Electric-field-driven phase transition in vanadium dioxide
本文报道了用局域探针测量VO 2薄膜中电场诱导的绝缘体-金属转变的电流-电压和静电力-电压特性。在导电AFM模式下，在300 K下，当电场阈值E~6.5 \times 10^7 Vm-1时，发生从绝缘态到金属态的转换。在样品表面上方的尖端，我们发现，也可以观察到通过改变静电力和隧穿电流的过渡。在这种非接触的制度，过渡的特点是随机电报噪声。这些结果表明，单独的电场足以引起转变，然而，电子电流提供了放大该现象的正反馈效应。
2012-01-06 cond-mat.str-el
The interplay between the structural and magnetic properties of vanadium dioxide from first principles
自旋和晶格自由度对M1二氧化钒的电子结构的影响进行了探讨，使用准粒子描述。Peierls配对的钒间间距的收缩稳定了成键电子，降低了极化率，从而加宽了带隙。这种钒间距增加1%会降低这种稳定性，导致通过一半的价电子占据导带前沿的局部原子轨道实现铁磁行为的交叉，因为反铁磁顺序根据Hund第一规则变得不稳定。这些数据表明，M1二氧化钒的磁结构可能是精细平衡的;反铁磁顺序是Peierls对的重叠核势的结果，并且破坏这一点的输入将对磁性产生显着影响。
2014-10-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Current-induced Nonequilibrium Phase Transition Accompanied by Giant Gap Reduction in Vanadium Dioxide
该研究在精确控温下考察VO2块状单晶的非线性导电，发现电流可使电荷能隙逐渐减小并诱发绝缘体—金属转变，且所需电场远低于低维结构，支持非热的本征电子相变机制。
2025-05-12 cond-mat.str-el
Ultrafast THz Field Control of Electronic and Structural Interactions in Vanadium Dioxide
二氧化钒，一种典型的相关电子材料，在室温附近经历绝缘体-金属转变，表现出电子相关驱动和结构驱动的物理学。使用超快光谱和X射线散射，我们表明，这些过程可以在时域中解开。具体地说，在强烈的亚皮秒电场激发后，绝缘间隙的部分塌陷发生在第一ps内。随后，这种电子重新配置引发了晶格对称性的变化，这种变化发生在较慢的时间尺度上。我们确定的动能增加的电子隧穿在强电场的驱动力，说明了一种新的方法来控制电子相互作用的相关材料上的超快时间尺度。
2016-04-25 cond-mat.str-el
Spin Seebeck effect at low temperatures in the nominally paramagnetic insulating state of vanadium dioxide
二氧化钒的低温单斜绝缘相通常被认为是双斜的，二聚钒原子形成自旋单线态，尽管在低温下可以看到顺磁响应。我们发现一个非本地自旋Seebeck信号在VO2薄膜中出现低于30 K，并随着温度的降低而增加。自旋Seebeck响应对面内外部磁场具有非滞后依赖性。顺磁自旋Seebeck响应讨论顺磁自旋Seebeck效应和预期的单斜基态的磁激发的先前的研究结果。
2022-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Vanadium dioxide : A Peierls-Mott insulator stable against disorder
在340 K时，V_2O_2发生了一级金属-绝缘体相变。在这项工作中，我们开发和进行最先进的线性标度DFT计算与非局部动力学平均场论细化。我们确定了一个复杂的机制，一个Peierls辅助的轨道选择莫特不稳定性，这是负责绝缘M $_1$阶段，而且生存一个中等程度的混乱。
2012-07-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic structure of tungsten-doped vanadium dioxide
调节M $_{1}$ VO $_{2}$的金属-绝缘体转变温度的常用方法是通过掺杂或输入应力或应变来破坏Peierls配对。然而，由于即使添加少量的掺杂剂也会改变能带结构，因此尚不清楚掺杂的VO $_{2}$如何保持其在实验中观察到的绝缘特性。虽然强相关性可能是保持差距的原因，但由于所涉及的多体问题的复杂性，很难获得理论证据。在这项工作中，我们使用GW计算修改，包括强本地$\textbf{k}$空间相互作用，调查钨掺杂的能带结构的变化。我们发现，结合载流子掺杂和实验观察到的结构缺陷引入的列入钨是一致的变化，从带状莫特绝缘行为。
2017-09-18 cond-mat.str-el
Correlated metallic state of vanadium dioxide
利用椭圆偏振光谱和反射率测量相结合的方法研究了二氧化钒（VO $_2$）的金属-绝缘体转变和非常规金属输运。数据表明，电子相关性，而不是电子-声子相互作用，管理在金属状态的VO $_2$的电荷动力学。本文研究了金属输运的Ioffe-Regel-Mott极限在极短平均自由程范围内的电导率随频率和温度的变化规律。在金属VO $_2$中，电荷传导的标准准粒子图象是不成立的.
