• Yulia Mi

Новый революционный материал-изолятор может проводить электричество

Кто: Висконсинский университет в Мадисоне

Где: Мадисон, США

Где опубликовано: журнал Science


Исследователи создали новый материал, способный менять свою проводимость без изменения атомной структуры. Новый материал может стать основой для сверхбыстрых электронных приборов.


Металлы, такие как медь или серебро например, хорошо проводят электричество, тогда как изоляторы, такие как резина или стекло не проводят электрический ток. Некоторые вещества, однако, могут трансформироваться из изолятора в проводник. Такое преобразование обычно означает, что расположение атомов внутри материала и его проводящих электронов должно измениться определенным способом, но процесс преобразования атомной структуры обычно гораздо более медленный по сравнению с перемещением маленьких, легких электронов, проводящих электричество. Материал, способный «включить» проводимость без перемещения атомов внутри себя, мог бы существенным образом повысить скорость электронных приборов.


В своем исследовании профессор материаловедения и машиностроения Чанг-Беом Ом (Chang-Beom Eom) и его коллеги ответили на фундаментальный вопрос, волнующий ученых уже несколько лет: Можно ли «отделить» перераспределение электронов от перераспределения атомов, что по существу означает, могут ли электроны перераспределиться самостоятельно без атомов?


Автор фото: Sam Million-Weaver

Ученые использовали диоксид ванадия, который ведет себя как металл при нагревании и как диэлектрик при комнатной температуре. Ни одно вещество не может проводить электричество, когда его атомы в моноклинической конфигурации. Именно в такой конфигурации находятся атомы диоксида ванадия при комнатной температуре. При нагревании до температуры перехода изолятор-проводник атомы перегруппировываются, что занимает некоторое время.


Существенным оказалось то, что температура преобразования из металла в диэлектрик и обратно у диоксида ванадия зависит от количества кислорода в веществе. Исследователи использовали этот факт, создав «бутерброд» из двух тонких слоев диоксида ванадия с различной температурой перехода металл-диэлектрик.


При нагреве этой структуры один слой из «бутерброда» уже становился проводящим, тогда как атомы другого оставались в моноклинической конфигурации. Удивительно, но часть второго материала проводила электричество. И что более важно, материал оставался стабильным и сохранял свои уникальные характеристики.


Ранее ученым уже удавалось получить проводящие диэлектрики, но такие материалы теряли свои свойства мгновенно – всего-навсего за фемтосекунду.


Материал, полученный профессором и его коллегами, стабилен и устойчив, и ученые намерены использовать его в реальных приборах, как новый электронный переключатель. А пока исследователи обратились в патентный фонд, чтобы запатентовать свое изобретение.


#диэлектрик #проводник #изолятор #моноклинический #диоксидванадия


Ссылка на статью: http://science.sciencemag.org/content/362/6418/1037

Подписаться на новости SCDAILY