通過使用國家同步加速器光源II（NSLS-II）提供的X射線技術，科學家們發(fā)現(xiàn)相關材料磁鐵礦中的金屬，絕緣體轉變是一個兩步過程。NSLS-II是位于布魯克海文國家實驗室的美國能源部（DOE）科學辦公室用戶設施，具有獨特的功能，可以長期穩(wěn)定地應用該技術。 　　“相關材料具有有趣的電子，磁性和結構特性，我們試圖了解這些特性在溫度變化時或在光脈沖或電場的應用下如何變化”加州大學戴維斯分校教授RoopaliKukreja說道。一種這樣的特性是導電性，其確定材料是金屬還是絕緣體。

　　如果材料是良好的電導體，它通常是金屬的，如果不是，則它被稱為絕緣體。在磁鐵礦的情況下，無論材料是導體還是絕緣體，溫度都會發(fā)生變化。對于已發(fā)表的研究，研究人員的目標是觀察磁鐵礦在原子水平上如何變得更熱，從絕緣體變?yōu)榻饘佟?br />
　　在任何材料中，在其數(shù)十億個原子的每個中都存在特定的電子排列。電子的這種排序很重要，因為它決定了材料的性質，例如其導電性。為了理解磁鐵礦的金屬，絕緣體轉變，研究人員需要一種方法來觀察材料中電子的排列如何隨著溫度的變化而變化。

　　“這種電子安排與我們認為磁鐵礦成為絕緣體的原因有關，”Kukreja說。然而，研究這種安排以及它在不同條件下如何變化需要科學家能夠以極小的尺度觀察磁鐵礦。

　　該技術稱為X射線光子相關光譜（XPCS），可在NSLS-II的相干軟X射線散射（CSX）光束線上獲得，使研究人員能夠觀察材料在納米尺度上的變化，大約十億分之一一米。

　　“CSX專為軟X射線相干散射而設計。這意味著光束線利用我們的超亮，穩(wěn)定和相干的X射線源來分析電子的排列隨時間的變化，”CSX科學家AndiBarbour解釋道。合著者在紙上。“出色的穩(wěn)定性使研究人員能夠研究數(shù)小時內的微小變化，從而可以揭示材料中的固有電子行為。”但是，這不是直接可見的，所以XPCS使用技巧來揭示信息。

　　“XPCS技術是一種能夠在凝聚態(tài)物質系統(tǒng)中探測動力學的相干散射方法。當相干X射線束從樣品中散射時會產生散斑圖案，作為其在真實空間中的不均勻性的指紋，”溫說。胡錦濤是CSX的科學家，也是該論文的共同作者。

　　然后科學家可以對其材料應用不同的條件，如果散斑圖案發(fā)生變化，則意味著樣品中的電子有序性正在發(fā)生變化。“基本上，XPCS測量散斑強度與平均強度變得非常不同的時間，這被稱為去相關，”CSX光束線的主要光束線科學家ClaudioMazzoli說。“一次考慮許多斑點，集合去相關時間是給定樣本條件的動態(tài)時間刻度的標志。”

　　該技術揭示了金屬，絕緣體轉變不像前面所想的那樣是一步到位的過程，但實際上分兩步進行。

　　“我們的預期是，在升溫的過程中，事情會變得越來越快。我們看到的是事情變得越來越快，然后它們就會變慢。所以快速階段是一步，第二步是放慢速度，那就是需要在材料成為金屬之前發(fā)生，“Kukreja說?？茖W家懷疑發(fā)生減速是因為在相變期間，金屬和絕緣性質實際上同時存在于材料中。

　　“這項研究表明，這些納米長度尺度對于這些材料非常重要，”Kukreja說。“我們無法在NSLS-II的CSX光束線以外的任何地方訪問這些信息和這些實驗參數(shù)。”