晶格畸变对VO_2相变温度的影响

采用高功率脉冲磁控溅射在石英玻璃基片上成功制备了具有明显金属-绝缘体转变特性的多晶VO_2薄膜,其最低相变温度仅为32℃。X射线衍射结果表明沉积薄膜的晶体结构均为存在明显晶格畸变的VO_2(M),且薄膜(011)晶面间距越接近相变后VO_2(R)(110)晶面的晶面间距,相变温度越低。根据试验结果,利用从头算分子动力学分别对VO_2金属-绝缘体相变过程的晶体结构与态密度演化规律进行了研究。结果表明:随计算温度升高,不同(011)晶面间距绝缘态超胞的晶体结构均逐渐由VO_2(M)向VO_2(R)转变,同时伴随着禁带宽度的逐渐降低,最终转变为费米能级完全被电子占据的金属态;初始VO_2(M)超胞(011)面的晶面间距与相变后VO_2(R)(110)面的晶面间距之差越小,费米能级附近的禁带宽度也越小,这可能是导致VO_2金属-绝缘体转变温度降低的本质物理原因。