武漢“85后”留美博士張磊、以第一作者身份，于12月14日在線發表在《自然-材料》雜志的最新研究成果——一種新的透明導電材料，吸引世界關注。該項研究成果可以使大屏幕顯示器、智能窗、觸摸屏和太陽能電池更加高效和廉價，成功地對自1977年由香農首次提出，以摻雜半導體來設計透明導電材料的原理，后被人們長期遵循的這種思路進行了挑戰。

　 　傳統的透明導材料——銦錫氧化物，在過去幾十年里一直占據市場主導地位，擁有90%以上的顯 示器市場份額。然而過去10年中，銦價格急劇上升，顯示器和觸摸屏模塊已經占據移動設備40%的生產成本。長期以來，內存芯片和中央處理器遵循摩爾定律， 變得越來越便宜，然而智能手機和平板顯示器因為尺寸效應，變得越來越昂貴。制造商一直在尋找銦錫氧化物可能的替代材料，但一直沒有發現有其它材料可以在光學透明性、導電性和易于制造上與之媲美。不久前，張磊所在的美國賓州州立大學“恩格爾-赫伯特研究小組”提出了一個新的材料設計策略。

　 　在新的材料設計中，沒有使用傳統寬禁帶半導體，比如銦錫氧化物或氧化鋅，而是使用了兩種不同尋常的10納米厚金屬薄膜——釩酸鍶和釩酸鈣。“這兩種材料 都屬于強關聯金屬，電子在強關聯金屬中表現出類似于‘液體’的性質，而在常規金屬，如銅、金、鋁、銀中，電子大多表現出類似于‘氣體’的性質，常規金屬一 般表現出高反射和高吸收的特性。”在文章中，作者解釋為什么強關聯金屬在保持金屬高導電性的同時，光學性質與常規金屬相比有著極大的提升。

　 　“通過改變電子的有效質量，我們使金屬變得更加透明。”賓州州立大學材料科學與工程專業助理教授恩格爾-赫伯特介紹：他們選擇了一種電子間相互作用大于 其動能的材料，由于電子強關聯作用，電子能“感覺”到彼此，從而使其性質類似于“液體”，而不是沒有相互作用的“氣體”。這種電子“液體”仍然非常導電， 但是可見光波段的反射卻大大降低，從而提高了透明度。目前，該研究小組正在與美國科學促進會院士、羅格斯大學材料理論專家卡琳·拉貝教授合作，研究人員相 信他們會找到很多像釩酸鍶(鈣)的材料。

　　新的材料設計策略是張磊第一個意識到并發現的，也是該發表文章的第一作者。張磊于1985年出生于武漢，曾就讀于武漢大學，目前為“恩格爾-赫伯特研究小組”的博士研究生，在加入研究小組之前，他曾作為工藝整合工程師在美國硅谷工作過兩年。

　 　“許多公司甚至是初創公司，都在努力地優化銦錫氧化物，并尋找其潛在的替代品。然而通過在同類材料中做優化和改進，得到的提升空間十分有限。”張磊介 紹，做了相關電氣測量后，自己發現強關聯金屬材料將會是銦錫氧化物非常可能的替代品。目前，銦售價大約是每公斤750美元，而釩酸鍶(鈣)的組成元素在地 殼中蘊藏量更多;釩的售價為大約是每公斤25美元，而鈣鍶比釩更為廉價。“強關聯金屬薄膜與銦錫氧化物薄膜的結構相似。從我們的理解來看，釩酸鍶(鈣)完 全可以使用相同的制造設備生產。”恩格爾-赫伯特表示。

　　同時，《自然-材料》編輯特邀美國化學學會無機化學及固體化學分會主席、美國 西北大學催化及表面科學研究中心主任肯尼斯·珀佩爾邁爾教授、西北大學理論材料學家詹姆斯·龍迪內利教授為文章撰寫新聞稿，并發表在同期雜志的《新聞與展 望》部分。肯尼斯·珀佩爾邁爾教授和詹姆斯·龍迪內利教授高度評價了這項工作，他們認為張磊和恩格爾-赫伯特的文章，成功地對自1977年由香農首次提 出，以摻雜半導體來設計透明導電材料的原理，后被人們長期遵循的這種思路進行了挑戰，并且從實驗和理論上證明了本征強關聯金屬也可以被用作為透明導電材料。