從絕緣體到金屬 利用光製造金屬量子材料

哥倫比亞物理學家以從前無法達到的時間和空間分辨率，捕獲了一種名為二氧化釩（VO2）材料中的絕緣體到金屬轉變的動力學。拿著「光」的鑰匙，將有望打開量子材料的全新宇宙。

編譯／高晟鈞

是否好奇如何透過光來製造出奇特的量子材料？短短400皮秒（一萬億分之一秒）內，哥倫比亞物理學家以從前無法達到的時間和空間分辨率，捕獲了一種名為二氧化釩（VO₂）材料中的絕緣體到金屬轉變的動力學。拿著「光」的鑰匙，將有望打開量子材料的全新宇宙。

一鍵得到量子材料

量子材料是一個非常特殊的領域，許多我們認為的絕緣體裡，竟隱藏一個全新的量子世界。這種從不導電的絕緣體到導電態金屬的轉變可以非常快；因此，對於像是超高速電子與光學設備、神經型態電腦、智慧節能窗戶等高科技技術來說是一個相當具有吸引力的特性。

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雖然許多材料都有這種絕緣體到金屬的快速變化，但由於觀測技術上的限制，人們對它如何隨時間產生變化了解的卻不是這麼深刻。

從絕緣體到金屬的「電影」

現在，前哥倫比亞大學的物理學博士Aaron Sternbach博士成功在真實空間，實時紀錄量子材料中的相變，就像一部微電影一般。

二氧化釩（VO₂）可以在接近室溫的條件下，產生這種絕緣體與金屬變化，關鍵觸發因素之一是「光」。Sternbach博士發現這種轉變過程中，會形成微小的金屬斑塊，隨後在樣本中不均勻的生長與融合，而這一切都發生在短短的一萬分之一秒中。

此外他們還發現，當使用最少的能量時，金屬實際上可以更好的形成與融合。而了解到絕緣體到金屬轉變的時計過程，對於真實設備的設計和原型製作將是非常寶貴的。

資料來源:Phys.org

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