Forskere knækker materialer mysterium i vanadiumdioxid

(PhysOrg.com) - En systematisk undersøgelse af faseændringer i vanadiumdioxid har løst et mysterium, der har undret forskere i årtier, ifølge forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.

Forskere har vidst, at vanadiumdioxid udviser flere konkurrerende faser, når det fungerer som en isolator ved lavere temperaturer. Imidlertid, den nøjagtige karakter af faseadfærden er ikke blevet forstået, siden forskningen begyndte på vanadiumdioxid i begyndelsen af ​​1960'erne.

Alexander Tselev, en forskningsassistent fra University of Tennessee-Knoxville, der arbejder med ORNL's Center for Nanophase Materials Sciences, i samarbejde med Igor Luk'yanchuk fra University of Picardy i Frankrig brugte en teori om kondenseret stof til at forklare den observerede faseadfærd af vanadiumdioxid, et materiale af betydelig teknologisk interesse for optik og elektronik.

"Vi opdagede, at konkurrencen mellem flere faser udelukkende er drevet af gittersymmetrien, "Tselev sagde." Vi fandt ud af, at vanadiumoxidets metalliske fasegitter kan 'foldes' på forskellige måder under afkøling, så hvad folk observerede var forskellige former for dets foldning. "

Vanadiumdioxid er bedst kendt i materialeverdenen for sin hurtige og pludselige faseovergang, der i det væsentlige omdanner materialet fra et metal til en isolator. Faseændringen finder sted ved omkring 68 grader Celsius.

"Disse egenskaber ved elektrisk ledningsevne gør vanadiumdioxid til en fremragende kandidat til talrige anvendelser inden for optisk, elektroniske og optoelektroniske enheder, "Sagde Tselev.

Enheder, der kan drage fordel af de usædvanlige egenskaber ved VO2, omfatter lasere, bevægelsesdetektorer og trykdetektorer, som kunne drage fordel af den øgede følsomhed, som ejendomsændringerne af vanadiumdioxid giver. Materialet bruges allerede i teknologier såsom infrarøde sensorer.

Forskere sagde, at deres teoretiske arbejde kunne hjælpe med at guide fremtidig eksperimentel forskning i vanadiumdioxid og i sidste ende hjælpe udviklingen af ​​nye teknologier baseret på VO ₂ .

"I fysikken, du vil altid forstå, hvordan materialet tikker, "sagde Sergei Kalinin, en seniorforsker ved CNMS. "Den termodynamiske teori giver dig mulighed for at forudsige, hvordan materialet vil opføre sig under forskellige ydre forhold."

Resultaterne blev offentliggjort i American Chemical Society's Nano bogstaver . Forskerteamet omfattede også Ilia Ivanov, John Budai og Jonathan Tischler på ORNL og Evgheni Strelcov og Andrei Kolmakov ved Southern Illinois University.

Teamets teoretiske forskning udvider tidligere eksperimentelle ORNL -undersøgelser med mikrobølgebilledbehandling, der demonstrerede, hvordan belastning og ændringer af krystalgittersymmetri kan producere tynde ledende ledninger i nanoskala vanadiumdioxidprøver.