研究进展
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《自然科学基础研究》(Fundam. Res.)杂志刊发“二维 VO2 纳米带中的面内周期相工程”

发布时间:2021-12-26来源: 编辑:翟天佑

各向异性材料中固有的结构不对称性带来了光学、电学、热学和磁学特性独特的偏振响应,这为物理和化学性质的调控提供了额外的自由度。面内各向异性 (IPA) 首次在二维黑磷中提出并引起了广泛的研究兴趣。目前多种面内偏振相关材料已在光电探测器、突触晶体管、数字反相器和非易失性存储器等领域得到了广泛的实验研究。然而,晶体结构本征的不对称性(如,斜方晶系、单斜晶系和三斜晶系)仅能产生约 1~10 的弱各向异性比,从而阻碍了偏振相关信号的可靠检测。

通过局部结构调制、合金/掺杂、应变工程和施加外场的方法可以调控材料的各向异性比。但在这些方法中各向异性的主要来源仍然是结构的内在不对称性,因此仅能对各向异性产生有限的调制。鉴于此,我们提出一种周期性的相工程。基于化学气相沉积(CVD)在云母衬底上的二维VO2单晶纳米薄片与云母衬底之间的界面热应变,2D VO2纳米片中形成两种交替的绝缘体相M1和M2。这种交替的M1/M2相排列模式可以通过调节界面热应变进一步可逆地演变为R(金属相)/M2(绝缘体相)交替排列模式。我们建立了一般理论模型对这种相变行为进行了精确的描述和预测。在此基础上,我们在VO2纳米薄片中展示了对电导各向异性比跨越两个数量级的显著调制,最高各向异性比达到了~ 113。这种周期性的相工程进一步深入地拓展了IPA在未来应用中巨大的发展潜力。