2006-11-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Vanadium Dioxide: Metal-Insulator Transition, Electrical Switching and Oscillations. A Review of State of the Art and Recent Progress
二氧化钒是目前最有前途的氧化物电子材料之一。基于VO 2的平面和夹层薄膜MOSFET器件都具有S形I-V特性，这种开关效应与金属-绝缘体转变（MIT）有关。在含有这种开关器件的电路中，如果负载线与I-V曲线相交于NDR区中的唯一点，则观察到弛豫振荡。这些效应对设计各种氧化物电子学器件，特别是基于耦合振荡器的动态神经网络元件具有潜在的应用前景。
2016-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Correlation-driven insulator-metal transition in near-ideal vanadium dioxide films
我们使用偏振和温度相关的X射线吸收光谱，结合光电子显微镜，X射线衍射和电子输运测量，研究背后的驱动力的绝缘体-金属过渡VO 2。我们发现，在均匀应变单晶VO 2薄膜的绝缘间隙和随之而来的晶体对称性的变化的崩溃之前，V-V单重态二聚体的库仑相关的纯电子软化。该过程开始于低于转变温度7 K（+/- 0.3 K），如传统上由电子传输和X射线衍射测量所定义的，并设定了用于驱动这种技术上有前途的材料中的近室温绝缘体-金属转变的能量尺度。
2015-03-26 cond-mat.str-el
Evidence for strong Coulomb correlations in metallic phase of vanadium dioxide
采用LDA+DMFT方法研究了库仑关联对金属金红石相二氧化钒磁性和光谱性质的影响。计算结果表明，强关联金属态具有有效质量重整化$m^*/m\approx2$。均匀磁化率显示居里-外斯温度依赖性与有效磁矩，$p_{eff}^{theor} = 1.54 μ_B$，在一个很好的协议与实验值$p_{eff}^{exp} = 1.53 μ_B$是接近理想值的V $^{4+}$离子与自旋$S=1/2$，$p_{eff} = 1.73 μ_B$。计算的光谱函数表明，在最近的实验光电子能谱中观察到了发达的Hubbard带。我们认为，金红石相的VO 2是强关联金属，其局域磁矩由钒的$d$ -电子形成。
2010-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Low temperature spin Seebeck effect in non-magnetic vanadium dioxide
本文发现非磁性绝缘相VO2薄膜在50 K以下表现出随温度降低而增强的顺磁自旋塞贝克效应，其自旋塞贝克系数与强磁性材料相当，并指出其磁激发微观机制有待进一步研究。
2024-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Softening of the insulating phase near Tc for the photo-induced insulator-to-metal phase transition in vanadium dioxide
利用光泵太赫兹探测光谱研究了二氧化钒薄膜中光致绝缘体-金属（IM）跃迁的近阈值行为。在接近Tc时，观察到驱动IM转变所需的注量减少，这与由于金属体积分数增加（低于逾渗极限）而导致的绝缘状态软化一致。这种相共存促进了均匀金属导电相的生长，随后通过光激发过热。一个简单的动力学模型，使用Bruggeman有效介质理论描述所观察到的初始条件的敏感性。
2007-10-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unraveling the Mott-Peierls intrigue in Vanadium dioxide
二氧化钒是研究最多的强关联材料之一。尽管如此，电子相关和晶格效应之间的交织已经排除了金红石金属到单斜绝缘体转变的全面描述，反过来又引发了一个长期存在的“鸡还是蛋”的争论，关于哪个先来，莫特局域化或佩尔斯畸变。在这里，我们认为这个问题实际上是不适定的：电子相关性和晶格振动合谋稳定单斜绝缘体，因此必须考虑它们两者，以免错过VO $_2$物理的相关部分。具体来说，我们设计了一个极小模型VO $_2$，其中包括所有重要的物理成分：电子相关性，多轨道字符，和两个组件的反铁畸变模式，凝聚在单斜绝缘体。我们在绝热Born-Oppenheimer近似下用动力学平均场论求解了这个模型。与金属-绝缘体转变的一阶特征一致，Born-Oppenheimer势具有丰富的景观，最小值对应于未扭曲的相位和四个等效的扭曲相位，并转化为同样丰富的热力学，我们通过Monte Carlo方法发现。值得注意的是，我们发现，一个扭曲的金属相侵入之间的低温扭曲绝缘体和高温未扭曲的金属，这揭示了新的光的单斜金属相的有争议的实验证据。
2020-03-11 cond-mat.str-el
Oxygen vacancies in vanadium dioxide: A DFT$+V$ study
Materials Theory, Department of Materials, ETH Z\" u rich, Wolfgang-Pauli-Strasse 27, 8093 Z\" u rich, Switzerland
本文利用DFT+V方法研究氧空位对VO₂金属-绝缘体转变的影响，发现氧空位虽未破坏M1相二聚化，但通过类刚带掺杂使导带部分填充，导致M1相变为金属性。
2025-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Metal-insulator transition in vanadium dioxide nanobeams: probing sub-domain properties of strongly correlated materials
