一种三方晶系的RhO2晶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种RhO2晶体，所述RhO2晶体属于三方晶系，空间群为(No.164)，其晶格常数为该晶体显示新颖的输运性质及磁性，即在高温下表现为金属行为，在100

【技术实现步骤摘要】
一种三方晶系的RhO2晶体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料及晶体生长
，特别涉及一种三方晶系的RhO2晶体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]4d和5d过渡金属氧化物材料由于独特的电子特性，一直是基础科学和应用科学的研究焦点。例如，MoO2表现出巨大的磁电阻效应(Q.Chen,Z.F.Lou,et al.,Phys.Rev.B 102,165133(2020).)；ReO2是一种新型拓扑材料(S.S.Wang,Y.Liu,et al.,Nat.Commun.8,1844(2017).)；RuO2不仅是一种具有平带特征表面态的节线拓扑半金属材料，还表现出反常的反铁磁性(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具有很强的自旋轨道耦合作用(J.N.Nelson,J.P.Ruf,et al.,Phys.Rev.Materials.3,064205(2019).)；HfO2薄膜中平坦的极性声子带，可诱导出稳健的可独立反转的偶极子，从而使其具有铁电性(H.J.Lee,M.Lee,et al.,Science.369,1343
‑
1347(2020).)。这些性质对于拓扑物理学、关联电子学、自旋电子学等研究领域的发展具有重要意义。由于特殊的电子性质，4d和5d过渡金属氧化物在催化剂、能源存储等方面有着巨大的应用潜力。此外，其独特的物理性质为开发新一代的功能器件提供了更多可能。
[0003]材料结构与其性能密切相关，决定着材料的功能和应用。已有研究报道，具有相同化学式但是具有不同结构的4d和5d过渡金属氧化物的性质也表现出巨大差异。以PtO2为例，实验研究表明，PtO2具有三个相，即α相、β相、β
’
相；其中，α相和β相的PtO2表现高效的催化性能，它们分别具有六方CdI2结构和正交CaCl2结构(R.Kim,B.J.Yang,et al.,Phys.Chem.Chem.Phys.8,1566
‑
1574(2006).)；β
’
相的PtO2具有四方金红石结构，却是一种狄拉克半金属(R.Kim,B.J.Yang,et al.,Phys.Rev.B 99,045130(2019).)。
[0004]RhO2是一种4d过渡金属氧化物，它具有金红石结构(四方晶系)，空间群为P42/mnm，主要被用作电催化剂(V.Sch
ü
nemann,B.Adelman,et al.,Catalysis Letters 27,259
‑
265(1994).)。
[0005]本专利技术发现了一种新结构的RhO2单晶，这种新结构的RhO2晶体的发现对关联物理学、自旋电子学以及高温超导探索等方面具有重要的研究和应用价值，可以推动基础学科的发展，另一方面该材料还可以用于开发新一代的功能器件，例如温敏传感器或者开关、低能耗的电子元件、以及新型电子逻辑元件等。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种三方晶系的RhO2晶体以及一种基于高温水溶液法制备三方晶系的RhO2晶体的方法，该方法通过调节溶液温度和制备时间，制备RhO2晶体。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种RhO2晶体，所述RhO2晶体属于三方晶系，空间群为其晶格
常数
[0009]根据本专利技术，所述晶体在高温下表现为金属行为，在100
‑
150K出现金属绝缘体转变，低于该温度表现绝缘体行为，同时在2
‑
300K时，沿(001)晶面方向呈现反铁磁性。
[0010]根据Mott跳跃电导理论，其公式为：ρ(T)＝Aexp(1/T
1/4
)，其中，ρ(T)为在温度为T时的电阻率，A为常数；T为温度(以K计)；
[0011]根据Mott跳跃电导理论，通过电阻温度依赖测试分析表明，所述晶体出现的金属绝缘体转变是由电子关联和自旋轨道耦合共同导致的一种Mott(莫特)转变，即所述RhO2晶体是一种莫特绝缘体。
[0012]根据本专利技术，所述RhO2晶体为单晶体，所述RhO2单晶体的至少一个维度的尺寸达毫米级。
[0013]根据本专利技术，所述RhO2单晶体的至少一个维度的尺寸为1mm以上，优选为1
‑
4mm，例如为1.0mm、1.5mm、1.8mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm。
[0014]根据本专利技术，所述单晶体呈片状，为淡黄色，其XRD衍射峰尖锐，半峰宽很窄，具有优良的单晶质量。
[0015]根据本专利技术，所述RhO2晶体具有基本上如图1b，或图2b，或图3b所示的EDS图谱。
[0016]根据本专利技术，所述RhO2晶体具有基本上如图1c，或图2c，或图3c所示的XRD图谱。
[0017]本专利技术还提供上述RhO2晶体的制备方法，包括如下步骤：
[0018]采用高温水溶液法，将A
x
RhO2在去离子水中加热制备RhO2晶体；其中，A选自K，Rb，Cs中的一种；x选自0.2
‑
0.9之间的数，优选为0.4
‑
0.8。
[0019]其中，所述A
x
RhO2的制备采用现有技术中的常用的方法，例如采用论文S.H.Yao et al.,Structure and physical properties of K
0.63
RhO
2 single crystals,AIP Advances 2,042140(2012)(DOI：10.1063/1.4767464)中的制备方法。
[0020]根据本专利技术，A优选为Cs；x为小数，例如x为0.2、0.63、0.5、0.72、0.8、0.85、0.9。
[0021]根据本专利技术，所述A
x
RhO2与去离子水的质量体积比为30
‑
100mg/L，优选为50mg/L。
[0022]根据本专利技术，加热温度为30
‑
100℃，优选为60
‑
90℃，例如，可以为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃；加热时间为0.5h
‑
10h，例如，可以为0.5h、1h、2h、4h、5h、7h、8h、9h、10h。
[0023]本专利技术还提供上述RhO2单晶体的应用，应用于电子元器件中，优选地，用于温敏传感器或者开关；或者应用于低能耗的电子元件以及电子逻辑元件中。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0025](1)本专利技术的RhO2晶体具有之前从未报道过的新结构，即于三方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种RhO2晶体，其特征在于，所述RhO2晶体属于三方晶系，空间群为其晶格常数为2.根据权利要求1所述的晶体，其特征在于，所述晶体在高温下表现为金属行为，在100
‑
150K出现金属绝缘体转变，低于该温度表现绝缘体行为，同时在2
‑
300K时，沿(001)晶面方向呈现反铁磁性。3.根据权利要求1所述的晶体，其特征在于，根据Mott(莫特)跳跃电导理论，其公式为：ρ(T)＝Aexp(1/T
1/4
)，其中，ρ(T)为在温度为T时的电阻率，A是常数；T为温度(以K计)；根据Mott跳跃电导理论，通过电阻温度依赖测试分析表明，所述晶体出现的金属绝缘体转变是由电子关联和自旋轨道耦合共同导致的一种Mott转变，即所述RhO2晶体是一种莫特绝缘体。4.根据权利要求1所述的晶体，其特征在于，所述RhO2晶体为单晶体，所述RhO2单晶体的至少一个维度的尺寸达毫米级。优选地，所述RhO2单晶体的至少一个维度的尺寸为1mm以上，优选为1
‑
4mm。5.根据权利要求1所述的晶体，其特征在于，所述单晶体呈片状，为淡黄色，XRD衍射峰尖锐，半峰宽很窄，具有优良的单晶质量。6.根据权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕洋洋，卢浩敏，姚淑华，陈延彬，周健，陈延峰，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：