(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)中金属-绝缘体转变调控研究

烧绿石结构的Y 2 Ru_(2)O_(7)表现为反铁磁Mott绝缘体基态,而具有相同结构的Pb_(2)Ru_(2)O_(6.5)则呈现顺磁金属基态。为深入理解此差异,本研究采用固相反应法合成(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)系列多晶材料,并系统研究了Pb^(2+)掺杂浓度x对其晶体结构和电阻率、磁化率等物理性质的影响。结果表明,(Y_(2-x)Pb_(x))Ru_(2)O_(7)(0≤x≤2.0)材料在x=0.5时经历了金属-绝缘体转变。通过与类似结构的烧绿石氧化物对比后发现,Pb^(2+)替代Y^(3+)不仅引入了额外的载流子,其6s^(2)存在的孤对电子还可能增强费米面附近的态密度,这两个因素的综合作用可能是其出现金属-绝缘体转变的原因。该类4d/5d烧绿石氧化物为研究受到强烈几何挫折的关联电子奇异物性提供了关键的材料平台。

基于HfO_(2)插层的Ga_(2)O_(3)基金属-绝缘体-半导体结构日盲紫外光电探测器

作为一种新兴的超宽带隙半导体, Ga_(2)O_(3)在开发高性能的日盲紫外光电探测器方面具有独特的优势.金属-半导体-金属结构因其制备方法简单、集光面积大等优点在Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器中得到了广泛的应用.本文在传统的金属-半导体-金属结构Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器的基础上,利用原子层沉积技术引入高介电性和绝缘性的氧化铪(HfO_(2))作为绝缘层和钝化层,制备出带有HfO_(2)插层的金属-绝缘体-半导体结构的Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器,显著降低了暗电流,提升了光暗电流比,同时提高了器件的比探测率和响应速度,为未来Ga_(2)O_(3)在高性能弱光探测器件制备提供了一种新通用策略.

VO_2金属-绝缘体相变机理的研究进展

VO_2是一种热致相变金属氧化物.在341 K附近,VO_2发生由低温绝缘体相到高温金属相的可逆转变,同时伴随着光学、电学和磁学等性质的可逆突变,这种独特的性质使得VO_2在光电开关材料、智能玻璃、存储介质材料等领域有着广阔的应用前景.因此,VO_2金属-绝缘体可逆相变一直是人们的研究热点,但其相变机理至今未有定论.首先,简要概述了VO_2相变时晶体结构和能带结构的变化情况:从晶体结构来讲,相变前后VO_2从低温时的单斜相VO_2(M)转变为高温稳定的金红石相VO_2(R),在一定条件下此过程也可能伴随着亚稳态单斜相VO_2(B)与四方相VO_2(A)的产生;从能带结构来看,VO_2处于低温单斜相时,其d//能带和π*能带之间存在一个禁带,带宽约为0.7 eV,费米能级恰好落在禁带之间,表现出绝缘性,而在高温金红石相时,其费米能级落在π*能带与d//能带之间的重叠部分,因此表现出金属导电性.其次,着重总结了VO_2相变物理机理的研究现状.主要包括:电子关联驱动相变、结构驱动相变以及电子关联和结构共同驱动相变的三种理论体系以及支撑这些理论体系的实验结果.文献报道争论的焦点在于,VO_2是否是Mott绝缘体以及结构相变与金属-绝缘体相变是否精确同时发生.最后,展望了VO_2材料研究的发展方向.

金属-绝缘体复合薄膜中的纳米颗粒形态控制

本文采用多靶磁控溅射仪旋转基片的方法，利用红外灯管加热基片，制备了不同基片温度的Ａｇ－ＳｉＯ２复合薄膜（１５．０ａｔ％Ｓｉ）。采用ＴＥＭ分析了薄膜的微观结构并测定了薄膜的电阻率。研究结果表明：通过改变基片温度，可以控制Ａｇ－ＳｉＯ２复合薄膜中Ａｇ粒子的形态；当基片温度高于３００℃时，复合膜中孤立的Ａｇ颗粒直径为１０～１００ｎｍ；薄膜的电阻率亦可通过基片加热在１０２～１０６μΩ·ｃｍ范围内改变。

nm Al粒子的电磁波吸收和金属-绝缘体相变

ｎｍＡｌ粒子在一定的粒径范围内（１０－１７ｎｍ）对电磁波有较强的吸收能力，其吸收率“ａ≈０．４．在这个粒径范围内，Ａ１粒子既不具有完全的金属性，也不具有完全的绝缘性，ｎｍＡｌ粒子的金属·绝缘体相变市是一个突变过程，存在“过渡区”．在过渡区中Ａ１粒子对电磁波的吸收来源于量子尺寸效应。

