论文部分内容阅读
离子电子学主要通过离子的迁移和重排来实现材料的电学性质及其功能化,从而在信息存储、神经突触模拟与仿生和智能显示等诸多领域有巨大应用潜力。本文选择具有丰富结构的MoO3和具有大的O2-离子迁移率的Gd2O3为对象,构建离子液体门电压调控MoO3器件、将MoO3薄膜长在Li+离子导电陶瓷衬底上,以及MoO3和Gd2O3为功能层的电致阻变器件三种形式,研究了加电过程中MoO3和Gd2O3材料的结构,电学、光学和磁学性质的变化,并探究了其中的机制。(1)质子型离子液体门电压调控α-MoO3薄膜。初始态的α-MoO3薄膜无色透明,电阻超过了仪器的测试量程(1.0×108Ω);施加+3.5V的电压后,薄膜变成蓝色,电阻减小为2.25×103Ω;将诱导后的薄膜在空气中放置48h后,MoO3薄膜的蓝色消失,电阻增大。其原因可能是加电过程中离子液体中的H+离子插入α-MoO3,而空气中放置则是插入的H+从MoO3中脱出的过程。(2)电场方式调控了Li+离子导电陶瓷衬底上生长的α-MoO3薄膜。初始态的α-MoO3薄膜比较透明,电阻仍大到无法测量;施加+3.5V的电压后,薄膜变成蓝色,电阻减小;空气中放置2个月后,MoO3薄膜依为蓝色,电阻也保持不变。其原因可能是加电过程中衬底中的Li+离子插入α-MoO3,而在空气中放置后插入的Li+不易从MoO3中脱出。(3)α-MoO3和Gd2O3薄膜的电致阻变器件效应。它们均表现稳定的双极性电致阻变行为,而且在低阻态下均表现金属的导电特征,这可能源于加电过程中氧离子的迁移。MoO3中O2-离子的迁移可能使Mo从+6价还原成低价态,从而形成MoO2或者一些富Mo区的导电区域;Gd2O3中O2-离子迁移导致部分Gd3+离子还原成金属态的具有铁磁性的Gd原子,从而导致电致阻变效应产生的同时还调控了材料的磁性。总之,本文采用电的方式通过将H+、Li+离子插入MoO3材料或者将MoO3和Gd2O3中的O2-离子抽取体系,有效调控了材料的微结构,电学、光学和磁学性质。该研究可以为未来信息存储、神经突触模拟与仿生,以及存储和模拟过程的智能显示等方面的研究和应用提供新的思路和重要参考。