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离子液体门控诱导的SrCoO2.5表面平台边缘的修饰
发布时间:2020-09-03     作者:harry   分享到:

对材料的晶体或电子相的电学控制是当今许多电子设备的基石。使用基于离子液体(ILs)的晶体管器件可在IL和薄膜通道界面处形成的超薄双电层(EDL)内产生强电场。已经有研究表明,这些电场可以导致离子迁移进出薄膜,从而导致结构变化或相变,这些变化在自旋电子学、传感、生物传感和神经形态设备中具有潜在的应用。

IL门控诱导的离子迁移可以在很长的距离内进行,长可达微米,从而导致整个薄膜的物理性质发生变化。然而,对薄膜表面本身的改性研究很少,尽管表面状态的微小变化会强烈影响在IL门控中发生的电化学反应。


马克斯·普朗克微结构物理研究所Stuart. S. P. Parkin教授采用原位原子力显微镜(AFM)研究了IL 1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰)亚胺盐(EMIM-TFSI)门控下SrCoOxSCO)薄膜表面的演变(图1)。发现膜表面平台边缘的形态发生了**变化,但平台本身看起来没有变化,X射线光电发射光谱研究表明,边缘形成的脊是羟基吸附的结果。




1. SrCoO2.5薄膜表面的原子级光滑平台边缘被IL门控修饰
(图片来源:ACS Nano


作者将原位AFM悬臂浸入IL中,同时施加栅极电压(VG)扫描表面。图2b-g显示了不同VG下的原位AFM形貌图,2h中总结了hRSVG的演变,这证实了脊的结构变化是可逆的。与平台边缘的急剧变化不同,平台的平坦部分对IL门控没有任何明显的响应,表明在这个门控周期中,平台和边缘的化学成分分别经历了可逆和不可逆的变化。



接着,作者在IL门控下研究了SrCoO2.5薄膜的电导率和晶体结构。通过0→−1.8→0→+1.8→0 V循环VG,能可逆地操纵SrCoO2.5的电阻值近4个数量级(图3a)。图3b所示的X射线衍射(XRD)结果表明,IL门控诱导的绝缘体-金属跃迁伴随着重大的结构变化,VG = -1.8 V时,引发了从SrCoO2.5SrCoO3的结构相变。为了了解IL门控过程中表面演化的机理,作者转向一种表面敏感技术,即X射线光电子能谱(XPS),提出OH-离子可能是由于溶解在IL中残留的H2O引起的(图4),在ILs中添加体积分数为0.11.0H2O样品的Co-OH峰强度显着提高。运用原理密度泛函,分别计算了离平台边缘不同距离吸附的羟基结合能(ΔEOH),平台边缘的结合能明显较高(图5)。


总而言之,这项工作提出了IL门控可**改变SrCoOx薄膜表面。虽然原子级平台的形态没有太大变化,但平台的边缘形成了脊,这是由于溶解在离子液体中的羟基引起的,并且这些脊的传导性要比平台低得多。所观察到的平台边缘修饰也显示出从异质催化到生物医学和环境传感应用中纳米结构电化学界面的潜力。



原文链接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02880
原文作者:
Yuechen Zhuang, Bin Cui,Hao Yang, Fang Gao and Stuart. S. P. Parkin
DOI: 10.1021/acsnano.0c02880

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