原位透射电子显微镜观察电荷驱动的氧化物纳米颗粒水中自组装

以四氧化三钴Co_3O_4纳米棒为研究对象,我们利用液体环境透射电子显微镜,原位观察了四氧化三钴纳米棒在水中的自组装过程。研究发现在电子束辐照的水环境下,四氧化三钴纳米棒的晶面存在互补式自组装现象。随着纳米棒之间的距离越来越近,纳米棒之间的相对运动速率逐渐增加,纳米棒之间的相互作用力逐渐增加。通过进一步分析纳米棒的形貌发现,纳米棒的暴露晶面大多数为{100}、{110}以及{111}晶面,而Co_3O_4属于极性氧化物,这些晶面往往会带有一定的电荷。在液体环境下,正是由于这些易暴露面都带有不同大小的电荷,在晶面电荷的驱动下,电荷属性相反的四氧化三钴纳米棒会互相吸引,形貌结构上进行互补,实现快速驱动的纳米棒之间自组装。

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.