博士论文-强关联体系VO2材料的X射线吸收谱研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 姒程 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 吴自玉 |
| 关键词 | 二氧化钒 X射线吸收精细结构谱 金属绝缘体相变 掺杂 |
| 学位专业 | 凝聚态物理 |
| 中文摘要 | VO2在341K时会发生从低温绝缘相到高温金属相的金属绝缘体相变，同时伴随着从单斜相到四方相的晶格结构变化。在VO2中观察到的金属绝缘体相变，使得VO2成为一种有潜力的开关器件，可能是未来取代Si半导体器件的最佳候选材料之一。同时，自1959年发现以来，VO2一直是研究强关联电子体系的理想模型。尽管之前已经进行过大量的研究，关于VO2金属绝缘体相变的物理机制颇有争议：究竟是电子关联还是结构扭曲才是VO2金属绝缘体相变的根源。解决这个问题并加深我们对VO2金属绝缘体相变得认识，我们需要准确的原子结构和电子结构信息。另外，由于VO2母体材料相变温度点略高于室温，如果能调节其相变温度点到室温，那么基于VO2材料的器件的工作温度就正好在室温，将会有更广阔的应用前景。 掺杂是一种简单有效的降低相变温度的方法。在众多的掺杂元素中，W元素掺杂能使相变温度点最大程度的降低。但是，掺杂VO2体系的电阻和红外投射率等特性也变差，阻碍其在光电器件中的应用与发展。关键的问题同样在于，人们对于掺杂导致相变温度降低的机理并不清楚。一旦对W掺杂后VO2的电子和原子结构变化有一个明确的认识，对于VO2相变机制将会有一个更好的理解，就有望提高其光电性能，使之真正应用于光电行业等领域。 为了达到这样一个目的，精确地描述VO2原子结构和电子结构对理解VO2金属绝缘体相变是必要的。但常规的X射线衍射（XRD）只可以给出长程结构信息。相对于XRD方法，X射线吸收精细结构谱学(XAFS)是一种对局域结构敏感并具有元素选择性的方法，同时，其近边谱(XANES)部分又能反映局域空间结构和部分电子结构。此外，对于低浓度掺杂体系，XAFS实验手段具有独特的优势。 本论文采用X射线吸收谱学作为主要研究手段，获得了W掺杂VO2体系内部掺杂原子和母体原子的局域结构变化，结合电子结构的分析，我们很好的描述了VO2的金属绝缘体相变。 本论文主要获得了下面几项研究成果： 1.利用EXAFS手段，我们获得了W和V的原子局域结构在相变过程中的变化信息。我们的结果指出W掺杂会在V-V链中产生一个内部应力，随着掺杂浓度的升高而增加，但在相变过程中保持不变；同时V-V原子对相对于顶角氧原子的反铁电扭曲减弱，说明局域结构变化在VO2相变过程中不可忽视作用。 2. 通过O K边近边吸收谱分析，我们获得了详细的电子结构信息，定量的描述了相变过程中能带的移动情况，揭示了O 2p电子和V 3d电子杂化与VO2相变之间的重要联系，并且发现了这种杂化强度的变化具有明显的轨道选择性。从绝缘相到金属相，π*能带的杂化强度降低，而d//能带的杂化强度增加。 3. 探索发现了一种结合EXAFS和XANES方法的研究途径，这种手段在VO2及类似体系中可以发挥极大的优势，可用于研究电子、晶格结构与输运性质间的相关机理。 4. 基于多重散射理论模拟，我们从原子结构和电子结构的角度来理解了VO2 V K边XANES谱。我们的极化计算结果显示，XANES中不同结构具有不同极化特征，与之前的实验结果吻合。这些不同的极化特征是和相应的原子结构相联系的，反应了在金属绝缘体相变中的结构变化。我们还进行了非muffin-tin近似，相比于muffin-tin近似，获得了一个更好的计算结果。 |
| 学科主题 | 凝聚态物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/210235]  |
| 专题 | 多学科研究中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 姒程. 博士论文-强关联体系VO2材料的X射线吸收谱研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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