相变在科学研讨中一直是至关重要的，从水到冰或蒸汽的改动便是一个简略比如。关于今日的开创性研讨来说，一个重要的相变是在被称为“相关氧化物”材猜中从金属到绝缘体的相变。科学家们经过研讨相关氧化物(导电很少或没有电阻(类金属))因为温度、压力或其他外场的改动而改动为不导电(绝缘体)时会发作什么，对超导和磁性等现象有了许多见地。美国能源部(DOE)阿贡国家试验室前主任Peter Littlewood和搭档们提出：
迄今为止关于过渡金属氧化物中金属-绝缘体改动的最完好图景。这些相关氧化物招引了科学家，因为它们有许多招引人的电子和磁性。这种金属-绝缘体改动的调和谐操控一直是许多令人兴奋的新物理和很有出路资料使用的来历，例如低功率和超快微电子。曩昔，科学家一般经过添加电子来调整这种金属-绝缘体的改动，新研讨成果现宣布在《天然》期刊上。之前几十年的研讨标明，调整氧化物晶体结构中电子不活泼。
但结构重要的‘植物离子’的巨细对改动温度也有很大影响。但是，形成这种作用的原因还没有正真取得很好的了解。电子上不活泼的植物离子的巨细可以改动发作金属-绝缘体改动温度，从挨近绝对零度到远高于室温的温度。相变温度越高，越挨近室温，资料在实践使用中就越有招引力。本研讨重点是一类重要的过渡金属氧化物：钙钛矿。与氧一同，这些氧化物结合了一个电子活性离子和一个电子非活性植物离子。
后一种离子可以是许多稀土元素或碱土金属中的任何一种。因而，科学家可以在不改动相关化学物质的情况下，挑选相对较小或较大的原子尺度。附图左边显现了钙钛矿型过渡金属氧化物的根本晶体结构。每个单元格(灰色钻石)有八个边，氧原子(红圈)坐落六个顶级，过渡金属(锰或镍)隐藏在中心。绿色圆圈代表植物离子，或者是稀土，或者是碱土金属。要害的发现是确认稀土或碱土金属巨细的影响，更改此元素的巨细会更改引进到八边单元中的歪斜视点，如附图右侧所示。
反过来，添加歪斜视点会导致八边形单元中的各种变形和移动，因为内应力，这些单元或许会拉伸、缩短和旋转。正是这些弹性自由度的动态动摇导致了观察到的热效应，这些热效应发作的温度比单纯根据电子活性离子前期模型中解说的温度要低得多。在上述机制的基础上，研讨小组可以构建一种理论，捕捉由植物离子巨细引起的歪斜角、金属-绝缘体改动温度和钙钛矿晶体结构无序程度之间的联系。理论核算相对简略，在绝对零度到315摄氏度以上的范围内与试验成果符合较好。
重要的是，理论研讨不只适用于一种资料，并且适用于整个类别的资料，并有许多或许的使用，包含一些与阿贡正在进行和方案中研讨项目相关的使用。例如，在新式的下一代微电子研讨范畴，金属-绝缘体改动的改善调和谐操控有望在模仿大脑进程的核算机低功耗和超高速微电子范畴完成严重腾跃。此外，参加阿贡世界级电池项目的科学家或许可以使用这一理论作为创意，为下一代锂离子电池规划更好的正极资料。
博科园｜研讨/来自：阿贡国家试验室
参阅期刊《天然》
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