磁鐵礦的導(dǎo)電性

磁鐵礦在零下150度時(shí)導(dǎo)電性急劇下降從金屬變成絕緣體磁鐵礦Fe3O4是最著名的磁性鐵礦石是磁石的來(lái)源同時(shí)還具有作為電子器件中高溫電阻的潛力大阪大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究發(fā)表在《納米快報(bào)》上由磁鐵礦制成的超薄納米線揭示了這種礦物有趣的特性當(dāng)磁鐵礦冷卻到120 K- 150°C左右時(shí)它突然從立方轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本w結(jié)構(gòu)同時(shí)磁鐵礦導(dǎo)電性急劇下降從金屬變成絕緣體

這種獨(dú)特的費(fèi)耳威相變（Verwey transition）可用于電子設(shè)備的切換其確切溫度取決于樣品的性質(zhì)比如顆粒大小和顆粒形狀磁鐵礦可以制成薄膜但在一定厚度約100納米以下Verwey躍遷減弱需要更低的溫度因此對(duì)于納米尺度的電子學(xué)來(lái)說(shuō)保存磁鐵礦這一關(guān)鍵特性是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)科學(xué)家研究使用了一種原始技術(shù)來(lái)生產(chǎn)只有10納米長(zhǎng)度的磁鐵礦納米線這種納米線具有精細(xì)的蠕變行為正如研究合著者Rupali Rakshit所述我們使用激光脈沖將磁鐵礦沉積到MgO模板上

然后把這些沉積物蝕刻成金屬絲的形狀在兩邊都接上金電極這樣就可以測(cè)量納米線的電導(dǎo)率當(dāng)納米線被冷卻到110 K- 160℃左右時(shí)它們的電阻急劇增加符合典型的Verwey行為為了進(jìn)行比較研究小組還制作了一種表面面積為毫米的Fe3O4薄膜它的Verwey轉(zhuǎn)變不僅較弱而且需要溫度降到100 K納米線明顯沒(méi)有晶體缺陷特別是與薄膜不同的是它們沒(méi)有被反相疇所困擾在反相疇中原子圖樣會(huì)突然反轉(zhuǎn)這些疇的邊界阻礙了金屬相中的導(dǎo)電在絕緣體階段它們阻止電阻率的出現(xiàn)所以它們使Verwey躍遷變平

納米線是如此的原始以至于研究小組可以以前所未有的精確度直接研究Verwey躍遷起源認(rèn)為120k以下磁鐵礦絕緣性能是由于低溫晶體中的三聚體重復(fù)結(jié)構(gòu)所致研究人員估計(jì)了三分子的特征長(zhǎng)度尺度與之前的研究結(jié)果非常接近費(fèi)耳威相變?cè)谀茉崔D(zhuǎn)換電子和自旋電子學(xué)方面有許多潛在用途如果能通過(guò)控制缺陷的數(shù)量來(lái)微調(diào)過(guò)渡就能設(shè)想生產(chǎn)非常低能耗但支持綠色技術(shù)的先進(jìn)設(shè)備其研究成果發(fā)表在《納米快報(bào)》上