對材料的晶體或電子相的電學控制是當今許多電子設備的基石。使用基于離子液體(ILs)的晶體管器件可在IL和薄膜通道界面處形成的超薄雙電層(EDL)內產生強電場。已經有研究表明,這些電場可以導致離子遷移進出薄膜,從而導致結構變化或相變,這些變化在自旋電子學、傳感、生物傳感和神經形態設備中具有潛在的應用。
IL門控誘導的離子遷移可以在很長的距離內進行,長可達微米,從而導致整個薄膜的物理性質發生變化。然而,對薄膜表面本身的改性研究很少,盡管表面狀態的微小變化會強烈影響在IL門控中發生的電化學反應。
作者將原位AFM懸臂浸入IL中,同時施加柵極電壓(VG)掃描表面。圖2b-g顯示了不同VG下的原位AFM形貌圖,圖2h中總結了hRS隨VG的演變,這證實了脊的結構變化是可逆的。與平臺邊緣的急劇變化不同,平臺的平坦部分對IL門控沒有任何明顯的響應,表明在這個門控周期中,平臺和邊緣的化學成分分別經歷了可逆和不可逆的變化。
接著,作者在IL門控下研究了SrCoO2.5薄膜的電導率和晶體結構。通過0→?1.8→0→+1.8→0 V循環VG,能可逆地操縱SrCoO2.5的電阻值近4個數量級(圖3a)。圖3b所示的X射線衍射(XRD)結果表明,IL門控誘導的絕緣體-金屬躍遷伴隨著重大的結構變化,在VG = -1.8 V時,引發了從SrCoO2.5到SrCoO3的結構相變。為了了解IL門控過程中表面演化的機理,作者轉向一種表面敏感技術,即X射線光電子能譜(XPS),提出OH-離子可能是由于溶解在IL中殘留的H2O引起的(圖4),在ILs中添加體積分數為0.1%和1.0%的H2O,樣品的Co-OH峰強度顯著提高。運用原理密度泛函,分別計算了離平臺邊緣不同距離吸附的羥基結合能(ΔEOH),平臺邊緣的結合能明顯較高(圖5)。
總而言之,這項工作提出了IL門控可**改變SrCoOx薄膜表面。雖然原子級平臺的形態沒有太大變化,但平臺的邊緣形成了脊,這是由于溶解在離子液體中的羥基引起的,并且這些脊的傳導性要比平臺低得多。所觀察到的平臺邊緣修飾也顯示出從異質催化到生物醫學和環境傳感應用中納米結構電化學界面的潛力。
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