چگونه می‌توان فلز را به عایق تبدیل کرد؟
چگونه می‌توان فلز را به عایق تبدیل کرد؟
مجله علمی ایلیاد - تیمی از فیزیکدانان به سرپرستی دانشگاه بریتیش کامبیا، نشان داده‌اند که می‌توان با اعمال نفوذ در رابطه‌ی بین چرخش الکترون‌ها و دوران اوربیتالی آن‌ها به دور هسته، بر روی جریان‌های الکتریکی تاثیر گذاشت. به طور کل همه‌ی مواد را می‌توان بر اساس توانایی الکترون‌های آن‌ها در حرکت و در نتیجه رسانایی الکتریکی آن‌ها به فلزات و عایق‌ها تقسیم‌بندی کرد.
به هر حال، همه‌ی نارساناها به یک شکل ساخته نشده‌اند. در مواد معمولی، تفاوت بین رفتارهای فلزی و رفتارهای عایق‌ها ناشی از تعداد الکترون‌های آزاد موجود در شبکه‌ی آن‌ها است؛ در فلزات این تعداد فرد است و در عایق‌ها این تعداد ذوج است. در مواد پیچیده‌تری که اصطلاحاً «عایق‌های مات» نامیده می‌شوند الکترون‌ها دارای برهمکنش متفاوتی با یکدیگر هستند و تعادل بین آن‌ها تعیین کننده‌ی رسانایی الکتریکی ماده است. در عایق‌های مات، دافعه‌ی الکترواستاتیک از نزدیک شدن الکترون‌ها به یکدیگر جلوگیری می‌کند و به این ترتیب، جریان آزاد الکترون‌ها در آن‌ها محدود می‌شود. تا کنون دو راه برای جلوگیری از این وضعیت شناخته شده است؛ کاهش قدرت برهمکنش دافعه‌ای بین الکترون‌ها و تغییر تعداد الکترون‌ها.
«بریند زوارسنبرگ» از دانشگاه بریتیش کلمبیا و همکارانش، راه سومی برای این موضوع پیشنهاد داده‌اند: «آیا نمی‌توان ماهیت کوانتومی مواد را به نحوی تغییر داد تا به این ترتیب ساخت عایق‌های فلزی ممکن شود؟»
محققین با استفاده از روش طیف‌سنجی تابشی نور، به بررسی عایق مات «Sr2IrO4» پرداخته‌اند و تعداد الکترون‌ها، دافعه‌ی الکترواستاتیک و در نهایت برهمکنش بین چرخش الکترون‌ها با دوران مداری آن‌ها را بررسی کرده‌اند. زوارسنبرگ می‌گوید: «ما دریافتیم که کوپل کردن چرخش الکترون‌ها به مومنتوم زاویه‌ای مداری آن‌ها، باعث می‌شود الکترون‌ها به یکدیگر حساس شوند و جریان آن‌ها درون شبکه کمتر شود. کمتر کردن میزان کوپل‌شدگی ذکر شده، طبیعتاً باعث آزاد شدن جریان الکترون‌ها می‌شود و ما به این ترتیب توانستیم گذار از حالت عایق به حالت فلزی را برای اولین بار به نمایش بگذاریم.»
پروفسور «آندری داماشلی» از دانشگاه بریتیش کلمبیا، می‌گوید: «این نتایج برای فیزیک بنیادی خارق‌العاده هستند و پتانسیل الکترونیک مدرن را افزایش می‌دهند. اگر بتوانیم درک میکروسکوپی خودمان از این فازهای کوانتومی و پدیده‌های الکترونیکی آن‌ها را افزایش دهیم، می‌توانیم مواد کوانتومی جدیدی بسازیم که اتم به اتم آن مهندسی شده باشد و بتواند کاربردهای الکترونیکی، مغناطیسی و همچنین در زمینه‌ی حسگرهای خاص داشته باشد.»
نتایج این مطالعه در مجله‌ی Nature منتشر شده است.