現在、エネルギー省のSLACナショナルアクセラレータ研究所とスタンフォード大学の研究者チームは、この移行中に二酸化バナジウムの原子構造を調査するために強力なX線散乱技術を使用しています。 Nature Materialsに掲載された彼らの発見は、材料の原子が状態を切り替えたときにどのように再配置され、科学者が特定の用途向けに同様の特性を持つ材料を設計するのに役立つかについての新しい理解を明らかにします。
「二酸化バナジウムは、アプリケーションの可能性があるためエキサイティングな素材ですが、その行動はパズルでした」と、研究を主導したSLACスタッフの科学者ジュリア・マンシーニは言いました。 「私たちは、それが金属から絶縁体に切り替える理由と、その変化の背後にある原子メカニズムが何であるかを理解したかったのです。」
特定の温度を上に加熱すると、二酸化バナジウムは構造変換を受け、その結晶格子の原子が突然再配置されます。この変更により、材料が金属特性を失い、絶縁体になります。つまり、電力を適切に伝達しなくなります。
研究者は、非常に強いX線パルスを生成するフリーエレクトロンレーザーであるSLACのLINACコヒーレント光源（LCLS）を使用して、この移行を受けるときに二酸化バナジウムの原子構造を研究しました。これらのパルスを材料のサンプルに発射することにより、前例のない詳細で原子位置のスナップショットをキャプチャできます。
彼らの結果は、再編成には、結晶格子の構成要素であるバナジウム酸素オクタヘドラの傾きに微妙な変化が含まれることを示しました。この小さな調整により、材料の電子特性が変化し、金属から絶縁体への切り替えにつながります。
「驚いたことに、私たちは材料の移行に新しい中間段階を観察しました」と、スタンフォードのポスドク研究者であるYixi Xu首相は述べました。 「この段階は、基礎となる物理学を理解する上で重要な要素である可能性があり、技術的アプリケーションに同様の可逆的変換を示す材料の設計に役立つ可能性があります。」
研究チームは、この中間相をさらに調査し、電子機器の将来の材料でどのように制御および使用できるかを調査する予定です。
この研究は、DOEの科学局、SLACのLCLS施設、および国立科学財団によって資金提供されました。
