新研究发现应力和应变会改变金属电子结构

伯明翰大学的新研究表明，金属的电子结构会强烈影响其机械性能。这项发表在《科学》杂志上的研究首次通过实验证明金属的电子和机械性能是相关的。此前，理论上认为存在某种联系，但人们认为这种联系太小，无法在实验中检测到。

参与这项研究的凝聚态物理学读者克利福德·希克斯博士说：“机械特性通常用原子之间的键合来描述，而金属的电子特性则用跨越许多原子的状态来描述。”

“金属的原子晶格(用于描述原子排列的术语)及其机械性能通常被认为不受电子态占据和空态的影响，但在这项工作中，我们表明这是并不总是一个好的假设。”

伯明翰大学和马克斯普朗克固体化学物理研究所(德国德累斯顿)的研究人员对超导金属钌酸锶(Sr2RuO4)进行了实验。

通过测量晶格畸变与施加应力的函数关系，研究小组发现，当Sr2RuO4被压缩约0.5%时，称为杨氏模量的机械刚度测量值会降低约10%，然后增加约20%当材料进一步压缩时。这种变化对应于一组新的电子态被占据，这是之前通过电子测量而非机械测量识别出的转变。

希克斯博士说：“虽然测量机械工程中的应力-应变关系是完全标准的，但它并不是研究电子特性的方法。这是因为具有有趣电子特性的金属往往很脆，使得很难施加大的力。此外，通常需要大的应变才能有意义地改变电子特性。在这个实验中，Sr2RuO4的样品被压缩了高达1%。为了形象化这一点，想象一下用一根由花岗岩，然后将其挤压至99厘米长。”

为了克服这些障碍，科学家们必须建造新的仪器来测量小而精致的样品，并处理低温，因为电子测量在较低的温度下更准确。这花了五年的规划和设计。

这项研究尚属首次。既然这项实验已经在一种材料上完成，科学家们热衷于对其他金属进行类似的测量。为此项目开发的机器版本是由一家英国工程公司制造的，随着该设备的进一步开发，它可能会在高强度合金的研究中得到应用。

该项目提供了一个例子，说明好奇心驱动的基础研究如何带来具有实际应用的新技术。

更多信息：HMLNoad等人，Sr2RuO4中Lifshitz转变处的巨晶