「一抹黃金」就可改變晶體的結構及其內在屬性

Au-SrTiO3肖特基界面的原子模型。

《自然》雜誌8月19日報導，英國華威大學的科學家們證實，晶體中也能誘發電流效應：在晶體表面添加一小塊金屬，就可以將動能或熱能轉化為電能。值得注意的是，晶體中的這種效應，比在傳統大尺寸材料中更顯著，因此非常適合應用於傳感器和能量轉換等技術。

新技術的關鍵在於打破了晶體結構的對稱性。華威大學物理系教授Marin Alexe說：「在物理學中，這類材料是相當『無趣』的。從功能性角度來看，對稱並不是最理想的特徵。打破對稱性，可以開闢新天地。」科學家在晶體表面添加了一小塊金屬，創造了肖特基結。此舉在半導體晶體中引入了電場，激發了金屬下方的半導體結構，從而打破了對稱性，產生出前所未有的新效應。

研究人員觀察到了壓電效應（動能轉化為電能，反之亦然），以及熱釋電效應（熱能轉化為電能）。這些界面效應只在金屬下方、晶體中很淺的區域內出現。研究人員Mingmin Yang博士解釋說：「一般來說，這類晶體的性質由兩個因素決定——組成晶體的元素的內在屬性，以及元素的對稱性。我們發現，元素的對稱性不僅與自身性質有關，還會受到外部條件的影響。一旦我們通過外部影響改變了它們的對稱性，晶體就可能顯示出異乎尋常的屬性。」

由於貴金屬鉑和金具有高熱力學功，研究人員以它們創建了肖特基結，用鈦酸鍶、二氧化鈦和矽作為晶體。通常情況下，這些材料都不會表現出壓電或熱釋電效應。研究人員表示，實驗結果表明，被貴金屬打破了對稱性的晶體，在涉及高靈敏度傳感器和能量轉換技術等方面有巨大的應用潛能。此外，其規模小、效率高等優勢，也有望在移動技術領域發揮作用。

此前，Alexe團隊曾通過機械方式打破了晶體對稱性。新成果為利用電場打破對稱性奠定了基礎。Alexe教授說：「破壞對稱性後，材料具備了更豐富的性質。為了優化性質，還需要繼續調整材料結構。這離不開固態化學知識，以及詳細、深入的研究。現在，我們有了新的方式來調節材料功能。這將賦予材料科學更多新的可能性。」

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：張夢

期刊來源：《自然》

期刊編號：0028-0836

原文連結：https://phys.org/news/2020-08-gold-crystals-electric.html

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