掺杂二氧化钒材料电学及光学性能的理论计算研究文献综述

 2021-10-25 21:29:27

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文 献 综 述二氧化钒(VO2)是一种多晶型化合物,如亚稳态结构VO2(A),VO2(B)、单斜相VO2(M),VO2(M2)、三斜相VO2(T)和四方金红石相VO2(R)。

在二氧化钒结构中钒离子有V4 (d1)和V3 (d2)的电子结构,由于在同一个离子上有自旋相反的两个d电子之间强烈的库伦排斥作用,从而导致d电子在空间上局限在部分占据的轨道上并且是具有强烈相互作用或关联。

[1]1959年Morin首次报道了二氧化钒材料可以随温度的上好,发生由绝缘性质转变为金属性质,即金属-绝缘体相转变(Metal-Insulator Transition,MIT)。

[2]二氧化钒相变温度约为340K最接近于室温。

二氧化钒发生金属-绝缘相变时,VO2从高温的四方金红石结构转变为低温单斜结构,相变速度快,会伴随着电导率,折射率等光电性质以及磁学性质的变化。

[3]使得二氧化钒在光电转换器、记忆存储材料等领域具有广阔的应用前景。

在VO2晶体的结构中,每个V原子会与周围的O原子构成一个结构单元。

二氧化钒随着温度的升高,发生由绝缘态相金属态的相变的同时,晶体结构也随之发生变化,由单斜相(R)转变为四方金红石结构。

在由四方金红石结构转变为单斜结构的过程中,VO2 的晶轴长度发生改变, V原子偏离顶角位置,成对存在,形成V-V键,从而导致V原子的d电子被束缚,表现出局域性,导致了二氧化钒呈现出绝缘性。

[4] 目前,对于VO2的金属-绝缘体相变的物理机制主要存在两种不同的理论解释:一种是电子-声子机制,即结构驱动的 Peierls转变;另一种是电子关联机制,即电子关联驱动的Mott 转变。

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