如图所示，二氧化钒（VO2）从绝缘体到金属相的相变与温度关系。图片来源：ICFO

      通过选择适当材料来控制电路内电子的流动。例如，金属可以使得电子自由流动，而绝缘体则可以阻止电子传导。一般来说，材料的电学性能是由材料自身决定的，并且在之后，只要材料不发生改变则材料电学性能也不发生变化。但是，有些材料可能会因温度变化而呈现出与金属或绝缘体相似的性质，并且能够切换其属性，这种材料可能会成为新一代的电子设备。

      二氧化钒（VO2）就是一种可以从绝缘相转换到高于室温的金属相的材料，这也具有传感器已经具备的功能。然而，研究人员就它的性质变化如此剧烈的原因已经争论了50多年。

      探索这种相变转换发生的原因以及相变发生的过程的挑战之一是被称为相分离的过程。绝缘体到金属相变类似于水中的冰到液体的转变。当冰融化时，液态水和固态水可以在不同的区域共存。类似地，在二氧化钒中，材料的绝缘体和金属区域可以在过渡期间共存。但与二氧化钒不同的是，在水中，固液两相通常大到可以用肉眼看到，但在二氧化钒中，这种分离是在纳米级别的，因此观察起来具有很大的挑战性。因此，很难确定材料每个阶段的真实属性或者是否正在测量两个阶段的混合物。

      X射线是探究材料特性的关键工具，但很难为能够通过检测它们的显微镜，从而能够检测到它们的透镜。然而，最近在巴塞罗那ICFO和ALBA，柏林技术大学和Max-Born 研究所以及田纳西州范德比尔特大学的研究小组Nano Letters发表的一项研究结果表明终于能够通过使用共振软X射线全息术探测VO2薄膜来探测到发生的相变。这种技术可以以前所未有的纳米级分辨率对这种材料中的电子和结构变化进行成像，而无需使用透镜。

      科学家们通过观察50纳米分辨率的材料，能够观察到材料中存在的缺陷，这种缺陷在从绝缘体转换到金属的相变过程中起着重要作用。然而，更重要的是，作者还观察到在相变过程中形成的第三种中间状态。虽然有些区域直接由绝缘体转变为金属相，但其他一些区域在较高温度下转变为金属之前，可以转变为第二种不同的绝缘状态，这就要根据材料中的缺陷而采取准确的途径。三个相阶段的共存从根本上改变了以往研究的观点，即在过渡期间假设只存在两个相状态。更重要的是，这项研究还提出了可以控制相变过渡的新方法。

原文来自：phys，原文题目：Insulator-metal transition at the nanoscale ，由材料科技在线团队翻译整理。