具備相反性能的新材料

材料牛注：許多材料在某一時刻只能體現出一種性能，但Wisconsin-Madison大學的研究小組創造出一種能夠使完全相反的性能共存的新型材料，這種材料被稱為極性金屬。

Chang-Beom Eom （領導此項研究的材料科學與工程的教授）與同事們創造出一種與宇宙規律相違背的化合物即科學的矛盾體。以計算機模擬的模型為支撐，研究團隊創造出一種具有多種性能的晶體：部分呈現絕緣性，部分金屬性。

電子在金屬中自由流動從而使材料能夠導電。極性材料剛好相反，它阻礙電子的自由運動，一般用作絕緣體。
Eom的團隊需要找到一些能夠既展現絕緣性能又有導電性能的材料。首先，他們將晶體中極端與金屬部分分離開，一些電子在材料中運動從而導電表現出金屬特性。其他電子不運動表現非金屬特性。

然而，由于此種材料的天然分子結構是對稱的，甚至把兩種成分分離之后，整個材料就不再顯現非金屬性。大小相等，方向相反的電子相互抵消。為了克服這項障礙，研究者合成略不規則的原子的物質，從而擺脫內部對稱得以使材料顯示極性。“在理論支持下進行的初始計算并沒有顯示非金屬性，因此我們通過實驗測試了材料，然后通過反饋來改進模型,“Eom說。“我們在理論和實驗之間循環，但最重要的是，我們的確創建了材料，證明其極性和金屬屬性，并且更好的解釋出這是如何發生的。”

最終，Eom和他的同事們逐個原子地使“極性”金屬生長成薄膜材料。至關重要的是，試驗中支持物質晶格的結構會稍微抵消分子組織，于是研究人員將逐漸增長的薄膜和這種支持傾斜的內部安排材料緊緊夾在一起，穩定其內部幾何不對稱方向從而保持極性。合成和表征這種開先河的材料需要耐心和精度。隨著物質一次一層緩慢增長，研究人員能夠計算沉積到表面上的每個原子。然后使用多個復雜的光學、電子和結構測量，以確定其屬性。

他們的方法是加快發現多功能不尋常屬性共存材料的一次嘗試，為開發同時具備電氣，磁性和光學功能的設備鋪平了道路。“這是一個復雜的工作, 沒有所有合作成員的理論和實驗的貢獻已至關重要，這個項目不會成功。“Eom說。

原文參考鏈接：New material combines useful, typically incompatible properties

感謝材料人網尉谷雨提供素材