Ionotronic 納米設備研究新進展

導讀

Ionotronic 是一個新的學術概念，然而芬蘭科學家使用一種新型納米探針的試樣夾，對於這種效應進行了研究。

Ionotronic 簡介

Ionotronic 是一個新的學術名詞，暫時還沒有很好的中文翻譯，我暫且翻譯為「「離子電子」 。這種設備依賴於離子的電荷效應，作為電子的取代或者補充。這些設備的出現，為設計電力可切換的存儲器打開了新的機遇之門。然而，這種新型存儲器想要投入生產，仍然有很多技術挑戰需要克服。

研究簡介

芬蘭阿爾託大學的研究人員將複雜氧化物材料中的氧離子遷移過程直觀化，使得材料能夠以一種統一和可逆的方式，改變其晶體結構，促進電阻的大調節。他們使用了一種具有納米靜電探針的試樣夾，進行透射式電子顯微鏡下的同步成像和電阻測定。電阻開關隨機訪問存儲器能夠利用這種效應。

（圖片來源於：Mikko Raskinen /芬蘭阿爾託大學）

芬蘭科學院研究員 Lide Yao 說：

「在透射式電子顯微鏡下，一束高能粒子通過非常薄的樣本。各種檢測器在和樣本進行交互作用後，搜集電子信息，然後提供關於材料原子結構和化學組成的具體信息。這種技術十分適合於表徵納米材料，但是如果使用傳統的方法，活性材料將無法在顯微鏡內部操作。在我們的研究中，我們使用了一種特殊的試樣夾，具有壓電控制的金屬探測器，它能夠進行電氣納米接觸。這種原位法，使得我們可以施加短的電壓脈衝，從而控制樣本中的氧粒子遷移。

研究人員發現氧離子從接觸區遷移出後，在氧化物晶體結構方面會發生突變，電阻會有所增加。電壓極性的逆轉可以完全恢復材料原有的屬性。博士研究生 Sampo Inkinen 進行了電熱模擬，該過程顯示目前電流誘導的樣本加熱和電場指引的離子遷移的結合會引起開關效應。

（圖片來源於：Mikko Raskinen /芬蘭阿爾託大學）

研究的意義

Yao 的論文合著者、Sebastiaan van Dijken 教授說：

「我們研究的這種材料是一種複雜的氧化物。複雜氧化物會展現出很多有趣的物理屬性包括磁性、鐵電性、超導性，所有這些屬性對於材料氧化狀態的變化很敏感。電壓誘導的氧化物離子遷移，會改變氧化反應量，引起材料強烈的反應。我們展示了氧含量、晶體結構和電阻之間的直接聯繫，同樣的ionotronic 概念可以用於控制其他的材料屬性。」

Yao 補充說道：

「在現有的研究中，我們使用了一種特殊的試樣夾，用於原子級結構和電阻的同步測量。我們現在開發了全新且獨特的夾子，讓透射電子顯微鏡能夠測量強光輻射下的標本。我們計劃通過這個裝置，未來研究鈣鈦礦太陽能電池和其他光電材料原子級別的處理過程。」

參考資料

【1】http://www.aalto.fi/en/current/news/2017-02-22-012/

【2】Lide Yao, Sampo Inkinen, Sebastiaan van Dijken.Direct observation of oxygen vacancy-driven structural and resistive phase transitions in La2/3Sr1/3MnO3. Nature Communications, 2017; 8: 14544 DOI: 10.1038/NCOMMS14544