編號：CYYJ03320
篇名：亞穩(wěn)相稀土鎳基氧化物電子相變材料
作者：陳吉堃
關(guān)鍵詞： 金屬絕緣體電子相變 電子相變 稀土功能材料 鈣鈦礦氧化物 強(qiáng)關(guān)聯(lián)半導(dǎo)體
機(jī)構(gòu)： 北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
摘要： 稀土鎳基氧化物(ReNiO3)具有豐富的電子結(jié)構(gòu),在特征溫度、特征壓力、極化電場、化學(xué)或電化學(xué)氫化觸發(fā)下可發(fā)生多重電子相變并引起材料物理性能的突變,該特性為設(shè)計制作新型強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子器件提供了寬廣的探索空間.基于Ni3+軌道價鍵歧化與反歧化所引起的金屬絕緣體相轉(zhuǎn)變特性,ReNiO3特征觸發(fā)溫度(TMIT)可通過稀土元素組分實現(xiàn)在100~600 K寬廣溫區(qū)范圍的連續(xù)調(diào)控,在突變式熱敏電阻、紅外偽裝等方面具有潛在應(yīng)用價值.此外,通過化學(xué)、電化學(xué)氫化觸發(fā)ReNiO3電子結(jié)構(gòu)在基于Ni3+的電子迅游態(tài)、Ni2+的電子局域態(tài)、Ni1+的超導(dǎo)相間的氫致電子相變自2014年以來被相繼報道,并開啟了對ReNiO3應(yīng)用于仿生電場傳感器、面向人工智能的神經(jīng)元邏輯器件、生物質(zhì)傳感等方面的全新探索.然而與傳統(tǒng)氧化物材料所不同,除LaNiO3(無金屬絕緣體電子相變特性)以外的ReNiO3均處于熱力學(xué)亞穩(wěn)相狀態(tài),其具有正向的吉布斯合成自由能而無法通過傳統(tǒng)固相反應(yīng)實現(xiàn)其材料生長;而ReNiO3材料生長方面的技術(shù)難點在一定程度上制約了其基礎(chǔ)探索與器件應(yīng)用.當(dāng)前有關(guān)ReNiO3氫致電子相變、鎳基超導(dǎo)等的前沿研究主要集中于輕、中稀土組分;而將上述基礎(chǔ)探索拓展至重稀土元素組分依賴于其亞穩(wěn)相材料制備技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展.本文將結(jié)合上述ReNiO3研究中的前沿動態(tài),從ReNiO3的溫致電子相變與潛在應(yīng)用、氫致電子相變與潛在應(yīng)用、亞穩(wěn)相材料生長中的關(guān)鍵技術(shù)這3個方面重點進(jìn)行綜述,并對ReNiO3氫致電子相變機(jī)理、重稀土組分材料生長等未來研究中的關(guān)鍵性問題進(jìn)行展望.
