山西師大Adv. Funct. Mater.綜述：過渡族金屬氧化物氫致電子相變的研究進展、應用及展望

【背景簡介】

強關聯過渡族金屬氧化物中電荷、晶格、軌道及自旋等自由度間的關聯、耦合與重構，使其材料體系中展現出新奇的物理現象及豐富的物理內涵。氫化或質子化通過引入離子自由度，操控過渡族金屬氧化物的電子關聯效應和自由度間的關聯耦合作用，觸發新型氫致電子相變和多重電子軌道重構，在金屬-絕緣體轉變、超導電性及磁性轉變等關聯物性調控中展現出關鍵的作用，進而實現了豐富的功能特性和器件應用。近日，山西師范大學許小紅教授團隊在材料科學領域國際著名期刊Adv. Funct. Mater.（SCI一區TOP，IF: 19）上發表題為“Hydrogen-Associated Multiple Electronic Phase Transitions for d-Orbital Transitional Metal Oxides: Progress, Application, and Beyond”的綜述論文。山西師范大學青年教師周軒弛博士為本文的第一作者兼通訊作者，山西師范大學許小紅教授、天津工業大學姜勇教授及山西師范大學周國偉副教授為本文的共同通訊作者，山西師范大學為本文的第一完成單位及通訊單位。

【本文要點】

本綜述論文首先詳細地介紹了實現過渡族金屬氧化物氫化或質子化的方法，并闡述氫化或質子化相比于傳統物性調控方法（如，化學摻雜、缺陷工程及界面應力）的優勢。論文系統地總結本課題組及國內外科研團隊近年來在過渡族金屬氧化物氫致相變領域中的重要研究進展，包括VO₂、ReNiO₃、SrCoO_2.5及4d/5d軌道過渡族金屬氧化物等，并重點強調氫化或質子化在過渡族金屬氧化物量子物性調控中的關鍵作用。本文還關注基于界面應力、缺陷設計及柵極電場等手段進一步操控過渡族金屬氧化物的氫致相變并探索材料體系中的新奇物性，從而實現氫化過渡族金屬氧化物材料體系中的多重電子相變特性。眾所周知，固體材料中的氫元素或質子含量極難進行定量。然而，隨著飛行時間二次離子質譜及核反應分析技術的迅速發展，氫化過渡族金屬氧化物中氫元素深度分布圖譜的定量化表征有助于進一步闡明氫元素在過渡族金屬氧化物氫致相變中的作用，進而厘清其本征的物理機制。本文還重點回顧氫化過渡族金屬氧化物在關聯電子器件、磁電耦合器件和能量轉換器件構筑以及人工智能、生物質傳感和電致變色智能窗等領域中廣闊的應用前景。最后，本論文對過渡族金屬氧化物氫致相變領域進行了展望，期望通過氫化或質子化的方法在過渡族金屬氧化物材料體系中發現更多的新材料、新物性、新物理、新器件和新應用。

圖1 本文的框架

文章鏈接：

X.Zhou, H. Li, Y. Jiao, G. Zhou, H. Ji, Y. Jiang, X. Xu, Hydrogen-Associated Multiple Electronic Phase Transitions for d-Orbital Transitional Metal Oxides: Progress, Application, and Beyond. Adv. Funct. Mater. 2024, 2316536. https://doi.org/10.1002/adfm.202316536

作者簡介：

周軒弛，博士，講師，主要從事關聯氧化物磁電輸運特性的多場調控及器件構筑、氧化物自旋電子學材料與器件、復雜體系強關聯效應的研究工作。2023年于北京科技大學獲工學博士學位，隨后加入山西師范大學許小紅教授課題組工作。近三年，以第一作者或通訊作者身份在Adv. Funct. Mater., J. Phys. Chem. Lett., Appl. Phys. Lett., Phys. Chem. Chem. Phys., J. Phys. Chem. C，Ceram. Int.等國際權威學術期刊上發表多篇研究論文，授權國家發明專利3項。郵箱：xuanchizhou@sxnu.edu.cn。

許小紅，教授，博士生導師，國家杰出青年科學基金獲得者，百千萬人才工程國家級人選，國務院特殊津貼專家。現任磁性分子與磁信息材料教育部重點實驗室主任，先進永磁材料與技術省部共建協同創新中心主任。主要從事半導體自旋電子學材料、信息存儲材料與器件等方面的研究與產學研工作。先后主持了國家杰出青年科學基金項目、國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃課題、國家863計劃項目等，在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Phys. Rev. Lett., Adv. Mater.等國際權威學術期刊上發表SCI收錄論文260余篇。

本文由周軒弛供稿。