Teoretisk forskning vid Oak Ridge National Laboratory kan hjälpa till att förklara experimentella resultat i vanadiumdioxid, såsom bildandet av tunna ledande kanaler (sett i vitt) som kan uppträda under belastning i ett nanoskala vanadiumdioxidprov.
(PhysOrg.com) - En systematisk studie av fasförändringar i vanadiumdioxid har löst ett mysterium som har förbryllat forskare i årtionden, enligt forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory.
Forskare har vetat att vanadiumdioxid uppvisar flera konkurrerande faser när det fungerar som en isolator vid lägre temperaturer. Dock, fasbeteendeets exakta karaktär har inte förståtts sedan forskningen om vanadiumdioxid började i början av 1960 -talet.
Alexander Tselev, en forskningsassistent från University of Tennessee-Knoxville som arbetar med ORNL:s Center for Nanophase Materials Sciences, i samarbete med Igor Luk'yanchuk från universitetet i Picardie i Frankrike använde en fysikteori för kondenserad materia för att förklara det observerade fasbeteendet för vanadiumdioxid, ett material av betydande tekniskt intresse för optik och elektronik.
"Vi upptäckte att konkurrensen mellan flera faser enbart drivs av gitterets symmetri, "Tselev sa." Vi kom på att metallfasgitteret av vanadinoxid kan "vika" på olika sätt under kylning, så vad människor observerade var olika typer av dess vikning. "
Vanadiumdioxid är mest känt i materialvärlden för sin snabba och abrupta fasövergång som i huvudsak omvandlar materialet från en metall till en isolator. Fasbytet sker vid cirka 68 grader Celsius.
"Dessa egenskaper hos elektrisk konduktivitet gör vanadiumdioxid till en utmärkt kandidat för många applikationer inom optisk, elektroniska och optoelektroniska enheter, "Sa Tselev.
Enheter som kan dra nytta av de ovanliga egenskaperna hos VO2 inkluderar lasrar, rörelsedetektorer och tryckdetektorer, som skulle kunna dra nytta av den ökade känsligheten av vanadiumdioxiders fastighetsförändringar. Materialet används redan inom teknik som infraröda sensorer.
Forskare sa att deras teoretiska arbete kan hjälpa till att vägleda framtida experimentell forskning om vanadiumdioxid och i slutändan hjälpa utvecklingen av ny teknik baserad på VO 2 .
"Inom fysiken, du vill alltid förstå hur materialet tickar, "sade Sergei Kalinin, en senior forskare vid CNMS. "Den termodynamiska teorin låter dig förutse hur materialet kommer att bete sig under olika yttre förhållanden."
Resultaten publicerades i American Chemical Society's Nano bokstäver . Forskargruppen inkluderade också Ilia Ivanov, John Budai och Jonathan Tischler vid ORNL och Evgheni Strelcov och Andrei Kolmakov vid Southern Illinois University.
Teamets teoretiska forskning utvidgar tidigare experimentella ORNL -studier med mikrovågsbehandling som visade hur påfrestningar och förändringar av kristallgitter symmetri kan producera tunna ledande trådar i nanoskala vanadiumdioxidprov.
