一種新型化合物,可在室溫下受控切換導體與絕緣體

作者 | 發布日期 2021 年 08 月 03 日 13:12 | 分類 材料 Telegram share ! follow us in feedly


金屬導體與絕緣體本來是站在天秤兩端的材料,然而研究人員現在發現一種錳和硫化物的化合物,只要改變壓力就能在室溫下自由切換導體與絕緣體身分。

材料的導電性能取決於電子通過它的難易程度,導體、半導體和絕緣體的差別在於能隙,導體幾乎沒有能隙,絕緣體能隙高得令人生畏,半導體則介於兩者之間。

而羅徹斯特大學機械工程學家 Ranga Dias 團隊在尋找硫化物與其他材料的搭配時,發現錳和硫化物的化合物 MnS2 存在一種新型電荷轉移機制。剛開始 MnS2 是軟絕緣體,但隨著研究人員施加壓力,MnS2 會轉變為可導電的金屬狀態,奇怪的是隨著壓力進一步增加,MnS2 又會在某個臨界點再次變回絕緣體,這種情況非常罕見。

團隊於是開始檢查該過程中材料內部發生了什麼事,發現在絕緣體狀態時,MnS2 中的電子主要處於未配對的「高自旋」軌道,某種程度上導致電子積極反彈,進一步使得材料電阻更高。但當施加壓力後,電子相互靠近開始成對連接,隨著壓力從 3 GPa 增加到 10 GPa,電阻急劇下降了 8 個數量級。

雖然實驗中的材料僅單個噴墨顆粒大,但和其他超導材料相比,MnS2 的過渡條件相對簡單,可以在 27℃ 室溫與 3~10GPa 壓力下進行,團隊認為新材料或許能應用在快閃記憶體或固態硬碟中。

新論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)期刊。

(首圖來源:羅徹斯特大學

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