许多强关联电子材料，包括高温超导体、巨磁阻和金属-绝缘体-转变（MIT）材料，由于畴结构或成分变化而在微观尺度上是不均匀的。纳米级样品的一个重要潜在优势是它们表现出均匀的性质，这可能与本体的性质有很大不同。我们使用二氧化钒证明了这一原理，二氧化钒具有与其在68摄氏度下引人注目的MIT相关的域结构。我们对单畴二氧化钒纳米梁的研究揭示了这个著名的MIT的新方面，包括金属相的过冷50摄氏度;绝缘相的激活能与光学带隙一致;以及过渡和绝缘相平衡载流子密度之间的联系。我们的设备还提供了一个纳米力学方法确定的转变温度，使测量个别的金属-绝缘体相间的墙壁，并允许一般调查的相变在准一维几何形状。
2009-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Materials Design using Correlated Oxides: Optical Properties of Vanadium Dioxide
具有强电子库仑相互作用的材料在现代材料应用中发挥着越来越重要的作用。“热致变色”系统，表现出热诱导的变化，在其光学响应，提供了一个特别有趣的情况。例如，与二氧化钒（VO 2）的金属-绝缘体转变相关的光学开关已被提议用于“智能”窗户，该窗户在炎热的天气条件下选择性地过滤辐射热。在这项工作中，我们开发了描述这种行为的理论工具。使用一种新的方案的相关材料的光学电导率的计算，我们获得定量协议与实验的两个阶段的VO 2。在优化的节能窗口设置的例子中，我们进一步证明了理论材料设计现在已经实现，即使是对于特别具有挑战性的相关电子系统。
2008-07-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nanoscale imaging of the electronic and structural transitions in vanadium dioxide
我们研究了二氧化钒（VO2）在其热驱动相变附近的纳米尺度上的电子和结构变化。电子和结构的变化表现出相共存，导致渗流。此外，我们观察到的局部电子和结构的转变之间的二分法。纳米级的X射线衍射揭示了晶格结构的局部非单调切换，这是一种在近场红外显微镜绘制的电子绝缘体到金属过渡中看不到的现象。
2011-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A photoinduced metallic phase of monoclinic vanadium dioxide
几个活跃的自由度（电荷，晶格，轨道和自旋顺序）之间的复杂相互作用被认为决定了许多氧化物的电子性质，但各种贡献的各自作用往往非常难以确定。二氧化钒（VO $_2$）是一个特别臭名昭著的例子。在这里，我们报告相结合的超快电子衍射（UED）和红外transmittance实验中，我们直接观看和分离的晶格和电荷密度的重组，与光诱导的超导体-金属过渡（SMT）在VO $_2$。这些研究揭示了以前未报道的光诱导过渡到一个亚稳态的周期性晶格畸变（PLD）的绝缘体完整的特征，但不同的是一维重排的电荷密度沿八面体配位钒二聚体链和过渡到金属样中红外光学性能。结果表明，UED能够在超快时间尺度上跟踪晶格和电子结构动力学的细节。
2014-07-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Correlation induced emergent charge order in metallic vanadium dioxide
在薄膜VO $_2$的生长和表征方面的最新进展表明，通过外延匹配可以显著地调节其电子特性。为了给“莫特工程”的概念带来新的启发，我们开发了一种一致的方法来处理应变下外延VO $_2$膜的结构畸变和电子相关性，并将我们的设计与直接实验探针进行比较。我们发现了强有力的证据，在金属相深处的相关驱动的电荷秩序的出现，我们的研究结果表明，外来相的VO $_2$可以控制外延稳定。
2020-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Computation of the correlated metal-insulator transition in vanadium dioxide from first principles
二氧化钒（VO $_2$）是在结构相变时经历金属-绝缘体转变的强关联系统的范例。到目前为止，这一转变需要对理论进行重大的事后调整，以便得到适当的描述。在这里，我们报告的标准国家的最先进的第一性原理量子蒙特卡罗（QMC）计算的VO $_2$的属性的结构依赖性。使用这种技术，我们明确地模拟了电子之间的相互作用，这使得金属-绝缘体转变自然出现，重要的是没有特别的调整。QMC计算表明，结构转变直接导致金属-绝缘体转变和钒自旋耦合的变化。自旋耦合的这种变化导致在绝缘状态下的动量无关的磁激发的预测。虽然两体关联对于为这种转变奠定基础很重要，但当VO $_2$成为绝缘体时，它们不会发生显著变化。这些结果表明，现在可以以定量准确的方式来解释电子相关性，这种方式也是特定于材料的。
2015-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermally Driven Analog of the Barkhausen Effect at the Metal-Insulator Transition in Vanadium Dioxide
二氧化钒的金属-绝缘体转变（MIT）物理仍然是一个非常感兴趣的主题。由于弹性应变对相变的复杂影响，人们对检查VO 2材料特性的相对无应变的方法感兴趣。我们报告的无接触，低应变的MIT通过感应电桥的方法敏感的VO 2粉末的磁响应的研究。而不是观察到预期的阶跃式变化的磁化率在过渡，我们认为，测量的响应是由巴克豪森效应的模拟为主，由于在每个晶粒的磁响应作为时间的函数的材料是循环跨越相边界的非常急剧的跳跃。这种效应表明，未来的测量可以访问这个和类似的相变的动态。
