二氧化钒金属绝缘体相变温度的调控及其同步辐射研究

氧化钒（VO2）表现出独特的可逆的金属绝缘体相变，其典型的相变临界温度为68度。该相变过程伴随着晶体结构的显著变化，即从低温单斜晶相(Monoclinic)变化到高温金属相VO2 (Rutile)。这种奇特的相变将导致VO2的电、磁和光学性质会发生突变，因而在红外智能窗和相变存储上具有极大的应用前景。VO2的各种光电功能特性均与其相变密切相关，然而其相对过高的相变温度极大的阻碍了在室温下作为能源材料的实际应用。因此将VO2相变临界温度调控到室温附近并维持其突变的光电功能特性显得尤为重要。本课题旨在制备高质量的VO2薄膜并利用各种掺杂手段和引入界面应力的方法来调控VO2相变温度，同时利用同步辐射光电子能谱和X射线吸收谱技术来原位探测在跨越相变临界温区过程中的二氧化钒电子能态和原子结构上的变化，阐明相变温度调控过程的微观机理，为实现VO2作为能源材料的广泛应用提供理论上的指导。

本项目紧紧围绕二氧化钒(VO2)材料的制备，相变输运测试，相变温度调控以及相变机理的探索展开深入研究。利用溶胶凝胶法，激光脉冲沉积和氧源分子束外延等技术手段制备了高质量的VO2薄膜并利用各种掺杂手段和引入界面应力的方法来实现相变温度的调控。同时结合同步辐射X射线衍射，光电子能谱和X 射线吸收谱技术来原位探测在跨越相变临界温区过程中的VO2电子能态和原子结构上的变化。借助于同步辐射技术的独特探测优势，我们深入研究了相变温度调控后晶体结构，局域原子成键，轨道占据和价带电子态等的变化，得到了微观尺度上的相变演化过程，揭示了相变温度调控的微观机理。在本课题中，我们在二氧化钒单晶外延生长，相变温度调控和相变机理的研究方面得到了很多新颖而重要的结果，并被国内外相关领域的研究人员广泛应用。这些研究结果不仅丰富了金属绝缘相变研究的相关理论，而且有望进一步推动二氧化钒材料将来在能源和光电器件方面的应用。