Новая работа по физике, опубликованная в журнале Physical Review Letters, посвящена недавно открытому факту, что под давлением у некоторых металлов исчезают металлические свойства. Металлы способны проводить поток электронов, которые составляют электрический ток. Другие материалы – изоляторы, наоборот не способны проводить электрический ток. При низких температурах, все материалы могут быть классифицированы как изоляторы или металлы.

Изоляторы могут быть превращены в металл, если поместить их в определенные окружающие условия, особенно, под давление.

Но недавно было установлено, что определенные группы металлов приобретают изоляционные свойства под давлением – очень интересное открытие, поскольку ранее такое не считалось возможным.

Например, литий превращается из металлического проводника в отчасти устойчивый полупроводник под давлением 80 ГПа, что в 790 тысяч раз выше нормального атмосферного давления, а затем снова становится полностью металлическим при повышении давления до 120 ГПа. Натрий переходит в состояние изолятора при давлении около 180 ГПа. Прогнозируется, что кальций и никель переходят в схожие изоляционные состояния перед возвращением к металлическим свойствам.

Авторы работы хотели определить физику явлений, лежащих в основе этих неожиданных переходов металл-изолятор-металл.

Эти переходы объясняются позициями электронов в пределах основной структуры материала. Изоляторы обычно приобретают металлические свойства за счет уменьшения расстояния между атомами в материале. В данной работе показано, что для того, чтобы металл стал диэлектриком, эти уменьшения расстояния должны быть организованы в определенном асимметричном виде, которые ранее не были обнаружены. В таких условиях электроны локализуются между атомами и не могут свободно течь, как они делают в металле.

Вид локализованных электронов в необычном диэлектрическом состоянии лития под давлением.

«Принципы, которые мы разработали, позволят предсказывать, когда металлы будут становиться изоляторами под давлением, а также наоборот, перехода изолятор-металл. Это еще один пример того, что экстремальное давление является важным инструментом для нашего понимания природы материалов на фундаментальном уровне. Работа будет полезна для поиска новых материалов для энергетики», – сказали авторы работы.