磁应力被证明是金属绝缘体转变背后的驱动力

　　科学家已经破解了某些材料在温度、压力、电场等外部刺激下表现出的特殊金属-绝缘体转变背后的奥秘，为设计功能材料和传感器、致动器等设备铺平了道路。

　　材料主要以两种基本电子状态之一存在:金属态或绝缘态。然而，某些材料在温度、压力、电场等外部刺激下表现出在这两种状态之间转换的非凡能力。自从1939年在磁铁矿中首次发现这种现象以来，金属-绝缘体相(MIT)之间的转变一直吸引着一代又一代的科学家和工程师。他们对这一领域的探索为各种设备提供了关键的科学见解和应用，同时也带来了工业应用中可以表现出金属-绝缘体相变的新材料的必要性。

　　氮化铬(CrN)是这种材料的一个例子，其中金属-绝缘体的转变预计是由各向异性磁应力引起的非常规力引起的。然而，在近二十年的时间里，即使是理论预测，这种机制也没有得到实验的证实。

　　贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心(JNCASR)是科技部(DST)的一个独立研究所，该中心的一个研究小组通过实验证明，由原子自旋的特殊排列产生的磁应力同时驱动了结构、磁性和金属-绝缘体的转变。

　　由Bivas Saha教授领导的研究小组通过实验证明了磁应力的存在是CrN中金属-绝缘体转变背后的驱动力，并阐明了其操纵途径。

　　CrN内部的磁应力是由两种不同的磁顺序沿着相互垂直的方向相互作用产生的，这与两个相邻的Cr原子之间的磁交换相互作用直接相关。该团队采用了一种技术，包括改变CrN超薄膜内的平衡原子间距，以微调磁交换相互作用(外延应变工程)。

　　当受到压缩应变时，磁应力增加，导致与体值相比，在高温下金属-绝缘体转变。相反，当薄膜处于拉伸应力下时，磁应力减小，促使金属-绝缘体在明显低于体值的温度下转变。

　　结构的对称性也从高温时的岩盐型转变为低温时的正交型。他们的观察结果发表在《物理学》杂志上。Rev. Lett肯定了磁应力在CrN金属-绝缘子转变中的关键作用。

　　“我们认为这是金属-绝缘体过渡领域的一个范式转变，将磁应力作为一种新的驱动力引入到库仑排斥和局部化效应等已建立的驱动力中。此外，我们预计这一发现将通过识别具有较大磁应力的新材料，扩大研究金属-绝缘体转变现象的范围，”JNCASR国际材料科学中心副教授Bivas Saha教授解释说。

　　来自澳大利亚悉尼大学Thiruvananthapuram研究所、德国德国电子同步加速器(DESY)和英国剑桥大学的科学家也参与了这项工作。

　　金属-绝缘体相变的新机制可以更好地理解自旋、电荷和晶格自由度如何在材料中耦合，也将导致新型材料表现出金属-绝缘体相变。

　　(由PIB提供资料)