电场驱动的导电拓扑结构及氧化物金属氧化物相态的周期双倍动力学
材料科学
2026-04-22 v1
摘要
强相关材料如氧化锰 dioxide (VO2) 中的绝缘到金属相转变 (IMT) 为下一代自适应电子器件和神经形态计算提供了变革性平台。然而，由于缺乏能够在纳米尺度空间和亚纳米尺度时间尺度上解析相动力学的原位技术，致使无法将这种非平衡相转变用于确定性器件操作。本文采用新开发的电脉冲泵浦型超快透射电子显微镜 (E-UTEM)，直接可视化悬挂式 VO2 器件中电-热-机械多尺度动力学。结果表明，电场诱导的 Poole-Frenkel (PF) 发射在图案化氧空位局部化后，在重新分配内部电场方面发挥决定性作用，从而触发确定性的 Mott 相变。这种 PF 效应的极端非线性使可形成动态可重构的连接拓扑结构，绕过传统热限制。此外，我们观察到热能与弹性能的耦合支配离散域演化，表现为阶梯式和周期双倍的构型重置，这是受限几何中非平衡相动力学的典型特征。通过将实验成像与相场仿真相结合，我们建立了电驱动 IMT 的综合框架，并预测亚 100 ps 的开关动力学。这些发现为通过纳米尺度缺陷和应变工程在相关系统中设计超快、低能功能器件提供了基本依据。
引用
@article{arxiv.2604.19329,
title = {Electrically steered conduction topologies and period-doubling phase dynamics in VO2},
author = {Siyuan Huang and Shuaishuai Sun and Yin Shi and Wentao Wang and Chunhui Zhu and Huanfang Tian and Huaixin Yang and Jun Li and Jianqi Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.19329},
year = {2026}
}
备注
39 page 4 figures