2014-09-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Anisotropic compression in the high pressure regime of pure and Cr-doped vanadium dioxide
我们目前的结构研究V $_{1-x}$ Cr $_x$ O $_2$（纯，0.7%和2.5%的Cr掺杂）化合物在室温下在金刚石压砧单元的压力高达20 GPa，使用同步辐射X射线粉末衍射。所有的样品研究表明，持久性的单斜$M_1$对称性之间的4和12 GPa。在12 GPa以上，单斜$M_1$对称性改变为同构的$M_x$相（空间群$P2_1/c$），其中$M_{1}$相的$c$平面的晶格压缩具有显著的各向异性。这种行为可以被调和调用的压力引起的电荷离域。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Temperature and Electric Field Induced Metal-Insulator Transition in Atomic Layer Deposited Vanadium Dioxide Thin Films
通过原子层沉积（ALD）沉积的非晶二氧化钒（VO $_{2}$）膜在低氧压（10 $^{-4}$至10 $^{-5}$ Torr）下在660-670 $°$ ℃下通过非原位退火结晶1-2小时。在这些条件下，结晶VO $_{2}$相得以保持，而V $_{2}$ O $_{5}$相的形成受到抑制。在37-60 $°$ C范围内观察到从绝缘体到金属相的电转变，其中R $_{ON}$ /R $_{OFF}$比高达约750，临界转变温度为7-10 $°$ C。施加在两端器件结构上的电场引起可逆相变，在用2小时长的退火处理的VO $_{2}$样品中具有约25 kV/cm的室温转变场。场致MIT滞后的宽度和斜率均取决于VO $_{2}$的结晶质量。
2016-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Consecutive Insulator-Metal-Insulator Phase Transitions of Vanadium Dioxide by Hydrogen Doping
我们报告的调制的可逆相变在VO 2薄膜中的氢掺杂。在室温下，随着掺杂浓度的增加，连续观察到金属相和新的绝缘相。结果表明，掺杂氢的极化电荷起着重要的作用。这些电荷逐渐占据V3 d-O2 p杂化轨道，从而调制VO 2晶体导带边态的填充，最终演变成新的价带边态。这证明了VO 2电子性质对电子浓度和轨道占有率的异常敏感性，为相变机制提供了关键信息。
2017-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of strain on the stability of the metallic rutile and insulating M1 phases of vanadium dioxide
本研究通过密度泛函理论探讨应变对二氧化钒金属金红石相与绝缘M1相稳定性的影响，发现沿V-V二聚化方向的$c$轴应变因减弱晶格刚度而主导相稳定性。
2025-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Low-voltage broadband hybrid plasmonic-vanadium dioxide switches
表面等离子体激元可以显著减小光学器件的尺寸，因为它们可以将光聚集到（亚）波长尺度。然而，具有高效率、低插入损耗和高消光比的（亚）波长尺度电光等离子体激元开关或调制器由于其小的有效体积而仍然是一个挑战。在这里，我们使用相关电子材料二氧化钒的绝缘体-金属相变来克服这一限制，并展示具有集成电气控制的紧凑、宽带和高效的等离子体激元开关。这些器件的长度为微米级，工作波长接近1550 nm。开关带宽超过100 nm，施加的电压仅为400 mV就足以达到超过20 dB的消光比。我们的研究结果说明了使用相变材料的高效和超紧凑的等离子体开关和调制器的潜力。
2012-10-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Anisotropic Infrared Response of Vanadium Dioxide Microcrystals
二氧化钒（VO 2）在340 K的温度下经历绝缘单斜M1相和导电金红石相之间的相变。准确测量绝缘单斜M1和金属金红石相VO 2的电子性质和声子特征的可能各向异性是理解该相关系统中相变的先决条件。最近，它已成为可能的单畴非孪晶VO 2微晶，这使得它可以调查的真正的各向异性VO 2。在200 cm-1 ~ 6000 cm-1的光谱范围内对这些非孪晶微晶进行了偏振透射红外显微光谱分析，得到了绝缘单斜相M1和金属金红石相的各向异性声子参数和低频电子性质。我们还进行了从头计算GGA+U总能量计算的声子频率为两个阶段。我们发现我们的测量结果和计算结果很一致。
2013-07-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Incorporating static intersite correlation effects in vanadium dioxide through DFT$+V$
本文在DFT+V框架下引入钒原子间经验势，发现格点间相互作用V能增强单斜相VO$_2$的成键-反键劈裂和带隙形成，使绝缘全局能量极小值更深、金属-绝缘转变更急剧，证明DFT+V是一种廉价且适合大体系建模VO$_2$的方法。
2024-06-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
How optical excitation controls the structure and properties of vanadium dioxide
