电场诱导双离子、三态相变蕴含广阔应用前景

   6月1日，清华大学物理系于浦副教授研究团队在《自然》《Nature》杂志在线发表了题为《选择性双离子开关电场控制的三态相变》（“Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch”）的研究论文。首次在单一材料中实现了双离子的电场可控结构相变，揭示了基于三态相变过程中光、电和磁学特性调控的器件应用。《自然》同期发表题为《凝聚态物理：功能材料的转瞬之间》（“Condensed-matter physics: Functional materials at the flick of a switch”）的新闻评述，做出高度评价。
    电场控制离子导致的结构相变在物理及材料科学中具有重要意义，被广泛应用于电池、智能玻璃、燃料电池等应用领域。到目前为止，这些调控只依赖于O^2-, H  和Li 等单离子的调控，尚未实现基于选择性双离子（如O^2-和H ）的电场控制相变。通过构思和优化设计，于浦研究团队采用离子液体电场调控的方法，在模型体系氧化物SrCoO_2.5结构中首次实现了电场下的双离子（O^2-离子和H 离子）的可逆调控，并伴随着SrCoO_2.5与SrCoO_3-δ以及以前尚未发现的新相HSrCoO_2.5之间的三相可逆结构相变。因为该三相具有迥然不同的光学，电学以及磁学特性，可以被应用于电致色变、电致阻变以及磁电耦合器件，具有广泛的应用前景。值得指出的是，传统上研究人员通常借助外加压力或者材料生长过程的化学掺杂等调控手段实现新型物相及新颖物性的设计，而电场控制下的离子插入和析出及其所对应的物相转变，为材料的物性调控提供了一类全新的手段。该项发现可以被广泛推广到其它一系列材料体系中，孕育出大量的新奇结构相变和丰富功能特性。
    该研究得到了重大科学研究计划量子调控研究青年科学家项目“过渡金属氧化物薄膜及相关异质界面电磁特性的量子调控”（2015CB921700）的资助。