不对称Hubbard模型与Mott金属-绝缘体相变

从标准Hubbard模型出发,对半充满Hubbard系统,采用Hubbard和Falicov Kimball近似处理,在讨论自旋为σ的电子运动时,忽略自旋为-σ的电子在格点间的跳跃,得到不对称哈密顿量,并运用平均场近似求得相应准粒子谱。在绝对零度和有限温度对结果作了分析,讨论了Mott金属-绝缘体相变的转变温度。

颗粒形状对金属-绝缘体复合介质光学性质的影响

研究了退极化因子对金属－绝缘体复合介质中的线性光学吸收和非线性极化度的影响．利用退耦近似和谱表式相结合的方法研究退极化因子对有效非线性响应的影响，结果显示线性吸收系数和有效非线性极化率与颗粒的形状（对应退极化因子）有很大依赖关系。

退火对Al-Al_2O_3-Ti/Au金属-绝缘体-金属电子源发射特性的影响

研究了退火工艺对金属-绝缘体-金属(MIM)器件(Al-Al2O3-Ti/Au结构)的发射特性的影响。在对MIM器件Ti/Au顶电极进行退火处理后,金属离子渗入绝缘层形成掺杂,器件发射电流密度提高,有效发射面积增大,并有较高发射效率,在加速电压200 V,器件偏置电压13.5 V时电子发射电流密度达到1056.6μA/cm2,最大发射效率为4.7%,最优退火温度为300℃。在对MIM器件的Al底电极进行退火处理后,可以减小电化学氧化的电解质掺杂,提高器件发射寿命,器件工作于非电形成状态,电子发射电流密度波动小。对Al底电极的单独退火可使器件同时具有发射大、稳定性好的优点,在提高MIM发射性能的同时,缩短了器件制备周期。

超薄VO2外延薄膜的制备及其金属-绝缘体相变的原位研究

采用电子束蒸发法(EBE)在单晶TiO_2(110)衬底上沉积VO_2超薄薄膜.实验以高纯金属V棒为蒸发源,高纯氧气作为反应气体,固定生长温度330℃,氧压2×10^(-6)mbar,然后通过改变不同的V蒸发速率和生长时间制备出不同特性的VO_2薄膜.利用原位的扫描隧道显微镜、低能电子衍射(LEED)和X线光电子能谱系统地分析所得样品的表面形貌、结构特征以及相转变过程中的能带结构变化,并对比找出EBE制备法的最佳生长条件.结果表明,当蒸发束流固定在20nA时,LEED点阵较亮,薄膜显示出接近于原子级平滑的表面;随着生长时间的增加,表面变粗糙,点阵变暗,V的价态逐渐降低,从+5价过渡到+3价;在薄膜厚度接近10个原子层时,薄膜存在金属-绝缘体相变行为.

电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

二氧化钒(VO_2)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VO_2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VO_2相变相比,电触发VO_2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VO_2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VO_2的过渡相态.发现VO_2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VO_2纳米线两端施加非接触式电场,观察到VO_2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VO_2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.

基于金属-绝缘体-金属光栅结构的功分器及分波器设计

设计了一种基于仿表面等离激元(Spoof surface plasmon polaritons,Spoof SPPs)的金属-绝缘体-金属(metal/insulator/metal,MIM)光栅结构的Y型功分器和分波器。MIM光栅结构由两块内侧加工有周期性凹槽的有限厚度金属板构成,工作于微波波段,采用单极子作为激励来激发光栅结构上的仿表面等离激元。其中功分器的两个输出分支采用凹槽深度相同的光栅结构,可以将从输入端来的电磁波平均分成两个部分,然后分别朝着两个输出分支传播;而分波器的两个输出分支则采用凹槽深度不同的光栅结构,可以使不同频率的电磁波朝着不同的分支传播。利用三维电磁仿真软件CST微波工作室(CSTmicrowave studio)对该功分器和分波器进行仿真分析,加工出分波器实物并进行了实验测试,测试结果与仿真分析基本吻合,验证了方案的可行性。

高质量外延VO2薄膜制备及其金属-绝缘体相变特性研究

采用脉冲激光沉积法,在c面蓝宝石衬底上,以VO_2陶瓷作为烧蚀靶材,高纯氧气作为反应气体,固定衬底温度600℃,通过改变生长氧压制备VO_2薄膜.利用X线衍射仪、原子力显微镜、四探针测试仪测试,系统研究生长氧压对VO_2薄膜晶体结构、表面形貌、金属-绝缘体相变(MIT)特性的影响.实验结果表明:生长氧压1.2 Pa时,薄膜(020)晶面摇摆曲线半高宽低至0.061°,结晶质量高;薄膜表面平整光滑;薄膜相变温度接近68℃,金属-绝缘体转变特性显著,电阻率有4个数量级变化.

