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我室在二氧化釩相變調控研究中取得新進展
 發布時間:2019-09-18  大小:【

近日,中國科大國家同步輻射實驗室鄒崇文研究員和合肥微尺度物質科學國家研究中心江俊教授合作,在二氧化釩薄膜的相變調控研究上又取得重要進展,相關結果以“Electron–Proton Co-doping-Induced Metal–Insulator Transition in VO2 Film via Surface Self-Assembled l-Ascorbic Acid Molecules為題發表在著名國際期刊 Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:10.1002/anie.201904148)。

作為典型的強關聯二元過渡金屬氧化物,二氧化釩(VO2)在68oC時具有非常獨特的絕緣-金屬相變行為,其各種光電功能特性均與相變密切相關。因此對其相變機制和相變過程的調控,實現可控的常溫相變對推動其實際應用具有重要意義。在最近的研究中,研究者利用氧化物分子束外延制備了高質量的超薄二氧化釩外延薄膜,并將其置于抗壞血酸(維生素Vc分子)水溶液中。結果觀察到了Vc分子在VO2薄膜表面的吸附和自組織生長。由于Vc分子的還原性,這種分子基團的吸附使得薄膜界面處出現顯著的電荷轉移,導致VO2在室溫下呈現出金屬化特征。結合近場光學顯微鏡、二次離子質譜和同步輻射吸收譜等表征手段,發現這種分子吸附誘導的VO2薄膜相變來自于界面電荷注入和溶液中自由質子的嵌入,形成電子-質子的協同摻雜作用。同時實驗上觀測到,如果維持表面分子吸附狀態,這種室溫下的金屬化狀態非常穩定,克服了以往氫化摻雜誘導的VO2金屬化相變在空氣中不能長期穩定存在的固有缺陷。理論計算模擬了這種協同摻雜過程,與實驗觀測結果非常符合。

  

圖示:(a)表面分子吸附示意圖;(b) Vc分子在VO2表面的吸附和自組織生長;(c) Vc分子吸附前后的同步輻射XANES

  

論文通訊作者是鄒崇文研究員(http://staff.ustc.edu.cn/~czou/)和江俊教授(http://staff.ustc.edu.cn/~jiangj1/),共同第一作者為國家同步輻射實驗室博士生李博文和微尺度國家科學中心謝李燕。該工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院青年創新促進會、合肥物質科學中心方向項目和博后基金等項目的資助。合肥國家同步輻射實驗室以及中科大微納研究與制造中心為課題的開展提供了實驗條件。

論文鏈接: https://doi.org/10.1002/anie.201904148

 

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