VO2金属-绝缘体相变机理的研究进展

VO2是一种热致相变金属氧化物.在341 K附近,VO2发生由低温绝缘体相到高温金属相的可逆转变,同时伴随着光学、电学和磁学等性质的可逆突变,这种独特的性质使得VO2在光电开关材料、智能玻璃、存储介质材料等领域有着广阔的应用前景.因此,VO2金属-绝缘体可逆相变一直是人们的研究热点,但其相变机理至今未有定论.首先,简要概述了VO2相变时晶体结构和能带结构的变化情况:从晶体结构来讲,相变前后VO2从低温时的单斜相VO2(M)转变为高温稳定的金红石相VO2(R),在一定条件下此过程也可能伴随着亚稳态单斜相VO2(B)与四方相VO2(A)的产生;从能带结构来看,VO2处于低温单斜相时,其d//能带和π*能带之间存在一个禁带,带宽约为0.7 eV,费米能级恰好落在禁带之间,表现出绝缘性,而在高温金红石相时,其费米能级落在π*能带与d//能带之间的重叠部分,因此表现出金属导电性.其次,着重总结了VO2相变物理机理的研究现状.主要包括:电子关联驱动相变、结构驱动相变以及电子关联和结构共同驱动相变的三种理论体系以及支撑这些理论体系的实验结果.文献报道争论的焦点在于,VO2是否是Mott绝缘体以及结构相变与金属-绝缘体相变是否精确同时发生.最后,展望了VO2材料研究的发展方向.