日内瓦大学 超晶格的扫描透射电子显微图像，由5个镍酸钕原子晶胞(蓝色)和5个镍酸钐原子晶胞(黄色)的交替序列组成
荣誉:伯纳德·穆迪特/ EPFL 在一种新的人造材料中发现了一种前所未有的物理效应，这标志着在开发“定制”材料和更节能的电子产品的漫长过程中的一个重要里程碑
今天的硅基电子产品消耗了世界上大量且不断增长的能源
许多研究人员正在探索比硅更复杂的材料的特性，但这些材料显示出对未来电子设备的希望——并且不太耗电
根据这一方法，日内瓦大学的科学家一直与瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)、苏黎士大学、纽约熨斗研究所和列日大学合作
科学家们在由非常薄的镍酸盐层组成的人造材料中发现了一种迄今为止未知的物理现象
这可以用来精确控制材料的一些电子特性，例如从导电状态到绝缘状态的突然转变
它还可以用来开发新的、更节能的设备
你可以在《自然材料》杂志上读到这一技术进步
“镍酸盐以一种特殊的特性而闻名:当它们的温度上升到一定的阈值以上时，它们会突然从绝缘状态转换成导电体的状态，”让-马克·特里斯科尼开始说道，他是美国大学科学学院量子物质物理系的教授
该转变温度根据材料的组成而变化
" 镍酸盐是由氧化镍加上一个属于所谓“稀土”元素的原子(即
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元素周期表中的17种元素)
例如，当稀土是钐时，金属-绝缘体跃迁发生在130℃左右，而如果是钕，阈值下降到-73℃
这种差异可以用这样一个事实来解释，当钐被钕取代时，这种化合物的晶体结构发生了变形——正是这种变形控制了转变温度的值
为了进一步了解这些材料，日内瓦的科学家们研究了由镍酸钐重复层沉积在镍酸钕层上构成的样品，镍酸钐是一种“超级三明治”，所有原子都完美排列
表现得像单一材料 克拉贝尔·多明格斯是量子物质物理系的研究员，也是这篇文章的第一作者，他解释道:“当层很厚的时候，它们会独立行动，每一层都保持自己的转变温度
奇怪的是，当我们细化这些层，直到每一层都不超过8个原子时，整个样品开始表现得像一种单一的材料，在中间转变温度下电导率只有一次大的跳跃
" 由EPFL的电子显微镜进行的非常详细的分析——由美国人和贝尔吉亚的同事进行的复杂的理论发展支持——表明在材料之间的界面上晶体结构的变形的传播只发生在两个或三个原子层中
因此，并不是这种扭曲解释了观察到的现象
实际上，好像最远的层不知何故知道它们非常接近界面，但是没有物理变形
这不是魔法 “这没有什么神奇的，”詹妮弗·福利说，她是量子物质物理系的研究员，也是这篇文章的合著者
“我们的研究表明，在导电区和绝缘区之间保持一个界面，就像我们的样品一样，就能量而言是非常昂贵的
因此，当这两层足够薄时，它们能够采用低得多的能量密集型行为，包括变成单一材料，或者完全金属或者完全绝缘，并且具有共同的转变温度
所有这些都是在晶体结构没有改变的情况下发生的
这种效应或耦合是前所未有的
" 多亏了瑞士国家科学基金会和量子材料控制前沿基金的支持，这一发现成为可能
它提供了一种控制人工电子结构性质的新方法，在这种情况下，这就是日内瓦研究人员在其复合镍酸盐中获得的电导率的跳跃，这代表着开发新电子器件的重要一步
镍酸盐可用于压电晶体管(对压力作出反应)等应用
更一般地说，日内瓦的工作符合“通过设计”生产人造材料的战略
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具有满足特定需求的特性
世界各地的许多研究人员都在走这条路，这条路为未来的节能电子产品带来了希望
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