我室在二氧化钒相变调控研究中取得新进展
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我室在二氧化钒相变调控研究中取得新进展
 发布时间:2019-09-18  大小:【

近日,中国科大国家同步辐射实验室邹崇文研究员和合肥微尺度物质科学国家研究中心江俊教授合作,在二氧化钒薄膜的相变调控研究上又取得重要进展,相关结果以“Electron–Proton Co-doping-Induced Metal–Insulator Transition in VO2 Film via Surface Self-Assembled l-Ascorbic Acid Molecules为题发表在著名国际期刊 Angew. Chem. Int. Ed.(DOI:10.1002/anie.201904148)。

作为典型的强关联二元过渡金属氧化物,二氧化钒(VO2)在68oC时具有非常独特的绝缘-金属相变行为,其各种光电功能特性均与相变密切相关。因此对其相变机制和相变过程的调控,实现可控的常温相变对推动其实际应用具有重要意义。在最近的研究中,研究者利用氧化物分子束外延制备了高质量的超薄二氧化钒外延薄膜,并将其置于抗坏血酸(维生素Vc分子)水溶液中。结果观察到了Vc分子在VO2薄膜表面的吸附和自组织生长。由于Vc分子的还原性,这种分子基团的吸附使得薄膜界面处出现显著的电荷转移,导致VO2在室温下呈现出金属化特征。结合近场光学显微镜、二次离子质谱和同步辐射吸收谱等表征手段,发现这种分子吸附诱导的VO2薄膜相变来自于界面电荷注入和溶液中自由质子的嵌入,形成电子-质子的协同掺杂作用。同时实验上观测到,如果维持表面分子吸附状态,这种室温下的金属化状态非常稳定,克服了以往氢化掺杂诱导的VO2金属化相变在空气中不能长期稳定存在的固有缺陷。理论计算模拟了这种协同掺杂过程,与实验观测结果非常符合。

  

图示:(a)表面分子吸附示意图;(b) Vc分子在VO2表面的吸附和自组织生长;(c) Vc分子吸附前后的同步辐射XANES

  

论文通讯作者是邹崇文研究员(http://staff.ustc.edu.cn/~czou/)和江俊教授(http://staff.ustc.edu.cn/~jiangj1/),共同第一作者为国家同步辐射实验室博士生李博文和微尺度国家科学中心谢李燕。该工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、合肥物质科学中心方向项目和博后基金等项目的资助。合肥国家同步辐射实验室以及中科大微纳研究与制造中心为课题的开展提供了实验条件。

论文链接: https://doi.org/10.1002/anie.201904148

 

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