據外媒報道，一些金屬氧化物的電子，由於其與材料的離子晶格結合時具有較大的有效質量，不能跟隨光的電場而使其穿過材料。透明和導電的材料被用於智能手機的觸摸屏和光伏能源的太陽能板。來自西班牙最高科研理事會下屬巴塞羅那材料科學研究所(ICMAB-CSIC)的研究人員提出了一個新的理論來解釋金屬氧化物的透明度，這些材料被用於智能手機和平板電腦的觸摸屏，以及用於光伏能源的太陽能電池上。
科學家們指出，由於運動中的電子與材料的離子晶格之間形成了極化子或耦合，而材料的離子晶格在其周圍是扭曲的，因此這類材料中電子的有效質量是很大的。這些電子不能跟隨光的電場迅速振蕩，讓它通過而不是反射它。直到現在，解釋這種透明度的公認理論指出了電子本身之間的相互作用。這項研究已經發表在《Advanced Science》雜誌上。
一般來說，當光子不能被材料吸收並通過它而不被電子干擾時，材料對可見光是透明的。自由電荷（電子）的存在是金屬的一個基本特徵，金屬在本質上是導體。在這些材料中，電子在光的電場影響下，被迫振蕩，並以與接收光線相同的頻率輻射光線。這意味着，金屬傾向於發光，因為它們反射到達它們的光。此外，這使它們變得不透明，因為光不能穿過它們。在一些材料中，電子比較重，不能像以前那樣快速跟隨光的電場引起的振蕩，也不能反射光，而是讓光通過材料而不發生相互作用；這時材料是透明的。
尋找替代品
智能手機和平板電腦的觸摸屏是由一種透明的導電材料製成的。它們中的大多數是由氧化銦錫製成的，這種材料是一種半導體。這種材料也被用於太陽能電池板、LED、LED或OLED液晶顯示器，甚至用于飛機擋風玻璃的塗層。但銦是一種非常罕見的金屬。事實上，隨着觸摸屏的高產量和光伏能源的擴張，估計它將在2050年之前被用完。因此，尋找替代品的重要性。ICMAB-CSIC的研究人員已經研究了金屬氧化物鍶和氧化釩的薄膜。他們發現，這種金屬材料的薄層竟然是透明的，這必須與它的自由電子的大有效質量有關。
“我們認為，電子的有效質量的增加是由於它們與晶格的耦合作用。鍶和氧化釩的電子，以及一般來說，金屬氧化物的電子，在離子（正負）矩陣中移動。這個晶格隨着移動的電子而變形，這種變形也隨之移動。電子和晶格之間的這種耦合被稱為多角體，它比自由電子更重，所以電子的有效質量更大，這將解釋材料對可見光的透明度，因為它不能跟隨電光場的振蕩而讓它通過，”ICMAB-CSIC的研究員、這項研究的負責人Josep Fontcuberta解釋說。
這個新模型打破了迄今為止在凝聚態物理學領域建立的範式；電子之間的庫侖相互作用被接受為支配金屬氧化物的特性。相反，這個新理論提出，電子和離子晶格之間的相互作用起着關鍵作用。
該研究包含對極化子場景描述的一些電學和光學特性的全面和前所未有的分析。“在之前的研究中，已經看到可能存在某種關係，但從未對其進行深入分析。此外，除了檢查鍶和釩氧化物的理論外，還對其他金屬氧化物和一些摻雜絕緣體進行了分析，發現他們的預測是正確的，”Fontcuberta解釋說。
“除其他外，這項研究是對數十個相關材料薄層的電學和光學特性進行非常詳盡的表徵的結果。這也是對數據進行非常仔細分析的結果，它揭示了與很久以前建立的情景和理論的一些差異。ICMAB 博士前研究員 Mathieu Mirjolet 耐心細緻的工作使這成為可能。我不知道這是否是我職業生涯中最相關的發現，因為我不知道接下來會發生什麼，但我可以向你保證，這是說明我從另一個角度看待科學和生活的真正樂趣的最佳方式之一。”Fontcuberta 補充道。