金属导体与绝缘体本来是站在天秤两端的材料,然而研究人员现在发现一种锰和硫化物的化合物,只要改变压力就能在室温下自由切换导体与绝缘体身份。
材料的导电性能取决于电子通过它的难易程度,导体、半导体和绝缘体的差别在于能隙,导体几乎没有能隙,绝缘体能隙高得令人生畏,半导体则介于两者之间。
而罗彻斯特大学机械工程学家 Ranga Dias 团队在寻找硫化物与其他材料的搭配时,发现锰和硫化物的化合物 MnS2 存在一种新型电荷转移机制。刚开始 MnS2 是软绝缘体,但随着研究人员施加压力,MnS2 会转变为可导电的金属状态,奇怪的是随着压力进一步增加,MnS2 又会在某个临界点再次变回绝缘体,这种情况非常罕见。
团队于是开始检查该过程中材料内部发生了什么事,发现在绝缘体状态时,MnS2 中的电子主要处于未配对的“高自旋”轨道,某种程度上导致电子积极反弹,进一步使得材料电阻更高。但当施加压力后,电子相互靠近开始成对连接,随着压力从 3 GPa 增加到 10 GPa,电阻急剧下降了 8 个数量级。
虽然实验中的材料仅单个喷墨颗粒大,但和其他超导材料相比,MnS2 的过渡条件相对简单,可以在 27℃ 室温与 3~10GPa 压力下进行,团队认为新材料或许能应用在闪存或固态硬盘中。
新论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)期刊。
- Weird compound jumps from conductor to insulator and back under pressure
- Under pressure, ‘squishy’ compound reacts in remarkable ways
(首图来源:罗彻斯特大学)