金屬-絕緣體相變材料的原位同步輻射研究

《金屬-絕緣體相變材料的原位同步輻射研究》是依託中國科學技術大學，由謝毅擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬-絕緣體相變材料的原位同步輻射研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：謝毅
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

本項目擬利用原位同步輻射技術探索具有智慧型調溫性能的釩氧化物金屬-絕緣體相變材料在不同外場（溫場、電場和光場）驅動下所產生的新奇熱、光、電物理效應並闡明其相關物理機制為主線，重點利用XAFS、UPS、XRD、IR技術原位實時地檢測釩氧化物相變材料在不同外場(溫場、光場和電場)驅動下相變過程中的電子結構和晶體結構信息，總結歸納出局域結構(鍵長、配位數、無序度等)和電子結構與金屬-絕緣體相變溫度、相變遲滯回線寬度和紅外調控性能之間的規律，明確其金屬-絕緣體相變的物理本質，了解金屬-絕緣體相變材料的紅外調控控熱微觀機制、構建規律和設計原理。進而利用其規律進一步拓展金屬-絕緣體相變材料體系，通過從分子層次到結構單元層次下的設計實現新結構或新物相金屬-絕緣體相變材料的結構設計和化學合成；以實現具有室溫相變溫度、可見光透過率高且紅外調控幅度大的金屬-絕緣體相變材料為目標，研製出高性能智慧型紅外調控器件。

結題摘要

在本項目實施中，我們在合肥同步輻射國家實驗室XAFS實驗站搭建了原位變溫裝置，建立了原位研究相變機制的平台，利用同步輻射變溫XAFS方法，原位研究了VO2的金屬-絕緣體相變機理，首次展示了VO2在相變溫度點附近的原子結構和電子結構的變化，從原子結構層次提出晶體結構轉變和電子關聯性協同作用促使VO2 產生金屬-絕緣體相變的微觀機理。對精細濃度控制的鎢摻雜二氧化釩系列樣品的鎢和釩原子的局域原子和電子結構進行了深入研究，首次發現摻入的W原子以相變核的形式存在於VO2晶格中；並隨著含量的升高與體相VO2經歷應變、擴張和穩定的動力學過程，同時利用紅外光譜實現了鑑定二氧化釩體系中摻雜引起的結構扭曲。在利用近邊X射線吸收精細結構譜指導功能納米材料中的合成方法方面取得了重要系列進展，並首次實現了原子尺度厚度的單層VO2(B)結構的製備，並用XAFS解析其精細結構。並首次實現了類石墨烯無機單層結構，用XAFS給出了其精細結構，正是這種結構扭曲使得其單層結構的態密度在其導帶底有明顯增強，這無疑有利於其獲得更高的載流子遷移率，進而提高其光電性能和光電化學性能。以上有關工作超額完成項目任務書的研究內容，共在Nature Commun，JACS， Angew Chem，Adv. Mater.等國際頂級刊物在內的SCI論文50篇。受邀為Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Angew Chem., Nano Today撰寫綜述，兩次被Nature Index報導。相關工作兩次入選中國科學院重大科學基礎設施重大成果。