“幸福都是奮斗出來的。”把藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，將改革進(jìn)行到底，無不呼喚不馳于空想、不騖于虛聲的奮斗精神，無不需要一步一個(gè)腳印踏踏實(shí)實(shí)干好工作。天道酬勤，日新月異。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ——習(xí)總書記2018新年賀詞

回顧2017， “慧眼”衛(wèi)星遨游太空，C919大型客機(jī)飛上藍(lán)天，量子計(jì)算機(jī)研制成功，海水稻進(jìn)行測產(chǎn)，首艘國產(chǎn)航母下水，“海翼”號深?；铏C(jī)完成深海觀測，首次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(gè)領(lǐng)域都取得了輝煌的成就。本期將會為您重點(diǎn)介紹2017年我國材料學(xué)的一大重要發(fā)現(xiàn)——由清華大學(xué)于浦科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的電場調(diào)控下的“三態(tài)”相變。?

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2017年Nature在線刊登了一篇來自我國科學(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(jià)。該研究首次在單一材料中實(shí)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)特性調(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O2-離子和H+離子的選擇性調(diào)控實(shí)現(xiàn)SrCoO3, SrCoO2.5和HSrCoO2.5之間的可逆相變。??

電場調(diào)控是物理學(xué)和材料科學(xué)中最常用的一種調(diào)控手段，但傳統(tǒng)的電場調(diào)控大都只能調(diào)控一種離子的價(jià)態(tài)或者使材料可以在兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。于浦教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)經(jīng)過巧妙的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，通過離子液體電場調(diào)控手段在氧化物SrCoO2.5中實(shí)現(xiàn)了對O2-離子和H+離子的選擇性調(diào)控，使材料在SrCoO2.5、SrCoO3-δ以及HSrCoO2.5三相之間進(jìn)行可逆結(jié)構(gòu)相變，這是選擇性雙離子調(diào)控的首次實(shí)現(xiàn)，也是電場調(diào)控的重要進(jìn)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)吸收特性，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(shí)證實(shí)了三態(tài)相變是一種具有“非揮發(fā)”特性的相變，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。

如果將這一成果應(yīng)用在玻璃上，就可以通過對透光率的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)亮度、溫度的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。新穎的光學(xué)特性使該材料在節(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)特性，分別對應(yīng)反鐵磁絕緣體、鐵磁金屬和弱鐵磁絕緣體?？烧{(diào)控的電磁學(xué)特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(shí)現(xiàn)新型物相及新穎物性的設(shè)計(jì)，但本研究通過電場控制實(shí)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)控提供了一類全新的手段。該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可以被廣泛推廣到其它一系列材料體系中，有望孕育出大量的新奇結(jié)構(gòu)相變和豐富功能特性。

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(shí)驗(yàn)中助老師一臂之力，同時(shí)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)總書記所言，希望我們能與各位科研工作者一起并肩奮斗，在新的一年能夠保持“逢山開路，遇水架橋”的堅(jiān)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)官網(wǎng)
參考文獻(xiàn)：Electric-field control of tri-state phase transformation with a selective dual-ion switch（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22389）?

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