磁性只能驱动金属绝缘体过渡

像所有金属一样，银，铜和黄金都是指挥。电子流过它们，携带热量和电力。虽然黄金在任何条件下都是好的导体，但某些材料只有在温度足够高的情况下才具有像金属导体一样的表现。欧洲杯足球竞彩在低温下，它们的作用像绝缘子，在携带电力方面做得很好。

换句话说，这些不寻常的材料从像黄金的一块一样到作用，就像一块欧洲杯足球竞彩木头一样，随着温度的降低。物理学家已经开发出理论来解释这种所谓的金属 - 绝缘体过渡，但是过渡背后的机制并不总是很清楚。

“在某些情况下，预测材料是金属还是绝缘体并不容易，”冲绳科学技术研究生大学的加州理工学院访问助理Yejun Feng解释说。欧洲杯线上买球“无论如何，金属总是好的导体，但是由于不太了解的原因，其他一些所谓的明显金属是绝缘子。”冯对这个问题感到困惑至少五年了。他的团队中的其他人，例如田纳西大学的合作者戴维·曼德鲁斯（David Mandrus），已经考虑了这个问题已有二十多年了。

现在，Feng及其同事的一项新研究，发表在自然通讯，提供了70年前物理学家约翰·斯莱特（John Slater）提出的金属绝缘体过渡理论的最干净的实验证明。根据该理论，当材料中所谓的电子的“旋转”以有序的方式组织起来时，磁性只能驱动金属 - 绝缘体过渡。在以前的其他实验中，基于其电荷的材料或电子相互作用的晶格结构的变化被视为负责。

“这是一个可以追溯到1951年引入的理论的问题，但是直到现在，很难找到一个实验系统，该系统实际上证明了自旋旋转相互作用是由于混杂因素，并且是驱动力的。“加州理工学院物理学教授托马斯·罗森鲍姆（Thomas Rosenbaum）解释说，他也是该研究所主席，Sonja和William Davidow总统主席。

“斯莱特（Slater）提出，随着温度降低，有序的磁态将防止电子流过材料，”Rosenbaum解释了。“尽管他的想法在理论上是合理的，但事实证明，对于绝大多数材料而言，电子在电子方式上相互作用的方式比磁相互作用具有更强的效果，这使证明Slater机制具有挑战性。”欧洲杯足球竞彩

这项研究将有助于回答有关不同材料的行为方式的基本问题，并且还可能在技术领域中应用，例如，电子旋转将构成电气设备的基础，而不是电子电荷的基础欧洲杯足球竞彩现在。“关于金属和绝缘体的基本问题将与即将到来的技术革命有关，”冯说。

互动的邻居

通常，当某物是好的导体（例如金属）时，电子可以在很大程度上不受阻碍地拉链。相反，使用绝缘子，电子被卡住了，无法自由旅行。冯解释说，这种情况与人们的社区相媲美。如果您认为材料是社区和电子作为家欧洲杯足球竞彩庭成员，那么“绝缘子是与不希望邻居参观的人的社区，因为这会让他们感到不舒服。”但是，导电金属代表“像大学宿舍一样，紧密联系的社区，邻居在那里自由和频繁地拜访彼此，”他说。

同样，冯利用这个隐喻来解释当某些金属变成温度下降时会发生什么。“这就像冬季，在那个人或电子的人中 - 放在家里，不要外出互动。”

在1940年代，尼维尔·弗朗西斯·莫特爵士（Nevill Francis Mott）爵士发现了一些金属如何成为绝缘子。他的理论获得了1977年诺贝尔物理学奖，描述了如何“当电子密度以某种方便的方式将原子分开时，某些金属可以变成绝缘体，”根据诺贝尔奖新闻稿。在这种情况下，电子之间的排斥在过渡后面。

1951年，斯莱特（Slater）提出了一种基于自旋旋转相互作用的替代机制，但是这个想法很难在实验上证明，因为金属 - 绝缘体过渡的其他过程（包括莫特（Mott））的其他过程可以淹没Slater机制，使其难以分离。

真实材料的挑战欧洲杯足球竞彩

在新研究中，研究人员终于能够实验地证明了自1974年以来一直研究的化合物，称为pyrochlore氧化物或CD₂操作系统₂o₇。该化合物不受其他金属 - 绝缘体过渡机制的影响。然而，在这种材料中，slater机制被不可预见的实验挑战所掩盖，即将材料分为部分的“域壁”的存在。

“域墙就像社区之间的高速公路或更大的道路一样，”冯说。在Pyrochlore氧化物中，即使材料的大部分是绝缘的，域壁都是导电的。尽管域墙最初是一个实验性的挑战，但事实证明，它们对于团队开发了一种新的测量程序和技术来证明Slater机制至关重要。

“以前证明Slater金属绝缘体过渡理论的努力并没有说明域壁掩盖了磁性驱动的效应的事实，”约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的合着者Yishu Wang（18 '18博士）说，自从她在加州理工学院（Caltech）的研究生工作以来，他一直从事这项研究。“通过将域壁与绝缘材料的大部分隔离，我们能够对Slater机制有了更完整的了解。”欧洲杯足球竞彩Wang之前曾与MIT的Caltech的客座教授Patrick Lee合作，使用对称参数对导电域壁进行基本理解，这些论点描述了材料中的电子以及是否对磁场方向上的变化做出反应。欧洲杯足球竞彩

“通过挑战传统的假设，即通过基本的对称性参数在磁性材料中如何进行电导率测量，我们开发了新的工具来探测自旋设备，其中许多依赖于跨域壁的运输，”欧洲杯足球竞彩罗森鲍姆说。

“我们开发了一种方法来使域壁影响分开，只有这样，Slater机制才能揭示出来，”冯说。“这有点像发现粗糙的钻石。”

纸，标题为“由自旋相关性驱动的连续金属 - 绝缘体过渡”，”由冲绳研究所资助，日本政府内阁办公室的补贴资金；国家科学基金会；欧洲杯线上买球空军科学研究办公室；和美国能源部。其他作者包括加州理工学院的Daniel M. Silevitch和冲绳科学技术学院的Scott E. Cooper。欧洲杯线上买球曼德鲁斯（Mandrus）也隶属于橡树岭国家实验室。

来源：https://www.caltech.edu/