我们结合超快电子衍射和时间分辨太赫兹光谱测量，揭示了二氧化钒光致绝缘体-金属转变过程中结构和电子输运性质之间的联系。我们确定的亚稳单斜金属相，这表现出反铁电电荷秩序所产生的热激活，轨道选择性相变中的电子系统的结构。这种光诱导的单斜金属（没有平衡类似物）和光诱导的金红石金属（已知从平衡相图）的时间和泵注量依赖的多相特性的膜的相对贡献的建立，这两个不同的相变上观察到的太赫兹电导率的变化的各自的影响。我们的研究结果代表了一个重要的新例子，说明光如何控制强相关材料的特性，并阐明了在复杂材料中寻求光电特性和晶格结构的超快变化之间的详细联系时，多模实验是必不可少的。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermopower analysis of metal-insulator transition temperature modulations in vanadium dioxide thin films with lattice distortion
采用热电势法研究了晶格畸变可控的二氧化钒（VO 2）薄膜的绝缘体-金属（MI）相变。在（0001）a-Al_2 O_3、（11-20）a-Al_2 O_3和（001）TiO_2衬底上生长的具有不同晶体取向的VO_2外延膜显示出Seebeck系数（S）的绝对值从~200 μ V K-1显著降低到23 μ V K-1，同时由于从绝缘体到金属的转变，电阻率（ρ）急剧下降。在rho（Trho）和S（TS）的VO 2薄膜中观察到的MI转变温度系统地降低，在伪金红石结构沿c轴的晶格收缩，伴随着MI转变温度宽度的扩大。此外，绝缘相开始变成金属的起始TS远低于起始Trho。这种差异是由于S的灵敏度检测隐藏的金属域在大多数绝缘相，这不能检测到的ρ测量。因此，S-测量提供了一个简单的和优秀的方法，更深入地了解在VO 2的MI过渡过程。
2015-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Imaging the nanoscale phase separation in vanadium dioxide thin films at terahertz frequencies
利用无孔散射近场光学显微镜（SNOM）研究了二氧化钒（VO 2）薄膜通过温度诱导的绝缘体-金属转变（IMT）的纳米级光学响应。我们比较了在中红外（MIR）和太赫兹（THz）频率下的过渡图像，使用与低温和高温兼容的定制宽带THz-SNOM。我们观察到，在VO 2膜的空间不均匀性的字符强烈依赖于探测频率。此外，我们发现，个别绝缘（或金属）域有一个依赖于温度的光学响应，在一个经典的一阶相变的假设。我们讨论了这些结果的动力学平均场论计算的二聚体哈伯德模型最近应用到VO 2。
2017-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.ins-det
Single-site DFT+DMFT for vanadium dioxide using bond-centered orbitals
本文采用键中心轨道作为关联子空间的单点DFT+DMFT方法研究VO₂，以较低计算成本探究结构二聚化与电子关联的相互作用，为金属-绝缘体转变的长期讨论提供互补视角。
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Competing Phases in Epitaxial Vanadium Dioxide at Nanoscale
相关氧化物中的相竞争提供了诱人的机会，因为许多有趣的物理现象发生在相变附近。由于室温附近的金属-绝缘体转变（MIT），相关二氧化钒（VO 2）在绝缘相和金属相之间表现出强烈的竞争，这对于实际应用是重要的。然而，相边界经历强烈的修改时，涉及应变，产生复杂的相变。在这里，我们报告的出现下各向异性应变弛豫的VO 2外延膜的纳米级M2相域。薄膜的相态由多长度尺度探针成像，检测各个局部区域的结构和电学性质。M1和M2相的竞争演化表明晶格应变对M2 Mott相的稳定性和VO 2薄膜中MIT的能量学都起着关键作用。这项研究展示了如何应变工程可以用来设计相态，这使得故意控制MIT行为在纳米级的外延VO 2薄膜。
2019-08-13 cond-mat.str-el physics.app-ph quant-ph
Ultrafast mid-infrared nanoscopy of strained vanadium dioxide nanobeams
相关电子材料二氧化钒（VO $_2$）长期以来被认为是研究绝缘体-金属相变的模型系统，现在在器件应用中发现了新的用途。其最吸引人的两个方面是其可接近的转变温度（$\sim$ 341 K）和其富相图。应变可用于通过调节电子和晶格自由度之间的竞争来选择性地稳定不同的VO $_2$绝缘相。它甚至可以打破过渡的介观空间对称性，导致绝缘和金属纳米畴的准周期有序。应变VO $_2$的纳米结构化可能为未来的设备产生独特的组件。然而，VO $_2$最引人注目的特性--它的超快跃迁--还没有在其相位不均匀性的长度尺度上进行研究。在这里，我们使用超快近场显微镜在中红外线研究个人，应变VO $_2$纳米梁上的10纳米尺度。我们揭示了一个以前看不见的局部稳态开关的敏感性和局部超快响应低于阈值的光激发之间的相关性。这些结果表明，它可能是定制的本地光响应VO $_2$使用应变，从而实现新型的超快纳米光学器件。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Highly repeatable nanoscale phase coexistence in vanadium dioxide films
