电触发二氧化钒纳米线发生金属-绝缘体转变的机理

摘要

二氧化钒(VO2)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VO2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VO2相变相比,电触发VO2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VO2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VO2的过渡相态.发现VO2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VO2纳米线两端施加非接触式电场,观察到VO2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VO2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.