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电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

王泽霖 张振华 赵喆 邵瑞文 隋曼龄

电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

王泽霖, 张振华, 赵喆, 邵瑞文, 隋曼龄
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  • 二氧化钒(VO2)是一种强关联相变材料,在341 K下发生金属-绝缘体转变.尽管对于VO2相变的物理机理进行了大量研究,但科学家仍未形成统一认识.与热致VO2相变相比,电触发VO2相变应用前景更为广阔,但其机理也更为复杂.本文利用原位通电杆和超快相机技术,在透射电镜下原位观察了单晶VO2纳米线通电时的相转变过程,记录了相变过程中对应的电压-电流值,并在毫秒尺度下捕捉到了VO2的过渡相态.发现VO2电致相变并非由焦耳热引起,推断其机理是载流子注入.同时观察到电子结构相变和晶体结构相变存在解耦现象,进一步支持了上述推断.将VO2纳米线两端施加非接触式电场,观察到VO2纳米线在电场中的极化偏移,而未观察到相变发生,该现象同样支持相变的载流子注入机理.研究表明VO2的金 属-绝缘体转变遵循电子-电子关联机理,即根据电子关联的Mott转变进行.
      通信作者: 隋曼龄, mlsui@bjut.edu.cn
    • 基金项目: 国家重点研发计划(批准号:2016YFB0700700)、国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号:51621003)和北京市重点项目(KZ201310005002)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-26
  • 修回日期:  2018-05-20
  • 刊出日期:  2018-09-05

电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

  • 1. 北京工业大学, 固体微结构与性能研究所, 北京 100124;
  • 2. 杭州电子科技大学, 浙江(杭电)创新材料研究院, 杭州 310018;
  • 3. 北京大学, 电子显微镜实验室, 北京 100871
  • 通信作者: 隋曼龄, mlsui@bjut.edu.cn
    基金项目: 

    国家重点研发计划(批准号:2016YFB0700700)、国家自然科学基金创新研究群体科学基金(批准号:51621003)和北京市重点项目(KZ201310005002)资助的课题.

摘要: 二氧化钒(VO2)是一种强关联相变材料,在341 K下发生金属-绝缘体转变.尽管对于VO2相变的物理机理进行了大量研究,但科学家仍未形成统一认识.与热致VO2相变相比,电触发VO2相变应用前景更为广阔,但其机理也更为复杂.本文利用原位通电杆和超快相机技术,在透射电镜下原位观察了单晶VO2纳米线通电时的相转变过程,记录了相变过程中对应的电压-电流值,并在毫秒尺度下捕捉到了VO2的过渡相态.发现VO2电致相变并非由焦耳热引起,推断其机理是载流子注入.同时观察到电子结构相变和晶体结构相变存在解耦现象,进一步支持了上述推断.将VO2纳米线两端施加非接触式电场,观察到VO2纳米线在电场中的极化偏移,而未观察到相变发生,该现象同样支持相变的载流子注入机理.研究表明VO2的金 属-绝缘体转变遵循电子-电子关联机理,即根据电子关联的Mott转变进行.

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