ORNL科学家破解了二氧化钒中的材料之谜

田纳西州OAK RIDGE,2010年11月23日—能源部研究人员称,对二氧化钒相变的系统研究解决了一个困扰数十年来科学家的谜团’的橡树岭国家实验室。

科学家们知道,二氧化钒在较低温度下充当绝缘体时会表现出几个竞争相。然而,自从1960年代初期开始研究二氧化钒以来,至今还没有弄清相行为的确切性质。

田纳西州诺克斯维尔大学的研究助理Alexander Tselev与ORNL合作’的纳米相材料科学中心与Igor Luk合作’来自法国皮卡第大学的yanchuk使用凝聚态物理理论来解释二氧化钒的观察到的相态行为,二氧化钒是光学和电子学具有重大技术意义的材料。

“我们发现几个相位之间的竞争完全是由晶格对称性驱动的,” Tselev said. “我们发现钒氧化物的金属相晶格可以‘fold’ in different ways while cooling, so what people observed was different types of its 折ing.”

二氧化钒因其迅速而突然的相变而在材料领域广为人知,该相变实质上将材料从金属转变为绝缘体。相变发生在大约摄氏68度。

“电导率的这些特性使二氧化钒成为光学,电子和光电设备中众多应用的极佳候选者,” Tselev said.

可能会利用VO2异常特性的设备包括激光器,运动检测器和压力检测器,它们可能会受益于二氧化钒的特性变化所带来的更高的灵敏度。该材料已经用于红外传感器等技术中。

研究人员说,他们的理论工作可以帮助指导未来对二氧化钒的实验研究,并最终帮助开发基于VO2的新技术。

“在物理学中,您始终想了解材料的变化规律,”CNMS的资深科学家谢尔盖·卡林宁(Sergei Kalinin)说。“热力学理论将使您能够预测材料在不同外部条件下的行为。”

结果发表在美国化学学会上’的纳米字母。研究团队还包括ORNL的Ilia Ivanov,John Budai和Jonathan Tischler,以及南伊利诺伊大学的Evgheni Strelcov和Andrei Kolmakov。

团队’s的理论研究扩展了先前用微波成像进行的ORNL实验研究,该研究表明应变和晶格对称性变化如何在纳米级二氧化钒样品中产生细导线。

这项研究得到了能源部的部分支持’的科学办公室和美国国家科学基金会。研究人员还分别使用了由科学支持的纳米相材料科学中心办公室的仪器和位于橡树岭和阿贡国家实验室的先进光子源用户设施。

CNMS是五个DOE纳米级科学研究中心之一,是DOE科学办公室支持的纳米级跨学科研究的主要国家级用户设施。 NSRC共同构成了一套补充设施,为研究人员提供了制造,加工,表征和建模纳米级材料的最先进能力,并构成了国家纳米技术计划的最大基础设施投资。 NSRC位于美国能源部’的Argonne,Brookhaven,Lawrence Berkeley,Oak Ridge和Sandia和Los Alamos国家实验室。有关DOE NSRC的更多信息,请访问 http://nano.energy.gov.

ORNL由UT-Battelle负责能源部’s Office of Science.

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