Под воздействием давления материал меняет свойства: от проводника к изолятору и обратно.

Новости МирТесен

Исследователи выявили новый материал, демонстрирующий способность изменять свои характеристики: он может функционировать как изолятор или проводник, в зависимости от величины оказываемого давления.

Проводимость электрического тока обусловлена перемещением свободных электронов; именно поэтому металлы обладают высокой проводимостью. В изоляторах электроны удерживаются с гораздо большей прочностью, и для их перемещения требуется энергия, превышающая обычную величину приложенного напряжения. Тем не менее, группа физиков из Рочестерского университета и Университета Невады разработала соединение, демонстрирующее необычные свойства. статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Ашкан Саламат и его соавторы исследовали электропроводность металлических сульфидов, сосредоточившись на дисульфид марганца. При стандартных условиях он представляет собой умеренный изолятор. Однако, при помещении на алмазную «наковальню»При создании значительного давления исследователи обнаружили трансформацию вещества в металлическую форму и резкое снижение его ранее зафиксированного высокого электрического сопротивления. По мере увеличения давления до отметки в 12 гигапаскалей, что эквивалентно приблизительно 12 тысячам атмосфер, величина сопротивления уменьшалась на сотни миллионов единиц.

В то же время, дальнейшее наращивание давления (до 36 гигапаскалей) спровоцировало обратный процесс, и MnS ₂ снова становился изолятором. «Обычно металлы остаются металлами; крайне маловероятно, чтобы их можно было превратить в изоляторы, — говоритПо словам Ранджи Диаса (Ranga Dias), одного из создателей исследования, необычность материала заключается в том, что он демонстрирует переход от изолятора к металлу и обратно к изолятору – явление крайне редкое.

Специалисты продемонстрировали механизм, посредством которого высокое давление приводит к переходу дисульфида марганца в проводящее состояние. В этих условиях отдельные атомы сдвигаются ближе друг к другу, что обеспечивает возможность взаимодействия и спаривания их внешних электронов. В результате формируется зона внутри кристаллической структуры, позволяющая свободно перемещаться электрическим зарядам. Наконец, при дальнейшем увеличении давления решетка становится слишком плотной.

В исследовании отмечается, что фазовые переходы дисульфида марганца происходят при обычной комнатной температуре и относительно небольшом давлении. Обычно для достижения подобных результатов требуются криогенные температуры и значительно более интенсивное сжатие. Для справки: создание давления приблизительно в 500 гигапаскалей позволяет, получить даже металлический водород — форму, в которой он существует в недрах гигантских планет.