Nano Lett.：相分离在NdNiO3金属-绝缘体转变过程中的直接映射

【引言】

钙钛矿稀土镍酸盐是在稀土的离子半径可调节的温度下显示出金属-绝缘体转变的原型相关的氧化物。虽然它的起源仍然是一个争议的话题，但金属-绝缘体转变可以用于各种类型的应用，特别是用于电阻切换和神经形态计算。到目前为止，金属-绝缘体转变主要是通过宏观技术进行研究的，对其纳米尺度机制的研究仅通过X射线光电子显微镜通过吸收位移来提供，用作间接代表电阻状态。

【成果简介】

近日，来自法国斯特拉斯堡大学的daniele.preziosi（通讯作者）和manuel.bibes（共同通讯作者）的团队在Nano Lett.发表了题为Direct Mapping of Phase Separation across the Metal–Insulator Transition of NdNiO₃的文章，他们使用导电原子力显微镜直接对金属-绝缘体转变的NdNiO₃薄膜进行局部电阻成像。电阻图揭示了在绝缘状态下约100-300nm金属域的成核，随着温度的增加实现生长和渗透。通过讨论阻力对比机制，分析渗透模型内的传输数据，并提出相关理论来利用这种电子纹理在器件中

【图文导读】

图1：NdNiO₃薄膜的结构特性

a-b: RHEED振荡显示逐层台阶和台阶形态；

c: 原子分辨率EELS化学映射；

d-g: HAADF-STEM图；

h: 面内晶格参数a和面外晶格参数c的曲线。

图2：NdNiO₃的性能表征图

a:晶胞厚膜获得的电阻率的温度依赖性；

b: 阻率数据和C-AFM图像获得绝缘分数，插图显示了绝缘和金属区域的平均电阻作为温度的函数；

c-e:电流电压曲线图；

f:不同温度下获得的电阻图；

g:像素密度相对于电阻对数的直方图，用双高斯函数拟合。

图3：温度与相关性能参数的关系

a:电阻率与温度的关系；

b: 电阻率数据和XPEEM图获得绝缘部分；

c: 在2.5×2.5μm²面积的75K的NiL3处的XPEEM图；

d: 在绝缘（75K）和金属（170K）区域内由面板c中描绘的区域的强度作为入射光子能量的函数而得到的XAS光谱；

e:作为温度的函数的b和在探测区域上积分的峰的强度之比；

f: 探测区域在不同温度下的空间分辨图。

【小结】

该团队通过导电原子力显微镜在NdNiO₃薄膜的金属-绝缘体转变过程中成功地绘制了相分离状态，并观察到了金属和绝缘区域之间2-3个数量级的电阻对比。在绝缘状态和金属状态下获得的电流-电压曲线是高度非线性和非对称的，这表明尖端和样品之间存在肖特基势垒。这种肖特基势垒强烈依赖于镍酸盐的电子状态，并提供合适的电阻对比机制以对相位共存进行成像。通过转变温度获得的C-AFM图显示随着温度升高，在绝缘状态中约100-300nm金属域的再成核，所述绝缘状态随着温度增加而生长和渗出。结果也表明相分离状态可以在纳米模式下利用标准电子束光刻和在宽温度范围内操作来实现，研究人员认为C-AFM的力量是一项重要手段研究复杂的电子中间结构。

文献链接：Direct Mapping of Phase Separation across the Metal–Insulator Transition of NdNiO₃（Nano Lett.2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04728）

本文由材料人电子电工学术组杨超整理编辑。

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