2021年3月16日
当我们想到金属时，脑海中都有一个清晰的画面:我们想到的是固体、牢不可破的物体，它能导电，并表现出典型的金属光泽。经典金属的行为，例如它们的导电性，可以用众所周知的、经过充分检验的物理理论来解释。
但也有一些更奇异的金属化合物构成了谜:一些合金又硬又脆，特殊的金属氧化物可以是透明的。甚至在金属和绝缘体之间的边界上亚博网站下载也有材料:化学成分的微小变化就会使金属变成绝缘体，反之亦然。
在这些材料中，会亚博网站下载出现导电性极差的金属态;这些被称为“坏金属”。到目前为止，这些“坏金属”似乎根本无法用传统理论加以解释。新的测量结果显示，这些金属并没有那么“坏”。经过进一步观察，它们的行为与我们已知的金属完全吻合。
小变化，大变化
维也纳工业大学固体物理研究所的Andrej Pustogow教授和他的研究小组正在进行特殊金属材料的研究——在实验室中特别生长的小晶体。亚博网站下载
“这些晶体可以具有金属的性质，但如果你稍微改变一下成分，我们就会突然遇到一种不再导电的绝缘体，在特定频率下就像玻璃一样透明。”Pustogow说。
就在这个过渡阶段，人们遇到了一个不寻常的现象:金属的电阻变得非常大——事实上，比传统理论所认为的可能要大得多。“电阻与电子相互散射或物质原子散射有关”，解释Andrej Pustogow。
根据这种观点，如果电子在通过材料的过程中被分散在每一个原子上，那么就会产生最大的可能的电阻——毕竟，在原子和相邻原子之间没有任何东西可以使电子偏离轨道。但这一规则似乎不适用于所谓的“坏金属”:它们显示出比这个模型允许的高得多的电阻。
这完全取决于频率
解决这个难题的关键在于材料的特性是依赖于频率的。“如果你只是通过施加直流电压来测量电阻，你只能得到一个数字——零频率下的电阻，”说Andrej Pustogow。“另一方面，我们使用不同频率的光波进行光学测量。”
这表明，“坏金属”其实并没有那么“坏”:在低频率下，它们几乎不导电，但在高频率下，它们的行为就像人们所期望的金属一样。研究小组认为，可能的原因是材料中有少量的杂质或缺陷，这些杂质或缺陷不再能够被绝缘体边界上的金属充分屏蔽。
这些缺陷会导致晶体的某些区域不再导电，因为在那里电子停留在某个特定的地方，而不是在材料中移动。如果在材料上施加直流电压，使得电子可以从晶体的一边移动到另一边，那么实际上每个电子最终都会撞到这样一个绝缘区域，电流就很难流动了。
另一方面，在交流电的高频率下，每个电子都在连续地来回移动——它在晶体中不会移动很长一段距离，因为它一直在改变方向。这意味着在这种情况下，许多电子甚至不会与晶体中的一个绝缘区域接触。
希望能有更进一步的重要步骤
“我们的研究结果表明，光谱学是解决固体物理学基本问题的一个非常重要的工具，”说Andrej Pustogow。“许多以前认为必须发展新奇模型的观测结果，如果现有理论得到充分扩展，就可以很好地解释它们。我们的测量方法显示了哪些地方需要增加。”
在较早的研究中，Pustogow教授和他的国际同事利用光谱方法对金属与绝缘体的边界区域进行了重要的深入研究，从而奠定了理论基础。
材料的金属行为受制于电子之间的强烈相关性，这与所谓的亚博网站下载“非常规超导性”也特别相关。非常规超导性是半个世纪前发现的一种现象，但至今仍未完全理解。
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