二氧化钒（VO 2）中的金属-绝缘体转变（MIT）有可能带来许多颠覆性技术，包括超高速数据存储、光学开关和超越硅限制的晶体管。对于应用，VO 2薄膜沉积在晶体衬底上，以防止在热驱动MIT上的块状VO 2晶体中观察到的裂纹。在MIT附近，VO 2薄膜表现出金属相和绝缘相之间的纳米级共存，这开辟了进一步的潜在应用，如忆阻器，可调电容器和光学工程器件，如完美的吸收器。通常认为，相域的形成一定程度上受到随机过程的影响，这导致基于纳米级MIT的器件的性能不可靠。在这里，我们表明，纳米级的随机性被抑制在溅射VO 2薄膜中的热驱动MIT;在这些薄膜中的MIT附近的金属和绝缘相的观察到的域图案的行为在一个惊人的可再现的方式。这一结果为实现可靠的纳米级VO 2器件打开了大门。
2016-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electron beam modification of vanadium dioxide oscillators
本文介绍了电子束修正（EBM）的研究结果VO 2开关的I-V曲线阈值参数和自振荡频率的电路包含这样的开关器件。真空中的EBM是可逆的，当暴露于150 Pa的空气中时，参数恢复。在剂量为3 C/cm 2的EBM下，接通电压（Vth）和关断电压（Vh）以及关断状态电阻Roff下降到初始值的50%，并且振荡频率在剂量为0.7 C/cm 2时增加了30%。考虑到开关通道的金属相和半导体相的贡献，概述了振荡器的EBM的物理特征。控制修改允许EBM形成开关与预设参数。它也可用于人工振荡神经网络的频移键控模式识别。
2020-10-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.str-el
Infrared spectroscopy and nano-imaging of the insulator-to-metal transition in vanadium dioxide
本文对二氧化钒（VO 2）薄膜的绝缘体-金属转变（IMT）进行了详细的红外研究。采用常规红外光谱法研究远场IMT。扫描近场红外显微镜直接揭示了随着温度的升高，减少IMT。我们证实了相变也与IMT的冷却有关。我们提出了广泛的近场红外图像相共存的IMT制度VO 2。我们发现，共存的绝缘和金属区域在一个固定的温度是静态的时间尺度上的测量。采用Bruggeman有效介质理论分析远场和近场红外数据的一种新方法，提取了IMT开始时初始金属熔池的光学常数。我们发现发散的有效载流子质量的金属水坑，证明了电子相关的IMT在VO 2的重要性。我们采用扩展的偶极子模型的定量分析所观察到的近场红外振幅对比度，并与基本偶极子模型所获得的结果进行比较。
2009-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unveiling the critical role of interfacial strain in adjusting electronic phase transitions in correlated vanadium dioxide
Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Materials Science and Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学 磁性分子与磁信息材料教育部重点实验室 & 材料科学与工程学院）；Research Institute of Materials Science, Shanxi Key Laboratory of Advanced Magnetic Materials and Devices, Shanxi Normal University（山西师范大学 材料科学研究所 & 山西省先进磁性材料与器件重点实验室）
研究通过界面应变调控钒氧化物的带宽和载流子填充，实现可调的绝缘体-金属转变特性，克服离子器件高速瓶颈。
2025-11-08 cond-mat.str-el
Manipulating the metal-insulator transitions in correlated vanadium dioxide through bandwidth and band-filling control
Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Materials Science and Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学与工程学院）；Research Institute of Materials Science, Shanxi Key Laboratory of Advanced Magnetic Materials and Devices, Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学研究院）
本研究以VO2为模型，通过晶格失配调控面内拉伸应变和质子填充带的方式，在超20K范围宽温区精准调控金属-绝缘体转变，为关联电子体系相变调控及新型电子相设计提供了平台。
2025-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermodynamics of the ultrafast phase transition of vanadium dioxide
IMDEA Nanoscience（IMDEA纳米科学研究所）；CNRS, Univ Rennes, Institut de Physique de Rennes（法国国家科学研究中心，雷恩大学，雷恩物理研究所）；The University of Tokyo（东京大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所（ICN2），西班牙高等科学研究理事会和巴塞罗那综合理工学院）；Department of Physics and Astronomy, Aarhus University（奥胡斯大学物理与天文系）
该研究通过热力学框架揭示了vanadium dioxide超快相变中高频氧模式对金属相稳定性的关键作用，并提出了一种无需复杂实验的方法来研究其他光诱导相变。
