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.

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.

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.