TiO2单晶中亚稳氧空位有序态增强的忆阻特性(英文)

作者：李天宇; 洪方; 杨柯; 岳彬彬; Nobumichi Tamura; 吴骅^*; 程振祥^*; 汪春昌^*

来源：Science Bulletin, 2020, 65(08): 631-639.

氧空位作为氧化物材料的本征缺陷对材料的性能有很大的影响,利用氧空位来调控材料性能近年来备受关注.关于氧空位在材料中的工作方式,一个重要的观点认为,氧空位倾向于组成有序结构,以集体的而非个体的方式影响材料性能.目前,虽然文献中有大量关于氧空位有序的研究,但大多仍限于理论方面.本文对金红石相TiO2单晶氧空位的高温行为进行了系统实验研究.介电谱研究结果发现,在330°C附近出现了一个由氧空位无序-有序相变引起的介电峰,高温同步辐射原位劳厄衍射进一步证明了氧空位有序发生在200～500°C温度区间,沿c轴方向形成超点阵.第一性原理计算也表明,氧空位之间存在相互作用,氧空位有序态稳定地出现在(110)面,沿c轴方向形成"之"字形一维链.与TiO2中熟知的氧空位有序相——Magnéli相不同,观察到的氧空位有序相是一种新的亚稳相.这种有序相的出现导致一级相变,造成介电常数的巨大增强.同时本文还发现,在很小的直流电场作用下, TiO2晶体中的这种氧空位一维链容易形成导电通道,导致低电场下的忆阻特性.后续工作如能把氧空位有序态移到室温附近,将使制造极小电压驱动的超低能耗忆阻器件成为可能.

• 单位
  清华大学; 低维量子物理国家重点实验室; 安徽大学; 应用表面物理国家重点实验室