题“电卐子和结构转变能否解耦?”非常重要。
张教授团队制造的新材料的主要成分为二氧化钒。二氧化钒受热时为导电体,在室温时呈绝缘态——高温下,组成二氧化钒的原子呈规则排列,科学家〖称之为金红石相;而当二氧化钒冷却时,其原子排列会转变为单斜模式。
当原子】处于单斜构象时,天然物质均不导电。而材料达到绝缘○体-金属转变温度时,原子的重新排列需要花费时间。在不同温度〗下,二氧化钒◥的金属-绝缘体转换取◤决于其含氧量。研究人员根据这一原理,制造了◣两层薄二氧化钒层,其中一层的转变温度略低于另一层。两层顶部相互夹持,中间形成一个尖锐的界面。当研究人员加热二氧化钒№夹层时出现了卐令人吃惊的结果:其中一层变成金属态,另一层保持绝缘单斜相的◎部分也有导电性了。值得注意的是,这种材料¤既具有稳定性,还保留了其独特的特性——在此之前,有许多研究小组也曾试图制造导电绝缘体,但这♀些材料几乎在瞬间就失去了它们的导电-绝缘特性。
张▃教授认为,实现导电-绝缘♀态稳定存在的关键在于材料的薄夹层结构。能够使导∮电-绝缘态稳定存在才能使材料有应用价值。目前,威斯康辛大学校友研究基金会正在协助研究人员申请专利保护。