具有垂直离子传输通道的单晶 T-Nb2O5 薄膜中的锂离子电子学
材料科学
2023-08-03 v2 介观与纳米尺度物理
应用物理
摘要
氧化铌多晶型体 T-Nb2O5 的块体形式已被广泛研究，特别是在快充电池和电化学（准）电容器中的应用。其具有二维（2D）层且空间位阻极低的晶体结构允许快速的锂离子迁移。然而，自 1941 年发现以来，单晶薄膜的生长及其电子学应用尚未实现，这可能源于其较大的正交晶胞以及多种多晶型体的存在。在此，我们展示了单晶 T-Nb2O5 薄膜的外延生长，关键在于离子传输通道垂直于薄膜表面取向。这些垂直 2D 通道实现了快速的锂离子迁移，我们表明其引发了巨大的绝缘体-金属转变，由于初始为空 Nb 4d0 态被电子占据，电阻率下降了十一个数量级。此外，通过全面原位实验与理论计算，我们揭示了在宽范围锂离子浓度下具有不同晶体与电子结构的多个未探索相变，从而允许对这些相及其独特电子性质进行可逆且可重复的调控。本工作为探索具有离子通道的新型薄膜及其潜在应用铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2203.03232,
title = {Li iontronics in single-crystalline T-Nb2O5 thin films with vertical ionic transport channels},
author = {Hyeon Han and Quentin Jacquet and Zhen Jiang and Farheen N. Sayed and Arpit Sharma and Aaron M. Schankler and Arvin Kakekhani and Holger L. Meyerheim and Jae-Chun Jeon and Jucheol Park and Sang Yeol Nam and Kent J. Griffith and Laura Simonelli and Andrew M. Rappe and Clare P. Grey and Stuart S. P. Parkin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.03232},
year = {2023}
}