美国科学家研究作用的电解质门控的氧化物功能材料

在Brookhaven国家实验室的美国能源部的物理学家在氧化物功能材料研究的新的突破。研究人员发现了一种以前未知的机制：“电解质门控”，一种提高材料导电性并可能诱发超导电性的方法。

超导性是指材料以零损耗或电阻传导电流的能力。这种效果是100%效率的，但只有在非常冷的温度下实现，这使得它在大多数大型应用中不切实际。在布鲁克黑文的氧化物分子束外延集团，在Ivan Bozovic的带领下，研究人员一直在研究–氧化物化合物与氧原子–作为潜在的高温超导体。

为了诱导氧化钨的超导性，研究人员使用了一种叫做电解质门控的方法。在这项技术中，带电的化合物将离子从相反的电荷中分离出来，产生大的电场并提高材料的导电率。

传统上也产生了类似的效果，这种技术称为化学掺杂，这种技术要求科学家在材料中添加新的原子。化学掺杂虽然效率很低，但由于材料的导电性是固定的，而且如果研究人员想在不同的条件下测试材料，这种材料的导电性是固定的，而且很难改变。

另一方面，“电解质门控允许你调整材料，”Tony Bollinger说，在布鲁克黑文，该论文的作者之一的物理学家。“你可以有一个样本，你成长，然后可以不断地改变或调整，因为你测试它。它可以让你不必回去重新合成新材料。

到目前为止，电解质门控的基本机制还没有完全了解。有两个相互竞争的理论，一个侧重于静电效应，另一个侧重于氧相关（电化学）效应。团队在布鲁克黑文，但是，发现了一个全新的机制在起作用，在氢气中起着关键的作用。

通过使用一种新的图案化材料的方法，研究人员能够监测在电解质门控点附近的电阻，而不仅仅是在当前区域。在这一领域，他们观察到了电阻的下降和正电荷的迁移。根据电荷移动的距离，他们能够确定氢原子通过氧化钨运动。

“这意味着对电解质门控没有通用的机制，”博林杰说。“这并不总是纯粹的静电或电化学。你必须看看你的具体材料，看看那里发生了什么。我们的发现给我们提供了一个指导，我们可以向前推进，并将电解质门控应用到其他材料上。”

布鲁克黑文的研究人员还开发了其他新技术，在这项研究中证实他们的看法。例如，他们生长不同厚度的材料，以测量材料逐渐增厚的部分的电阻，发现电解质门控影响整个材料，而不仅仅是表面。

“这些技术将提高我们可以探头看到什么电解质门控的影响对他们的材料数量的方式，”博林杰说。

前进，研究人员说，电解质门控可以被用来作为一种更有效的替代化学掺杂，可以加快发现新超导材料的过程。

这项工作得到了由美国能源部科学基金资助的前沿能源研究中心的支持。

布鲁克海文国家实验室的美国能源部科学办公室支持。科学办公室是美国物理科学基础研究的唯一最大支持者，正在努力解决我们时代最紧迫的一些挑战。有关更多信息，请访问science.energy.gov。