2026-03-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.optics
Decoupled few-femtosecond phase transitions in vanadium dioxide
本文利用超宽带少飞秒泵浦-探测光谱，在基本时间尺度上分辨出VO2光致相变中电子转变（10 fs内进入坏金属相）与结构转变（约100 fs完成，伴随瞬态半金属态）的解耦过程，并结合张量网络与密度泛函理论计算揭示了钒二聚体分离与解扭的双时间尺度动力学。
2024-02-05 cond-mat.str-el physics.optics
Topotactic phase transformation in correlated vanadium dioxide through oxygen vacancy ordering
Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Chemistry and Materials Science, Shanxi Normal University（山西师范大学化学与材料科学学院、教育部磁性分子与磁性信息材料重点实验室）；Research Institute of Materials Science, Shanxi Key Laboratory of Advanced Magnetic Materials and Devices, Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学研究所、山西省先进磁性材料与器件重点实验室）
通过氧空位有序实现相关钒氧化物中的拓扑相变，揭示了氧空位驱动的连续相变路径及莫特相变的新机制。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomic origin for hydrogenation promoted bulk oxygen vacancies removal in vanadium dioxide
氧空位（VO）是金属氧化物材料中常见的一种点缺陷，对材料的物理和化学性能有重要影响。为了获得化学计量的氧化物晶体，预先存在的VO总是通过在空气或氧气气氛中的高温下仔细的后退火处理来去除。但是，由于VO迁移的高能垒，退火条件难以控制，抑制了体相VO的去除。本文以VO 2-δ晶体薄膜为模型体系，采用可控氢掺杂辅助的交替退火处理方法，实现了在较低温度下有效去除VO 2-δ晶体中VO缺陷。这是由于氢化加速了VO 2-δ晶体中氧空位的恢复。理论计算表明，H掺杂诱导的电子容易在VO 2-δ薄膜中的氧缺陷周围聚集，这有利于VO的扩散，从而使其更容易被去除。该方法有望应用于其他金属氧化物的氧相关的点缺陷控制。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The vanadium Magneli phases VnO(2n-1)
为了比较VO 2和V2 O3的金属-绝缘体转变（MIT），我们分析了钒Magneli相的结构和电子性质之间的关系。这些材料建立了同系系列VnO（2n-1）（3 <= n <= 9）并且具有包括典型的二氧化物样和倍半氧化物样区域的晶体结构。由于钒Magneli相的MIT伴随着结构转变，因此我们能够讨论局部原子环境中特征变化的影响。系统的研究的传输特性是基于一个新的和统一的描述的Magneli相，包括VO 2和V2 O3的晶体结构。我们的研究结果导致一个全面的了解麻省理工学院的Magneli类，并揭示了新的光的作用，特别是电子状态的麻省理工学院的V2 O3。
2004-03-29 cond-mat.str-el
Collective and separate metal-insulator transitions in correlated vanadium dioxide
Key Laboratory of Magnetic Molecules and Magnetic Information Materials of Ministry of Education & School of Materials Science and Engineering, Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学与工程学院）；Research Institute of Materials Science, Shanxi Key Laboratory of Advanced Magnetic Materials and Devices, Shanxi Normal University（山西师范大学材料科学研究院）
研究通过调控钒氧化物中的氧缺陷和氢离子，实现对金属-绝缘体转变的动态控制，揭示了电子相变的多态调控机制。
2026-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Multi Spectral Switchable Infra-Red Reflectance Resonances in Highly Subwavelength Partially Oxidized Vanadium Thin Films
相变材料是实现可切换光学的一种很有前途的材料。在这项工作中，我们显示在近红外和长波红外波长在高度亚波长部分氧化钒薄膜的反射共振。这些部分氧化的薄膜由一个多层的氧化钒和钒，如使用拉曼光谱和四探针测量所示。由于二氧化钒是一种相变材料，在68 ℃下显示出绝缘体到金属的相变，因此观察到的红外共振可以随温度切换到高反射率状态。这些共振的波长作为氧化持续时间的函数是被动可调的。随着氧化时间的延长，近红外波段的反射共振峰从1.78 μ m红移到2.68 μ m，而长波长的红外共振峰从12.68 μ m蓝移蓝移到9.96 μ m。为了找到反射共振的起源，我们使用传输矩阵法将反射光谱建模为氧化持续时间的函数。所提出的模型捕获的双反射共振相当不错。这些无源波长可调和可切换的谐振与易于制造的光刻免费多层结构将是有用的多光谱应用，如伪装，光谱选择性微测辐射热计，和热管理。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.optics
