格罗宁根大学 接近金属-绝缘体转变的材料在突触器件中具有巨大的潜力
该图显示了氧化钕的电阻率随温度的变化而变化的特性:描述金属状态的指数可以从n= 1逐渐调整 一些金属氧化物，如镍酸盐，具有可调的电阻率，这使得它们成为适应性电子和认知计算的有趣材料
这些材料可以改变其性质，从金属变成绝缘材料
这种金属-绝缘体转变到底是如何发生的，是凝聚态物理中一个非常有趣的话题
然而，即使是镍盐中的金属行为似乎也不寻常
格罗宁根大学的科学家和来自西班牙的同事们现在发现，它并不像以前想象的那么复杂
该研究结果发表在6月11日的《自然通讯》杂志上
在金属中，电子可以自由移动，而在绝缘体中，它们强烈地局限在原子核周围
当金属被加热时，离子的振动(称为声子)散射移动的电子，增加电阻率
相比之下，当电子获得足够的能量被释放并穿过阻止它们运动的能带隙时，加热会在一些绝缘体中产生导电性
奇异的解释 格罗宁根大学功能纳米材料教授、格罗宁根认知系统和材料中心主任比阿特丽斯·诺赫达说:“在镍酸盐等一些氧化物中，会发生从绝缘体到金属的转变，但目前还不清楚这是如何发生的。”
她和她的博士
D
学生郭对镍酸盐感兴趣，因为可以调整它们电阻率
它们可以用于模拟我们大脑中突触工作方式的设备中
“在我们能够做到这一点之前，我们应该了解最简单的状态，金属状态的本质是什么
这意味着理解当电场作用于电子时，电子是如何在材料中运动的
电阻率的线性变化(曲线中代表电阻率随温度变化的指数为1)可以用一个简单的模型来解释，在这个模型中，电子受到离子振动的阻碍
“然而，对于一个不是1的指数，已经提出了更奇特的解释，基于镍电子自旋的波动和当系统接近量子临界点时发生的电子-电子相互作用
" 竭尽全力 然而，在镍酸钕(NdNiO3)薄膜中，诺赫达和她的团队观察到在一些样品中指数为1，而在相同材料的其他样品中则不是
这表明指数不是一个内在属性
诺赫达:“这让我们系统地观察了生长在不同基底上的样品
结果表明，在理想的薄膜中，指数为1，这意味着电阻率是由声子引起的，就像在正常金属中一样
然而，当使用的衬底在薄膜中引起应变时，指数改变
应变导致晶体中的氧空位，并改变离子之间的力，从而改变电子能量
这反过来又会改变材料的电阻率
“我们发现，我们可以控制空位的数量，并随意连续调节电阻率指数，这是一个我们不知道的调节旋钮
因此，了解这些镍酸盐中的金属状态可能不需要奇特的电子-电子相互作用，”诺赫达总结道
突触装置 学习如何控制金属状态和向绝缘体状态的转变将有助于科学家设计基于镍酸盐的电子器件，它可以模拟神经元的工作方式
这是诺赫达和她的团队的最终目标
“我们现在知道，这些镍酸盐比我们以前想象的更类似于普通金属
这意味着，如果我们确保晶体中没有离子空位，它们可以成为很好的导体
以这种方式，向绝缘相的转变带来了电阻的更大变化，导致突触装置具有改善的可塑性
" 在这些实验中，镍酸盐电阻率的变化是由温度的升高引起的
“当你想做一个装置时，这当然不理想
我们的下一步是设计这种材料，这样我们就可以利用电场来调整电阻率，”诺赫达总结道
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