王泽霖 张振华 赵喆 邵瑞文 隋曼龄

1)(北京工业大学,固体微结构与性能研究所,北京 100124)2)(杭州电子科技大学,浙江(杭电)创新材料研究院,杭州 310018)3)(北京大学,电子显微镜实验室,北京 100871)(2018年4月26日收到;2018年5月20日收到修改稿)

1 引 言

二氧化钒(VO2)在温度升高到341 K时会发生一级相变[1],产生由绝缘体转变为导体的金属-绝缘体转变(metal-insulator transition,MIT)和由单斜相(M1)转变为金红石相(R)的结构相转变(structural phase transition,SPT).自1959年发现MIT以来,大量的实验和理论工作一直在探寻VO2MIT的机理[2−4],因为在VO2中,3d1电子强关联导致的电子局域化(电子-电子相互作用)和相变过程中钒原子(V)二聚化带来的布里渊区的改变(电子-晶格相互作用)都存在于该体系中[5,6].2014年,Morrison等[7]利用超快电子衍射发现了VO2薄膜中金属性质的单斜相中间态,给出了MIT在时间尺度上先于SPT完成的证据,即电子结构转变领先于原子结构转变完成,暗示电子-电子相互作用可能主导了相变的发生.这一结果提供了通过观察电子结构转变和原子结构转变解耦来研究VO2相变机理的新思路.然而,由于实验中测试的VO2薄膜仍然附着在生长基底上,中间态的出现无法排除VO2薄膜受基底应力调制的影响[8−10].

相比于热致相变,电触发VO2相变应用更加广泛,如场效应管、触发器等.然而,对于电触发相转变背后的物理机理存在争议[11−14].将VO2接入闭合电路中,电压达到临界值,电流突然飙升,说明发生MIT.有研究者将此归因于电场作用下载流子直接注入,使电子库仑屏蔽作用崩塌触发相变的发生(电……