[發明專利]一種三方晶系的RhO2

在審

• 申請號: 202110753154.8
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113564706A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 呂洋洋;盧浩敏;姚淑華;陳延彬;周健;陳延峰
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C30B29/16
• 分類號: C30B29/16;C30B7/14
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;鄒智弘

本發明公開了一種RhO₂晶體，所述RhO₂晶體屬于三方晶系，空間群為(No.164)，其晶格常數為該晶體顯示新穎的輸運性質及磁性，即在高溫下表現為金屬行為，在100?150K出現金屬絕緣體轉變，低于該溫度表現絕緣體行為，同時在2?300K時，沿(001)晶面方向呈現反鐵磁性。分析表明，該金屬絕緣體轉變是由電子關聯和自旋軌道耦合共同導致的一種Mott(莫特)轉變，即該結構的RhO₂是一種莫特絕緣體。

技術領域

本發明屬于新材料及晶體生長技術領域，特別涉及一種三方晶系的RhO₂晶體及其制備方法和應用。

背景技術

4d和5d過渡金屬氧化物材料由于獨特的電子特性，一直是基礎科學和應用科學的研究焦點。例如，MoO₂表現出巨大的磁電阻效應(Q.Chen,Z.F.Lou,et al.,Phys.Rev.B102,165133(2020).)；ReO₂是一種新型拓撲材料(S.S.Wang,Y.Liu,et al.,Nat.Commun.8,1844(2017).)；RuO₂不僅是一種具有平帶特征表面態的節線拓撲半金屬材料，還表現出反常的反鐵磁性(V.Jovic,R.J.Koch,S.K.Panda,et al.,Phys.Rev.B 98,241101(R)(2018).；Z.H.Zhu,J.Strempfer,et al.,Phys.Rev.Lett.122,017202(2019).)；IrO₂具有很強的自旋軌道耦合作用(J.N.Nelson,J.P.Ruf,et al.,Phys.Rev.Materials.3,064205(2019).)；HfO₂薄膜中平坦的極性聲子帶，可誘導出穩健的可獨立反轉的偶極子，從而使其具有鐵電性(H.J.Lee,M.Lee,et al.,Science.369,1343-1347(2020).)。這些性質對于拓撲物理學、關聯電子學、自旋電子學等研究領域的發展具有重要意義。由于特殊的電子性質，4d和5d過渡金屬氧化物在催化劑、能源存儲等方面有著巨大的應用潛力。此外，其獨特的物理性質為開發新一代的功能器件提供了更多可能。

材料結構與其性能密切相關，決定著材料的功能和應用。已有研究報道，具有相同化學式但是具有不同結構的4d和5d過渡金屬氧化物的性質也表現出巨大差異。以PtO₂為例，實驗研究表明，PtO₂具有三個相，即α相、β相、β’相；其中，α相和β相的PtO₂表現高效的催化性能，它們分別具有六方CdI₂結構和正交CaCl₂結構(R.Kim,B.J.Yang,et al.,Phys.Chem.Chem.Phys.8,1566-1574(2006).)；β’相的PtO₂具有四方金紅石結構，卻是一種狄拉克半金屬(R.Kim,B.J.Yang,et al.,Phys.Rev.B 99,045130(2019).)。

RhO₂是一種4d過渡金屬氧化物，它具有金紅石結構(四方晶系)，空間群為P4₂/mnm，主要被用作電催化劑(V.Schünemann,B.Adelman,et al.,Catalysis Letters 27,259-265(1994).)。

本發明發現了一種新結構的RhO₂單晶，這種新結構的RhO₂晶體的發現對關聯物理學、自旋電子學以及高溫超導探索等方面具有重要的研究和應用價值，可以推動基礎學科的發展，另一方面該材料還可以用于開發新一代的功能器件，例如溫敏傳感器或者開關、低能耗的電子元件、以及新型電子邏輯元件等。

發明內容

本發明的目的在于提供一種三方晶系的RhO₂晶體以及一種基于高溫水溶液法制備三方晶系的RhO₂晶體的方法，該方法通過調節溶液溫度和制備時間，制備RhO₂晶體。