微调外来材料电磁特性的新方法

将脆性氧化物变成柔性膜，并在微型设备上拉伸，将其从导电状态翻转为绝缘状态，并改变了其磁性能。该技术可用于研究和设计用于传感器和检测器等各种材料。

改变材料特性的一种方法是将其拉伸一点点，这样它的原子就更远了，但它们之间的键不会断裂。这种额外的距离会影响电子的行为，例如，电子的行为将决定材料是绝缘体还是导电体。

但是对于一类重要的复杂氧化物材料，拉伸效果并不理想。它们像陶瓷咖啡杯一样易碎，并且会破裂。

能源部的SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的科学家现在已经找到了解决这种问题的方法，这种方法被称为LCMO的复杂氧化物。他们用通常易碎的材料制成了一种超薄而柔软的膜，用微操纵器在一个很小的仪器上将其拉伸，然后粘在适当的位置以保持拉伸。

通过施加温和的热量使胶水融化，它们可以一次又一次地释放并拉伸相同的透明膜，并观察其从绝缘体变成导体然后再返回。拉伸也改变了它的磁性。

SLAC和斯坦福大学的教授，斯坦福大学材料与能源科学研究所（SIMES）的研究员Harold Hwang说：“我们真的可以将这些事情急剧地拉伸和拉紧，达到8％。”研究团队于2020年4月3日在《科学
》杂志上报告了其发现。

为了了解应变如何影响脆性氧化物材料的电子性能，SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员将其转变为超薄而柔软的膜，使用微操纵器将其拉伸到一个很小的设备上并粘贴在适当的位置以保存伸展。拉伸将材料从电导体翻转到绝缘体，并改变了其磁性能。该技术可用于研究和设计用于传感器和检测器等各种材料。

LCMO或镧钙锰氧化物是一种量子材料，因为它的电子表现出非常规且通常令人惊讶的方式。科学家希望能够控制和微调新一代电子产品的这种行为，并将其应用于电力传输，运输，计算，传感器和检测器中。

量子材料的薄膜通常生长在另一种材料的表面上。四年前，Hwang的小组报告了一种简单的方法来分离这些微妙的层，以便可以用新的方式对其进行研究。

从事这项研究的研究人员之一Seung Sae Hong也领导了这项研究。他使用这种新方法来创建和释放比以往任何时候都更薄（不到20纳米）的LCMO小片。它们几乎是透明的，并且具有惊人的灵活性。

直接拉伸如此小的，易碎的废料将很困难，但Hong却通过将其放在薄的聚合物薄膜上（类似于杂货店的塑料袋）解决了这个问题，在这种情况下，它会自行卡住。

然后，他将聚合物薄膜的四个侧面分别夹紧，并使用微操纵器将其拉伸和拉伸-有时在一个方向上，有时一次在两个方向上拉伸。一旦拉伸了LCMO，就可以将其聚合物背衬粘合到另一个表面上，并带到另一个仪器上进行X射线检查。

来自SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员通过将通常易碎的氧化物生长在涂有可溶于水的化合物的表面上，制成了一种超薄而柔软的膜。当涂层溶解时，膜（深红色）自由漂浮。拉伸该膜可以发现应变如何影响材料的电子性能。

“实验非常乏味且困难，”洪说，他现在是加州大学戴维斯分校的助理教授。“我们会看一下胶片，将其加热以软化胶水并放松拉伸，以其他方式操纵它，将其冻结在适当的位置，然后再次查看。”

研究人员能够直接测量原子之间的间距，并确认其随着拉伸而增加。他们还测量了LMCO的电阻，发现拉伸将其从易于导电的金属状态翻转为绝缘状态，而绝缘状态则不然。施加强磁场会改变材料的磁性状态，并将其翻转回为金属。

洪说：“作为科学工具，这确实令人兴奋。”“这为以前所未有的方式机械地处理各种材料提供了机会。它为我们提供了有关如何设计用于电子设备的柔性材料的想法，这些材料包括测量很小变化的传感器和检测器。”

这项研究的主要资金来自美国能源部科学办公室以及戈登和贝蒂摩尔基金会的“量子系统计划中的紧急现象”。西北大学和德国杜伊斯堡－埃森大学的研究人员为这项研究提供了理论模型。使用国家科学基金会支持的国家极端科学和工程发现环境（XSEDE）进行计算；美国能源部阿贡国家实验室的CARBON集群；杜伊斯堡埃森大学的MagnitUDE超级计算机。

参考：Seung Sae Hong，Mingqiang Gu，Manish Verma，Varun Harbola，Bai Yang Wang，Di Lu，Arturas Vailionis，Yasuyuki Hikita，Rositza Pentcheva，James M.Rondinelli和Harold Y的“ La0.7Ca0.3MnO3膜中的极端拉伸应变状态”黄某，2020年4月5日，《科学》。
10.1126 / science.aax9753