2009年9月14日
为了最终回答一个难以捉摸的科学问题，研究人员用美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)研究表明，应变的选择性放置可以改变相关电子材料中的电子相及其空间排列。欧洲杯足球竞彩这种独特的材料现在备受关注，因为它们可以显欧洲杯足球竞彩示出巨大的磁阻和高温超导等性能，这是高科技行业梦寐以求的。
这些在不同温度下拍摄的多畴氧化钒微丝的光学图像显示了纯绝缘(上)和纯金属(下)相以及由于应变工程而共存的金属/绝缘相(中)。(图片来自Junqiao Wu)
物理学家吴俊桥是伯克利实验室材料科学部和加州大学伯克利分校材料科学与工程系的联合成员，欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球领导了一项研究，证明了相关电子材料的微畴结构的不规则性——一种被称为“相位不均匀性”的现象——可以由外部刺激产生，并可以在亚微米尺度上进行工程设计，以实现所需的特性。欧洲杯足球竞彩
吴说:“通过在单晶氧化钒微纳米线中连续大范围地调节应变，我们能够沿着线设计相不均匀性。”“我们的研究结果阐明了一般相关电子材料中相不均匀性的起源，并为未来器件设计和控制相不均匀性提供了机会。”欧洲杯足球竞彩
Wu是一篇描述这项工作的论文的通讯作者，该论文发表在《自然纳米技术》杂志上，题目是:“应变工程和单晶VO2光束中金属-绝缘体域的一维组织。”与吴共同撰写论文的有曹金波、Elif Ertekin、Varadharajan Srinivasan、Wen Fan、Simon Huang、Haimei Zheng、Joanne Yim、Devesh Khanal、Frank Ogletree和Jeffrey Grossman。
然而在传统材料中，一个电子的运动相对独立于其他任欧洲杯足球竞彩何电子，而在“相关电子材料”中，量子效应使电子能够集体行动，就像在合唱中跳舞的人。这种集体电子行为产生了巨大的磁电阻，磁场的存在使电阻增加了几个数量级，或者高温超导性，这种材料在比传统超导体高得欧洲杯足球竞彩多的温度下失去所有电阻。
经常观察到的空间相不均匀性被认为是相关电子材料的集体电子行为的关键。欧洲杯足球竞彩然而，尽管进行了几十年的研究，这种相位不均匀性是相关电子材料固有的还是由外部刺激引起的，这个问题在很大程度上仍然没有答案。欧洲杯足球竞彩
“这个问题不仅对我们理解相关电子材料背后的物理原理很重要，”Wu说，“它还直接决定了相关电子材料设备应用的空间尺度。”欧洲杯足球竞彩
为了确定相的不均匀性是否由外部效应引起，Wu和他的同事们研究了氧化钒，这是一种典型的相关电子材料，具有金属-非金属过渡的特征，在非金属状态下，其电子不再携带电流。将氧化钒合成成柔韧的单晶微纳米线后，研究小组将其弯曲成不同的曲率，使其承受应变。不同的曲率产生不同的应变，测量了每个应变区域的相变。
“金属-非金属畴结构是由弹性变形、热力学和畴壁能量之间的竞争在这个相干应变系统中决定的，”吴说。“在室温下，大约1.9%的单轴压缩应变能够驱动金属-非金属转变。”
吴说，制造无结构缺陷的氧化钒单晶微纳米线的能力使其有可能施加如此高的应变，而不会造成材料的塑性变形或断裂。氧化钒的大块甚至薄膜样品不能忍受哪怕是1%的应变而不发生位错。
吴说，未来应变工程可能通过将相关电子材料(如氧化钒)与压电材料(一种对电场产生应力或应变的非导电材料)连接来实现。
“通过施加电场，压电材料将应变相关的电子材料，以实现相变，这将给我们所需的功能，”吴说。然而，为了达到这一能力，我们首先需要设计和合成具有良好材料质量的集成结构。”
这项工作部分由伯克利实验室通过其实验室指导研究和发展计划提供支持，部分由国家科学基金会提供资助。欧洲杯线上买球