Nano Lett.：相分離在NdNiO3金屬-絕緣體轉變過程中的直接映射

【引言】

鈣鈦礦稀土鎳酸鹽是在稀土的離子半徑可調節的溫度下顯示出金屬-絕緣體轉變的原型相關的氧化物。雖然它的起源仍然是一個爭議的話題，但金屬-絕緣體轉變可以用于各種類型的應用，特別是用于電阻切換和神經形態計算。到目前為止，金屬-絕緣體轉變主要是通過宏觀技術進行研究的，對其納米尺度機制的研究僅通過X射線光電子顯微鏡通過吸收位移來提供，用作間接代表電阻狀態。

【成果簡介】

近日，來自法國斯特拉斯堡大學的daniele.preziosi（通訊作者）和manuel.bibes（共同通訊作者）的團隊在 Nano Lett.發表了題為Direct Mapping of Phase Separation across the Metal–Insulator Transition of NdNiO₃的文章，他們使用導電原子力顯微鏡直接對金屬-絕緣體轉變的NdNiO₃薄膜進行局部電阻成像。電阻圖揭示了在絕緣狀態下約100-300nm金屬域的成核，隨著溫度的增加實現生長和滲透。通過討論阻力對比機制，分析滲透模型內的傳輸數據，并提出相關理論來利用這種電子紋理在器件中

【圖文導讀】

圖1：NdNiO₃薄膜的結構特性

a-b: RHEED振蕩顯示逐層臺階和臺階形態；

c: 原子分辨率EELS化學映射；

d-g: HAADF-STEM圖；

h: 面內晶格參數a和面外晶格參數c的曲線。

圖2 ：NdNiO₃的性能表征圖

a:晶胞厚膜獲得的電阻率的溫度依賴性；

b: 阻率數據和C-AFM圖像獲得絕緣分數，插圖顯示了絕緣和金屬區域的平均電阻作為溫度的函數；

c-e:電流電壓曲線圖；

f:不同溫度下獲得的電阻圖；

g:像素密度相對于電阻對數的直方圖，用雙高斯函數擬合。

圖3：溫度與相關性能參數的關系

a:電阻率與溫度的關系；

b: 電阻率數據和XPEEM圖獲得絕緣部分；

c: 在2.5×2.5μm²面積的75K的NiL3處的XPEEM圖；

d: 在絕緣（75K）和金屬（170K）區域內由面板c中描繪的區域的強度作為入射光子能量的函數而得到的XAS光譜；

e:作為溫度的函數的b和在探測區域上積分的峰的強度之比；

f: 探測區域在不同溫度下的空間分辨圖。

【小結】

該團隊通過導電原子力顯微鏡在NdNiO₃薄膜的金屬-絕緣體轉變過程中成功地繪制了相分離狀態，并觀察到了金屬和絕緣區域之間2-3個數量級的電阻對比。在絕緣狀態和金屬狀態下獲得的電流-電壓曲線是高度非線性和非對稱的，這表明尖端和樣品之間存在肖特基勢壘。這種肖特基勢壘強烈依賴于鎳酸鹽的電子狀態，并提供合適的電阻對比機制以對相位共存進行成像。通過轉變溫度獲得的C-AFM圖顯示隨著溫度升高，在絕緣狀態中約100-300nm金屬域的再成核，所述絕緣狀態隨著溫度增加而生長和滲出。結果也表明相分離狀態可以在納米模式下利用標準電子束光刻和在寬溫度范圍內操作來實現，研究人員認為C-AFM的力量是一項重要手段研究復雜的電子中間結構。

文獻鏈接：Direct Mapping of Phase Separation across the Metal–Insulator Transition of NdNiO₃（Nano Lett.2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04728）

本文由材料人電子電工學術組楊超整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。如果你對電子材料感興趣，愿意與電子電工領域人才交流，請加入材料人電子電工材料學習小組（QQ群：482842474）。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH , 任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試，數據分析，上測試谷！