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(fù)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(xué)的大重要發(fā)現(xiàn)——由清華大學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)性調(diào)控的原理及應(yīng)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(xué)和材料科學(xué)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(xué)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(yīng),，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(yīng)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(xué)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(xué)性，分別對應(yīng)反鐵磁緣體,、鐵磁金屬和弱鐵磁緣體,。可調(diào)控的電磁學(xué)性使得該材料在新的自旋電子學(xué)器件應(yīng)用方面同樣具有廣闊的前景,。

圖3 a. 三態(tài)電致色變效應(yīng),，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(yīng)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(xué)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(yīng)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(xué)第10臺PPMS綜合物性測量系統(tǒng)的小小里程碑,。正如習(xí)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(xué)
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(xué)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(xué),、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(xué)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),。