京都大學與東京大學、北海道大學等組成的國際研究團隊證實,具有金屬導電性的錸酸鋰(LiReO₃)會在極性結構與非極性結構之間發生可切換的相轉移,並發現即使在相轉移溫度以下的低溫區域,其晶體結構仍不會完全固定,而是持續產生動態擾動。此項研究成果將可望為新型功能材料設計提供新方向。研究團隊結合SPring-8大型同步輻射設施的X光繞射量測、美國國家標準與技術研究院(NIST)的中子繞射分析,以及可偵測極性結構的二次諧波產生(Second harmonic generation; SHG)測試,確認LiReO₃在-103℃發生明確相轉移,證實其屬於少見的「極性金屬」。
其後,研究團隊以與LiReO₃同型結構的絕緣體合成固溶體,分析導電電子對極性結構的影響。結果顯示,隨LiReO₃比例增加,相轉移溫度顯著下降,代表傳導電子會大幅削弱並將極性結構不穩定化。此外,LiReO₃在跨越相轉移點的廣泛溫度區間內,極性與非極性結構的擾動皆持續存在。研究團隊進一步透過考慮原子熱振動效應的理論計算指出,由於傳導電子使兩種結構的能量差極小,因此即使在低溫下,材料仍維持結構搖擺狀態,而非固定於單一相態。
研究團隊表示,此種特殊的低溫結構擾動現象,可望成為新材料設計的重要概念,未來有機會應用於環境適應型能源轉換材料、感測元件,以及低能耗電子元件等領域。