磁性金属-绝缘体颗粒薄膜

介绍了磁性金属 绝缘体颗粒薄膜的结构特征与电阻率的关系 ,评述了作为磁传感器件、高密度记录介质和读出磁头潜在应用相关的磁阻效应、巨霍尔效应、高矫顽力特性 .

金属-绝缘体颗粒膜的巨霍尔效应研究进展

介绍了金属-绝缘体颗粒膜巨霍尔效应的研究背景及样品的制备与测量,总结了近年来该领域的研究进展和应用前景,最后对研发应用中存在的问题和趋势提出了自己的看法。

复杂氧化物中的金属-绝缘体转变

理解金属-绝缘体转变机制有助于进一步了解复杂氧化物中的微观物理行为.基于复杂氧化物材料,首先介绍金属-绝缘体的转变机制:Wilson转变、Mott转变、Anderson转变和Peierls转变.除上述四种机制外,以锰氧化物材料为例,阐述双交换机制和Jahn-Taller畸变的作用对铁磁自旋有序的影响,以及s-d杂化、掺杂和电子-声子散射所引起的铁磁金属到顺磁绝缘态的转变.同时介绍含有磁性粒子的非磁材料中的近藤效应,进而分析外界磁场作用对锰氧化物材料输运性质的影响.

(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)(111)异质结金属-绝缘体转变和磁性调控的第一性原理研究

(111)取向的钙钛矿异质结具有独特的六角蜂窝状双层结构,展现出丰富独特的物理现象,因而近年来得到越来越多的关注.本文利用第一性原理计算研究了(111)取向的(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)异质结,计算结果表明该体系为半金属铁磁体.进一步的研究表明该体系的电、磁性质可以通过施加面内应变和界面元素掺杂进行调控:在4%的面内压缩应变到2%的面内拉伸应变范围内,该体系保持铁磁半金属性质,V 3d电子是体系半金属性的主要来源;当面内压缩应变增加到8%或面内拉伸应变增加到4%时,该体系的基态变为反铁磁绝缘体;通过异质结界面处Ti-V阳离子的混合掺杂,该体系可以实现从铁磁半金属向铁磁绝缘体的转变.本文的研究结果表明,该体系在自旋电子学领域具有很高的应用潜力,本文研究为利用(SrVO_(3))_(5)/(SrTiO_(3))_(1)(111)异质结探索量子相变提供了理论参考.

掺杂维度和浓度调控的δ掺杂的La:SrTiO_(3)超晶格结构金属-绝缘体转变

利用密度泛函理论计算,本文系统研究了δ掺杂的La:SrTiO_(3)超晶格结构的电子性质随掺杂维度和掺杂浓度改变而变化的规律性.该结构通过在SrTiO_(3)等间距的单元层中掺入一定浓度的La来实现.在25%La掺杂浓度下,随着相邻掺杂层间距从1个单层增加到δ个单层,掺杂维度从三维过渡到二维,超晶格从金属性变到绝缘体性,并在带隙中产生局域态,且该局域态呈现出电荷序、自旋序和轨道序.这种金属-绝缘体转变是由于二维电子体系呈现出更强的关联性造成的.而随着二维掺杂浓度提高到50%,关联性降低,体系变成金属性.

2维双交换模型的金属-绝缘体转变

认真研究了 2维双交换模型的局域化性质 ,利用有限尺寸标度方法和转移矩阵技术计算了系统的局域化长度和电导。发现 ,在标度变换下 ,E <Ec 的区域内存在一组连续的不动点 ,并且在该区域电导不依赖于系统的宽度 ,表明系统发生了Kosterlitz

表面等离激元金属-绝缘体-半导体波导激光器研究进展

纳米激光器在光通信、全息技术、生物医疗成像等领域有着广泛的应用前景。表面等离激元(Surface plasmon polariton,SPP)沿着金属表面传播,基于该特性可制成突破衍射极限的低阈值纳米激光器。它们不但具有小尺寸特征,同时还能激发Purcell效应,表现出更高的自发辐射效率。近年来,金属-绝缘体-半导体(MIS)波导结构的SPP激光器因具有超强的模式约束能力被大量报道。本文以基于MIS结构的SPP激光器为主题进行综述。首先,介绍了SPP激光器的工作原理,接着分别介绍了基于MIS波导结构的纳米片型和纳米线型SPP激光器的工作原理。然后,依据增益介质材料的不同,依次介绍了增益介质分别为Ⅱ-Ⅵ半导体、Ⅲ-Ⅴ半导体以及钙钛矿的SPP MIS波导激光器研究进展。最后,总结全文,并对基于MIS波导的SPP激光器未来的发展和挑战进行了展望。

首次实现纯电子驱动的莫特金属-绝缘体相变

据美国Science，2007，318：615报道，近日．中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室方忠小组、表面物理国家重点实验室的郭建东与美国科学家合作，首次实现了由纯电子关联驱动的莫特金属-绝缘体相变（Mott-MIT）。