回顧2017， “慧眼”衛(wèi)星遨游太空，C919大型客機飛上藍天，量子計算機研制成功，海水稻進行測產(chǎn)，艘國產(chǎn)航母下水，“海翼”號深?；铏C完成深海觀測，海域可燃冰試采成功，洋山四期自動化碼頭正式開港，港珠澳大橋主體工程全線貫通，復興號奔馳在祖國廣袤的大地上……正是各行各業(yè)工作者的努力奮斗，才使得我國在各個域都取得了輝煌的成就。本期將會為您重點介紹2017年我國材料學的大重要發(fā)現(xiàn)——由清華大學于浦科研團隊發(fā)現(xiàn)的電場調(diào)控下的“三態(tài)”相變。 

    2017年Nature在線刊登了篇來自我國科學家的研究論文“Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch”，并在同期發(fā)表了題為“Condensed-matter physics: Functional materials at the flick of a switch”的新聞評述，對我國科學家的研究成果給予了高度評價。該研究在單材料中實現(xiàn)了基于雙離子電場調(diào)控的三態(tài)結(jié)構(gòu)相變，并揭示了三態(tài)相變過程中光、電和磁學性調(diào)控的原理及應用前景。 

圖1 a、b為電場調(diào)控示意圖，c為通對O^2-離子和H⁺離子的選擇性調(diào)控實現(xiàn)SrCoO³, SrCoO_2.5和HSrCoO_2.5之間的可逆相變。  

    電場調(diào)控是物理學和材料科學中zui常用的種調(diào)控手段，但傳統(tǒng)的電場調(diào)控大都只能調(diào)控種離子的價態(tài)或者使材料可以在兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。于浦教授帶的團隊經(jīng)過巧妙的構(gòu)思和設(shè)計，通過離子液體電場調(diào)控手段在氧化物SrCoO_2.5中實現(xiàn)了對O^2-離子和H⁺離子的選擇性調(diào)控，使材料在SrCoO_2.5、SrCoO_3-δ以及HSrCoO_2.5三相之間進行可逆結(jié)構(gòu)相變，這是選擇性雙離子調(diào)控的實現(xiàn)，也是電場調(diào)控的重要進步。

圖2 電場作用、選擇性的雙離子調(diào)控三相磁電耦合  

    由于材料的三態(tài)在可見光和紅外光區(qū)具有不同的光學吸收性，該研究展示了在可見光和紅外線波段的三態(tài)電致色變效應，同時證實了三態(tài)相變是種具有“非揮發(fā)”性的相變，即撤掉電壓后，其相變后的結(jié)構(gòu)和性能會得到長久保持，從而大大減少維持相變所需的能源消耗。

    如果將這成果應用在玻璃上，就可以通過對透光率的調(diào)節(jié)實現(xiàn)對室內(nèi)亮度、溫度的調(diào)節(jié)，從而達到節(jié)能的目的。新穎的光學性使該材料在節(jié)能環(huán)保方面有著不可估量的潛力。另外，材料的三態(tài)還具有不同的電磁學性，分別對應反鐵磁緣體、鐵磁金屬和弱鐵磁緣體?？烧{(diào)控的電磁學性使得該材料在新的自旋電子學器件應用方面同樣具有廣闊的前景。

圖3 a. 三態(tài)電致色變效應，不同相在可見光波段的通過率不同；b. 不同相在紅外線波段的通過率不同，可應用于玻璃來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度

    需要指出的是，傳統(tǒng)研究通常借助外加壓力或材料生長過程中的化學摻雜等調(diào)控手段，實現(xiàn)新型物相及新穎物性的設(shè)計，但本研究通過電場控制實現(xiàn)離子的插入和析出及其所對應的物相轉(zhuǎn)變，為材料物性調(diào)控提供了類全新的手段。該項發(fā)現(xiàn)可以被廣泛推廣到其它系列材料體系中，有望孕育出大量的新奇結(jié)構(gòu)相變和豐富功能性。

    在此，我們再次祝賀于浦教授取得可喜的科研成果，也非常榮幸Quantum Design的設(shè)備能夠在實驗中助老師臂之力，同時感謝于浦教授繼續(xù)選擇PPMS，完成了清華大學第10臺PPMS綜合物性測量系統(tǒng)的小小里程碑。正如習所言，希望我們能與各位科研工作者起并肩奮斗，在新的年能夠保持“逢山開路，遇水架橋”的堅定信念，為2018年中國科研事業(yè)的輝煌錦上添花！

文章內(nèi)容：部分來源于清華大學
參考文獻：Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22389） 

關(guān)于Quantum Design

Quantum Design是上的科研設(shè)備制造商和儀器分銷商，于1982年創(chuàng)建于美國加州圣迭戈。公司生產(chǎn)的 SQUID 磁學測量系統(tǒng) (MPMS) 和材料綜合物理性質(zhì)測量系統(tǒng) (PPMS) 已經(jīng)成為*的*測量平臺，廣泛的分布于上幾乎所有材料、物理、化學、納米等研究域的實驗室。2007年，Quantum Design并購了歐洲zui大的儀器分銷商LOT公司，現(xiàn)已成為的科學儀器域的跨國公司。目前公司擁有分布于英國、美國、法國、德國、巴西、印度，日本和中國等地區(qū)的數(shù)十個分公司和辦事處，業(yè)務(wù)遍及百多個國家和地區(qū)。中國地區(qū)是Quantum Design公司zui活躍的市場，公司在北京、上海和廣州設(shè)有分公司或辦事處。幾十年來，公司與中國的科研和教育域的合作有成效，為中國科研的進步提供了進的設(shè)備以及高質(zhì)量的服務(wù)。