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科研进展

王建波团队在氧化锌纳米线可逆结构相变研究中取得重要突破

来源:  发布时间:2019-11-20 08:37:05 点击次数:

    快三平台王建波教授课题组近期在氧化锌纳米线可逆结构相变研究中取得重要突破,实现了相变前后原子尺度结构变化的原位测定和基于第一性原理计算的机理理解。

    近期,Physical Review Letters(《物理评论快报》)期刊在线发表了论文“Surface- and strain-mediated reversible phase transformation in quantum-confined ZnO nanowires”(《量子限域氧化锌纳米线中基于表面和应力效应的可逆相变》)。武汉大学物理科学技术学院、电子显微镜中心和高等研究院为第一署名单位及唯一通讯作者单位,快三平台博士生赵培丽和高等研究院博士生管晓溪为论文共同第一作者,王建波教授、郑赫副教授为通讯作者。

    氧化锌(ZnO)作为一种宽禁带半导体材料,由于其多态性和可调的电子光学性质,在量子点发光、自旋功能器件等核心技术领域具有广泛应用。但是当ZnO尺寸接近其激子玻尔半径(~2纳米)时,由于量子限域效应导致其晶体结构及光电性能的变化,可能引起器件失效。然而,相关理论计算和实验研究方面的机理研究一直存在较大分歧:尽管大量理论计算预测低维ZnO具有比纤锌矿(WZ)结构更稳定的类石墨结构(h-MgO)或体心四方结构(BCT),但由于技术条件限制,实验上一直未予验证,同时其相变机理也还未完全厘清。

    在前期相关工作的基础上(Nano Lett. 18: 4095 (2018);Phys. Rev. Mater. 2: 060402(R) (2018);ACS Appl. Energy Mater. 2: 7709 (2019);Microscopy 10.1093/jmicro/dfz038 (2019)(特邀综述)),王建波课题组通过原子尺度原位技术首次观察到低维 ZnO纳米线(宽度约为2纳米)在拉伸应力作用下从WZ到BCT再到h-MgO结构的原子尺度相变过程(如下图)。在应力撤去时,该相变过程是可逆的。进一步基于第一性原理计算,揭示了尺寸、表面及应力对低维ZnO结构稳定性的影响机理。研究结果为理解量子限域的低维ZnO中不同晶体结构的稳定性及其相变机理提供重要的实验依据和计算分析,可为实现相关体系的结构-性能调控提供参考。

ZnO纳米线中可逆结构相变过程的实验测定(a-f)和第一性原理计算(g

   该研究受到国家自然科学基金、湖北省自然科学基金及江苏省自然科学基金的项目资助。

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