@ 2015.07.25 , 13:20
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导体和绝缘体可以相互转化?

导体和绝缘体就像南极和北极一样对立。一直以来我们都是这么认为的。现在有一著名绝缘体在某一测量范围内可以变成导体。我们现在还不清楚到底是什么原因造成这么神奇的现象,可能是因为新的令人兴奋的量子效应。

这一发现是惊人的,因为绝缘体中的电子,被困在一个地方,能够产生高电阻对抗电子流。反过来讲,导电材料中的电子能够进行长距离的自由移动。所以一块材料中的电子怎么可能有两种移动方式呢?

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有一种方法,将导电材料和绝缘体材料并列排放组成类似三明治的结构。最近发现一种称为拓扑绝缘体的材料具有这项能力。我们发现这块材料既能作为导体又能作为绝缘体。

我们研究的材料是著名的绝缘体,自1960年代开始成为研究对象,最近因为其成为拓扑材料的潜力而引起大家的兴趣,这个神奇的材料就是六硼化钐。

我们发现了在磁场中样品在电阻和磁化方面的波动性,这种波动性又被称为“量子震荡”。

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量子震荡本是金属的属性,他们标示出了一个构筑面称为“费密面”,能够粗糙的代表材料中电子的运动轨迹。通过这种方式,他们发现了电子运动的细节,也就是为什么通过测量能够更好的理解材料的导电性能。

所以将一个绝缘材料的样本放到磁场中,我们惊奇的发现其在屏幕上快速的摆动,这是金属中的电子进行长距离移动才会出现的现象。

当我告诉同事这个消息时,他说:“你明白吗,这是完全不可能的。”当我们将材料进行降温,我们又有了惊奇的发现,不仅仅是绝缘材料发生了改变,导体金属也改变了自己的属性。

我们如何解释一种材料即是导体又是绝缘体这一神奇的现象?其中一种可能是,绝缘体中的电子某些时候也会像金属中的电子一样移动。

这种现象可能涉及量子力学的奇怪属性。根据量子力学的研究,粒子可以同时占据两种状态。

这也是为什么著名的薛定谔的猫可以同时死去和活着。薛定谔的猫是一个思想实验,一只可怜的猫放在一个盒子里,里面有一瓶毒药也有放射源。如果盒子内的探头检测到放射源,装毒药的瓶子就会破碎,释放出毒药杀死猫。但如果我们长时间不检查探头,我们可以认为猫即是死的又是活的。

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用这种方式我们就可以解释材料的奇怪现象——量子的状态可以在金属和绝缘体之间波动。

或者说我们发现了量子的新的状态。量子物理学中数万亿的电子集体行动可能会表现出与个体不同的特性。我们发现的材料既不是导体也不是绝缘,体却可以出现这样一种特殊的量子状态。

令人兴奋的是,许多有创造性的理论似乎都在默默的解释我们令人困惑的研究结论。为了更好的解释我们新发现的物理学基础,我们计划对更多高质量的晶体进行实验,以便区分各种理论。

无论解释是什么,几十年来导体和绝缘体之间的概念区分将会被打破。

本文译自 gizmodo,由译者 island 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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  1. 呆萌黑火
    @3 years ago
    2876386

    初三物理

  2. 吉普佬
    @3 years ago
    2876388

    初中就有介绍加热的玻璃能导电了

  3. 艾尼路
    @3 years ago
    2876391

    这特么是刚发现的?!我半导体硅片厂真是白干10年了……

  4. 大卵野人
    @3 years ago
    2876403

    硅的存在感在哪里

  5. 2876407

    “无论解释是什么,几十年来导体和绝缘体之间的概念区分将会被打破。”
    呃 … He-Who-Must-Not-Be-Named … 我说出”半导体”会不会有人打我

  6. 开你妹的玩笑
    @3 years ago
    2876421

    傲娇和反差萌也可以相互转化

  7. 2876428

    学半导体的表示,这文章的标题误导性太强

  8. 普京是sb
    @3 years ago
    2876554

    绝缘体冷却到极限就变成导体?

  9. 2876594

    水是导体还是绝缘体?

  10. blacker
    @3 years ago
    2876678

    这是科普不是新发现吧

  11. 百得
    @3 years ago
    2876720

    小编,你让硅芯片情何以堪!

  12. 2876722

    没有击不穿的绝缘体,只有不努力的电压

  13. 2876775

    薛定谔猫什么时候有毒药在里面了

  14. 2876867

    只要条件合适,导体和绝缘体之间是可以相互转化的

  15. 2877614

    拓扑绝缘体是最近研究的热门方向,简单讲就是体是绝缘的,界面是导电的。

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