近期，中科院合肥研究院固體所功能材料與器件研究部朱雪斌研究員課題組在V₂O₃金屬-絕緣體相變機理方面取得新進展，相關研究結果以“Unveiling the mechanisms of metal-insulator transitions in V₂O₃: The role of trigonal distortion”為題發表在Physical Review B 上。 

　　金屬-絕緣體相變是指材料在組分、溫度、壓力等作用下，發生金屬相與絕緣相之間的轉變，通常伴隨著電阻率、磁性、光學反射率等物理性質的顯著變化。這種獨特物性使得這類相變材料在光電開關、信息存儲、傳感器、場效應晶體管、智能窗口等眾多領域具有非常廣闊的應用前景。因此，金屬-絕緣體相變一直是凝聚態物理和材料科學中備受關注的熱點和研究重點。

       V₂O₃是一種典型的具有豐富金屬-絕緣體相變現象的材料：室溫常壓下為順磁金屬(PM)相,Cr摻雜在晶體結構對稱性不變的情況下將PM相轉變為順磁絕緣(PI)相，該PM-PI相變也被認為是凝聚態物理中標準的Mott-Hubbard相變；當溫度降低到160 K左右時，V₂O₃將從PM相轉變為反鐵磁絕緣(AFI)相，同時還伴隨著結構相變。雖然V₂O₃中的金屬-絕緣體相變已經得到了人們的持續關注和廣泛研究，但目前關于PM-PI相變是源于電子關聯/三角畸變或Cr摻雜導致的局域結構畸變/無序還存在很大的爭議，對PM相及其PM-AFI相變的基本物理問題仍然沒有清晰的認識。 

　　為了解決上述問題，科研人員在V₂O₃薄膜生長過程中將襯底溫度作為唯一變化的調控參數，利用V₂O₃和Al₂O₃之間的晶格/熱膨脹系數失配，在V₂O₃薄膜中實現了應力和三角畸變的大范圍連續調節。在V₂O₃薄膜中通過面內拉伸應力增強三角畸變將PM相轉變為PI相，電輸運性質和拉曼光譜結果表明V₂O₃薄膜中應力與單晶中Cr摻雜對PM-PI相變具有相同的作用。這為澄清V₂O₃中PM-PI相變機理爭議提供了關鍵的實驗證據，直接揭示了三角畸變在PM-PI相變中的重要作用，對比實驗表明Cr摻雜導致的局域結構畸變/無序只是起到了增大PM相和PI相電阻率的作用。通過拉曼光譜的研究還發現V₂O₃中PM相的軌道占據態隨三角畸變發生顯著變化并且直接決定了PM-AFI相變特性，從而改變了之前關于V₂O₃的PM相具有相同軌道占據態的傳統觀點，揭示了V₂O₃薄膜中的應力具有與單晶中的摻雜和靜水壓截然不同的調控機理，這為認識和理解PM相及其PM-AFI相變機理提供了新的依據。 

　　該研究工作得到科技部重點研發項目和國家自然科學基金的支持。 

　　全文鏈接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.085119