Российские ученые при финансовой поддержке Института Карнеги (США) впервые обнаружили условия, при которых соединение никеля с кислородом переходит в состояние электропроводящего металла

Зафиксировать появление металлических свойств у оксида удалось в условиях невероятно высокого давления, которое почти в 2,5 млн. раз превысило атмосферное (240 ГПа).

От изолятора к проводнику

Физики прошлого неоднократно предсказывали для оксида никеля возможность перехода от состояния изолятора к проводнику металлического типа, но это никак не находило практического подтверждения. Сама наука рассматривала важность достижения этого результата примерно на уровне открытия металлической проводимости водорода.

Напомним, что в случае простых веществ химическое поведение и электрическая проводимость определяются только природой валентных электронов. Металлы в основном обладают одним или тремя валентными электронами, в то время как неметаллы характеризуются 5–7 валентными электронами на внешнем электронном уровне.

Металлы — прекрасные проводники электрического тока, поскольку их валентные электроны легко расстаются с ядром, образуя так называемый свободный электронный газ.

Детали эксперимента

Оксид никеля — типичный оксид переходного металла, который, несмотря на наличие лишь частично заполненного внешнего электронного уровня, всё равно остаётся изолятором. Авторы работы поместили очень тонкие кристаллики (не более микрона в толщину) в специально сконструированные алмазные тиски, проводя измерение сопротивления с помощью четырёх сверхтонких кусочков свинцовой фольги.

Согласно наблюдениям, измеряемое падение сопротивления впервые было зафиксировано при давлении около 1,3 млн. атмосфер (130 ГПа). Однако при достижении уровня в 2,4 млн. произошёл скачок проводимости на три порядка величины, который и возвестил миру о переходе из полупроводящего (к тому моменту уже полупроводящего) состояния в металлическое. Причём металлическая часть материала существовала только в регионе максимальной компрессии, а не во всем объёме.

Достижение ученых из Института кристаллографии РАН и Института ядерных исследований РАН рассматривается научным миром как весомый вклад в науку о конденсированных состояниях вещества. Полученные результаты не только доказывают работоспособность теоретической концепции, но и послужат для её дальнейшего улучшения, с тем, чтобы в будущем иметь возможность более точно предсказывать свойства новых материалов и предлагать рациональные способы их получения.