具备相反性能的新材料

材料牛注：许多材料在某一时刻只能体现出一种性能，但Wisconsin-Madison大学的研究小组创造出一种能够使完全相反的性能共存的新型材料，这种材料被称为极性金属。

Chang-Beom Eom （领导此项研究的材料科学与工程的教授）与同事们创造出一种与宇宙规律相违背的化合物即科学的矛盾体。以计算机模拟的模型为支撑，研究团队创造出一种具有多种性能的晶体：部分呈现绝缘性，部分金属性。

电子在金属中自由流动从而使材料能够导电。极性材料刚好相反，它阻碍电子的自由运动，一般用作绝缘体。
Eom的团队需要找到一些能够既展现绝缘性能又有导电性能的材料。首先，他们将晶体中极端与金属部分分离开，一些电子在材料中运动从而导电表现出金属特性。其他电子不运动表现非金属特性。

然而，由于此种材料的天然分子结构是对称的，甚至把两种成分分离之后，整个材料就不再显现非金属性。大小相等，方向相反的电子相互抵消。为了克服这项障碍，研究者合成略不规则的原子的物质，从而摆脱内部对称得以使材料显示极性。“在理论支持下进行的初始计算并没有显示非金属性，因此我们通过实验测试了材料，然后通过反馈来改进模型,“Eom说。“我们在理论和实验之间循环，但最重要的是，我们的确创建了材料，证明其极性和金属属性，并且更好的解释出这是如何发生的。”

最终，Eom和他的同事们逐个原子地使“极性”金属生长成薄膜材料。至关重要的是，试验中支持物质晶格的结构会稍微抵消分子组织，于是研究人员将逐渐增长的薄膜和这种支持倾斜的内部安排材料紧紧夹在一起，稳定其内部几何不对称方向从而保持极性。合成和表征这种开先河的材料需要耐心和精度。随着物质一次一层缓慢增长，研究人员能够计算沉积到表面上的每个原子。然后使用多个复杂的光学、电子和结构测量，以确定其属性。

他们的方法是加快发现多功能不寻常属性共存材料的一次尝试，为开发同时具备电气，磁性和光学功能的设备铺平了道路。“这是一个复杂的工作, 没有所有合作成员的理论和实验的贡献已至关重要，这个项目不会成功。“Eom说。

原文参考链接：New material combines useful, typically incompatible properties

感谢材料人网尉谷雨提供素材