Electronic correlations and fluctuating lattice distortions in vanadium dioxide
Collège de France, PSL Research University（法兰西学院，PSL研究大学）；Institute of Theoretical Physics, University of Hamburg（汉堡大学理论物理研究所）；The Hamburg Centre for Ultrafast Imaging（汉堡超快成像中心）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Institut für Theoretische Physik und Astrophysik and Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat, Universität Würzburg（维尔茨堡大学理论物理与天体物理研究所及维尔茨堡-德累斯顿卓越集群ct.qmat）
本文提出动力学平均场理论的随机半经典扩展，将关联电子与涨落晶格畸变共同演化，应用于二氧化钒模型，发现两种畸变在不同温度熔化，揭示涨落晶格熵对结构恢复的关键作用。
2026-09-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Bilayer Vanadium Dioxide Thin Film with Elevated Transition Temperatures and High Resistance Switching
本研究通过两步大气氧化法制备双层VO$_{2-x}$/VO$_2$薄膜，实现约97°C的高相变温度和约3.6个数量级的电阻开关比，为VO$_2$器件制备和相变研究提供新途径。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Measurement of collective excitations in VO$_2$ by resonant inelastic X-ray scattering
二氧化钒作为自旋为1/2的电子系统，由于强关联和巡回电子物理的组合，在室温附近实现了金属-绝缘体转变，引起了广泛的兴趣。在这里，共振非弹性X射线散射被用来测量在不同的极化和温度条件下的钒L-边缘的电荷，自旋和晶格自由度的激发光谱。这些光谱揭示了整个金属-绝缘体过渡的能量演化，包括钒二聚体的单重态-三重态激发的强候选者的低温外观。
2016-03-03 cond-mat.str-el
Dynamical singlets and correlation-assisted Peierls transition in VO2
基于集团动力学平均场论，结合密度泛函方法，提出了二氧化钒从高温金红石相到低温单斜相的金属-绝缘体相变理论。强电子库仑相互作用和结构扭曲的相互作用，特别是低温阶段钒原子的二聚化，起着至关重要的作用。我们发现VO 2不是一个传统的莫特绝缘体，但由于强库仑关联的动态V-V单重态对的形成是必要的触发Peierls间隙的开放。
2004-09-30 cond-mat.str-el
Electrodynamics of the vanadium oxides VO2 and V2O3
采用椭圆偏振法和近垂直入射反射法研究了二氧化钒（VO 2）和三氧化二钒（V2 O3）薄膜在远红外和紫外波段的光学/红外特性。显著的变化发生在VO 2和V2 O3的光学电导率跨越金属-绝缘体过渡至少高达（并可能超过）6 eV。我们认为，在很宽的频率范围内的光学电导率和电子光谱重量的变化是电子相关的重要作用，这些钒氧化物的金属-绝缘体转变的证据。我们观察到一个尖锐的光学过渡与可能的最终状态（激子）的绝缘相VO 2的效果。这种尖锐的光学跃迁发生在由钒二聚体的准一维链产生的窄a1 g带之间。在金属相的VO 2和V2 O3的电子相关性导致减少的载流子的动能相比，带理论值，与顺磁性金属V2 O3相比，金红石金属VO 2显示出更强的相关性的证据。
2008-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
VO2: A Novel View from Band Theory
对二氧化钒的新计算表明，基于密度泛函理论的能带理论能够正确地描述金属以及绝缘M1和M2相的电子和磁性。通过使用最近开发的混合泛函，其中包括电子-电子相互作用的一部分，从而改善了局部密度和广义梯度近似所提供的半局部交换泛函的弱点，在理解VO 2物理学方面取得了相当大的进展。与以前的计算相比，更好的协议与光电子数据被发现和一致的描述的金红石型早过渡金属二氧化物实现。
2011-04-12 cond-mat.str-el
Ultrafast Electron-Lattice Coupling Dynamics in VO2 and V2O3 Thin Films
在较宽的温度范围内对二氧化钒（VO 2）和三氧化二钒（V2 O3）薄膜进行了超快光泵浦-光探测和光泵浦-太赫兹探测光谱研究。从这两种不同的技术和两种不同的钒氧化物的实验数据的比较，特别是由光致纵向声调制产生的电子振荡的比较，揭示了强烈的电子-声子耦合，存在于两种材料的金属状态。V2 O3的低能Drude响应似乎比VO 2更容易受到超快应变控制。此外，我们的研究结果提供了在这两个系统中的声速的温度依赖性的测量，揭示了四到五倍的增加VO 2和三到五倍的增加V2 O3在整个相变。我们的数据也证实了观察到的强阻尼和声子非谐性的金属相的VO 2，并建议，一个类似的现象可能是在发挥金属相的V2 O3。更一般地说，我们简单的桌面方法提供了有关钒氧化物动态晶格性质的相关和详细信息，为其他复杂材料的类似研究开辟了道路。
2017-01-19 cond-mat.str-el
