루테늄 인화물에서 금속에서 절연체로의 전이 메커니즘을 밝히는 것은 고체를 보는 새로운 방법을 제시합니다.

[아름이]

루테늄 인화물에서 금속에서 절연체로의 전이 메커니즘을 밝히는 것은 고체를 보는 새로운 방법을 제시합니다.
날짜:
2022년 11월 29일
원천:
나고야 대학
요약:
한 그룹이 냉각 상태에서 원자와 전자의 특이한 배열을 가진 이전에 본 적이 없는 인화루테늄 형태를 발견했습니다. 이것은 금속이 어떻게 고온에서는 전도체가 되지만 저온에서는 절연체가 될 수 있는지에 대한 수수께끼를 풀 수 있습니다.

일본 나고야 대학(Nagoya University)의 한 그룹은 냉각된 상태에서 원자와 전자의 특이한 구성을 가진 이전에 본 적이 없는 형태의 루테늄 인화물을 발견했습니다. 이것은 금속이 어떻게 고온에서는 전도체가 되지만 저온에서는 절연체가 될 수 있는지에 대한 수수께끼를 풀 수 있습니다.

루테늄은 금속의 백금 그룹에 속하는 희귀 금속입니다. 화합물로는 RuP(Ruthenium Phosphide)가 안정성과 전도성 때문에 재료로 많이 사용된다. RuP는 금속과 같은 역할을 하며 상온에서 전기를 전도합니다. 그러나 2011년 0°C 이하로 냉각되면 전기 저항이 증가하여 절연체가 된다는 사실이 발견되었습니다.

금속이 고온에서 금속상에서 저온에서 절연상으로 전이할 때, 서로 변하는 지점을 금속-절연체 전이(MIT)라고 합니다. 그러나 RuP가 이러한 전이를 겪는 메커니즘은 논란의 여지가 있습니다. "10년 이상 논의되었지만 메커니즘에 대한 합의가 이루어지지 않았습니다."라고 주 저자인 Daigorou Hirai 부교수는 설명합니다. "전이의 기원 역시 매우 흥미로운 문제였습니다. 특히 이 전이가 억제될 때 초전도성이 나타나기 때문입니다."

Hirai가 이끄는 그룹은 Naoyuki Katayama 부교수 및 Keita Kojima 학생과 함께 저온에서 RuP의 특성과 결정 구조를 조사하여 싱크로트론 방사 X라는 기술을 사용하여 MIT의 메커니즘을 규명했습니다. -광선 회절. 그들은 그들의 결과를 American Chemical Society 저널에 발표했습니다 .

연구팀은 더 높은 온도에서 발견되는 루테늄 분자 원자 사이의 균일한 거리가 고체가 금속에서 절연체로 변할 때 조절된다는 것을 발견했습니다. 저온에서 결정은 일련의 삼각형이 위아래를 가리키고 일직선으로 부착된 정원 격자처럼 보이는 선형 삼량체라는 구조를 형성합니다.

고체에서 일반적으로 발견되는 것과는 다른 유형의 분자인 RuP 트리머는 저온 단계에 들어갈 때 4개의 전자를 통합하여 화학 결합을 형성합니다. 이것은 금속이 어떻게 고온에서는 도체가 되지만 저온에서는 절연체가 될 수 있는지에 대한 수수께끼를 푸는 데 도움이 될 수 있습니다. 전자는 전기의 흐름에 중요하므로 전자가 포획되어 이러한 삼중항 분자를 만들 때 전기의 흐름을 방해합니다.

"우리는 루테늄이 3개의 분자 원자를 직선으로 연결하고 전자를 포획함으로써 금속에서 절연체로 전환된다는 것을 발견했습니다."라고 Hirai는 설명합니다. "새로운 유형의 분자는 4개의 전자로 연결된 3개의 원자로 구성되는 반면, 지금까지 고체에서 발견된 대부분의 분자는 2개의 전자로 연결된 2개의 원자로 구성되었습니다. 분자는 다양한 모양과 결합 유형이 있지만, 고체에서 알려진 변형은 거의 없었습니다. RuP에서 발견된 분자 오비탈은 고체에서도 분자 형성에 다양성이 있음을 보여준다는 점에서 중요합니다."

전기적 및 광학적 특성을 변형시키는 고체 내 분자 형성은 센서 및 스위칭 장치에 적용될 수 있습니다. 그러나 팀의 발견은 연구 방향을 확장합니다. "다양한 유형의 분자를 발견하면 자기장, 전기장 및 응력장을 사용하여 속성의 더 빠른 변화, 더 빠른 반응 및 분자 제어를 가능하게 할 수 있습니다."라고 Hirai는 설명합니다. "분자 오비탈의 형성은 전기 전도도를 크게 변화시켜 온도 센서로 사용할 수 있습니다. 또한 분자 오비탈의 형성은 빛의 투과율도 크게 변화시키기 때문에 온도에 따라 빛의 투과율을 변화시키는 스마트 윈도우도 검토하고 있습니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/