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压力诱导材料的金属绝缘体金属状态的转变

来源: 作者: 2019-11-20 23:25:34

最近发现,某些种类的金属在一定的压力下会转变为绝缘体,压力继续改变,其又恢复金属态,这些转变的发生是由材料基本结构内部的电子位置决定的。其对于寻找新能源材料有一定的影响。

锂在一定的压力下,不寻常绝缘态的局部电子视图

金属是一类能够传导电流的物质,而其它不能传导电流的材料则被称为绝缘体。在低温下,所有的材料都可归类为绝缘体或金属。

通过改变周围的条件,特别是通过把它们放置在一定的压力下,绝缘体可以转变为金属。长久以来,人们相信,一旦材料在压力下转变为金属,随着压力的增加它会永远保持下去。而这种想法可以追溯到上世纪初期几十年量子力学诞生的时候。

但最近发现,某些种类的金属在一定的压力下会转变为绝缘体--这是一个以前认为不可能的重大发现。

例如,在790000倍的正常大气压(80千兆帕)下,锂从金属导体变为半导体,然后在大约120万倍常压(120千兆帕斯卡)下,其再次完全变成金属。在大约180万次正常大气压(180千兆帕)下钠转变为绝缘状态。而据估计,钙和镍在恢复到金属态之前具有类似的绝缘状态。

赫姆利和诺莫夫想弄清楚这些意想不到的金属 - 绝缘体 - 金属这一过渡的统一物理结构。

“我们发展的理论,有助于我们预测,金属在何种压力下会变成绝缘体,以及在何种状态下,绝缘体会再次转变为金属。”纳乌莫夫说。

这些转变的发生是由材料基本结构内部的电子位置决定的。通常绝缘体变为金属是由于材料中原子间距的减小。赫姆利和诺莫夫证明,一个金属要转变为绝缘体,这些减小的空间重叠必须组成以前未识别的特定类型的不对称结构。在这些条件下,电子集中在原子之间不自由流动,正如它们在金属中一样。

“这又一次证明了极端压力是一个重要的手段,它可以在基础水平上推进我们进一步了解材料性能的原则。这项工作有助于我们寻找新能源材料。”赫姆利说。

本文由材料人网编辑部华东组编辑整理

素材:赵慧杰 翻译:王冰 校对:叶虎 审核:李团伟

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