http://www.physorg.com/news117136013.html
December 17, 2007
利用最新的奈米製造方法，一個由 Rice 大學物理學家所領導的團隊，在地球上其中一種早已知道且研究最多的磁鐵礦中 -- 天然磁石（lodestone）又稱為磁鐵礦（magnetite）-- 發現一種讓人驚訝的新電子特性。
藉由在他們的實驗中改變電壓，研究者能讓磁鐵礦在低於華氏負 250 度（約攝氏負 121.11 度）的低溫度下，讓磁鐵礦從絕緣體回復成導體。研究者的結果發表在 12/16 線上版的 Nature Materials 上。
"像磁鐵礦那樣幾千年前就已被研究的東西，我們依然能在其中發現驚奇，真是迷人，" 領導研究者 Doug Natelson 說，物理與天文學副教授。
天然磁石，又稱磁鐵礦，的磁性，在 2000 多年前就由中國所記載，而且中國士兵早在 900 年前就利用天然磁石羅盤進行導航。
磁鐵礦是氧化鐵的特殊礦物。其原子以一種結晶構造安排，每 4 個氧原子就有 3 個鐵原子，而且它們的排列賦予這種礦物磁性與電特性。物理學家在 60 多年前就已知道磁鐵礦的電性在低溫下會徹底與迅速地改變。當這種材料冷卻至低於臨界溫度，攝氏負 121.11 度附近時，它從電導體變成電的絕緣體 -- 這種電的轉變近似於水在結成冰時所經歷過的變化。
"當我們在我們的奈米結構上施加足夠大的電壓後，我們將這種冷卻磁鐵礦踢出它的絕緣相，讓它再度變成導體，" Natelson 說。"這種轉變十分急劇，而且當電壓低於臨界值後，磁鐵就猛然回到其絕緣相。我們並不完全知道為何這種轉變會發生，但我們認為更進一步的實驗將能夠闡明這種現象，與絕緣狀態的本質。"
當工程師試圖要在下一代的電腦與硬碟上利用新穎的電子材料時，最近幾年，或許絕緣與導電狀態之間的改變，會變成物理學與材料科學中一種愈來愈熱門的研究主題。
關於磁鐵礦溫度驅使之相變化的起因與細節的爭論，已持續許久，而新發現的電壓驅使轉變則提供了新的線索，不過仍需要進行更多研究，Natelson 說。
"我們所發現的效應或許在過去沒有被注意到，是因為奈米技術現在才有可能製備研究所需的電極、奈米粒子與薄膜，並具有足夠的精確度以記錄這種效應，" 他說。
Natelson 的團隊實驗了二種磁鐵礦。其一，稱為奈米鐵鏽（nanorust），由 Rice 化學家 Vicki Colvin（Rice 的 Biological and Environmental Nanotechnology 中心主任）所開發的細微磁鐵礦粒子組成。第二種，磁鐵礦單晶薄膜，由 Dublin 大學三一學院的 Igor Shvets 的研究小組所開發。這些具有精確成份的高品質材料，是這個研究的必需品，Natelson 說。
※ 相關報導：
＊ Electrically driven phase transition in magnetite nanostructures
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2084.html
Sungbae Lee, Alexandra Fursina, John T. Mayo,＊ 超導『古柏對』也可以是絕緣體！
Cafer T. Yavuz, Vicki L. Colvin, R. G. Sumesh Sofin,
Igor V. Shvets & Douglas Natelson
Nature Materials Published online: 16 December 2007
doi:10.1038/nmat2084
＊ 在高壓電場中水會形成「漂浮水橋」
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