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盛志高研究团队发明极化二极管
文章来源: 许学莉 发布时间: 2020-07-31

  近期,中科院合肥研究院强磁场中心盛志高研究团队与中科院物理所、中科院宁波材料所科研人员合作,发明了一种新型电子元器件——“极化二极管”,可能成为未来电子器件的基础元件。相关研究成果以“Polar Rectification Effect in Electro-Fatigued SrTiO3-Based Junctions”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。 

  从迁移的角度来说,电子可以分成两类:巡游电子和局域电子。对于以巡游电子为载体的电子元器件,电场作用下的电流(J)与电压(V)关系有两种。第一种是具有对称 J-V 关系的电阻元件;第二种是具有非对称性 J-V 关系(整流效应)的电流二极管(如图ab所示)。电流二极管被广泛应用于存储、计算、通信、显示等领域,已经成为现代电子学中最为关键的基础元器件。而对于以局域电子为载体的电子元器件来说,情况略有不同。具有对称性电极化(P)与电压(V)关系的电容等元器件早已被发明(图c)。而对于具有非对称性 P-V 关系(极化整流效应)的电子元器件至今未见报道。因此,如果能寻找到一种非对称 P-V 关系,形成电极化的整流效应,933msc.com:则可以制成极化二极管,将在整流器、储存器及计算等领域有着非常重要的潜在应用价值。 

  研究团队通过电疲劳的方法在介电材料钛酸锶(SrTiO3)中引入适量的氧空位。这些氧空位与其周围的电子组成“极化子”,这些“极化子”在电场作用下可以形成电极化(P)。然后,通过制备金属钛与疲劳钛酸锶组成的异质结,构建出具有整流效应的元器件。借助强磁场中心稳态强磁场实验装置(SHMFF)超导磁体下超快光学测试系统,对该元器件进行了细致研究。研究发现在对该元器件施加负电场(-V)时,界面形成了一个非常弱的极化P;对该元器件施加正电场(+V)时,界面形成了一个非常强的极化P。这一非对称性P-V 关系表明该器件具有极化整流效应,是一种极化二极管,可能成为未来电子器件的基础元件。 

  上述研究成果已申请发明专利;该工作获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金,中科院前沿科学重点研究项目、强磁场安徽省实验室方向基金的支持。 

   原文链接:http://hmv.bcc55.com/doi/abs/10.1021/acsami.0c08418

   

  巡游电子的(a)电阻元件、(b)电流二极管J-V 关系示意图;(c)局域电子的电容元件P-V 关系示意图;图(d)为本工作发明的极化二极管示意图以及P-V 关系实验数据。

 附件:

   
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