一种新型化合物,可在室温下受控切换导体与绝缘体

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。

新论文发布在《物理评论快报》(Physical Review Letters)期刊。

(首图来源:罗彻斯特大学)

发表评论