近期，中科院合肥研究院強磁場中心盛志高研究團隊與中科院物理所、中科院寧波材料所科研人員合作，發明了一種新型電子元器件——“極化二極管”，可能成為未來電子器件的基礎元件。相關研究成果以“Polar Rectification Effect in Electro-Fatigued SrTiO₃-Based Junctions”為題發表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。 

　　從遷移的角度來說，電子可以分成兩類：巡游電子和局域電子。對于以巡游電子為載體的電子元器件，電場作用下的電流(J)與電壓(V)關系有兩種。第一種是具有對稱 J-V 關系的電阻元件；第二種是具有非對稱性 J-V 關系（整流效應）的電流二極管（如圖a和b所示）。電流二極管被廣泛應用于存儲、計算、通信、顯示等領域，已經成為現代電子學中最為關鍵的基礎元器件。而對于以局域電子為載體的電子元器件來說，情況略有不同。具有對稱性電極化(P)與電壓(V)關系的電容等元器件早已被發明（圖c）。而對于具有非對稱性 P-V 關系（極化整流效應）的電子元器件至今未見報道。因此，如果能尋找到一種非對稱 P-V 關系，形成電極化的整流效應，則可以制成極化二極管，將在整流器、儲存器及計算等領域有著非常重要的潛在應用價值。 

　　研究團隊通過電疲勞的方法在介電材料鈦酸鍶（SrTiO₃）中引入適量的氧空位。這些氧空位與其周圍的電子組成“極化子”，這些“極化子”在電場作用下可以形成電極化（P）。然后，通過制備金屬鈦與疲勞鈦酸鍶組成的異質結，構建出具有整流效應的元器件。借助強磁場中心穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)超導磁體下超快光學測試系統，對該元器件進行了細致研究。研究發現在對該元器件施加負電場（-V）時，界面形成了一個非常弱的極化P；對該元器件施加正電場（+V）時，界面形成了一個非常強的極化P。這一非對稱性P-V 關系表明該器件具有極化整流效應，是一種極化二極管，可能成為未來電子器件的基礎元件。 

　　上述研究成果已申請發明專利；該工作獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金，中科院前沿科學重點研究項目、強磁場安徽省實驗室方向基金的支持。 

　　 原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c08418。