Проводимость и изоляция являются фундаментальными свойствами материалов, которые с самого начала имели другое поведение. Металлы и их сплавы являются в основном проводящими, а все остальные материалы – изоляционными или полупроводниковыми. Считалось, что все материалы могут быть классифицированы как проводники или изоляторы, но это изумительное открытие материала, который может вести себя как проводники и изоляторы одновременно, поколебало все убеждения. Это открытие может стать первым в совершенно новом классе материалов и бросить вызов нашим самым базовым теориям металлов и их связям!
Теперь маленький урок химии, который мы должны дать. Разница между проводниками и изоляторами была очень отличительной в теоретической химии из-за большой разницы в их так называемой запрещенной зоне. Это энергия, необходимая электронам материала, чтобы начать свободно течь через кристаллическую решетку и проводить электричество. Проводники имеют очень малые запрещенные зоны, в то время как изоляторы имеют относительно большие промежутки, которые препятствуют прохождению нормального напряжения.
Эта теория атомной зоны была поставлена под сомнение открытием этих новых топологических изоляторов. Было установлено, что его проводимость зависит от расположения электронов в материале. Из-за своего особенного свойства, большая часть материала не проводит электричество, но поверхность проводит!
Материал, который показал такие странные свойства, был гексаборид самария. SmB6 – его химическая формула, и в то же время он действовал как проводник и изолятор. Он был классифицирован как изолятор Кондо. Он имеет очень узкую запрещенную зону (вокруг МэВ), что позволяет ему вести себя как проводник при комнатной температуре, но при очень низких температурах 50 К некоторые сложные и специфические взаимодействия между его электронами приводят к тому, что он становится изолятором. Этот материал хорошо понимают инженеры материалов.
Материал ведет себя еще более странно, когда поверхность Ферми (абстрактная граница на поверхности, чтобы предсказать свойства материалов) была проанализирована и найдена соответствующей свойствам хороших проводников. Но, измеряя электрическое сопротивление соединения, он предположил, что материал является изолятором в целом. В другом тесте, когда материал остыл и приблизился к абсолютному нулю, квантовые колебания снова возрастают. Такое поведение не наблюдается ни в одном металле.
Ученые и исследователи даже не начали объяснять причину этого странного поведения. Некоторые из них считают, что это совершенно новый класс различных проводящих и изоляционных материалов. Есть альтернативное объяснение, которое даже более странно. Он говорит, что структура материала находится между проводниками и изоляторами. Следовательно, он колеблется между двумя различными свойствами. Материал указывает на общепринятую теорию поведения металлов, и нам, возможно, придется придумать новую.
Любопытные результаты испытаний Самария Hexnaboride были опубликованы. Вот,
