1、探秘超低电阻率材料：钯钴氧化物与铂钴氧化物的导电奥秘

探秘超低电阻率材料：钯钴氧化物与铂钴氧化物的导电奥秘

1. 材料导电性的研究背景

在如今的材料科学领域，已经有大量的材料被发现或在实验室中合成。截至2022年4月，无机材料数据库Pearson’s Crystal Data就收录了超过20万种不同材料的结构数据。其中，材料的导电性能一直是研究的重点。材料内部相互作用的形式和强度不同，导致其导电能力差异巨大，自然界中存在着绝缘体、半导体、半金属和金属等多种类型的材料。

衡量材料导电性的一个重要指标是平均自由程，即传导电子在发生碰撞并使其动量松弛之前所移动的平均距离。在绝大多数材料中，由于晶格中的空位、间隙离子等缺陷会导致电子散射，使得平均自由程非常短，通常只有几个原子间距。然而，极少数材料具有极高的导电性，其平均自由程可以达到数十甚至数百微米的宏观尺度。

在历史上，这类高导电性材料主要是超纯的单质金属，如铜和金。这些材料的高纯度晶体中缺陷浓度极低，从而减少了电子散射，使得室温下的平均自由程可达数十纳米，在几开尔文的低温下甚至能达到毫米级别。由于其出色的导电性能，这些材料在技术领域，尤其是通信领域，产生了巨大的影响。

到了20世纪，人们意识到许多技术应用需要能够更方便地控制导电性的材料。半导体因其导电性对电场、光照和缺陷浓度等因素高度敏感，成为了研究的焦点。最初的研究集中在锗等三维单质半导体上，但由于实现杂质掺杂原子均匀分布以及满足技术应用所需的高电流密度等问题，研究逐渐转向了半导体的表面和界面传导。通过各种技术，传导电子可以被限制在一个薄的二维层中，形成二维电子气（2DEG）。最初，在硅 - 二氧化硅界面形成的2DEG导电性相对较低，但随着制造技术的发展，半导体异质结构的出现使得在不同带隙的半导体界面自然形成了2