Extravagantní sloučenina se mění z vodiče na izolant působením tlaku  
Disulfid manganatý je za normálních okolností měkkým izolantem. Když se ale stlačí, tak se z něj najednou stane kov, co je slušně elektricky vodivý. Další nárůst tlaku vede k návratu materiálu do role izolantu. Vše se to děje za běžné teploty a potřebné tlaky nejsou nikterak závratné. Podivuhodný jev by mohl nalézt praktické využití, například v elektronice.
Změny uspořádání atomů v disulfidu manganatém. Zleva doprava působí vyšší tlak. Kruhy jsou atomy manganu, osmičky 2 atomy síry. Kredit: Dean Smith, Argonne National Lab.
Změny uspořádání atomů v disulfidu manganatém. Zleva doprava působí vyšší tlak. Kruhy jsou atomy manganu, osmičky 2 atomy síry. Kredit: Dean Smith, Argonne National Lab.

Kovové vodiče se v porovnání s nevodiči obvykle nacházejí na protilehlých stranách spektra vodivosti. Američtí odborníci ale nedávno objevili materiál, který se může „přepínat“ mezi vodičem a izolantem a to dokonce za pokojové teploty. Jde o disulfid manganatý MnS2, který je za normálních okolností izolantem, ale stačí na něj pořádně zatlačit a rázem je z něj vodič.

 

Ranga Dias s diamantovou kovadlinou. Kredit: University of Rochester / J. Adam Fenster.
Ranga Dias s diamantovou kovadlinou. Kredit: University of Rochester / J. Adam Fenster.

Vodivost určitého materiálu je daná tím, jak snadno se v něm pohybují elektrony. Ranga Dias z University of Rochester a jeho kolegové zkoumali látky, u nichž je vodivost spojená s tlakem, jemuž je dotyčná látka vystavena. Takové bizarní chování objevili u disulfidu manganatého. Za normálních okolností jde o měkký izolant. Když ale malé množství tohoto materiálu umístili do diamantové „kovadliny“ (DAC) a vystavili ho působení tlaku, tak se změnil na kovový a vodivý materiál. Aby toho nebylo málo, při dalším zvyšování tlaku se materiál opět přepne do podoby izolantu.

 

Logo. Kredit: University of Rochester.
Logo. Kredit: University of Rochester.

Jak s údivem podotýká Dias, kov obvykle zůstane kovem. Že se kov změní na izolant, je velmi nepravděpodobné. Chování disulfidu manganatého je z tohoto pohledu výjimečné. Když vědci tento jev detailně prozkoumali, tak se ukázalo, že ve fázi izolantu jsou elektrony zmíněného materiálu uspořádány náhodně a pro volné elektrony je nesmírně obtížné se materiálem pohybovat a vytvářet elektrický proud. Když dojde ke stlačení disulfidu manganatého, tak se jeho elektrony dostanou blíž k sobě a mají sklony vytvářet páry. Volné elektrony se pak materiálem pohybují mnohonásobně snadněji a vznikne vodič.

 

Pozoruhodné je, že podmínky nutné ke změně elektrických vlastností disulfidu manganatého nejsou nijak drakonické. Funguje to při teplotě 27 °C a jde o tlaky 3 až 10 GPa. Podobné změny elektrické vodivosti přitom obvykle vyžadují ultranízké teploty a tlaky přesahující 180 GPa, čehož je těžké dosáhnout mimo laboratoř. Jak se zdá, zvláštní vlastnosti disulfidu manganatého by mohly nalézt praktické využití, například v elektronice.

 

Literatura

University of Rochester 26. 7. 2021.

Physical Review Letters 127: 016401.

Datum: 03.08.2021
Tisk článku

Související články:

Na obzoru tepelně vodivý plastový elektroizolant     Autor: Dagmar Gregorová (08.03.2010)
Exotický kov pohrdá zákony: vede elektřinu, ale teplo ne     Autor: Stanislav Mihulka (18.02.2017)
Beton s nanosazemi je elektricky vodivý a vyrábí teplo     Autor: Stanislav Mihulka (24.04.2021)



Diskuze:

Zvonkové tlačítko

Pavel Šrubař,2021-08-03 09:07:53

Vidím uplatnění jako spolehlivé zvonkové tlačítko bez mechanicky pohyblivých součástí. Jen by to ještě chtělo zapracovat na snížení toho potřebného tlaku, tři gigapascaly málokdo prstem vyvine.

Odpovědět


Re: Zvonkové tlačítko

Josef Hrncirik,2021-08-03 11:19:48

K vyvinutí tlaku 30 000 atm stačí stlačit diamantový píst průměru 65 mikrometrů tíhou 1 kg prstem s volframovým náprstníkem. V rámci úspor po čínské chřipce by píst i kovadlinka mohly být pro chudé domkaře též jen z WC, pro zchudlé zbohatlíky raději z imitace diamantu moissanitu, sic rubínové jsou příliš kýčovité a safír nemá oheň jako moissanit či zirkon.

Odpovědět


Re: Re: Zvonkové tlačítko

Josef Hrncirik,2021-08-04 08:25:37

Na obr.2 je Ranga Dias velmi mile překvapen jak snadno získal opravdu velkou diamantovou kovadlinu.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace