Физики по-новому объяснили фазовый переход диэлектрик-металл. Открытые в исследовании новые свойства материалов найдут применение в микроэлектронике и геофизике в качестве катализаторов и сенсоров. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review X.

Превращение материала из диэлектрика в проводник впервые описал Нэвилл Мотт, и получил за это Нобелевскую премию в 1977 году. Его объяснение считалось классическим, однако совсем недавно физики открыли другую схему фазового перехода – пространственно-селективный переход Мотта. Они работали с классическим примером проводника Мотта — гематитом Fe₂O₃, поместив его в алмазную наковальню и сжимая при сверхдавлениях до 100 ГПа. При таких экстремальных внешних условиях гематит-изолятор становится проводником, происходит фазовый переход.

Главная неожиданность результата исследования заключается в том, что в одном кристалле Fe₂O₃ при сверхдавлениях возникает одновременно две атомно-кристаллические подрешетки. При этом материал в одно и то же время обладает признаками металла (проводника) и диэлектрика. Происходит сложное магнитно-структурное превращение, приводящее к формированию двух подрешеток железа с принципиально разными свойствами.

Результаты исследования имеют важное значение для понимания физических процессов в нижней мантии Земли. Помимо этого, описанные свойства нового состояния вещества будут интересны для микроэлектроники, а также для создания инновационных датчиков или переключателей в авиастроении, в космической и автомобильной промышленностях.