山西师大Adv. Funct. Mater.综述：过渡族金属氧化物氢致电子相变的研究进展、应用及展望

【背景简介】

强关联过渡族金属氧化物中电荷、晶格、轨道及自旋等自由度间的关联、耦合与重构，使其材料体系中展现出新奇的物理现象及丰富的物理内涵。氢化或质子化通过引入离子自由度，操控过渡族金属氧化物的电子关联效应和自由度间的关联耦合作用，触发新型氢致电子相变和多重电子轨道重构，在金属-绝缘体转变、超导电性及磁性转变等关联物性调控中展现出关键的作用，进而实现了丰富的功能特性和器件应用。近日，山西师范大学许小红教授团队在材料科学领域国际著名期刊Adv. Funct. Mater.（SCI一区TOP，IF: 19）上发表题为“Hydrogen-Associated Multiple Electronic Phase Transitions for d-Orbital Transitional Metal Oxides: Progress, Application, and Beyond”的综述论文。山西师范大学青年教师周轩弛博士为本文的第一作者兼通讯作者，山西师范大学许小红教授、天津工业大学姜勇教授及山西师范大学周国伟副教授为本文的共同通讯作者，山西师范大学为本文的第一完成单位及通讯单位。

【本文要点】

本综述论文首先详细地介绍了实现过渡族金属氧化物氢化或质子化的方法，并阐述氢化或质子化相比于传统物性调控方法（如，化学掺杂、缺陷工程及界面应力）的优势。论文系统地总结本课题组及国内外科研团队近年来在过渡族金属氧化物氢致相变领域中的重要研究进展，包括VO₂、ReNiO₃、SrCoO_2.5及4d/5d轨道过渡族金属氧化物等，并重点强调氢化或质子化在过渡族金属氧化物量子物性调控中的关键作用。本文还关注基于界面应力、缺陷设计及栅极电场等手段进一步操控过渡族金属氧化物的氢致相变并探索材料体系中的新奇物性，从而实现氢化过渡族金属氧化物材料体系中的多重电子相变特性。众所周知，固体材料中的氢元素或质子含量极难进行定量。然而，随着飞行时间二次离子质谱及核反应分析技术的迅速发展，氢化过渡族金属氧化物中氢元素深度分布图谱的定量化表征有助于进一步阐明氢元素在过渡族金属氧化物氢致相变中的作用，进而厘清其本征的物理机制。本文还重点回顾氢化过渡族金属氧化物在关联电子器件、磁电耦合器件和能量转换器件构筑以及人工智能、生物质传感和电致变色智能窗等领域中广阔的应用前景。最后，本论文对过渡族金属氧化物氢致相变领域进行了展望，期望通过氢化或质子化的方法在过渡族金属氧化物材料体系中发现更多的新材料、新物性、新物理、新器件和新应用。

图1 本文的框架

文章链接：

X.Zhou, H. Li, Y. Jiao, G. Zhou, H. Ji, Y. Jiang, X. Xu, Hydrogen-Associated Multiple Electronic Phase Transitions for d-Orbital Transitional Metal Oxides: Progress, Application, and Beyond. Adv. Funct. Mater. 2024, 2316536. https://doi.org/10.1002/adfm.202316536

作者简介：

周轩弛，博士，讲师，主要从事关联氧化物磁电输运特性的多场调控及器件构筑、氧化物自旋电子学材料与器件、复杂体系强关联效应的研究工作。2023年于北京科技大学获工学博士学位，随后加入山西师范大学许小红教授课题组工作。近三年，以第一作者或通讯作者身份在Adv. Funct. Mater., J. Phys. Chem. Lett., Appl. Phys. Lett., Phys. Chem. Chem. Phys., J. Phys. Chem. C，Ceram. Int.等国际权威学术期刊上发表多篇研究论文，授权国家发明专利3项。邮箱：xuanchizhou@sxnu.edu.cn。

许小红，教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，百千万人才工程国家级人选，国务院特殊津贴专家。现任磁性分子与磁信息材料教育部重点实验室主任，先进永磁材料与技术省部共建协同创新中心主任。主要从事半导体自旋电子学材料、信息存储材料与器件等方面的研究与产学研工作。先后主持了国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题、国家863计划项目等，在J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Phys. Rev. Lett., Adv. Mater.等国际权威学术期刊上发表SCI收录论文260余篇。

本文由周轩弛供稿。