在材料科學領域，極化和極性的概念通常與絕緣體有關。但試想一下，如果我們能將這些特性引入金屬。這可以減少與半導體相關的功率損耗，並延長電子設備所用電池的壽命。迄今為止，儘管學術界在誘導金屬極化和極性方面進行了深入研究，但現有技術仍面臨巨大挑戰。

最近，浦項科技大學（POSTECH）物理系的Daesu Lee 教授、首爾國立大學（SNU）物理和天文系的Tae Won Noh 教授和Wei Peng 博士以及雙吉大學（SSU）物理系的Se Young Park 教授通力合作，取得了突破性進展，發現了一種誘導和控制金屬極化和極性狀態的方法。

這項突破性研究最近發表在《自然-物理》雜誌上。

誘導兩極化的挑戰

顧名思義，金屬中的”自由電子”的運動不會受到限制，因此很難將它們排列在特定的方向上以誘導極化或極性狀態。此外，金屬晶體兩端對稱的結構也為誘導這些電效應帶來了挑戰。

不過，研究團隊採用了柔電場來實現金屬內部的極化和極性狀態。當物體表面發生非均勻變形時，就會產生這種場，從而透過微妙地改變金屬的晶格結構來操縱電荷運動和電氣特性。

(上圖）透過柔電場實現極化金屬態的示意圖(下圖）極化金屬SrRuO3 的原子尺度成像圖源：POSTECH

研究團隊對電子元件和半導體領域廣泛使用的釕酸鍶（SrRuO3）施加外部壓力，產生了柔電場。這種金屬氧化物的特徵是異外延，即不同形狀的氧化鍶和氧化釕晶體沿著同一方向生長，具有中心對稱結構。

撓電場改變了釕酸鍶內部的電子相互作用和晶格結構，成功誘導了金屬內部的極化，導致其電氣和機械性能發生變化，並打破了先前的中心對稱結構。透過對鐵磁性金屬進行柔電極化和控制，研究團隊成功揭開了金屬物質內部極化和極性實現的神秘面紗。

研究的首席研究員、POSTECH 的Daesu Lee 教授強調說：「我們是第一批驗證金屬物質中極性狀態普遍存在的研究人員。我希望這項研究的結果將有助於在半導體和電氣領域製造高效設備。”

編譯自: ScitechDaily