Adventitious carbon breaks symmetry in oxide contact electrification

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作者
Galien Grosjean,Markus Ostermann,Markus Sauer,Michael G. Hahn,Christian Pichler,Florian Fahrnberger,Felix Pertl,Daniel M. Balazs,Mason M. Link,Seong H. Kim,D. L. Schrader,Adriana Blanco,F. Gracia,Nicolás Mujica,Scott Waitukaitis
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:651 (8106): 626-631 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41586-025-10088-w
摘要

Insulating oxides are among the most abundant solid materials in the universe1-3. Of the many ways in which they influence natural phenomena, perhaps the most consequential is their capacity to transfer electrical charge during contact4-10-which occurs even between samples of the same oxide-yet the symmetry-breaking parameter that causes this remains unidentified11,12. Here we show that adventitious carbonaceous molecules adsorbed from the environment are the symmetry-breaking factor in same-material oxide contact electrification (CE). We use acoustic levitation to measure charge exchange between a sphere and a plate composed of identical amorphous silicon dioxide (SiO2). Although charging polarity is random for co-prepared samples, we control it with baking or plasma treatment. Observing the charge-exchange relaxation afterwards, we see dynamics over a timescale of hours and connect this directly to the presence of adventitious carbon with time-of-flight mass spectrometry, low-energy ion scattering and infrared spectroscopy. Going further, we confirm that adventitious carbon can even determine charge exchange among different oxides. Our results identify the symmetry-breaking parameter that causes insulating oxides to exchange charge in settings ranging from desert sands4 to volcanic plumes5,6, while simultaneously highlighting an overlooked factor in CE more broadly.
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