钙钛矿稀土镍酸盐SmNiO3薄膜的研究进展

作者：贾理男; 富一博; 赵哲; 苏建业^*

来源：表面技术, 2020, 49(04): 151-187.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.04.017

• 钙钛矿
• SmNiO3
• 金属-绝缘体(MI)相变
• 强电子关联
• 量子材料
• 氧缺陷
• 量子尺寸效应

强关联性量子材料SmNiO3属于钙钛矿镍氧化物,在海水中具有与鲨鱼壶腹相似的弱电感知能力,是新型水下电场传感器敏感元件,可监测海洋中的舰船、无人潜航器,为反潜提供新的探测手段,引起了广泛的关注。对SmNiO3薄膜的制备方法及优缺点对比进行了详细的论述,由于SmNiO3具有正的吉布斯自由能(ΔG),常温常压下SmNiO3中的Ni3+处于亚稳态,制备过程中易于发生Ni3+→Ni2+,为保持电中性,氧空位会作为其补偿形式,而氧缺陷会导致SmNiO3薄膜晶格参数变大,从而摧毁金属-绝缘体转变,因此制备SmNiO3需要高温高氧压苛刻的实验条件来降低ΔG。重点介绍了SmNiO3薄膜材料的相变类型、机制及影响相变温度的主要因素,大多数研究认为,SmNiO3的MI相变是基于Mott的电子-电子强关联引起的,实际上无序和电子-电子相互作用应该同时存在,不应该单独考虑某一种相变类型,MI相变实质是低温下载流子之间的库伦作用,应将热激活机制、Mott变程跳跃传导和Efros-Shklovskii变程跳跃传导机制在一定温度范围内综合考虑;在电场、温度、光及压力等外界环境作用下,SmNiO3薄膜会发生明显的金属-绝缘体相变,相变温度TMI也随之改变。最后展望了SmNiO3薄膜在电场传感器元件、数据存储、智能窗帘以及调制开关等方面的发展前景。